2013年化学 第3章 第2节 金属晶体与离子晶体精品课件 鲁科版选修《物质结构与性质》.ppt

第第2节金属晶体与离子晶体节金属晶体与离子晶体课程标准导航课程标准导航1.了解离子晶体、金属晶体的了解离子晶体、金属晶体的结结构微粒及微粒构微粒及微粒间间作用力的区作用力的区别别。2了解金属晶体的三种原子堆了解金属晶体的三种原子堆积积模型，能用模型，能用金属金属键键理理论论解解释释金属的一些物理性金属的一些物理性质质。3了解几种典型离子晶体的晶胞了解几种典型离子晶体的晶胞结结构。构。4了解晶格能的概念和含了解晶格能的概念和含义义。新新知知初初探探自自学学导导引引自主学习自主学习一、金属晶体一、金属晶体1.定定义义：金属原子通：金属原子通过过_形成的晶形成的晶体。体。2.金属晶体的原子堆金属晶体的原子堆积积模型模型对对比比金属金属键键堆堆积积模型模型典型代表物典型代表物质质非密置非密置层层体心立方密堆体心立方密堆积积A2Li、Na、K、Ba、W、Fe密置密置层层六方最密堆六方最密堆积积A3Mg、Zn、Ti面心立方最密面心立方最密堆堆积积A1Ca、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Pd堆堆积积模型模型配位数配位数晶胞晶胞结结构示意构示意图图非密非密置置层层体心立方体心立方密堆密堆积积A2_密置密置层层六方最密六方最密堆堆积积A3_面心立方最面心立方最密堆密堆积积A1_812123.金属的物理性金属的物理性质质金属具有良好的延性、展性、可塑性等性金属具有良好的延性、展性、可塑性等性质质均与均与_有关；另一方面，金属晶体中有关；另一方面，金属晶体中原子的堆原子的堆积积方式也会影响金属的性方式也会影响金属的性质质，如具，如具有有_结结构的金属往往比其他构的金属往往比其他结结构构的金属有更好的延展性。的金属有更好的延展性。金属金属键键最密堆最密堆积积 想一想想一想1金属具有很好的延展性，金属金属具有很好的延展性，金属变变形后化形后化学学键键有无有无变变化？化？为为什么？什么？提示：提示：无无变变化。金属化。金属键键在整个晶体的范在整个晶体的范围围内内起作用，故起作用，故变变形后化学形后化学键键无无变变化。化。二、离子晶体二、离子晶体1.定定义义：_通通过过离子离子键结键结合，在合，在空空间间呈呈现现有有规规律的排列所形成的晶体。律的排列所形成的晶体。2.常常见见AB型离子晶体的晶体型离子晶体的晶体类类型型阴、阳离子阴、阳离子晶体晶体类类型型_型型_型型ZnS型型晶胞晶胞配位数配位数_4符合符合类类型型Li、Na、K、Rb的的卤卤化物，化物，AgF、MgO等等CsBr、CsI、NH4Cl等等BeO、BeS等等NaClCsCl683.晶格能晶格能定定义义将将_mol离子晶体中的阴、阳离子完全气离子晶体中的阴、阳离子完全气化而化而远远离所吸收的能量离所吸收的能量意意义义晶格能越大，表示离子晶格能越大，表示离子键键越越强强，离子晶体越，离子晶体越_影响影响因素因素离子离子间间距距(r)晶格能与晶格能与r、q的关系式的关系式晶格能晶格能 _离子所离子所带电带电荷数荷数(q)离子晶体的离子晶体的_1 稳稳定定结结构型式构型式4.离子晶体的特征离子晶体的特征(1)熔、沸点：熔、沸点熔、沸点：熔、沸点_，而且随着离，而且随着离子子电电荷的增加、离子荷的增加、离子间间距的距的缩缩短，晶格能短，晶格能_，熔、沸点，熔、沸点_。(2)溶解性：一般水中溶解性：一般水中_，非极性溶，非极性溶剂剂中中_。(3)导电导电性：固性：固态时态时_，熔融状，熔融状态态或或在水溶液中在水溶液中_。较较高高增大增大升高升高易溶易溶难难溶溶不不导电导电能能导电导电 想一想想一想2比比较较MgO、CaO的晶格能，熔、沸点和的晶格能，熔、沸点和硬度大小。硬度大小。提示：提示：MgO和和CaO比比较较，O2相同，相同，Mg2与与Ca2所所带电带电荷相同，但荷相同，但Mg2半径小，半径小，所以晶格能所以晶格能MgOCaO，熔、沸点，熔、沸点MgOCaO，硬度，硬度MgOCaO。自主体验自主体验1.金属金属钠钠、镁镁、铝铝、钾钾的熔点高低的的熔点高低的顺顺序正序正确的是确的是()AKNaMgAlBAlMgNaKCMgAlNaKDKNaAlMg解析：解析：选选B。金属阳离子的半径越小，所。金属阳离子的半径越小，所带电带电荷越多，金属阳离子与荷越多，金属阳离子与“自由自由电电子子”的作用的作用力越大，金属力越大，金属键键越越强强。钠钠和和钾钾的离子的的离子的电电荷荷数相等，但前者半径小，所以熔、沸点数相等，但前者半径小，所以熔、沸点NaK；钠钠、镁镁、铝铝离子的离子的电电荷数逐荷数逐渐渐增大，增大，离子半径逐离子半径逐渐渐减小，故三者熔、沸点大小减小，故三者熔、沸点大小为为：AlMgNa。2.金属具有延展性的原因是金属具有延展性的原因是()A金属原子半径都金属原子半径都较较大，价大，价电电子子较较少少B金属受外力作用金属受外力作用变变形形时时，金属阳离子与自，金属阳离子与自由由电电子子间间仍保持仍保持较较强强烈的作用烈的作用C金属中大量自由金属中大量自由电电子受外力作用子受外力作用时时，运，运动动速度加快速度加快D自由自由电电子受外力作用子受外力作用时时能迅速能迅速传递传递能量能量解析：解析：选选B。金属在。金属在锻压锻压或或锤锤打打时时，各密置，各密置层层之之间间仍存在金属仍存在金属键键的作用，使金属晶体的作用，使金属晶体发发生生形形变变而不断裂。而不断裂。3.NaF、NaI、MgO均均为为离子化合物，根据离子化合物，根据下列数据，下列数据，这这三种化合物的熔点高低三种化合物的熔点高低顺顺序序是是()物物质质NaFNaIMgO离子离子电电荷数荷数112离子离子间间距距/1010 m2.313.182.10A.BC D要要点点突突破破讲讲练练互互动动探究导引探究导引1为为什么金什么金刚刚石不石不导电导电，而，而Fe可以可以导电导电？提示：提示：金金刚刚石中无自由移石中无自由移动动的的电电子，而子，而Fe中中有自由移有自由移动动的的电电子。子。要点一要点一金属晶体的结构与性质金属晶体的结构与性质探究导引探究导引2金属金属镁镁的熔点，的熔点，为为什么比什么比钠钠高？高？提示：提示：Mg2半径比半径比Na小且小且带电带电荷多，金属荷多，金属键键强强，故，故Mg的熔点比的熔点比Na高。高。要点归纳要点归纳1.金属晶体的金属晶体的结结构与金属性构与金属性质质的内在的内在联联系系(1)金属晶体金属晶体结结构与金属的构与金属的导电导电性的关系性的关系在金属晶体中，存在着在金属晶体中，存在着许许多自由多自由电电子，子，这这些些自由自由电电子的运子的运动动是没有一定方向的，但在外是没有一定方向的，但在外加加电场电场的作用下自由的作用下自由电电子就会子就会发发生定向运生定向运动动，因而形成，因而形成电电流，所以金属容易流，所以金属容易导电导电。(2)金属晶体金属晶体结结构与金属的构与金属的导热导热性的关系性的关系金属容易金属容易导热导热，是由于自由，是由于自由电电子运子运动时动时与金与金属离子碰撞把能量从温度高的部分属离子碰撞把能量从温度高的部分传传到温度到温度低的部分，从而使整低的部分，从而使整块块金属达到相同的温金属达到相同的温度。度。(3)金属晶体金属晶体结结构与金属的延展性的关系构与金属的延展性的关系金属晶体中由于金属离子与自由金属晶体中由于金属离子与自由电电子子间间的相的相互作用没有方向性，互作用没有方向性，各原子各原子层层之之间间受外力作用受外力作用发发生相生相对对滑滑动动以以后，仍可保持后，仍可保持这这种相互作用，因而即使在外种相互作用，因而即使在外力作用下，力作用下，发发生形生形变变也不易断裂。也不易断裂。2.金属熔、沸点金属熔、沸点变变化化规规律律金属金属单质单质是以金属是以金属键结键结合的，金属合的，金属键键越越强强，熔、沸点就越高，金属熔、沸点就越高，金属键键的的强强弱弱则则与金属阳与金属阳离子的半径和离子所离子的半径和离子所带电带电荷有关。荷有关。具体具体说说，金属阳离子半径越小，离子所，金属阳离子半径越小，离子所带电带电荷越多，金属荷越多，金属键键越越强强，金属，金属单质单质的熔、沸点的熔、沸点越高。越高。(1)同一周期的金属元素同一周期的金属元素从左到右，阳离子半径逐从左到右，阳离子半径逐渐渐减小，离子所减小，离子所带带电电荷逐荷逐渐渐增加，金属增加，金属键键逐逐渐渐增增强强，熔、沸点，熔、沸点逐逐渐渐升高。如升高。如Na、Mg、Al。(2)同一主族的金属元素同一主族的金属元素从上到下，由于从上到下，由于电电子子层层数的增加，阳离子半数的增加，阳离子半径逐径逐渐渐增加，离子所增加，离子所带电带电荷相同，金属荷相同，金属键键逐逐渐渐减小，熔、沸点逐减小，熔、沸点逐渐渐降低。如碱金属。降低。如碱金属。即时应用即时应用1.要使金属晶体熔化必要使金属晶体熔化必须须破坏其中的金属破坏其中的金属键键。金属晶体熔点高低和硬度大小一般取决。金属晶体熔点高低和硬度大小一般取决于金属于金属键键强强弱，而金属弱，而金属键键与金属阳离子所与金属阳离子所带带电电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说说法正确的是法正确的是()A金属金属镁镁的熔点大于金属的熔点大于金属铝铝B碱金属碱金属单质单质的熔点从的熔点从Li到到Cs是逐是逐渐渐增大的增大的C金属金属铝铝的硬度大于金属的硬度大于金属钠钠 D金属金属镁镁的硬度小于金属的硬度小于金属钙钙解析：解析：选选C。镁镁离子比离子比铝铝离子的半径大而所离子的半径大而所带带的的电电荷少，所以金属荷少，所以金属镁镁比金属比金属铝铝的金属的金属键键弱，熔点和硬度都小；从弱，熔点和硬度都小；从Li到到Cs，离子的半，离子的半径是逐径是逐渐渐增大的，所增大的，所带电带电荷相同，金属荷相同，金属键键逐逐渐渐减弱，熔点和硬度都逐减弱，熔点和硬度都逐渐渐减小；减小；因离子的半径小而所因离子的半径小而所带电带电荷多，使金属荷多，使金属铝铝比比金属金属钠钠的金属的金属键键强强，所以金属，所以金属铝铝比金属比金属钠钠的的熔点和硬度都大；因离子的半径小而所熔点和硬度都大；因离子的半径小而所带电带电荷相同，使金属荷相同，使金属镁镁比金属比金属钙钙的金属的金属键键强强，所，所以金属以金属镁镁比金属比金属钙钙的熔点和硬度都大。的熔点和硬度都大。要点二要点二离子晶体与常见类型离子晶体与常见类型探究导引探究导引1在在NaCl晶体中，晶胞的空晶体中，晶胞的空间间构型是什么？构型是什么？提示：提示：正六面体型。正六面体型。探究导引探究导引2 Na2O2为什么不能写成为什么不能写成NaO呢？呢？要点归纳要点归纳1.离子晶体离子晶体(1)离子晶体是由阳离子和阴离子通离子晶体是由阳离子和阴离子通过过离子离子键键结结合而成的晶体。合而成的晶体。(2)离子晶体微粒之离子晶体微粒之间间的作用力是离子的作用力是离子键键。由。由于静于静电电作用没有方向性，故离子作用没有方向性，故离子键键没有方向没有方向性。只要条件允性。只要条件允许许，阳离子周，阳离子周围围可以尽可能可以尽可能多地吸引阴离子，多地吸引阴离子，同同样样，阴离子周，阴离子周围围可以尽可能多地吸引阳离可以尽可能多地吸引阳离子，故离子子，故离子键键也没有也没有饱饱和性。根据静和性。根据静电电作用作用大小的影响因素可知，在离子晶体中阴、阳大小的影响因素可知，在离子晶体中阴、阳离子半径越小，所离子半径越小，所带电带电荷数越多，晶格能越荷数越多，晶格能越大，离子大，离子键键越越强强。(3)离子晶体中不存在离子晶体中不存在单单个分子，晶体的化学个分子，晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示分子的是表示分子的组组成。成。2.常常见见的离子晶体模型的离子晶体模型(1)NaCl型晶体型晶体结结构模型：配位数构模型：配位数为为6。在在NaCl晶体中，每个晶体中，每个Na周周围围同同时时吸引着吸引着6个个Cl，每个，每个Cl周周围围也同也同时时吸引着吸引着6个个Na。每个每个Na周周围围与它最近且等距的与它最近且等距的Na有有12个，每个个，每个Na周周围围与它最近且等距的与它最近且等距的Cl有有6个。个。(2)CsCl型晶体型晶体结结构模型：配位数构模型：配位数为为8。在在CsCl晶体中，每个晶体中，每个Cs周周围围同同时时吸引着吸引着8个个Cl，每个，每个Cl周周围围也同也同时时吸引着吸引着8个个Cs。每个每个Cs与与6个个Cs等距离相邻，每个等距离相邻，每个Cs与与8个个Cl等距离相邻。等距离相邻。即时应用即时应用2.下列下列说说法中正确的是法中正确的是()A固固态时态时能能导电导电的晶体一定是金属晶体的晶体一定是金属晶体B熔融熔融态态能能导电导电的晶体一定是离子晶体的晶体一定是离子晶体C水溶液能水溶液能导电导电的晶体一定是离子晶体的晶体一定是离子晶体D固固态态不不导电导电而熔融而熔融态导电态导电的晶体一定是的晶体一定是离子晶体离子晶体解析：解析：选选D。离子晶体是阴、阳离子。离子晶体是阴、阳离子组组成成的，固的，固态时态时阴、阳离子不能自由移阴、阳离子不能自由移动动，不，不导电导电；熔融状；熔融状态时态时，离子化合物，离子化合物电电离，能离，能够导电够导电。而石墨晶体固。而石墨晶体固态时态时也能也能导电导电。要点三要点三离子晶体的物理性质离子晶体的物理性质探究导引探究导引1为为什么用什么用电电解熔融解熔融态态Al2O3制制备备Al，而不用，而不用AlCl3?提示：提示：Al2O3是离子化合物，而是离子化合物，而AlCl3是共价是共价化合物，化合物，AlCl3熔化后不能熔化后不能发发生生电电离。离。探究导引探究导引2为为什么用什么用电电解熔融解熔融态态MgCl2制制备备Mg，而不用，而不用MgO?提示：提示：MgO与与MgCl2均是离子化合物，由均是离子化合物，由于于MgO的晶格能大，熔融的晶格能大，熔融时时需消耗大量的需消耗大量的能量。能量。要点归纳要点归纳1.晶格能晶格能对对离子晶体物理性离子晶体物理性质质的影响的影响对对晶体构型相同的离子化合物，离子晶体构型相同的离子化合物，离子电电荷数荷数越多，核越多，核间间距越小，晶格能越大；晶格能越距越小，晶格能越大；晶格能越大，离子大，离子键键越越强强，晶体越，晶体越稳稳定，熔点越高，定，熔点越高，硬度越大。硬度越大。2.离子晶体的物理性离子晶体的物理性质质(1)熔、沸点熔、沸点离子晶体中有离子晶体中有较较强强的离子的离子键键，熔化或气化，熔化或气化时时需消耗需消耗较较多的能量。所以离子晶体有多的能量。所以离子晶体有较较高的高的熔点、沸点和熔点、沸点和难挥发难挥发性。性。(2)硬度硬度硬而脆。离子晶体表硬而脆。离子晶体表现现出出较较高的硬度。当晶高的硬度。当晶体受到冲体受到冲击击力作用力作用时时，部分离子，部分离子键发键发生断生断裂，裂，导导致晶体破碎。致晶体破碎。(3)导电导电性性晶体不晶体不导电导电。离子晶体中，离子。离子晶体中，离子键较键较强强，阴、阳离子不能自由移阴、阳离子不能自由移动动，即晶体中无自由，即晶体中无自由移移动动的离子，因此离子晶体不的离子，因此离子晶体不导电导电。熔化熔化导电导电。当升高温度。当升高温度时时，阴、阳离子，阴、阳离子获获得足得足够够的能量克服了离子的能量克服了离子间间的相互作用力，的相互作用力，成成为为自由移自由移动动的离子，在外加的离子，在外加电场电场的作用的作用下，离子定向移下，离子定向移动动而而导电导电。溶于水溶于水导电导电。离子晶体溶于水。离子晶体溶于水时时，阴、阳，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移离子受到水分子的作用成了自由移动动的离子的离子(或水合离子或水合离子)，在外加，在外加电场电场的作用下，阴、阳的作用下，阴、阳离子定向移离子定向移动动而而导电导电。(4)溶解性溶解性大多数离子晶体易溶于极性溶大多数离子晶体易溶于极性溶剂剂(如水如水)中，中，难难溶于非极性溶溶于非极性溶剂剂(如汽油、苯、如汽油、苯、CCl4)中。中。当把离子晶体放入水中当把离子晶体放入水中时时，水分子，水分子对对离子晶离子晶体中的离子体中的离子产产生吸引，使离子晶体中的离子生吸引，使离子晶体中的离子克服离子克服离子间间的相互作用力而离开晶体，的相互作用力而离开晶体，变变成成在水中自由移在水中自由移动动的离子。的离子。即时应用即时应用A.晶格能的大小与离子半径成正比晶格能的大小与离子半径成正比B阳离子相同阴离子不同的离子晶体，阴离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，氧化性金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强越强解析：选解析：选AD。由表中数据可知晶格能的大小。由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，与离子半径成反比，A项错误；由项错误；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定晶格能的大小即可确定B项说法正确；由项说法正确；由LiF、NaF、KF晶格能的大晶格能的大小即可确定小即可确定C项说法正确；表中晶格能最小项说法正确；表中晶格能最小的为碘化物，因还原性的为碘化物，因还原性FClBr1.000，结结构构类类型型为为CsF型，阴、阳离子的型，阴、阳离子的C.N.均均为为12。三种晶体中，。三种晶体中，ad晶体的晶体的r/r最最大，配位数最大，大，配位数最大，bc晶体的晶体的r/r最小，配位最小，配位数最小。数最小。【答案答案】(1)adacbc(2)8612