【化学】2023-2024学年鲁科版选择性必修二 金属晶体与离子晶体 课件

第1课时金属晶体与离子晶体课程标准1．了解金属晶体、离子晶体结构微粒及微粒间作用力。2．了解金属晶体、离子晶体常见的堆积方式。3．能用金属键理论解释金属晶体的一些物理性质。4．了解晶格能的概念及晶格能对离子晶体性质的影响。

学法指导1.运用“宏微结合”的化学观，认识晶体的分类依据——构成粒子的种类及粒子间的相互作用。2．运用“结构决定性质、性质反映结构”的化学观，从微观角度分析比较金属晶体、离子晶体的区别及性质上的差异。3．通过建立模型解决金属晶体、离子晶体的相关问题。知识点一

金属晶体1.概念金属原子通过________形成的晶体称为金属晶体。2．常见金属晶体的堆积特点及方式(1)特点：金属键可看作金属________和“自由电子”之间的强的相互作用，而且“自由电子”为整个金属所共有，导致金属键没有______和________，因此金属晶体可看作________的堆积。金属键阳离子饱和性方向性等径圆球(2)堆积方式：如图为两种球堆积的两种方式如果将层与层之间再相互叠放在一起，便形成了晶体的堆积模型，下图为两种通过密置层叠放而得到的最密堆积方式。3．常见金属晶体的结构常见金属Ca、Cu、Au、Al、Pd、Pt、AgLi、Na、K、Ba、W、FeMg、Zn、Ti结构示意图配位数________________________晶胞特点立方体，顶点处各有一个微粒，每个面心有一个微粒立方体，顶点处各有一个微粒，晶胞中心有一个微粒非立方体或长方体，底面中棱的夹角不是直角128124.物理通性(1)通性：金属晶体具有金属光泽，有良好的________、________和________。(2)原因：金属键在整个________范围内起作用。在锻压或锤打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生________，这种滑动不会破坏密堆积的排列方式，而且在滑动过程中“________”能够维系整个金属键的存在，因此金属晶体虽然发生了形变但不致断裂。延性展性可塑性晶体滑动自由电子微点拨(1)紧密堆积：微粒间较强的作用力使微粒尽可能地相互接近，使它们占有最小空间。(2)空间利用率：晶胞实际拥有的微粒(原子或离子等)的总体积与晶胞的体积之比，用来表示紧密堆积的程度。学思用1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)金属晶体绝大多数采用密堆积方式。(

)(2)金属原子的核外电子在金属中都是自由电子。(

)(3)金属不透明且具有金属光泽与自由电子有关。(

)(4)金属导电的实质是金属阳离子在外电场下的定向移动。(

)√×√×2．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，在一定外力的作用下，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：Hg在常温下为液态，A项错误；r(Ca2＋)<r(K＋)，且电荷数：Ca2＋>K＋，所以金属键：Ca>K，熔、沸点：Ca>K，C项错误；自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞，从而导致金属的导电性随温度升高而降低，D项错误。知识点二

离子晶体1.概念阴、阳离子在空间呈现周期性重复排列而形成的晶体。2．晶体类型晶体类型NaCl型CsCl型ZnS型CaF2型晶胞配位数________________________Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4实例Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF、MgO等CsBr、CsI、NH4Cl等BeO、BeS等BaF2、PbF2、CeO2等6843.晶格能(1)概念：将1mol离子晶体完全________为气态阴、阳离子所吸收的能量。(2)意义：衡量离子键的强弱。晶格能越大，表示离子间作用力越__________，离子晶体越__________。(3)影响因素①晶格能与阴、阳离子所带________以及阴、阳离子间的________有关。②与离子晶体的________有关。气化强稳定电荷数距离结构类型4．特性(1)________、________较高，而且随着离子电荷的增加，离子间距的缩短，________增大，熔点升高。(2)一般________溶于水，而难溶于________溶剂。(3)在固态时不导电，________状态或在________中能导电。熔点沸点晶格能易非极性熔融水溶液

学思用1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)含有阳离子的晶体中就一定含有阴离子。(

)(2)离子半径越小，离子所带电荷越多，晶格能越大。(

)(3)MgO的熔、沸点和硬度均高于CaO。(

)(4)晶格能与晶体的离子半径和电荷数有关系。(

)(5)如图氯化钠晶胞中，钠离子与氯离子的个数均为4。(

)×√√√√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．醋酸答案：A解析：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。提升点一

金属晶体的结构与性质1.金属物理通性的解释2．金属熔点和硬度大小的影响因素(1)金属的熔点、硬度等取决于金属晶体内部作用力的强弱。一般来说金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部作用力越强，因而晶体熔点越高、硬度越大。金属晶体的熔点变化差别较大。(2)同类型金属晶体，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，相互作用力就越大，熔点就越高。如熔点：Li>Na>K>Rb>Cs，Na<Mg<Al。3．金属晶体的结构常见金属晶体的四种结构如下表所示：结构示意图晶胞配位数681212空间利用率及a与r的关系(a为晶胞棱长，r为金属原子半径)52%a＝

2r(位于边上的两个原子相切)互动探究已知，1183K以下纯铁晶体的基本结构单元如图1所示，1183K以上转变为图2所示的基本结构单元，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。问题1

金属在发生变形延展时，金属键断裂吗？

提示：不断裂。问题2

金属在通常状况下都是晶体吗？金属晶体的性质与哪些因素有关？

提示：不是，如汞。金属键和金属原子的堆积方式决定金属的性质。问题3

合金属于金属吗？其熔点与相应的金属的熔点有何关系？

提示：合金属于金属。多数合金的熔点低于各组分金属的熔点。问题4

在1183K以下的纯铁晶体中，与体心铁原子等距离且最近的铁原子数是多少？在1183K以上的纯铁晶体中，与面心铁原子等距离且最近的铁原子数是多少？

提示：8；12在1183K以下的纯铁晶体中，与体心铁原子等距离且最近的铁原子是8个顶点的铁原子；在1183K以上的纯铁晶体中，与面心铁原子等距离且最近的铁原子有12个。典例示范[典例1]

Al的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。若已知Al的原子半径为d，NA代表阿伏加德罗常数，Al的相对原子质量为M，请回答：(1)一个晶胞中Al原子的数目为________。(2)该晶体的密度为_________(用字母表示)。4

答案：B

提升点二

离子晶体的结构与性质1.离子晶体的简单结构类型晶体类型晶胞示意图结构特点NaCl型(Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF，MgO等)①Na＋、Cl－的配位数均为6②每个Na＋(Cl－)周围紧邻(距离最近且相等)的Cl－(Na＋)构成正八面体③每个Na＋(Cl－)周围紧邻的Na＋(Cl－)有12个④每个晶胞中含4个Na＋、4个Cl－CsCl型(CsBr、CsI、NH4Cl等)①Cs＋、Cl－的配位数均为8②每个Cs＋(Cl－)周围紧邻的Cl－(Cs＋)构成正六面体③每个Cs＋(Cl－)周围紧邻的Cs＋(Cl－)有6个④每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－ZnS型(BeO、BeS等)CaF2型(BaF2、PbF2、CeO2等)2.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Al2O3>MgO；NaCl>CsCl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。3．离子晶体的判断判断一种物质是不是离子晶体，我们可以根据物质的分类、组成和性质等方面进行判断。(1)利用物质的分类金属离子和酸根离子、OH－形成的大多数盐、强碱，活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2)，活泼金属的氢化物(如NaH)，活泼金属的硫化物等都是离子晶体。(2)利用元素的性质和种类如成键元素的电负性差值大于1.7的物质，金属元素(特别是活泼的金属元素，ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素，ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。(3)利用物质的性质离子晶体一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆；固体不导电，但熔融或溶于水时能导电，大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。互动探究高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价可看作部分为0价，部分为－2价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中基本的重复单元)。据此回答：问题1

该晶胞的晶胞类型是什么？

提示：根据题给信息，该晶胞是面心立方晶胞。

问题3

超氧化钾晶体中含有的化学键类型有哪些？

典例示范[典例2]下列图是从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晶体结构的图是(

)A．图①和图③B．图②和图③C．只有图①

D．图①和图④答案：D解析：NaCl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。素养训练[训练2]有一种蓝色晶体，化学式可表示为Mx[Fey(CN)6]，经X射线研究发现，它的结构特征是Fe3＋和Fe2＋分别占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。(1)该晶体的化学式为多少？(2)晶体中与每个Fe3＋距离最近且相等的CN－有几个？答案：(1)M[Fe2(CN)6]

(2)6

课

堂

总

结[知识导图][误区警示]1．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。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子和自由电子的作用力不同造成的。2．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。3．合金的熔点一般低于成分金属的熔点。4．离子晶体中无分子。如NaCl、CsCl只表示晶体中阴、阳离子个数比，为化学式，不是分子式。5．离子晶体中，每一个阴(阳)离子周围排列的带相反电荷离子的数目是固定的，不是任意的。6．在离子晶体中，阴、阳离子总是尽可能紧密地排列，且一种离子周围紧邻的带相反电荷的离子越多，体系能量越低，所形成的离子晶体越稳定。离子晶体的配位数与阴、阳离子的半径大小有关。1．下列关于金属晶体的说法正确的是(

)A．用铂金做首饰不能用金属键理论解释B．不同金属晶体中金属键的强度不同C．Li、Na、K的熔点逐渐升高D．金属导电和熔融电解质导电的原理一样答案：B解析：用铂金做首饰，主要是因为铂金具有金属光泽，金属具有光泽是因为金属中的自由电子能够吸收可见光，可用金属键理论解释，A项错误。碱金属元素原子的半径越大，金属键越弱，则其单质的熔、沸点越低，故熔点：Li>Na>K，C项错误。金属导电依靠的是自由移动的电子，熔融电解质导电依靠的是自由移动的离子，二者导电原理不一样，D项错误。

答案：A解析：离子晶体在液态(即熔融态)时导电，B项不是离子晶体；CS2是非极性溶剂，根据“相似相溶”的规律，C项也不是离子晶体；由于离子晶体质硬易碎，且固态时不导电，所以D项也不是离子晶体。3．在金属晶体中，如果金属原子的价电子数越多，金属阳离子的半径越小，自由电子与金属阳离子间的作用力越大，金属的熔点越高。由此判断下列各组金属熔点的高低顺序，其中正确的是(

)A．Mg>Al>Ca

B．Al>Na>LiC．Al>Mg>CaD．Mg>Ba>Al答案：C解析：Al的价电子比Mg多，半径比Mg小，所以Al的熔点比Mg高，Ca的价电子与Mg相等，半径比Mg大，所以Ca的熔点比Mg低，故A