2017-2018学年高中化学 第3章 物质的聚集状态与物质性质 第2节 金属晶体与离子晶体教学案 鲁科版选修3.doc

第2节金属晶体与离子晶体 课标要求1能列举金属晶体的基本堆积模型，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。2了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。1.金属晶体是指金属阳离子和“自由电子”通过金属键形成的晶体。2常见金属晶体的堆积方式：面心立方最密堆积A1，体心立方密堆积A2，六方最密堆积A3。3金属晶体的物理通性包括金属光泽、导电性、导热性、延展性。4金属键的影响因素：离子半径和离子所带电荷数。5离子晶体是指阴、阳离子通过离子键形成的晶体。6典型离子晶体结构类型：NaCl型、CsCl型和ZnS型。7晶格能是指将1 mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量。8金属键越强，金属晶体的熔、沸点越高；晶格能越大，离子晶体的熔、沸点越高。1金属晶体的结构2常见金属晶体的三种结构型式结构型式面心立方最密堆积A1体心立方密堆积A2六方最密堆积A3结构示意图配位数12812实例Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、PtLi、Na、K、Ba、W、FeMg、Zn、Ti3金属晶体的物理通性金属晶体有金属光泽，有良好的导电性、导热性、延展性。1金属键的特点是什么？提示：由于自由电子为整个金属所共有，所以金属键没有方向性和饱和性，从而导致金属晶体最常见的结构型式具有堆积密度大、原子配位数高、能充分利用空间等特点。2影响金属键强弱的因素是什么？提示：金属阳离子的半径大小和自由电子的数目(或金属阳离子所带的电荷数)多少。1金属物理通性的解释2金属晶体熔点的影响因素同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷决定，阳离子半径越小，所带电荷越多，金属键就越强，熔点就越高。例如熔点：LiNaKRbCs，NaMgAl。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)有阳离子的晶体中一定含有阴离子()(2)金属能导电，所以金属晶体是电解质()(3)金属晶体和电解质溶液在导电时均发生化学变化()(4)金属晶体只有还原性()(5)温度越高时，金属晶体的导电性越强()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2在金属晶体中，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，金属的熔、沸点越高。由此判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中正确的是()AMgAlCaBAlNaLiCAlMgCa DMgBaAl解析：选C电荷数：Al3Mg2Ca2LiNa；而金属阳离子半径：r(Ba2)r(Ca2)r(Na)r(Mg2)r(Al3)r(Li)，则A中熔、沸点AlMg，B中熔、沸点LiNa，D中熔、沸点AlMgBa，都不符合题意。1离子晶体的结构2常见AB型离子化合物的晶体类型晶体类型NaCl型CsCl型ZnS型晶胞配位数684实例Li、Na、K、Rb的卤化物，AgF、MgO等CsBr、CsI、NH4Cl等BeO、BeS等3晶格能(1)概念：将_1_mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量。(2)影响因素分析下面表格中有关数据，总结规律。晶体离子间距/pm晶格能/kJmol1熔点/NaCl276787801NaBr290736750NaI311686662MgO2053 8902 800规律：离子半径越小，离子带电荷越多，晶格能越大；反之越小。4离子晶体的特性性质规律熔、沸点较高，且晶格能越大，熔点越高溶解性一般易溶于水，难溶于非极性溶剂导电性固态时不导电，熔融状态或在水溶液中导电特别提醒离子晶体的化学式仅代表晶体中阴、阳离子个数比，并不代表分子组成，因为离子晶体中不存在分子。1为什么说离子晶体有较高的熔、沸点？提示：离子晶体的构成微粒为阴、阳离子，阴、阳离子间以较强的离子键结合。2为什么离子晶体不导电，而溶于水或在熔化状态下能导电？提示：晶体中阴、阳离子以离子键结合，离子不能自由移动，故不导电，离子晶体溶于水或在熔化状态，离子键被破坏，产生了自由移动的离子，故能导电。对离子晶体特性的理解(1)离子晶体熔、沸点的比较：一般来说，阴、阳离子所带的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，如Al2O3MgO；NaClCsCl等。(2)对于离子晶体的熔、沸点，要注意“一般来说”和“较高”等字词。“一般来说”说明离子晶体的熔、沸点还有些特例；“较高”是与其他晶体类型比较的结果。(3)离子晶体的一些特殊物理性质可用于确定晶体类型。如在固态时不导电，在水溶液中和熔融状态下能导电的晶体一定是离子晶体。(4)离子晶体导电的前提是先电离出自由移动的阴、阳离子。难溶于水的强电解质如BaSO4、CaCO3等溶于水时，由于浓度极小，故导电性极弱。通常情况下，它们的水溶液不导电。1下列性质中，可以较充分说明某晶体是离子晶体的是()A具有较高的熔点B固态不导电，水溶液能导电C可溶于水D固态不导电，熔融状态能导电解析：选DA选项，SiO2晶体熔点也较高，但不是离子晶体；B选项，HCl晶体的水溶液也能导电，也不是离子晶体；C选项，有些晶体如固体氨溶于水，不属于离子晶体；D选项，离子晶体固态时不能导电，在熔融时可导电。2NaF、NaI、MgO均为离子化合物，这三种化合物的熔点高低顺序是()NaFNaIMgOABCD解析：选B离子化合物的熔点与离子键强弱有关，离子所带电荷数越多，离子半径之和越小，离子键越强，该离子化合物的熔点越高。已知离子半径NaMg2，IO2F，可知NaI中离子键最弱，因MgO中的离子带两个单位电荷，故离子键比NaF中的强。三级训练节节过关1下列关于金属晶体的叙述正确的是()A常温下，金属单质都以金属晶体形式存在B金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失C钙的熔、沸点低于钾D温度越高，金属的导电性越好解析：选BA项，Hg在常温下为液态；D项，金属的导电性随温度升高而降低；C项，r(Ca)K，所以金属键CaK，故熔、沸点CaK。2下列物质的晶体属于离子晶体的是()A苛性钾B碘化氢C硫酸 D醋酸解析：选A苛性钾含有离子键，故属于离子晶体；碘化氢、硫酸、醋酸均由共价型分子组成，故三者均为分子晶体。3金属的下列性质中和金属晶体的结构无关的是()A良好的导电性B反应中易失电子C良好的延展性 D良好的导热性解析：选B金属的物理性质是由金属晶体所决定的，A、C、D三项都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体所决定的。B项，金属易失电子是由金属原子的结构决定的，和晶体结构无关。4下列叙述不正确的是()A离子晶体中一定含有阴、阳离子B离子晶体都是化合物C固态不导电、溶于水能导电，这一性质能说明某晶体一定是离子晶体D离子晶体一般具有较高的熔点解析：选C固体不导电、溶于水能导电的不一定是离子晶体，如AlCl3。5同类晶体物质熔点的变化是有规律的，试分析下表所列两组物质熔点规律性变化的原因：A组物质NaClKClCsCl熔点(K)1 0741 049918B组物质NaMgAl熔点(K)317923933晶体熔点的高低，决定于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组是_晶体，晶体微粒之间通过_结合。B组晶体属_晶体，价电子数由少到多的顺序是_，离子半径由大到小的顺序是_，金属键强度由小到大的顺序是_。解析：A组中，NaCl、KCl、CsCl都是离子晶体，微粒之间通过离子键结合，从熔点数值来看，由1 074 1 049 918 ，熔点逐渐降低，这是因为由NaKCs，半径逐渐增大，离子键逐渐减弱，晶格能逐渐减小的缘故。B组中，Na、Mg、Al都是金属晶体，由于离子半径r(Na)r(Mg2)r(Al3)，价电子数NaMgAl，因此，从Na到Al，熔点逐渐升高。答案：离子离子键金属NaMgr(Mg2)r(Al3)NaMgCO2，故D错误。7.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断正确的是()A该晶体属于分子晶体B该晶胞中Zn2和S2数目不相等C阳离子的配位数为6D氧化锌的晶格能大于硫化锌解析：选DA项，该晶体属于离子晶体；B项，从晶胞图分析，属于该晶胞的Zn2数目为864，S2数目也为4，所以化合物中Zn2与S2离子个数之比为11，Zn2与S2的数目相等；C项，在ZnS晶胞中，Zn2的配位数为4；D项，ZnO和ZnS中，O2半径小于S2，所带的电荷数又相等，所以ZnO的晶格能大于ZnS。8AB、CD、EF均为11型离子化合物，根据下列数据判断它们的熔点由高至低的顺序是()化合物ABCDEF离子电荷数112键长(1010m)2.313.182.10ACDABEF BABEFCDCABCDEF DEFABCD解析：选D离子所带电荷数越多，键长越短，则离子键越强，晶体的熔点越高，EF化合物的键长短，电荷多，则熔点最高。9.(1)如图，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na或Cl所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。请将其中代表Cl的圆圈涂黑(不必考虑体积大小)，以完成NaCl晶体结构示意图。晶体中，在每个Na的周围与它最接近的且距离相等的Na共有_个。在NaCl晶胞中正六面体的顶角上、面上、棱上的Na或Cl为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl的个数等于_，即_(填计算式)；Na的个数等于_，即_(填计算式)。(2)通过观察CsCl的晶体结构示意图回答下列问题：每个Cs同时吸引着_个Cl，每个Cl同时吸引着_个Cs。在CsCl晶体中，每个Cs 周围与它等距离且最近的Cs有_个。每个Cl周围与它等距离且最近的Cl有_个。解析：(1)如答案图所示。从体心Na看，与它最接近的且距离相等的Na共有12个。在NaCl晶胞中，含Cl：864个，含Na：1214个。(2)由图可以看出，CsCl中Cl与Cs的位置等同，Cs位于Cl所形成的正方体的中心，每个Cs吸引8个Cl，每个Cl吸引8个Cs。取体心上的Cl，看与Cl距离最近的Cl，位于六个面的面心，为6个；同样与Cs最近的Cs，应位于与此立方体共面的六个小立方体体心，共为6个。答案：(1)如图所示(答案不唯一，合理即可)：12486441214答案不唯一，只要与第问对应即可(2)886610金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题：(1)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2和Fe2的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点NiO_FeO(填“”或“”)；(2)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为_、_；(3)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如下图所示。该合金的化学式为_。解析：(1)NiO、FeO都属于离子晶体，熔点高低受离子键强弱影响，离子半径越小，离子键越强，熔点越高。(2)因为NiO晶体结构与NaCl相同，而NaCl晶体中Na、Cl的配位数都是6，所以，NiO晶体中Ni2、O2的配位数也是6。(3)根据晶胞结构可计算，一个合金晶胞中，La：81，Ni：185，所以该合金的化学式为LaNi5。答案：(1)(2)66(3)LaNi51对于A1型密堆积的描述错误的是()AA1型密堆积晶体的晶胞也叫面心立方晶胞B面心立方晶胞的每个顶点上和每个面的中心上都各有一个金属原子C平均每个面心立方晶胞中有14个金属原子D平均每个面心立方晶胞中有4个金属原子解析：选C应用分割法计算，平均每个晶胞含有金属原子：864。2关于金属晶体的体心立方密堆积的结构型式的叙述中，正确的是()A晶胞是六棱柱 B属于A2型密堆积C每个晶胞中含4个原子 D每个晶胞中含5个原子解析：选B体心立方的堆积方式为立方体的顶点和体心均有一个原子，属于A2型密堆积，每个晶胞中含有812个原子。3下列金属的密堆积方式对应晶胞都正确的是()ANa、A1型、体心立方 BMg、A3型、六方CCa、A3型、面心立方 DAu、A1型、体心立方解析：选BNa是A2型体心立方密堆积，Ca、Au属于面心立方最密堆积(A1型)。4下列图像是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图，试判断属于NaCl晶体结构的图像是()A图(1)和图(3) B图(2)和图(3)C只有图(1) D图(1)和图(4)解析：选DNaCl晶体中，每个Na周围有6个Cl，每个Cl周围有6个Na；与每个Na等距离的Cl有6个，且构成正八面体，同理，与每个Cl等距离的Na也有6个，也构成正八面体，故可知图(1)和图(4)属于NaCl晶体结构。5.如图是NaCl晶体的一个晶胞结构模型。KO2的晶体结构与NaCl相似，可以看作是Na的位置用K代替，Cl位置用O代替，则关于KO2晶体结构的描述不正确的是()A与K距离相等且最近的O共有6个B与K距离相等且最近的O构成的多面体是正八面体C与K距离相等且最近的K有8个D一个KO2晶胞中摊得的K和O微粒数均为4个解析：选C分析NaCl晶胞结构，并将Na用K代替，Cl用O代替，可知A、B、D正确；与K距离相等且最近的K有12个。6碱金属卤化物是典型的离子晶体，它们的晶格能与成正比(d0是晶体中最邻近的异电性离子的核间距)。下面说法错误的是()晶格能/kJmol1离子半径/pmLiFLiClLiBrLiI1 031 845807752LiNaK6095133NaFNaClNaBrNaI915777740 693FClBrI136181195216KFKClKBrKI812708676641A晶格能的大小与离子半径成反比B阳离子相同阴离子不同的离子晶体，阴离子半径越大，晶格能越小C阳离子不同阴离子相同的离子晶体，阳离子半径越小，晶格能越大D金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强解析：选D由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，A项正确；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定B项说法正确；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定C项说法正确；表中晶格能最小的为碘化物，因还原性FClBrI，可知D项错误。7.已知CsCl晶体的密度为 gcm3，NA为阿伏加德罗常数，相邻的两个Cs的核间距为a cm，如图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为()ANAa3 B.C. D.解析：选A一个CsCl晶胞中含Cs：81个，含Cl1个，m(晶胞) g，Va3 cm3；即 gcm3，故Ma3NA。8.金属钠晶体为体心立方晶胞(如图)，实验测得钠的密度为(gcm3)。已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NA(mol1)，假定金属钠原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为()A. B.C.D.解析：选C该晶胞中实际含钠原子两个，晶胞边长为，则，进一步化简后可得答案。9随着科学技术的发展，阿伏加德罗常数的测定手段越来越多，测定的精确度也越来越高。现有一种简单可行的测定方法，具体步骤为：将NaCl固体颗粒干燥后，准确称取m g NaCl固体颗粒并转移到定容A仪器中；用滴定管向A仪器中加苯，不断振荡，继续加苯到A仪器的刻度，计算出NaCl固体的体积为V cm3。(1)步骤中A仪器最好使用_(填字母)。A量筒 B烧杯C容量瓶 D试管(2)步骤中是用酸式滴定管还是用碱式滴定管_。(3)能否用水代替苯_。(4)已知NaCl晶体中，相邻最近的Na、Cl间的距离为a cm(如右图)，则用上述方法测得的阿伏加德罗常数NA的表达式为_。解析：(1)测定液体体积的定容仪器，最好用容量瓶。(2)滴加苯应用酸式滴定管，若用碱式滴定管，苯对橡胶管有腐蚀作用。(3)因为NaCl易溶于水中，故不能用水代替苯。(4)NaCl晶胞中含Na：1214(个)，含Cl：864(个)，故每个晶胞中含4个“NaCl微粒”。则(NaCl)，故NA。答案：(1)C(2)酸式滴定管(3)不能(4)10(2016全国卷节选)晶胞有两个基本要素：(1)原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为；C为。则D原子的坐标参数为_。(2)晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a565.76 pm，其密度为_gcm3(列出计算式即可)。解析：(1)根据题给图示可知，D原子的坐标参数为。(2)每个晶胞中含有锗原子81/861/248(个)，每个晶胞的质量为，晶胞的体积为(565.761010 cm)3，所以晶胞的密度为。答案：(1)(2)107