2019-2020学年高中化学 第三章 物质的聚集状态与物质性质 第2节 金属晶体与离子晶体课件 鲁

第2节金属晶体与离子晶体1．能用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。2．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。3．了解晶格能的概念和意义。01课前自主梳理02课堂合作探究03演练效果检测课时作业知识点一金属晶体1．定义：金属原子通过形成的晶体。金属键典型代表物质配位数晶胞结构示意图体心立方密堆积A2Li、Na、K、Ba、W、Fe六方最密堆积A3Mg、Zn、Ti面心立方最密堆积A1Ca、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Pd2．常见金属晶体的三种结构型式812123.金属的物理性质(1)延展性：当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生，但密置层的不变，没有被破坏，所以金属有良好的延展性。(2)导电性：在外加电场的作用下，自由电子在晶体中作而形成电流，所以金属有良好的导电性。(3)导热性：自由电子在运动时，经常与金属阳离子发生碰撞，引起两者，所以金属具有良好的导热性。相对滑动排列方式金属键定向移动能量的交换知识点二离子晶体1．定义：通过离子键结合，在空间呈现的排列所形成的晶体。阴、阳离子有规律2．常见AB型离子晶体的晶体类型晶体类型型型ZnS型晶胞配位数4符合类型Li、Na、K、Rb的卤化物，AgF、MgO等CsBr、CsI、NH4Cl等BeO、BeS等NaClCsCl683.晶格能定义使mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量意义晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体越影响离子间距(r)晶格能与r、q的关系式晶格能∝因素离子所带电荷数(q)离子晶体的1稳定q1·q2r结构型式4.离子晶体的特征(1)熔、沸点：离子晶体的熔、沸点一般。(2)溶解性：在水中，在非极性溶剂中。较高易溶难溶[自我诊断]离子晶体不可能具有的性质是()A．较高的熔、沸点B．良好的导电性C．溶于极性溶剂D．坚硬而易粉碎解析：离子晶体是阴、阳离子通过离子键形成的晶体，晶体中离子不能自由移动，因此不能导电。答案：B要点一金属晶体的结构和性质1．金属晶体的结构与金属性质的关系(1)导电性与金属结构的关系在金属晶体中，存在着许多自由电子，在晶体内部运动是没有方向的，但在外加电场的条件下，自由电子会发生定向移动而形成电流，故金属容易导电。(2)导热性与金属结构的关系当金属的某一部分受热时，该部分内自由电子的能量增大，在运动过程中与金属阳离子发生碰撞。碰撞过程中发生了能量的交换，把能量从温度高的部分传递到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。(3)延展性与金属结构的关系金属晶体中的金属阳离子和自由电子之间的金属键无方向性，当金属受外力作用时，各原子层之间发生相对滑动，但金属键并未被破坏，易发生形变不致断裂。2．金属熔、沸点的变化规律金属阳离子半径越小离子所带电荷越多→金属键越强→熔、沸点越高(1)同周期的金属元素从左到右，金属离子半径逐渐减小，离子所带电荷逐渐增加，金属键逐渐增强，熔、沸点逐渐升高，如熔、沸点：Na＜Mg＜Al。(2)同主族的金属元素从上到下，金属离子半径逐渐增大，离子所带电荷相同，金属键逐渐减弱，熔、沸点逐渐降低，如熔、沸点：Li＞Na＞K。[温馨提示](1)金属晶体中有金属阳离子，但无阴离子。(2)金属晶体熔、沸点一般较高，但差别较大。如Fe熔点为1535℃，汞熔点为－38.9℃，常温下为液体。[典例1]要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔点高低和硬度大小一般取决于金属键强弱，而金属键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．金属镁的熔点大于金属铝B．碱金属单质的熔点从Li到Cs是逐渐增大的C．金属铝的硬度大于金属钠D．金属镁的硬度小于金属钙[思路点拨][解析]镁离子比铝离子的半径大而所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔点低，硬度小；从Li到Cs，离子的半径是逐渐增大的，所带电荷相同，金属键逐渐减弱，熔点逐渐降低，硬度逐渐减小；因离子的半径小而所带电荷多，使金属铝比金属钠的金属键强，所以金属铝比金属钠的熔点高，硬度大；因离子的半径小而所带电荷相同，使金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔点高，硬度大。[答案]C并非所有金属的熔点都较高，如汞在常温下为液体，熔点很低，为－38.9℃；碱金属元素的熔点都较低，K­Na合金在常温下为液态。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：A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)＜r(K)且价电子数Ca＞K，所以金属键Ca＞K，故熔、沸点Ca＞K。答案：B要点二离子晶体的结构和性质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．常见的离子晶体模型(1)NaCl型晶体结构模型：配位数为6。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。(2)CsCl型晶体结构模型：配位数为8。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。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、沸点，硬而脆，晶体不导电，熔化状态或溶于水发生电离，形成自由移动离子，能够导电。一般易溶于水难溶于非极性溶剂。(2)离子晶体熔、沸点的比较阴、阳离子半径越小阴、阳离子所带电荷越多→晶格能越大→熔、沸点越高如熔、沸点NaF＞KCl，MgO＞NaCl。[温馨提示]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。[典例2]下列说法中正确的是()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[解析]石墨晶体不是金属晶体，但固态时也能导电，A错；金属晶体，无论是固态还是熔融态都能导电，B错；有些分子晶体的水溶液也能导电，C错；离子晶体是阴、阳离子组成的，固态时阴、阳离子不能自由移动，不导电，而熔融状态时，离子化合物电离，能够导电，D正确。[答案]D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，分子晶体与原子晶体无论在固态还是熔融状态都不导电。2．碱金属卤化物是典型的离子晶体，它们的晶格能与1d0成正比(d0是晶体中最邻近的导电性离子的核间距)。下列说法错误的是()晶格能/(kJ·mol－1)离子半径/pm①LiFLiClLiBrLiI1036853807757Li＋Na＋K＋6095133②NaFNaClNaBrNaI923787736686③KFKClKBrKI821699689632F－Cl－Br－I－136181195216A.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：碱金属元素阳离子半径大小顺序为Li＋＜Na＋＜K＋，卤素阴离子半径大小顺序为F－＜Cl－＜Br－＜I－，晶格能的大小与离子半径成反比，所以A、B、C正确；晶格能最小的为碘化物，其还原性最强，因此D错误。答案：D[随堂训练]1．金属具有延展性的原因是()A．金属原子半径都较大，价电子较少B．金属受外力作用变形时，金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈的作用C．金属中大量自由电子受外力作用时，运动速度加快D．自由电子受外力作用时能迅速传递能量解析：金属晶体受到外力作用时，原子层易产生滑动，但各层之间始终保持着金属键的作用，使金属具有良好的延展性。答案：B2．下列关于金属晶体和离子晶体的说法中错误的是()A．都可采取“紧密堆积”的结构B．都含离子C．一般具有较高的熔点和沸点D．都能导电解析：A.金属晶体和离子晶体都可采取紧密堆积，故A正确；B.金属晶体由金属阳离子和自由电子组成，离子晶体由阳离子和阴离子组成，所以二者都含有离子，故B正确；C.离子晶体的熔、沸点较高，金属晶体的熔、沸点虽然有较大的差异，但是大多数的熔、沸点还是比较高，故C正确；D.金属晶体中有自由电子，可以在外加电场的作用下定向移动，而离子晶体的阴、阳离子不能自由移动，因此不具有导电性，故D错误。答案：D3．下列有关离子晶体的叙述中，不正确的是()A．1mol氯化钠中有NA个NaCl分子B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离相等的Cl－共有6个C．氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－D．平均每个NaCl晶胞中有4个Na＋、4个Cl－解析：离子晶体采取密堆积型式，晶体中并不存在单独的“NaCl”分子，NaCl只表示阴、阳离子的个数比，表示晶体的组成。答案：A4．氧化钙在2973K时熔化，而氯化钠在1074K时熔化，两者的离子间距离和晶体结构类似，有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是()A．氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多B．氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大C．氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同D．在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下，晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定解析：晶格能越大，熔点越高。晶格能∝q1·q2r，故A、B、D正确；从题干中信息可知C错误。答案：C5．元素X的某价态离子Xn＋与N3－所形成晶体的结构单元如图所示，则Xn＋中n的值为()A．1B．2C．3D．4解析：晶胞中Xn＋为12×1/4＝3，N3－为8×1/8＝1，根据化学式中化合价代数和为0，则n＝1。答案：A6．下列金属的晶体结构类型都属于面心立方最密堆积A1型的是()A．Li、Na、K、Mg、CaB．Li、Na、K、Mg、RbC．Ca、Pd、Cu、AuD．Be、Mg、Ca、Zn解析：Li、Na、K属于A2型密堆积，Mg、Zn属于A3型最密堆积，Ca、Cu、Pd、Au、Ag、Al属于A1型最密堆积。答案：C7．下图是从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晶体结构的是()A．a和cB．b和cC．a和dD．只有a解析：c是CsCl晶体结构模型示意图，把c向上或向下延伸后，再进行分割后就可得到b。a可看成是氯化钠晶胞中以体心的钠离子为中心和与这个钠离子直接相连的6个氯离子构成的八面体；d恰好是氯化钠晶胞分割成八个小立方体所得到的一个单元。答案：C8．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()A．Mg＞Al＞CaB．Al＞Na＞LiC．Al＞Mg＞CaD．Mg＞Ba＞Al解析：电荷数：Al3＋＞Mg2＋＝Ca2＋＞Li＋＝Na＋；而金属阳离子半径：r(Ba2＋)＞r(Ca2＋)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)＞r(Li＋)，则A和C中，C正确。B中Li＞Na。D中Al＞Mg＞Ba，都不符合题意。答案：C9．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：六方堆积、面心立方堆积和体心立方堆积，图(a)、(b)、(c)分别代表这三种晶胞的结构。(1)其晶胞内金属原子个数比为________。(2)三种堆积方式实质是金属阳离子的堆积，那么自由电子有无确切的堆积方式？________(填“有”或“无”)。(3)影响金属晶体熔点的主要因素是______________________________________。解析：(1)晶胞(a)中含原子数为12×16＋2×12＋3＝6，晶胞(b)中含原子数为8×18＋6×