【高中化学】金属和离子晶体 2022-2023学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2.pptx

1完成课前学习探究核心任务 3.2 金属晶体与离子晶体金属晶体与离子晶体一、金属的分类一、金属的分类1、分类依据：根据组成分类依据：根据组成晶体的微粒晶体的微粒及及微粒之间的相互作用微粒之间的相互作用晶体类型晶体类型构成微粒构成微粒微粒间的相互作用微粒间的相互作用实例实例离子晶体离子晶体_NaCl金属晶体金属晶体_、_铜铜原子晶体原子晶体_金刚石金刚石分子晶体分子晶体_冰冰注意：注意：由原子构成的晶体不一定都是原子晶体，稀有气体是单原子分子由原子构成的晶体不一定都是原子晶体，稀有气体是单原子分子2、微粒间作用的强弱微粒间作用的强弱熔融状态需要破坏的作用力：熔融状态需要破坏的作用力：原子晶体原子晶体熔融需破坏共价键熔融需破坏共价键离子晶体离子晶体熔融需破坏离子键熔融需破坏离子键金属晶体金属晶体熔融需破坏金属键熔融需破坏金属键分子晶体分子晶体熔融需破坏氢键或范德华力熔融需破坏氢键或范德华力微粒之间相互作用的强弱微粒之间相互作用的强弱:化学键化学键 氢键氢键 范德华力范德华力熔沸点一般规律：熔沸点一般规律：原子晶体原子晶体 离子晶体离子晶体 分子晶体分子晶体金属晶体的熔沸点差别很大，有的很高：例如金属晶体的熔沸点差别很大，有的很高：例如钨、铂，钨、铂，有的熔沸点很低：有的熔沸点很低：例如汞、铯、镓例如汞、铯、镓二、金属晶体二、金属晶体1 1.金属晶体：金属晶体：金属晶体：金属晶体：金属阳离子金属阳离子金属阳离子金属阳离子与与与与自由移动电子自由移动电子自由移动电子自由移动电子通过金属键结合而成的晶体通过金属键结合而成的晶体通过金属键结合而成的晶体通过金属键结合而成的晶体(1)晶体中晶体中不存在单个分子不存在单个分子 (2)金属阳离子被金属阳离子被自由电子所包围自由电子所包围 2 2.影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素金属离子半径及价电子数目金属离子半径及价电子数目3 3.金属键与金属熔沸点的关系金属键与金属熔沸点的关系金属键与金属熔沸点的关系金属键与金属熔沸点的关系金属键越强，则金属晶体熔沸点越高金属键越强，则金属晶体熔沸点越高4 4.金属键的特征金属键的特征金属键的特征金属键的特征金属键没有方向性，没有饱和性金属键没有方向性，没有饱和性金属晶体大多采用紧密堆积金属晶体大多采用紧密堆积5 5.金属的物理共性金属的物理共性金属的物理共性金属的物理共性容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等导电性导热性延展性自由电子在外加电自由电子在外加电场作用下定向移动场作用下定向移动自由电子与金属离子自由电子与金属离子碰撞传递热量碰撞传递热量晶体中各原子层相对滑晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用动仍保持相互作用自由电子自由电子+金属金属离子离子金属原子金属原子错错位位+采用密堆积的方式形成的晶体延展性更强采用密堆积的方式形成的晶体延展性更强三、金属晶体原子的堆积模型三、金属晶体原子的堆积模型1、金属晶体的原子排列方式金属晶体的原子排列方式(二维空间二维空间)(1)紧密堆积：紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使它们占微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间有最小的空间(2)配位数配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻在晶体中与每个微粒紧密相邻(一般指相切一般指相切)的微粒个数的微粒个数非密置层非密置层配位数配位数=4配位数配位数=6密置层密置层2.金属晶体的原子堆积方式金属晶体的原子堆积方式(三维空间三维空间)(1)非密置层的堆积方式：非密置层的堆积方式：简单立方堆积简单立方堆积(Po型型)讨论讨论讨论讨论1 1：该堆积方式中金属原子的配位数是多少？该堆积方式中金属原子的配位数是多少？该堆积方式中金属原子的配位数是多少？该堆积方式中金属原子的配位数是多少？空间利用率：空间利用率：空间利用率：空间利用率：晶体的空间被微粒占据的体积百分数，晶体的空间被微粒占据的体积百分数，晶体的空间被微粒占据的体积百分数，晶体的空间被微粒占据的体积百分数，用它来表示紧密堆积的程度。用它来表示紧密堆积的程度。用它来表示紧密堆积的程度。用它来表示紧密堆积的程度。讨论讨论讨论讨论2 2：该堆积方式中金属原子占有晶胞体积的百分数是多少？该堆积方式中金属原子占有晶胞体积的百分数是多少？该堆积方式中金属原子占有晶胞体积的百分数是多少？该堆积方式中金属原子占有晶胞体积的百分数是多少？配位数配位数空间利用率空间利用率6 652简单立方堆积简单立方堆积Po(Po(钋钋)(1)非密置层的堆积方式非密置层的堆积方式：体心立方堆积体心立方堆积 (K型型)配位数配位数空间利用率空间利用率868aba采用体心立方堆积的金属有：采用体心立方堆积的金属有：采用体心立方堆积的金属有：采用体心立方堆积的金属有：Li、Na、K、Ba、W、Fe(2)密置层的堆积方式：密置层的堆积方式：配位数均为配位数均为12六方最密堆积六方最密堆积 (Mg型型)配位数配位数 12空间利用率空间利用率74六方最密堆积(Mg、Zn、Ti)配位数配位数=12空间利用率空间利用率=单个晶胞独占的原子个数单个晶胞独占的原子个数/单晶胞的体积单晶胞的体积 原子半径=Raaa3423球rVp=面心立方最密堆积面心立方最密堆积(Cu型型)配位数配位数 12空间利用率空间利用率74BCACu AgAu CaAlPd Pt金属晶体的金属晶体的4 4种堆积方式比较种堆积方式比较堆积类型代表物质层类型晶胞每个晶胞所含原子数配位数 空间利用率简单立方体心立方六方最密面心最密Po(Po(钋钋)非密置非密置层层 1 16 6K K Na Na FeFe非密置非密置层层2 28 8Mg Mg Zn Zn TiTi密置层密置层2 21212Cu Cu Ag Ag AuAu密置层密置层4 4121252%68%74%74%3、合金定义：由一种金属和另一种或几种金属或某些非金属所组成的，具有金属特性的物质。特点：a.合金的熔点比其成分中各金属的熔点要低。b.硬度、强度比各成分金属高。性质：熔点高（高于金刚石），硬度小，性质：熔点高（高于金刚石），硬度小，可导电可导电。石墨晶体石墨晶体石墨晶体是层状结构：石墨晶体是层状结构：层内层内C原子以共价键结合成平面网状结构，原子以共价键结合成平面网状结构，层间以范德华力结合。层间以范德华力结合。-混合型晶体混合型晶体(过渡型晶体过渡型晶体)每个每个C与与3个个C形成形成CC键，构成正六边形，键，构成正六边形，键长相等，键角相等键长相等，键角相等(均为均为120)；C原子个数与原子个数与CC键数之比为：键数之比为：每个正六边形平均只占有每个正六边形平均只占有6(13)=2个个C13(1/2)=231、定义：定义：由由阳离子阳离子和阴离子通过和阴离子通过离子键离子键结合而成的晶体结合而成的晶体2、成键微粒：成键微粒：阴、阳离子阴、阳离子3、微粒间、微粒间相互作用力：相互作用力：离子键离子键4、常见的离子晶体：、常见的离子晶体：强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类 四、离子晶体四、离子晶体5、离子晶体没有分子，、离子晶体没有分子，化学式表示晶胞中阴阳离子数目比化学式表示晶胞中阴阳离子数目比1.配位数：离子晶体中离子配位数指离子周围配位数：离子晶体中离子配位数指离子周围最邻近的异电性离子的数目最邻近的异电性离子的数目r+/r-0.2250.4140.4140.7320.7321.000配位数468离子Na+Cs+Cl-离子半径/pm 95169181AB五、离子晶体晶胞类型五、离子晶体晶胞类型配位数配位数468半径比半径比0.2-0.40.4-0.70.7-1.0空间构型空间构型ZnSNaClCsCl离子晶体离子晶体阴离子的配位数阴离子的配位数阳离子的配位数阳离子的配位数NaClCsCl6688你认为是什么因素决定了离子晶体中离子的配位数？你认为是什么因素决定了离子晶体中离子的配位数？2.决定离子晶体结构的因素决定离子晶体结构的因素几何因素几何因素 晶体中正负离子的半径比晶体中正负离子的半径比晶体中正负离子的电荷比晶体中正负离子的电荷比电荷因素电荷因素键性因素键性因素离子键的纯粹程度离子键的纯粹程度配位数：离子晶体中离子配位数指离子周围配位数：离子晶体中离子配位数指离子周围最邻近的异电性离子的数目最邻近的异电性离子的数目。3.NaCl晶胞晶胞哪个是哪个是NaClNaCl晶胞？晶胞？不能重合！能重合！为什么大的是晶胞呢？钠离子和氯离子的位置：钠离子和氯离子的位置：钠离子：体心和棱中点；氯离子：面心和顶点。或者钠离子：体心和棱中点；氯离子：面心和顶点。或者反之。反之。Na+与与Cl-的配位数：的配位数：每个晶胞含钠离子、氯离子的个数：每个晶胞含钠离子、氯离子的个数：均为均为4均为均为6无单个分子存在；无单个分子存在；NaCl不表示分子式。不表示分子式。在氯化钠晶体中，若钠离子与周围最近的氯离子距离为在氯化钠晶体中，若钠离子与周围最近的氯离子距离为a，那么每个钠，那么每个钠离子周围最近且等距离的钠离子有离子周围最近且等距离的钠离子有 个，其距离为个，其距离为 。2a12在氯化钠晶胞中，距钠离子最近且等距在氯化钠晶胞中，距钠离子最近且等距的氯离子形成的氯离子形成 构型。构型。八面体八面体【思考思考】3.氯化铯型晶胞氯化铯型晶胞-Cs+-Cl-铯离子和氯离子的位置：铯离子和氯离子的位置：铯离子：体心；氯离子：顶点。或反之。铯离子：体心；氯离子：顶点。或反之。每个晶胞含铯离子、氯离子的个数：每个晶胞含铯离子、氯离子的个数：均为均为1Cs+与与Cl-的配位数：的配位数：均为均为8在氯化铯晶体中，每个铯离子周围最近且等距离的在氯化铯晶体中，每个铯离子周围最近且等距离的铯离子有铯离子有 _个，个，每个氯离子周围最近且等距离的每个氯离子周围最近且等距离的氯离子有氯离子有_个个。66Zn2+、S2-的配位数：的配位数：每个每个ZnS晶胞中含阴、阳离子：晶胞中含阴、阳离子：4.ZnS型晶胞型晶胞均为均为4均为均为45.CaF2型晶胞型晶胞Ca2+F-48Ca2+的配位数：的配位数：每个每个CaF2晶胞中含阴、阳离子：晶胞中含阴、阳离子：Ca2+为为4、F-为为8F-的配位数：的配位数：各类型离子晶体晶胞的比较各类型离子晶体晶胞的比较晶体晶体类型类型晶胞晶胞类型类型晶胞结构晶胞结构示意图示意图配位数配位数距离最近距离最近且相等的且相等的相反离子相反离子每个晶每个晶胞含有胞含有离子数离子数实例实例NaCl型型 ABCsCl型型ZnS型型AB2CaF2型型Na+：6Cl-：6Cs+：Cl-：88Zn2+：S2-：44Ca2+：F-：48Na+：Cl-：Cs+：Cl-：Zn2+：S2-：Ca2+：F-：Na+：Cl-：Cs+：Cl-：Zn2+：S2-：Ca2+：F-：6688444844114484KBr AgCl、MgO、CaS、BaSeZnS、AgI、BeOCsCl、CsBr、CsI、TlCl碱土金属卤化碱土金属卤化物、碱金属氧物、碱金属氧化物。化物。小小 结结1、定义：、定义：拆开拆开1mol 离子晶体，形成完全气态阴阳离子所吸收的能量。离子晶体，形成完全气态阴阳离子所吸收的能量。氟化物氟化物晶格能晶格能/kJmol-1NaF923MgF22957AlF35492符号符号 U2 2、晶格能的大小的影响因素、晶格能的大小的影响因素离子半径、所带电荷离子半径、所带电荷所带电荷越多，离子半径越小，离子间的距离越小，晶格能越大所带电荷越多，离子半径越小，离子间的距离越小，晶格能越大六、晶格能六、晶格能晶格能晶格能随离子间距的减小而增大随离子间距的减小而增大,因此随着阳离子或阴离子半径的减因此随着阳离子或阴离子半径的减小小,晶格能增大晶格能增大;晶格能愈大晶格能愈大,晶体的熔点就愈高晶体的熔点就愈高。晶格能晶格能 q q1 1.q.q2 2 /r r晶格能晶格能与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比；与；与阴、阳离子间的距离阴、阳离子间的距离成反比成反比 。晶格能的大小还与晶格能的大小还与离子晶体的结构型式离子晶体的结构型式有关。带异性电荷的离子之间有关。带异性电荷的离子之间存在相互吸引，带同性电荷的离子之间却存在相互排斥作用。存在相互吸引，带同性电荷的离子之间却存在相互排斥作用。3 3、晶格能的作用、晶格能的作用:岩浆晶出规则与晶格能岩浆晶出规则与晶格能矿物矿物晶格能晶格能KJ/mol晶出次序晶出次序ZnS771.41先先PbS670.0后后橄榄石橄榄石4400最先最先晶体析出次序与晶格能晶体析出次序与晶格能形成的晶体越稳定形成的晶体越稳定熔点越高硬度越大熔点越高硬度越大离子键越强离子键越强晶格能越大晶格能越大