2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第2節(jié) 金屬晶體與離子晶體學(xué)案 魯科版選修3.doc

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第2節(jié)　金屬晶體與離子晶體 1．能用金屬鍵和離子鍵的理論解釋金屬晶體和離子晶體的物理性質(zhì)。(重點(diǎn)) 2．了解金屬晶體的三種原子堆積模型和幾種典型離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)。(難點(diǎn)) 3．了解晶格能的概念和意義。 金 屬 晶 體 [基礎(chǔ)初探] 1．概念 金屬原子通過(guò)金屬鍵形成的晶體稱為金屬晶體。 2．特點(diǎn) 由于金屬鍵沒(méi)有飽和性和方向性，從而導(dǎo)致金屬晶體最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)型式具有堆積密度大、原子配位數(shù)高、能充分利用空間等特點(diǎn)。 3．常見(jiàn)堆積方式 三種典型結(jié)構(gòu)型式 面心立方最密堆積A1 體心立方密堆積A2 六方最密堆積A3 常見(jiàn)金屬 Ca，Cu，Au，Al，Pd，Pt，Ag Li，Na，K，Ba，W，F(xiàn)e Mg，Zn，Ti 結(jié)構(gòu)示意圖 配位數(shù) 12 8 12 晶體結(jié)構(gòu) 面心立方晶胞 體心立方晶胞 六方晶胞 4.物理通性 金屬晶體具有金屬光澤，有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和延展性。 1．金屬在發(fā)生變形延展時(shí)，金屬鍵斷裂嗎？ 【提示】　不斷裂。 2．金屬在通常狀況下都是晶體嗎？金屬晶體的性質(zhì)與哪些因素有關(guān)？ 【提示】　不是，如汞；金屬鍵和金屬原子的堆積方式?jīng)Q定金屬的性質(zhì)。 [核心突破] 1．金屬物理通性的解釋 2．金屬晶體熔點(diǎn)的影響因素 同類型的金屬晶體的熔點(diǎn)由金屬陽(yáng)離子半徑、離子所帶的電荷決定，陽(yáng)離子半徑越小，所帶電荷越多，相互作用力就越強(qiáng)，熔點(diǎn)就越高。例如熔點(diǎn)：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，Na＜Mg＜Al。 [題組沖關(guān)] 1．金屬能導(dǎo)電的原因是(　　) A．金屬晶體中金屬陽(yáng)離子與自由電子間的相互作用較弱 B．金屬晶體中的自由電子在外加電場(chǎng)作用下發(fā)生定向移動(dòng) C．金屬晶體中的金屬陽(yáng)離子在外加電場(chǎng)作用下可發(fā)生定向移動(dòng) D．金屬晶體在外加電場(chǎng)作用下可失去電子 【解析】　金屬原子失去電子后變?yōu)榻饘匐x子，失去的電子稱為自由電子，自由電子可以在金屬晶體中自由移動(dòng)，在外加電場(chǎng)的作用下，自由電子就會(huì)定向移動(dòng)而形成電流。 【答案】　B 2．關(guān)于金屬晶體的體心立方密堆積的結(jié)構(gòu)型式的敘述中，正確的是(　　) A．晶胞是六棱柱 B．屬于A2型最密堆積 C．每個(gè)晶胞中含4個(gè)原子 D．配位數(shù)為12 【解析】　金屬晶體的體心立方密堆積的晶胞是平行六面體，體心立方密堆積的堆積方式為立方體的頂點(diǎn)和體心各有1個(gè)原子，屬于A2型最密堆積，每個(gè)晶胞中含有8＋1＝2個(gè)原子，A2型的配位數(shù)為8。 【答案】　B 3．金屬晶體堆積密度大，原子配位數(shù)高，能充分利用空間的原因是(　　) A．金屬原子的價(jià)電子數(shù)少 B．金屬晶體中有自由電子 C．金屬原子的原子半徑大 D．金屬鍵沒(méi)有飽和性和方向性 【解析】　這是因?yàn)榻柚跊](méi)有方向性的金屬鍵形成的金屬晶體的結(jié)構(gòu)中，都趨向于使原子吸引盡可能多的原子分布于周圍，并以密堆積的方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。 【答案】　D 4．下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是(　　) A．常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在 B．金屬離子與自由電子之間有強(qiáng)烈的相互作用，在一定外力作用下，不因形變而消失 C．鈣的熔點(diǎn)低于鉀 D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好 【解析】　A項(xiàng)，汞在常溫下為液態(tài)；C項(xiàng)，由于原子半徑r(Ca)＜r(K)且價(jià)電子數(shù)Ca＞K，所以金屬鍵Ca＞K，故熔點(diǎn)Ca＞K。 【答案】　B 離 子 晶 體 [基礎(chǔ)初探] 1．概念 由陽(yáng)離子和陰離子通過(guò)離子鍵結(jié)合，在空間呈現(xiàn)有規(guī)律的排列而形成的晶體。 2．常見(jiàn)AB型的離子晶體 晶體類型 NaCl型 CsCl型 ZnS型 晶體結(jié)構(gòu)模型 配位數(shù) 6 8 4 晶胞中微粒數(shù) Na＋　4 Cl－　4 Cs＋　1 Cl－　1 Zn2＋　4 S2－　4 符號(hào)類型 Li、Na、K、Rb的鹵化物、AgF、MgO等 CsBr、CsI、NH4Cl等 BeO、BeS等 3.晶格能 (1)概念：將1 mol離子晶體中的陰、陽(yáng)離子完全氣化而遠(yuǎn)離所吸收的能量。 (2)意義：衡量離子鍵的強(qiáng)弱。晶格能越大，表示離子鍵越強(qiáng)，離子晶體越穩(wěn)定。 (3)影響因素： ①晶格能∝，即與陰、陽(yáng)離子所帶電荷的乘積成正比，與陰、陽(yáng)離子間的距離成反比。 ②與離子晶體的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。 4．特性 (1)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高，而且隨著離子電荷的增加，離子間距的縮短，晶格能增大，熔點(diǎn)升高。 (2)一般易溶于水，而難溶于非極性溶劑。 (3)在固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)或在水溶液中能導(dǎo)電。 離子晶體的化學(xué)式是表示真正的分子構(gòu)成嗎？ 【提示】　不是。離子晶體的化學(xué)式僅代表晶體中陰、陽(yáng)離子個(gè)數(shù)比，并不代表分子構(gòu)成，所以離子晶體中不存在分子。 [核心突破] 對(duì)離子晶體特性的理解 1．離子晶體熔、沸點(diǎn)的比較：一般來(lái)說(shuō)，陰、陽(yáng)離子所帶的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子鍵越強(qiáng)，離子晶體的熔、沸點(diǎn)越高，如Al2O3>MgO；NaCl>CsCl等。 2．對(duì)于離子晶體的熔、沸點(diǎn)，要注意“一般來(lái)說(shuō)”和“較高”等字詞?！耙话銇?lái)說(shuō)”說(shuō)明離子晶體的熔、沸點(diǎn)還有些特例；“較高”是與其他晶體類型比較的結(jié)果。 3．離子晶體的一些特殊物理性質(zhì)可用于確定晶體類型。如在固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電，在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體。 4．離子晶體導(dǎo)電的前提是先電離出自由移動(dòng)的陰、陽(yáng)離子。難溶于水的強(qiáng)電解質(zhì)如BaSO4、CaCO3等溶于水時(shí)，由于濃度極小，故導(dǎo)電性極弱。通常情況下，它們的水溶液不導(dǎo)電。 [題組沖關(guān)] 1．下列物質(zhì)的晶體屬于離子晶體的是(　　) A．苛性鉀 B．碘化氫 C．硫酸 D．醋酸 【解析】　苛性鉀含有離子鍵，故屬于離子晶體；碘化氫、硫酸、醋酸均含有分子間作用力，故三者均為分子晶體。 【答案】　A 2．下列性質(zhì)適合于離子晶體的是(　　) A．熔點(diǎn)1 070 ℃，固態(tài)不導(dǎo)電，液態(tài)能導(dǎo)電 B．熔點(diǎn)10.31 ℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電 C．能溶于CS2，熔點(diǎn)112.8 ℃，沸點(diǎn)444.6 ℃ D．熔點(diǎn)97.81 ℃，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度0.97 gcm－3 【解析】　離子晶體的性質(zhì)是熔點(diǎn)較高，固態(tài)不導(dǎo)電，液態(tài)和水溶液能導(dǎo)電，質(zhì)脆。 【答案】　A 3．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．晶體中若存在陰離子，就一定存在陽(yáng)離子 B．離子晶體不一定是化合物 C．離子晶體都易溶于水 D．離子晶體一定是由活潑金屬和活潑非金屬形成的 【解析】　離子晶體的構(gòu)成微粒是陰離子與陽(yáng)離子，A項(xiàng)正確。離子晶體中存在離子鍵，存在電子得失，一定是化合物，B項(xiàng)錯(cuò)。CaCO3、BaSO4等離子晶體難溶于水，C項(xiàng)錯(cuò)。NH4Cl晶體全部由非金屬元素組成，D項(xiàng)錯(cuò)。 【答案】　A 4． NaCl晶體模型如下圖所示： 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：66240026】 (1)在NaCl晶體中，每個(gè)Cl－周圍同時(shí)吸引著________個(gè)Na＋；在NaCl晶胞中含有________個(gè)Na＋、________個(gè)Cl－，晶體中每個(gè)Na＋周圍與它距離最近且相等的Na＋共有________個(gè)。 (2)對(duì)于氯化鈉晶體，下列描述正確的是________。 A．它是六方緊密堆積 B．相鄰的正負(fù)離子核間距等于正負(fù)離子半徑之和 C．與氯化銫晶體結(jié)構(gòu)相同 D．每個(gè)Na＋與6個(gè)Cl－鄰近 【解析】　(1)在氯化鈉晶體中，一個(gè)Na＋位于晶胞的中心，12個(gè)Na＋分別位于晶胞的12條棱上，則屬于該晶胞的Na＋相當(dāng)于3個(gè)(12＝3，棱邊上的每個(gè)Na＋同時(shí)被4個(gè)晶胞共用，屬于該晶胞的Na＋僅占)，因此一個(gè)晶胞中共含有4個(gè)Na＋； 8個(gè)Cl－分別位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)上，則屬于該晶胞的Cl－相當(dāng)于1個(gè)(8＝1，頂點(diǎn)上的每個(gè)Cl－同時(shí)被8個(gè)晶胞共用，屬于該晶胞的Cl－僅占)，6個(gè)Cl－分別位于晶胞的6個(gè)面心上，則屬于該晶胞的Cl－相當(dāng)于3個(gè)(6＝3，面心上的每個(gè)Cl－同時(shí)被2個(gè)晶胞共用，屬于該晶胞的Cl－僅占)，所以一個(gè)晶胞中共含有4個(gè)Cl－。 可見(jiàn)NaCl晶體中Na＋、Cl－的個(gè)數(shù)比為1∶1。圖中位于晶胞中心的Na＋實(shí)際上共有3個(gè)平面通過(guò)它，通過(guò)中心Na＋的每個(gè)平面都有4個(gè)Na＋位于平面的四角，這4個(gè)Na＋與中心Na＋距離最近且距離相等。所以在NaCl晶體中，每個(gè)Na＋周圍與它距離最近且距離相等的Na＋共有12個(gè)，按相似的方法可推出每個(gè)Cl－周圍與它最近且距離相等的Cl－也共有12個(gè)。 (2)氯化鈉晶體是面心立方最密堆積，故A錯(cuò)；氯化銫晶體結(jié)構(gòu)呈體心立方密堆積A2，所以C不正確；氯化鈉晶體中以Na＋為中心向三維方向伸展，有6個(gè)Cl－近鄰，所以D正確；相鄰的正、負(fù)離子核間距不等于正、負(fù)離子半徑之和，B錯(cuò)。 【答案】　(1)6　4　4　12　(2)D