《金属晶体　离子晶体》参考教案

学而优，教有方2/12第2节几种简单的晶体结构模型第1课时金属晶体离子晶体发展目标体系构建1.能借助金属晶体结构模型认识金属晶体的结构特点。能利用形成晶体的作用力解释金属的性质。2．认识几种常见离子晶体的模型，并能解释离子晶体的性质。一、金属晶体1．金属晶体的概念点拨：金属晶体中因金属键的存在使得金属具有良好的延展性和可塑性。2．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(1)金属在发生变形延展时，金属键断裂吗？(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？二、离子晶体1．概念阴、阳离子通过离子键结合，在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体。2．常见的离子晶体晶体类型NaCl型CsCl型ZnS型CaF2型晶胞晶胞中微粒数Na＋4Cl－4Cs＋1Cl－1Zn2＋4S2－4Ca2＋4F－8符号类型Li、Na、K、Rb的卤化物、AgF、MgO等CsBr、CsI、NH4Cl等BeO、BeS等BaF2、PbF2、3.晶格能(1)概念将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：衡量离子键的强弱。晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体越稳定。4．特性(1)熔点、沸点较高，而且随着离子电荷的增加，离子间距的缩短，晶格能增大，熔点升高。(2)一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂。(3)在固态时不导电，熔融状态或在水溶液中能导电。离子晶体的化学式是表示真正的分子构成吗？1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”。)(1)同主族金属元素自上而下，金属单质的熔点逐渐降低，体现金属键逐渐减弱。 ()(2)离子晶体一定含有金属阳离子。 ()(3)金属晶体和离子晶体的导电实质是一样的。 ()(4)固态不导电、水溶液能导电，这一性质能说明某晶体一定是离子晶体。 (×)(5)金属键的强弱决定金属晶体的熔点和硬度。 ()2．离子晶体不可能具有的性质是()A．较高的熔、沸点B．固态时具有良好的导电性C．可溶于极性溶剂D．坚硬而易粉碎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．良好的导热性金属晶体(素养养成——宏观辨识与微观探析)飞机制造中使用大量合金。1．金属为什么具有较好的延展性？2．合金为何比纯金属的性质优越？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，相互作用力就越强，熔点就越高。例如熔点：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，Na＜Mg＜Al。【例1】铁有δ、γ、α三种晶体结构，如图是δ、γ、α三种晶体不同温度下转化的示意图，下列有关说法不正确的是()A．δ－Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有8个B．γ－Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个C．α－Fe晶胞边长若为acm，γ－Fe晶胞边长若为bcm，则α－Fe和γ－Fe两种晶体的密度比为b3∶4a3D．将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同1．下列叙述错误的是()A．构成金属的微粒是金属阳离子和自由电子B．金属晶体内部都有自由电子C．金属晶体内自由电子分布不均匀，专属于某个特定的金属离子D．同一类晶体间熔点(或沸点)相差最大的是金属晶体2．下列有关金属的叙述正确的是()A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，是由于金属离子之间有较强的作用B．通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动，而形成电流C．金属导热是借助金属离子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分D．金属的热导率随温度的升高而降低离子晶体(素养养成——宏观辨识与微观探析)氯化钠晶体及结构模型1．1个NaCl晶胞中含有几个Na＋、Cl－？2．NaCl晶体熔化时破坏的作用力是什么？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)①Zn2＋、S2－的配位数均为4②每个Zn2＋(S2－)周围紧邻的S2－(Zn2＋)构成正四面体③每个晶胞中有4个S2－、4个Zn2＋④Zn2＋与S2－之间的最短距离为晶胞体对角线长的eq\f(1,4)CaF2型①Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4，二者的配位数之比等于二者电荷(绝对值)之比②每个F－周围紧邻的4个Ca2＋构成正四面体，每个Ca2＋周围紧邻的8个F－构成立方体③每个晶胞中有4个Ca2＋、8个F－④Ca2＋与F－之间的最短距离为晶胞体对角线长的eq\f(1,4)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。【例2】高温下，超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。则下列有关说法正确的是()A．KO2中只存在离子键B．超氧化钾的化学式为KO2，每个晶胞含有1个K＋和1个Oeq\o\al(－,2)C．晶体中与每个K＋距离最近的Oeq\o\al(－,2)有6个D．晶体中，所有原子之间都是以离子键结合首先要记住NaCl型、CsCl型晶体的结构特点，然后联系立体几何知识来解答。1．下列描述符合离子晶体性质的是()A．熔点1070℃，易溶于水，水溶液能导电B．熔点10.31℃，液态不导电，水溶液能导电C．能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃D．熔点97.81℃，质软，导电，密度0.97g·cm－32．MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体熔点的高低顺序是()A．MgO>Rb2O>BaO>CaOB．MgO>CaO>BaO>Rb2OC．CaO>BaO>MgO>Rb2OD．CaO>BaO>Rb2O>MgO岩浆晶出规则与晶格能火山喷出的岩浆是一种复杂的混合物，冷却时，许多矿物相继析出，简称“岩浆晶出”。实验证明，岩浆晶出的次序与晶格能的大小有关。硅酸盐和石英的晶出次序与晶格能1．晶格能的大小与什么因素有关？2．为什么石英在硅酸盐矿物中最后析出？通过本情境素材中对晶格能的影响因素及晶体性质的影响因素的探究，提升了“宏观辨识与微观探析”的学科素养。1．可用自由电子与金属离子的碰撞中有能量传递来解释的物理性质是()A．金属是热的良导体 B．金属是电的良导体C．金属有良好的延展性 D．有金属光泽，不透明2．氟在自然界中常以CaF2的形式存在。下列有关CaF2的表述正确的是()A．Ca2＋与F－间仅存在静电吸引作用B．F－的离子半径小于Cl－，则CaF2的熔点低于CaCl2C．阴阳离子比为2∶1的物质，均与CaF2晶体构型相同D．CaF2中的化学键为离子键，因此CaF2在熔融状态下能导电3．(素养题)要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸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有关。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、沸点从Li到Cs是逐渐增大的C．金属镁的熔点大于金属钠D．金属镁的硬度小于金属钙4．下列各类物质中，固态时只能形成离子晶体的是()A．非金属氧化物 B．非金属单质C．强酸 D．强碱5．下图是ZnS、CsCl、NaCl晶体的结构模型，根据图示回答下列问题：甲乙丙(1)分别写出三种晶体结构模型对应物质的化学式：甲________、乙________、丙________。在这三种晶体中，与阳离子最近且等距离的阴离子在空间围成的几何构型分别为_____________________。(2)在NaCl、CsCl晶体中，每个Cl－的周围和它等距离且最近的Cl－分别有________个、________个。

参考答案(1)提示：不断裂。(2)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。提示：不是。离子晶体的化学式仅代表晶体中阴、阳离子个数比，并不代表分子构成，所以离子晶体中不存在分子。1．√××√2．B[离子晶体是阴、阳离子通过离子键结合而成的，在固态时，阴、阳离子不能自由移动，因而不导电，离子晶体溶于水或熔融后，电离出可以自由移动的阴、阳离子才能导电，故B错误。]3．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。]1．提示：金属晶体中由于金属阳离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，具有最密堆积结构的金属延展性往往比其他结构的金属的延展性好。2．提示：合金内加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难。因此，在一般情况下，合金比纯金属硬度大。【例1】D[δ－Fe，中心Fe与8个顶点上的Fe距离相等且最近；γ－Fe，与每个铁原子距离相等且最近的铁原子数为8×3×eq\f(1,2)＝12，每个晶胞中含铁原子数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，α－Fe晶胞中含铁原子数为8×eq\f(1,8)＝1，则α－Fe和γ－Fe两种晶体的密度比为eq\f(1,a3)∶eq\f(4,b3)＝b3∶4a3；由三种晶体的转化温度关系可以看出急速冷却和缓慢冷却得到两种不同类型的晶体。]1．C[金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，自由电子几乎均匀分布在金属晶体内，不专属于某一个或几个特定的金属离子，故A、B正确，C错误；由于金属键的强度差别很大，不同金属晶体的熔、沸点相差较大，故D正确。]2．D[根据电子气理论可知，金属受外力作用时变形而不易折断是因为金属晶体中各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，A错误；自由电子要在外电场作用下才能发生定向移动产生电流，B错误；金属导热主要依靠自由电子的热运动，升高温度使自由电子与金属原子频繁碰撞，导致热导率降低，C错误，D正确。]1．提示：4个Na＋和4个Cl－。2．提示：离子键。C[根据题给信息，超氧化钾晶体是面心立方晶体，超氧化钾晶体(KO2)是离子化合物，阴、阳离子分别为K＋、Oeq\o\al(－,2)，晶体中K＋与Oeq\o\al(－,2)之间是离子键，Oeq\o\al(－,2)中O—O键为共价键。作为面心立方晶体，每个晶胞中含有eq\f(1,8)×8＋eq\f(1,2)×6＝4个K＋，1＋eq\f(1,4)×12＝4个Oeq\o\al(－,2)，晶胞中与每个K＋距离最近的Oeq\o\al(－,2)有6个(上、下、前、后、左、右)。]1．A[离子晶体在液态(即熔融态)时能导电，所以B项描述的不是离子晶体的性质；CS2是非极性溶剂，根据“相似相溶”规律知，C项描述的应是非极性分子晶体的性质；由于离子晶体质硬易碎，且固态不导电，所以D项描述的不是离子晶体的性质。]2．B[四种离子晶体所含阴离子相同，所含阳离子不同。对Mg2＋、Rb＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，Rb＋所带电荷数少，其与O2－形成的离子键最弱，故Rb2O的熔点最低。对Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，它们所带电荷一样多，半径Mg2＋<Ca2＋<Ba2＋，与O2－形成的离子键由强到弱的顺序是MgO>CaO>BaO，相应离子晶体的熔点由高到低的顺序为MgO>CaO>BaO。综上所述，四种离子晶体熔点的高低顺序是MgO>CaO>BaO>Rb2O。]1．提示：离子半径越小，离子所带电荷越多，晶格能越大。2．提示：晶格能高的晶体熔点较高，更易在岩浆冷却过程中先结晶。石英在硅酸盐矿物中晶格能较小，因此石英最后析出。1．A[金属中的自由电子受热后运动速率增大，与金属阳离子碰撞频率增大，可以传递能量，故金属有良好的导热性，A正确。]2．D[CaF2为离子化合物，熔融状态下能导电，Ca2＋与F－间既有静电吸引作用，又有静电排斥作用，A错，D对；离子半径越小，离子键越强，故CaF2的熔点高于CaCl2的熔点，