高中 化学 选择性必修2 第三章 晶体结构与性质《第三节 第1课时 金属晶体与离子晶体》课件

第1课时金属晶体与离子晶体

第三章第三节金属晶体与离子晶体1.能借助金属晶体和离子晶体等模型认识晶体的结构特点，说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。2.能结合金属晶体和离子晶体的实例描述晶体中微粒排列的周期性规律。课程标准任务一金属键和金属晶体1任务二离子晶体2随堂演练3内容索引课时测评4任务一金属键和金属晶体材料：科学家利用增材制造(俗称3D打印)，成功开发了一种超强、高延展性、超轻的钛基合金。通过在3D打印过程中控制激光功率和扫描速度等参数，成功地以可控的方式创造了新合金中元素的不均匀成分。情境探究问题1：合金属于什么晶体？构成粒子是什么？提示：金属晶体；构成粒子为金属阳离子和自由电子。问题2：合金的延展性比纯金属差，硬度比纯金属大，原因是什么？提示：合金与纯金属相比，增加了不同的金属或非金属，相当于填补了金属阳离子之间的空隙，所以一般情况下合金的延展性比纯金属差，硬度比纯金属大。问题3：试用“电子气理论”解释为什么金属具有良好的延展性、导电性和导热性？提示：①当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但原来的排列方式不变，而且弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，并且电子气没有被破坏，所以金属有良好的延展性；②金属晶体中的自由电子在电场中定向移动而形成电流，呈现良好的导电性；③电子气中的自由电子在热的作用下运动时频繁与金属原子碰撞，从而引起能量传递，呈现良好的导热性。问题4：合金的熔点与相应的成分金属的熔点有何关系？提示：合金的熔点一般低于任何一种成分金属的熔点。问题5：根据规律判断下列金属的熔点高低？①Li、Na、K、Rb、Cs

②Na、Mg、Al提示：Li>Na>K>Rb>Cs，Na<Mg<Al。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，相互作用力就越大，熔点就越高。1．金属键(1)概念：金属原子脱落下来的

形成遍布整块晶体的“

”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起。(2)成键微粒是金属阳离子和

。(3)含金属键的物质：

单质及其合金。2．金属键的特征金属键无

性和

性。晶体中的电子不专属于某几个特定的金属阳离子，而几乎是均匀地分布在整块晶体中，因此晶体中产生所有金属阳离子与所有自由电子之间“弥漫”的电性作用，这就是金属键，因此金属键没有方向性和饱和性。新知构建价电子电子气自由电子金属方向饱和3．金属键强弱的影响因素金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子数。原子半径

、价电子数

，金属键越弱；反之，金属键越强。4．金属键对金属性质的影响(1)金属键越强，金属熔、沸点越

。(2)金属键越强，金属硬度越

。(3)金属键越强，金属越难失电子，一般金属性越

，如Na的金属键强于K，则Na比K难失电子，金属性Na比K弱。(4)金属键越强，金属原子的电离能越

。越大越少高大弱大5．金属晶体(1)金属晶体是原子间通过

形成的一类晶体。金属晶体常温下除

外都是固体。(2)性质：优良的

、导热性和延展性。(3)用电子气理论解释金属的性质金属键汞导电性相对滑动定向移动能量1．正误判断，错误的说明原因。(1)金属晶体的熔点一定比共价晶体低。答案：错误，金属晶体的熔点有的高，有的低。(2)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。答案：正确。(3)金属晶体除了纯金属还有大量合金。答案：正确。应用评价2．回答下列问题：(1)试用金属键解释Na、Mg、Al的熔点逐渐升高的原因。答案：Na、Mg、Al的原子半径逐渐减小，价电子数逐渐增多，金属键逐渐增强，熔点逐渐升高。(2)金属键可以看成是许多原子共用许多电子所形成的强烈相互作用，和共价键类似。金属键有饱和性和方向性吗？答案：没有。金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用，自由电子为整个金属的所有阳离子所共有，故金属键没有方向性和饱和性。归纳总结1.金属晶体熔点的变化规律金属晶体熔点差别较大，一般熔、沸点较高，但有部分熔点较低，如Cs、Hg等。汞在常温下是液体，熔点很低(－38.9℃)，而钨的熔点高达3000℃以上。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属离子与自由电子的作用力强度不同。归纳总结2．常见金属晶体的三种结构形式结构形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、Ti返回任务二离子晶体材料1：已知MgO、NaCl、CsCl、CaCO3、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、

SO4·H2O等均为离子晶体。材料2：以下是八种物质的熔点。情境探究序号①②③④物质NaFNaClNaBrNaI熔点/℃993801747661序号⑤⑥⑦⑧物质MgOCaOSrOBaO熔点/℃2852261424301918根据材料回答下列问题：问题1：离子晶体中一定含有金属元素吗？由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗？提示：不一定。离子晶体中不一定含金属元素，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。问题2：离子晶体中可以有分子存在吗？离子晶体中除含有离子键外，是否还可能含有共价键、氢键、分子间作用力？提示：可以。离子晶体是由阴、阳离子通过离子键按一定的方式排列组合而成，阴、阳离子是其构成的基本微粒，但是对于一些带结晶水的离子晶体如CuSO4·5H2O、

·H2O等同时还存在小分子。因此离子晶体中一定有离子键，还有可能含有共价键、氢键、分子间作用力等。问题3：材料2①～④、⑤～⑧中物质的熔点为什么会逐渐降低？提示：①～④均为离子晶体且离子所带电荷数相同，从F－→I－随着离子半径的增大，离子键减弱，熔点逐渐降低。⑤～⑧均为离子晶体且离子所带电荷数相同，从Mg2＋→Ba2＋随着离子半径的增大，离子键减弱，熔点逐渐降低。序号①②③④物质NaFNaClNaBrNaI熔点/℃993801747661序号⑤⑥⑦⑧物质MgOCaOSrOBaO熔点/℃2852261424301918问题4：材料2⑤～⑧中物质的熔点远高于①～④中物质的原因是什么？提示：①～⑧中的物质均为离子晶体，但⑤～⑧中物质的离子所带电荷数多于①～④中的物质的离子所带的电荷数，离子所带电荷数越多，离子键越强，熔点越高。序号①②③④物质NaFNaClNaBrNaI熔点/℃993801747661序号⑤⑥⑦⑧物质MgOCaOSrOBaO熔点/℃28522614243019181．定义：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。2．构成微粒：阴、阳离子。3．微粒间的作用：阴、阳离子间以离子键结合，离子内可能有共价键。4．两种典型的离子晶体的晶胞(NaCl和CsCl的晶胞)。新知构建(1)氯化钠晶体由上图氯化钠晶体结构模型可得：每个Na＋紧邻6个Cl－，每个Cl－紧邻6个Na＋(上、下、左、右、前、后)，这6个离子构成一个正八面体。设紧邻的Na＋与Cl－间的距离为a，每个Na＋与12个Na＋等距离紧邻(同层4个、上层4个、下层4个)。由均摊法可得：该晶胞中所拥有的Na＋数为4个，Cl－数为4个，晶体中Na＋数与Cl－数之比为1∶1，则此晶胞中含有4个NaCl结构单元。(2)氯化铯晶体每个Cs＋紧邻8个Cl－，每个Cl－紧邻8个Cs＋，这8个离子构成一个正立方体。设紧邻的Cs＋与Cs＋间的距离为a，则每个Cs＋与6个Cs＋等距离紧邻(上、下、左、右、前、后)。晶体中的Cs＋与Cl－数之比为1∶1。1．正误判断，错误的说明原因。(1)离子晶体中可能含有共价键。答案：正确。(2)NaCl晶体中，每个Na＋周围有6个距离最近且相等的Na＋。答案：错误，氯化钠晶体中，位于顶点的钠离子与面心的钠离子的距离最近，所以每个钠离子周围有12个距离最近且相等的钠离子。(3)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体。答案：正确。应用评价离子

(2)冰晶石晶胞(大立方体)中体心处的“

”代表的微粒是________。Na＋

(3)晶胞中Na＋的配位数为____，与Na＋距离相等且最近的Na＋有____个。68晶胞中与Na＋(体心Na＋)相连的AlF分别处于Na＋的上、下、前、后、左、右，故Na＋的配位数为6。以体心Na＋分析，处于8个小立方体心的Na＋与之最近，故与Na＋距离相等且最近的Na＋有8个。(4)计算冰晶石晶体的密度_______________________________________。返回随堂演练1.金属的下列性质中，与自由电子无关的是A．延展性好 B．容易导电C．密度大小 D．易导热√A项，延展性和自由电子有关，如果金属发生形变的时候，自由电子与金属阳离子之间的相互作用依然存在，使金属不会断裂，不符合题意；B项，在电场的作用下，自由电子定向移动形成电流，故金属能够导电，不符合题意；C项，密度大小与自由电子无关，密度大小取决于原子之间的距离、原子的堆积方式、原子的大小等，符合题意；D项，温度高的区域自由电子的能量增大，运动速率加快，与金属离子的碰撞频率增加，自由电子把能量传递给金属离子，从而具有导热性，不符合题意。2．为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物，可以进行下列实验，其中叙述正确的是A．观察常温下物质的状态，SbCl5是微黄色液体，SnCl4为无色液体。结论：SbCl5和SnCl4都是离子化合物B．测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为73.5℃、2.8℃、－33℃。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物C．将SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中，滴入HNO3酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物D．测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液的导电性，发现它们都可以导电。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物√离子化合物一般熔点较高，熔融状态下可导电；某些分子晶体溶于水后也可以发生电离而导电。3.CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示)，但CaC2晶体中哑铃形C的存在，使晶胞沿一个方向拉长，下列有关说法正确的是A．一个晶胞中含有4个Ca2＋，4个CB．1个Ca2＋周围距离最近的C有6个C．6.4gCaC2晶体中含阴离子0.2molD．该晶体中只含离子键√

4．在离子晶体中，阴、阳离子按一定的规律进行排列，如图甲是NaCl的晶胞结构。在离子晶体中，阴、阳离子具有或近似具有球形对称结构，它们可以看作是不等径的刚性圆球，并彼此相切，如图乙。已知a为常数。(1)在NaCl晶体中，每个Na＋同时吸引________个Cl－；而Na＋与Cl－的数目之比为________。观察晶胞的结构可知，每个Na＋同时吸引6个Cl－；在每个晶胞中含Na＋的个数为4，含Cl－的个数也为4，即Na＋与Cl－的数目之比为1∶1。61∶1(2)Na＋半径与Cl－半径之比为___________(已知

＝1.414)。

0.414∶1(3)若a＝5.6×10－8cm，NaCl晶体的密度为______________(已知5.63＝175.6，NaCl的摩尔质量为58.5g·mol－1)。2.2g·cm－3

返回课时测评题点一金属晶体的组成和性质1．下列关于金属晶体的叙述正确的是A．用铂金做首饰不能用金属键理论解释B．固态和熔融时易导电，熔点在1000℃左右的晶体可能是金属晶体C．Li、Na、K的熔点逐渐升高D．金属导电和熔融电解质(或电解质溶液)导电的原理一样√A.用铂金制作首饰利用了金属晶体的延展性，能用金属键理论解释，A项错误；B.金属晶体在固态和熔融态下都能导电，其熔点由于金属的不同，差异很大，熔点在1000℃左右的晶体可能是金属晶体，B项正确；C.原子半径越小，金属性越强，则Li、Na、K的熔点逐渐降低，C项错误；D.金属导电是自由电子导电，电解质溶液导电是阴、阳离子导电，原理不一样，D项错误；答案选B。2．科学家对液氢施加约4.95×1011Pa的压力，成功制造出了“金属氢”，这是一种以氢离子和自由电子为基本单位构成的晶体。关于金属氢的推测错误的是A．可能具有很好的导电性B．与氢气互为同素异形体C．摩尔质量与氢气相同D．制造金属氢过程属于化学变化√A.由题干信息可知，金属氢中含有氢离子和自由电子，类似于金属晶体，则可能具有很好的导电性，A正确；B.金属氢与氢气是由氢元素形成的性质不同的两种单质，故互为同素异形体，B正确；C.金属氢是一种以氢离子和自由电子为基本单元构成的晶体，是原子构成的单质，与氢气分子不同，则摩尔质量不相同，C错误；D.制造金属氢的过程中，单质结构发生变化，有旧化学键的断裂和新化学键的形成，则属于化学变化，D正确；故答案为C。3.下列关于金属键或金属的性质说法正确的是①金属的导电性是由金属阳离子和自由电子的定向移动实现的②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用③第三周期金属元素Na、Mg、Al的沸点依次升高④金属键没有方向性和饱和性，金属中的电子在整个三维空间运动，属于整个金属A.①② B．②③

C．③④ D．①④√金属的导电性是因为在外加电场的作用下，自由电子发生定向移动，而金属阳离子并没有移动，①错误；金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用，并非仅存在静电吸引作用，②错误。题点二离子晶体的组成和性质4．碱金属与C60形成的球碳盐K3C60，实验测得该物质属于离子晶体，且有良好的超导性，下列K3C60的组成和结构分析正确的是A．该物质分子式为K3C60B．K3C60的摩尔质量是837C．K3C60中的阴、阳离子通过静电引力相结合D．K3C60中既有离子键，又有共价键，在熔融状态下能导电√A.该物质属于离子晶体，K3C60为其化学式而非分子式，A错误；B.摩尔质量的单位为g·mol－1，B错误；C.离子晶体中阴、阳离子通过静电作用相互结合，静电作用包括静电吸引力和静电排斥力，C错误；D.离子晶体中一定存在离子键，熔融状态下能导电，K3C60中的C原子间以共价键连接，D正确；故选D。5.下列有关离子晶体的比较不正确的是A．熔点：NaF>MgF2>AlF3B．离子键强弱：NaF>NaCl>NaBrC．离子晶体中除了含有离子键外，还可能存在共价键、氢键等D．硬度：MgO>CaO>BaO√A.r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)，Na＋、Mg2＋、Al3＋所带电荷数依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的离子键依次增强，故熔点依次升高，A项错误；B.r(F－)<r(Cl－)<r(Br－)，故NaF、NaCl、NaBr的离子键依次减弱，B项正确；C.CuSO4·5H2O晶体为离子晶体，CuSO4·5H2O晶体中存在共价键、氢键等，C项正确；D.r(Mg2＋)<r(Ca2＋)<r(Ba2＋)，故MgO、CaO、BaO中离子键依次减弱，硬度依次减小，D项正确。故选A。6.试根据学过的知识，判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序可能是A．KCl＞NaCl＞BaO＞CaOB．NaCl＞KCl＞CaO＞BaOC．CaO＞BaO＞NaCl＞KClD．CaO＞BaO＞KCl＞NaCl√KCl、NaCl、CaO、BaO均为离子晶体，KCl、NaCl阴离子相同，电荷数相同，阳离子的半径越小，离子键越强，熔点越高，阳离子半径：K＋＞Na＋，则熔点：NaCl＞KCl，BaO、CaO阴离子相同，电荷数相同，阳离子的半径越小，离子键越强，熔点越高，阳离子半径：Ba2＋＞Ca2＋，则熔点：CaO＞BaO；阴、阳离子所带电荷越多，晶体的熔点越高，一般电荷的影响大于半径的影响，所以四种化合物熔点的高低顺序为CaO＞BaO＞NaCl＞KCl，故选C。题点三金属晶体和离子晶体的空间结构7.氯化铯的晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是A．氯化铯晶体属于离子晶体B．氯化铯晶胞中有3套平行棱，3套平行面C．在氯化铯晶体中，每个Cl－周围紧邻1个Cs＋D．在氯化铯晶体中，每个Cs＋周围与它最近且等距离的Cs＋共有6个√A.氯化铯晶体是由氯离子和铯离子通过离子键结合而成的，属于离子晶体，故A正确；B.从图中可以看出，氯化铯晶胞中有3套平行棱，3套平行面，故B正确；C.晶胞是晶体的最小结构单元，从图中可以看出，在氯化铯晶体中，每个Cl－周围紧邻8个Cs＋，故C错误；D.从图中可以看出，在氯化铯晶体中，每个Cs＋周围与它最近且等距离的Cs＋共有6个，故D正确；故选C。8.钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，其晶胞的结构如图所示，下列有关说法错误的是A．该晶体属于离子晶体B．晶体的化学式为BaO2C．该晶体的晶胞结构与NaCl的相似D．与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有8个√A项，该晶胞是由金属阳离子钡离子和阴离子过氧根离子构成的，为离子晶体，正确；B项，该晶胞中钡离子和过氧根离子个数之比为4∶4＝1∶1，其化学式为BaO2，正确；C项，该晶胞中钡离子配位数是6，过氧根离子配位数是6，NaCl中离子配位数是6，该晶胞结构和氯化钠结构相似，正确；D项，与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋个数为12，错误。9.铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示(黑球代表Fe，白球代表Mg)。下列说法正确的是A．铁镁合金的化学式可表示为Mg8Fe4B．晶胞中有14个铁原子C．晶体中存在的化学键类型为共价键D．该晶胞的质量是

g(NA表示阿伏加德罗常数的值)√

10．有关晶体的结构如图所示，下列说法不正确的是A．NaCl晶体中，每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有6个B．CaF2晶体中，每个Ca2＋被8个F－包围C．钛酸钙的化学式为CaTiO3D．在6g二氧化硅晶体中，硅氧键个数为0.4NA√A.从NaCl的晶胞图可以看出，在NaCl晶胞中，顶点Na＋周围等距且紧邻的Na＋位于面心，有＝12个，A项错误；B.以最上面面心钙离子为例，它被上面4个和下面4个F－包围，即CaF2晶体中，每个Ca2＋被8个F－包围，B项正确；C.钛酸钙晶胞中，Ca位于顶点，每个晶胞中有8×＝1个Ca，Ti位于体心，每个晶胞有1个Ti，O位于面心，每个晶胞有6×＝3个O，则钛酸钙的化学式为CaTiO3，C项正确；D.1mol二氧化硅有4mol硅氧键，6g二氧化硅物质的量为0.1mol，因此硅氧键个数为0.4NA，D项正确；答案选A。11．表中所列数据是对应物质的熔点，据此判断下列选项正确的是A．含有金属元素的晶体一定是离子晶体B．AlF3和AlCl3晶体熔化时，克服的微粒间作用力类型相同C．同族元素的最高价氧化物不能形成不同类型的晶体D．金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高√物质Na2ONaAlF3AlCl3Al2O3BCl3CO2SiO2熔点(℃)92097.812911902073－107－571723A.金属晶体中含有金属元素，AlCl3是分子晶体，其也含有金属元素，所以含有金属元素的晶体不一定是离子晶体，故A错误；B.AlCl3属于分子晶体，熔点较低，熔化时破坏分子间作用力，AlF3属于离子晶体，熔点较高，熔化时破坏离子键，故B错误；C.C和Si同主族，但其最高价氧化物的晶体类型不同，CO2晶体和SiO2晶体分别属于分子晶体和共价晶体，所以同族元素的最高价氧化物可能形成不同类型的晶体，故C错误；D.金属晶体的熔点有的很高，有的很低，如常温下汞呈液态，所以金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高，故D正确；答案为D。物质Na2ONaAlF3AlCl3Al2O3BCl3CO2SiO2熔点(℃)92097.812911902073－107－57172312．(1)结合金属晶体的结构和性质，下列关于金属晶体的叙述正确的是_____(填字母)。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强烈的相互作用，在一定外力作用下，不因形变而消失C．钙的熔、沸点比钾高D．温度越高，金属的导电性越好常温下，Hg为液态，A项错误；因为金属键无方向性，故金属键在一定范围内不因形变而消失，B项正确；钙的金属键强于钾，故钙的熔、沸点比钾高，C项正确；温度升高，金属的导电性减弱，D项错误。BC(2)同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：A组物质NaClKClCsCl熔点/K10741049918B组物质NaMgAl熔点/K370922933晶体熔、沸点的高低，取决于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组物质是______晶体，晶体中微粒之间通过_______相连。B组物质是_______晶体，价电子数由少到多的顺序是_____________，粒子半径由大到小的顺序是___________。离子离子键金属Na<Mg<AlNa>Mg>AlA组物质为离子晶体，离子之间通过离子键相结合。B组物质为金属晶体，是由金属键结合而成的，价电子数排列顺序：Na<Mg<Al，粒子半径排列顺序：Na>Mg>Al。A组物质NaClKClCsCl熔点/K10741049918B组物质NaMgAl熔点/K37092293313．氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键。铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示。(1)铁镁合金的化学式为_________。该晶胞中Fe的个数为8×

＝4，Mg的个数为8，故铁镁合金的化学式为Mg2Fe。Mg2Fe(3)若该晶体储氢时，H2分子在晶胞的体心和棱心位置，则含Mg96g的该储氢合金可储存标准状况下H2的体积约为______L。Mg的物质的量为

＝4mol，故储存H2为4mol×＝2mol，标准状况下H2的体积约为2mol×22.4L·mol－1＝44.8L。44.8(2)距离Mg原子最近的Fe原子个数是____。4(4)若该晶胞的晶胞参数为dnm，则该合金的密度为____________g·cm－3(列表达式，用NA表示阿伏加德罗常数的值)。14．回答下列问题。(1)A、B、C、D为四种晶体，性质如下：A．固态时能导电，能溶于盐酸B．能溶于CS2，不溶于水C．固态时不导电，液态时能导电，可溶于水D．固态、液态时均不导电，熔点为3500℃试推断它们的晶体类型：A._________；B._________；C._________；D._________。金属晶体分子晶体离子晶体共价晶体A项，固态时能导电，能溶于盐酸，所以A是金属晶体；B项，能溶于CS2，不溶于水，CS2是非极性溶剂，B是分子晶体；C项，固态时不导电，液态时能导电，可溶于水，离子晶体在熔融状态下能导电，C是