2022-2023学年新教材高中化学第3章不同聚集状态的物质与性质第2节几种简单的晶体结构模型第1课时金属晶体与离子晶体课件鲁科版选择性必修2

第1课时金属晶体与离子晶体第3章内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升03学以致用•随堂检测全达标素养目标1.通过掌握金属键和离子键的理论解释金属晶体和离子晶体的物理性质,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2.通过了解金属晶体的三种原子堆积模型和几种典型离子晶体的晶胞结构,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。基础落实•必备知识全过关知识铺垫1.金属常见的物理通性:有金属光泽,良好的导电性、导热性、有延展性。2.离子化合物:由阳离子和阴离子构成的化合物。活泼金属(如钠、钾、钙、镁等)与活泼非金属(如氟、氯、氧、硫等)相互化合时,活泼金属失去电子形成带正电荷的阳离子(如Na+、K+、Ca2+、Mg2+等),活泼非金属得到电子形成带负电荷的阴离子(如F-、Cl-、O2-、S2-等),阳离子和阴离子靠静电作用形成了离子化合物。自主梳理一、金属晶体1.金属晶体的定义及结构特点(1)金属晶体的定义:金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。(2)金属键:金属阳离子和“自由电子”之间的强的相互作用。(3)金属键的特点:由于“自由电子”为整个金属所共有,所以金属键没有饱和性和方向性。金属晶体可以看作等径圆球的堆积。2.常见金属晶体的结构

常见金属Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、PtLi、Na、K、Ba、W、FeMg、Zn、Ti堆积方式面心立方最密堆积体心立方堆积六方最密堆积结构示意图3.金属的延展性当金属受到外力作用时,晶体中密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动,但密堆积的排列方式不变,而且在滑动过程中“自由电子”能够维系整个金属键的存在,即各层之间始终保持着金属键的作用,因此金属晶体虽然发生了形变但不致断裂,所以金属通常有良好的延性、展性和可塑性。【微思考1】金属在通常状况下都是晶体吗?提示

不都是晶体,如汞。【微思考2】为什么组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时,在空间的排列大都服从紧密堆积原理?提示

因为在金属晶体中,金属键没有方向性和饱和性,因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围,并以密堆积方式降低体系的能量,使晶体变得比较稳定。二、离子晶体1.定义及结构特点(1)定义:阴、阳离子在空间呈现周期性重复排列形成的晶体。(2)结构特点:①构成微粒:阴离子和阳离子,离子晶体中不存在单个分子。②微粒间的作用力:离子键。离子间存在较强的离子键,使得晶体的硬度较大,难以压缩,具有较高熔点和沸点

2.常见的离子晶体

晶胞晶胞中微粒数Na+、Cl-都为4Cs+、Cl-都为1Zn2+、S2-都为4F-为8,Ca2+为4阴、阳离子个数比1∶11∶11∶12∶1化学式NaClCsClZnSCaF2符合类型Li、Na、K、Rb的卤化物,AgF、MgO等CsBr、CsI、NH4Cl等BeO、BeS等BaF2、PbF2、CeO2等3.晶格能(1)定义:将1mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量。(2)意义:吸收的能量越多,晶格能越大,表示离子间作用力越强,离子晶体越稳定。晶格能通常取正值,单位:kJ·mol-1。(3)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/(kJ·mol-1)熔点/℃NaCl276787801NaBr290736750NaI311686662MgO20538902800规律:离子半径越小,离子所带电荷越多,晶格能越大;反之,越小。除此之外,晶格能的大小还与离子晶体的结构类型有关。子体积的增大,阴、阳离子间的距离增大,离子之间的作用力减弱,晶体的熔点也随之降低。在许多离子化合物的晶体中,微粒之间的相互作用不再是典型的离子键,而存在氢键、范德华力等作用力。这些晶体的熔点远比NaCl等晶体低得多,有些离子构成的物质在常温下甚至以液态形式存在。

【微思考3】晶格能与晶体的熔点、硬度有怎样的关系?提示

结构相似的离子晶体,晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,晶体的熔点越高,硬度越大。自我检测1.正误判断:(1)金属能导电,所以金属晶体是电解质。(

)(2)金属晶体和电解质溶液在导电时均发生化学变化。(

)(3)离子晶体全部为离子化合物。(

)(4)离子晶体的晶格能越大,熔、沸点越高。(

)(5)NaCl晶体中含阴、阳离子,能导电。(

)××√√×2.下列叙述正确的是(

)A.离子晶体中的阴离子都是单原子离子B.有阳离子的晶体一定是化合物C.金属晶体都具有较高的熔点和银白色的金属光泽D.由单质组成且在固态时能导电的晶体不一定是金属晶体答案

D解析

离子晶体中的阴离子未必都是单原子离子,如S等,A项错误。铁、铜、金等金属晶体内部存在金属阳离子,但它们都是单质,B项错误。有的金属晶体的熔点很高,如钨是熔点最高的金属,有的很低;绝大多数金属都具有银白色金属光泽,但少数金属有特殊颜色,如Au呈金黄色,Cs略带金色等,C项错误。晶体硅能导电,但不是金属晶体,D项正确。重难探究•能力素养全提升探究1金属晶体的结构与物理性质问题探究1.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”数目的多少。2.晶体中,有金属阳离子是否一定有阴离子?提示

不一定,如金属晶体中有金属阳离子,但无阴离子。归纳拓展1.金属物理通性的解释

延展性

—当金属受到外力作用时,密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动,但密堆积的排列方式不变,金属晶体中的金属键没有被破坏,所以金属有良好的延展性丨导热性—“自由电子”在运动时会与金属离子不断发生碰撞,从而引起两者能量的交换2.金属晶体熔、沸点的规律(1)同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷数决定,阳离子半径越小,所带电荷越多,金属键就越强,晶体熔点就越高。一般来说,同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐升高,同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐降低。例如熔点:Li>Na>K>Rb>Cs,Na<Mg<Al。(2)金属晶体的熔点差别较大,如Hg熔点很低,碱金属熔点较低,铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体密堆积方式、金属阳离子和“自由电子”的作用力不同造成的。(3)合金的熔点一般低于其成分金属的熔点。【微点拨】金属的导电性、导热性与“自由电子”的运动有关,金属具有金属光泽与“自由电子”有关;金属的延展性与金属键有关,金属的熔点和硬度与金属键的强弱有关。应用体验【典例1】金属晶体的熔点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱,而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小相关。由此判断下列说法正确的是(

)A.金属镁的硬度大于金属铝B.碱金属单质的熔点从Li到Cs逐渐升高C.金属镁的熔点高于金属钠D.金属镁的硬度小于金属钙答案

C解析

镁离子比铝离子的半径大,且所带的电荷少,所以金属镁比金属铝的金属键弱,金属镁的硬度小于铝;从Li到Cs,离子的半径逐渐增大,金属键逐渐减弱,熔点逐渐降低;Mg2+比Na+的半径小且所带电荷多,金属键强,所以金属镁比金属钠的熔点高;镁离子比钙离子的半径小,金属键强,所以金属镁比金属钙的硬度大。变式训练1-1金属晶体堆积密度大,能充分利用空间的原因是(

)A.金属原子价电子数少B.金属晶体中有“自由电子”C.金属原子的半径大D.金属键没有饱和性和方向性答案

D解析

由于金属键无饱和性和方向性,从而使金属晶体堆积密度大,空间利用率高。变式训练1-2金属的下列性质中,与自由电子无关的是(

)A.密度大小 B.容易导电C.延展性好 D.易导热答案

A解析

金属密度大小与自由电子无关,A符合题意;金属容易导电,是由于自由电子可在外加电场的作用下定向移动形成电流,B不符合题意;金属发生形变时,自由电子仍然可以在金属离子之间流动,使金属不会断裂,C不符合题意;金属内自由电子和金属阳离子发生碰撞,可引起二者的能量交换,所以易导热,D不符合题意。探究2离子晶体的结构与性质问题探究1.观察CaF2晶体的晶胞示意图,回答下列问题:该晶胞中含有的Ca2+数目、F-数目分别是多少?提示

4、8。

2.在熔融状态导电的化合物形成的晶体一定属于离子晶体吗?提示

一定属于离子晶体。归纳拓展1.离子晶体的结构(1)构成离子晶体的微粒是阴、阳离子,微粒间的相互作用是离子键。(2)由于离子键无方向性和饱和性,只要条件允许,每个离子周围尽可能多地吸引带相反电荷的离子。2.常见的离子晶体结构(1)NaCl晶体结构①在NaCl晶体中,每个Na+周围同时吸引着6个Cl-,每个Cl-周围也同时吸引着6个Na+。②每个Na+周围与它最近且等距离的Na+有12个,每个Na+周围与它最近且等距离的Cl-有6个。NaCl晶体结构

(2)CsCl晶体结构①在CsCl晶体中,每个Cs+周围同时吸引着8个Cl-,每个Cl-周围也同时吸引着8个Cs+。②每个Cs+与6个Cs+等距离相邻,每个Cs+与8个Cl-等距离相邻。CsCl晶体结构

3.离子晶体的物理性质(1)离子晶体的物理性质离子晶体一般具有较高的熔点,硬而脆,晶体不导电,熔融状态或溶于水发生电离,形成自由移动的离子,能够导电。一般易溶于水,难溶于非极性溶剂。(2)离子晶体熔点的比较【微点拨】(1)离子晶体中不存在分子,化学式仅表示晶体中阴、阳离子最简整数比。(2)离子晶体区别于其他晶体的突出特点是晶体固态时不导电但熔融状态下能导电。而金属晶体无论在固态还是熔融状态都可以导电。应用体验【典例2】高温下,超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞。下列有关说法不正确的是(

)A.晶体中与每个K+距离最近的

有6个B.超氧化钾的化学式为KO2,每个晶胞含有1个K+和1个C.KO2中阴、阳离子个数比为1∶1D.晶体中存在离子键和共价键答案

B

变式训练2-1下列说法正确的是(

)A.固态时能导电的晶体一定是金属晶体B.熔融态能导电的晶体一定是离子晶体C.水溶液能导电的晶体一定是离子晶体D.固态不导电而熔融态导电的晶体一定是离子晶体答案

D解析

石墨晶体不是金属晶体,但固态时也能导电,A错误;金属晶体,无论是固态还是熔融态都能导电,B错误;CH3COOH的水溶液也能导电,C错误;离子晶体是由阴、阳离子构成的,固态时阴、阳离子不能自由移动,不导电,而熔融状态时,离子化合物发生电离产生自由移动的离子,能够导电,D正确。变式训练2-2根据表格数据回答下列有关问题:(1)已知NaBr、NaCl、MgO等离子晶体的核间距离和晶格能如下表所示:类型NaBrNaClMgO离子的核间距/pm290276205晶格能/(kJ·mol-1)

7873890①NaBr晶体比NaCl晶体晶格能

(填“大”或“小”),主要原因是

。

②MgO晶体比NaCl晶体晶格能大,主要原因是

。

③NaBr、NaCl和MgO晶体中,熔点最高的是

。

(2)Cu2O的熔点比Cu2S的

(填“高”或“低”),请解释原因:

。

答案

(1)①小NaBr的离子核间距比NaCl的大②氧化镁晶体中的阴、阳离子所带电荷更多,并且离子的核间距更小③MgO(2)高O2-半径小于S2-半径,Cu2O的离子键强于Cu2S的离子键,所以Cu2O的熔点比Cu2S的高(3)>两者均为离子化合物,且阴、阳离子所带电荷数均为1,但后者离子半径大,离子键较弱,因此熔点较低学以致用•随堂检测全达标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,金属的导电性越好答案

B解析

A项,Hg在常温下为液态;C项,r(Ca2+)<r(K+),Ca2+所带电荷数大于K+,所以金属键强度Ca>K,故熔、沸点Ca>K;D项,金属的导电性随温度升高而降低。2.已知某金属晶体的晶胞结构如图所示,则与该晶胞中任意一个顶点的原子距离相等且最近的原子数为(

)A.6 B.4C.8 D.12答案

D解析

与该晶胞中任意一个顶点的原子距离相等且最近的原子共有12个。3.NaF、NaI、MgO均为离子化合物,这三种化合物的熔点高低顺序是(

)①N