3.3 金属晶体与离子晶体（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版2019）

晶体结构与性质 第三章 第三节　金属晶体与离子晶体 返回目录 化学 选择性必修2 　 课前·教材预案 课堂·深度拓展 课末·随堂演练 课时作业(十五) 课前·教材预案 知识点1　金属键与金属晶体 汞 金属晶体 返回目录 化学 选择性必修2 　 金属键 价电子 所有的金属原子 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 知识点2　离子晶体 阴离子 阳离子 大 难 离子键 高 返回目录 化学 选择性必修2 　 4 4 1 1 返回目录 化学 选择性必修2 　 高 低 有机基因 液态 阴、阳离子 带电荷离子 难 返回目录 化学 选择性必修2 　 溶剂 电解质 原电池 催化剂 返回目录 化学 选择性必修2 　 × × × × × × × 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 课堂·深度拓展 探究点1　金属键及其对金属性质的影响 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 探究点2　离子晶体的性质及判断 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 课末·随堂演练 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 目标导航 [知识导图] [课程标准] 1.知道金属晶体和离子晶体的概念，认识金属晶体和离子晶体中微粒及其微粒间相互作用。 2．借助离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。 1．金属晶体 金属(除_____外)在常温下都是晶体，称其为__________。 2．金属键 (1)在金属晶体中，原子之间以__________相互结合。 (2)“电子气”理论：当金属原子脱落下来的________形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把__________________维系在一起。 3．金属晶体的性质 1．离子晶体 离子晶体是由eq \x(\s\up1(12))__________和eq \x(\s\up1(13))__________相互作用形成的晶体。 2．离子晶体的性质 在离子晶体中，离子间存在着较强的离子键，使离子晶体硬度较eq \x(\s\up1(14))______，eq \x(\s\up1(15))______于压缩；由固态变为液态或气态，需要破坏较强的eq \x(\s\up1(16))__________，具有较eq \x(\s\up1(17))______的熔点和沸点。 3．常见离子晶体的结构类型 离子晶体 晶胞 离子数目 NaCl Na＋数目______ Cl－数目______ CsCl Cs＋数目______ Cl－数目______ 4.离子液体 (1)离子液体的定义：离子晶体的熔点有的很______，有的较______，而且，引入____________可降低离子化合物的熔点，在室温或稍高于室温时呈________的离子化合物被定义为离子液体。 (2)构成微粒：大多数离子液体含有体积很大的______________。 (3)作用力：主要是______________间的静电作用。 (4)特征性质：离子液体______挥发。 (5)应用 ①离子液体可用作________：如从溶解有树木纤维素的离子液体中分离出纤维素分子组装成的再生植物纤维。 ②离子液体有良好的导电性：用作电化学研究的__________，并被开发为__________的电解质。 ③离子液体被用于有机合成的溶剂和__________。 ④离子液体在生物化学等科研领域也有广泛应用。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)金属在拉成丝或者压成薄片的过程中，金属键遭到了破坏。(　 　) (2)金属导电与电解质溶液导电本质相同。(　 　) (3)金属晶体中自由电子专属于某个金属离子。(　 　) (4)由金属与非金属形成的晶体，属于离子晶体。(　 　) (5)离子晶体中只存在离子键。(　 　) (6)离子晶体受热熔化，破坏化学键，吸收能量，属于化学变化。(　 　) (7)“NaCl”是氯化钠的分子式。(　 　) 名师提醒 (1)金属导电是自由电子在电场的作用下定向移动，属于物理变化；而电解质溶液导电是阴、阳离子在电场的作用下定向移动，属于化学变化。 (2)由金属与非金属形成的晶体，不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。 (3)离子晶体中一定存在离子键，除离子键外可能有其他类型的化学键。如NaOH晶体中除含有离子键外，还有氢原子和氧原子之间的极性共价键。 (4)离子晶体中存在的微粒是阳离子和阴离子，离子晶体的化学式只表示晶体中的阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。 1．合金固体是金属晶体吗？为什么？ 合金固体是金属晶体，合金中的自由电子不专属于某个特定的金属离子，而是均匀地分布在整个晶体中，把所有金属原子维系在一起，故合金固体是金属晶体。 1．金属键的特性 金属键无方向性和饱和性。晶体中的电子不专属于某一个或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，因此晶体中存在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。 2．金属键的强弱 (1)金属键强弱的比较 由于金属键是产生在自由电子(带负电)和金属阳离子(带正电)之间的电性作用，一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。 (2)金属键的强弱对物质性质的影响 金属键越强，晶体的熔、沸点越高，硬度越大。 3．“电子气理论”对金属性质的解释 (1)金属的导电性 在金属晶体中，充满着带负电荷的“电子气”，“电子气”的运动是没有方向的，但在外加电场的作用下“电子气”会发生定向移动，从而形成电流，所以金属容易导电，如图所示： (2)金属的导热性 金属容易导热，是由于“电子气”中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞，从而把能量从温度高的部分传到温度低的部分，使整块金属达到相同的温度。 【例题1】 关于金属性质和原因的描述不正确的是(　　) A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系 B．金属具有良好的导电性，是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外加电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流，所以金属易导电 C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量 D．金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键 思维导引：金属的性质是由金属键的特点决定的。 答案　A 解析　金属一般具有银白色的金属光泽，与金属键密切相关。由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光辐射到它的表面上时，自由电子可以吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，这就使得绝大多数金属呈现银灰色以至银白色光泽，A项错误。 【变式1】 要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键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．金属镁的硬度大于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的 C．金属镁的熔点大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙 答案　C 解析　镁离子比铝离子的半径大且所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔、沸点和硬度都小，A项错误；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、沸点和硬度都逐渐减小，B项错误；因镁离子比钠离子的半径小且所带电荷多，使金属镁比金属钠的金属键强，所以金属镁比金属钠的熔、沸点和硬度都大，C项正确；因镁离子比钙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、沸点和硬度都大，D项错误。 2．含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗？ 3．离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗？ 不一定。也可能是金属晶体；晶体中含有阳离子，不一定存在阴离子，如金属晶体由阳离子和自由电子构成。 不一定。离子晶体的熔点不一定低于共价晶体，如MgO是离子晶体，SiO2是共价晶体，MgO的熔点高于SiO2的熔点。 1．离子晶体的性质 性质 特征及原因 熔、沸点 离子晶体中有较强的离子键，熔化或汽化时需消耗较多的能量，所以离子晶体有较高的熔、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子所带电荷越多，离子键越强，熔、沸点越高 硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎 性质 特征及原因 导电性 不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力，成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子(或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电 性质 特征及原因 溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)中。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子 延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无延展性 2.离子晶体的判断方法 (1)利用物质的分类判断 金属离子和酸根离子、OH－形成的大多数盐、强碱，活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2)，活泼金属的氢化物(如NaH)，活泼金属的硫化物等都是离子晶体。 (2)利用元素的性质和种类判断 如成键元素的电负性差值大于1.7的物质，金属元素(特别是活泼的金属元素，ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素，ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。 (3)利用物质的性质判断 离子晶体一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆；固体不导电，但熔融或溶于水时能导电，大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。 【例题2】下列性质适合于离子晶体的是(　　) ①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 ②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电 ③熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃，能溶于CS2 ④熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g/cm3 ⑤熔点－218 ℃，难溶于水 ⑥熔点3 900 ℃，硬度很大，不导电 ⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱 ⑧熔点高，难溶于水，固体不导电，熔化时导电 A．①⑧　 B.②③⑥　 C.①④⑦　 D.②⑤ 思维导引：离子晶体一般具有较高的熔、沸点；固态不导电，熔融或溶于水时能导电；质硬而脆等性质。 答案　A 解析　离子晶体液态时能导电，熔点较高、质硬而脆，固体不导电，故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点；⑥中熔点达 3 900 ℃，硬度很大应是共价晶体，故只有①⑧符合题意，A项正确。 【变式2】 下列7种物质：①白磷(P4)；②水晶；③氯化铵；④氢氧化钙；⑤氟化钠；⑥过氧化钠；⑦石墨。固态下都为晶体，回答下列问题(填写序号)： (1)不含金属离子的离子晶体是________，只含离子键的离子晶体是________，既有离子键又有非极性键的离子晶体是________，既有离子键又有极性键的离子晶体是________。 (2)既有范德华力，又有非极性键的晶体是________，熔化时既要克服范德华力，又要破坏化学键的是________，熔化时只破坏共价键的是________。 答案　(1)③　⑤　⑥　③④　(2)①⑦　⑦　② 3．常见离子晶体的晶胞结构 晶体 晶胞 晶胞详解 NaCl ①在NaCl晶体中，Na＋的配位数为6，Cl－的配位数为6 ②与Na＋(Cl－)等距离且最近的Na＋(Cl－)有12个 ③每个晶胞中有4个Na＋和4个Cl－ ④每个Cl－周围的Na＋构成正八面体 CsCl ①在CsCl晶体中，Cs＋的配位数为8，Cl－的配位数为8 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 【例题3】NaCl晶体模型如图所示： (1)在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引________个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着________个Na＋，在NaCl晶胞中含有________个Na＋、________个Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有________个。 (2)对于氯化钠晶体，下列描述正确的是________。 A．相邻的正、负离子核间距等于正、负离子半径之和 B．与氯化铯晶体结构相同 C．每个Na＋与6个Cl－作为近邻 思维导引：从立体几何的角度分析空间构型，确定粒子间的配位数和空间关系。 解析　(1)在氯化钠晶体中，1个Na＋位于晶胞的中心，12个Na＋分别位于晶胞的12条棱上，则属于该晶胞的Na＋有1＋12×＝4个，8个Cl－分别位于晶胞的8个顶点上，6个Cl－分别位于晶胞的6个面心上，则属于该晶胞的Cl－有8×＋6×＝4个。可见NaCl晶体中Na＋、Cl－的个数比为1∶1。图中位于晶胞中心的 Na＋实际上共有3个平面通过它，通过中心Na＋的每个平面都有4个Na＋位于平面的四角，这4个Na＋与中心Na＋距离最近且相等。所以在NaCl晶体中，每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋ 共有12个，按相似的方法可推出每个Cl－周围与它距离最近且相等的Cl－也共有12个。(2)氯化钠晶体中以Na＋为中心向三维方向伸展，有6个Cl－近邻，C项正确；相邻的正、负离子核间距不等于正、负离子半径之和，A项错误；由氯化钠和氯化铯的晶胞可知，二者结构不同，B项错误。 答案　(1)6　6　4　4　12　(2)C 【变式3】 一种离子晶体的晶胞如图所示。其中阳离子A以表示，阴离子B以表示。下列关于该离子晶体的说法正确的是(　　) A．阳离子的配位数为8，化学式为AB B．阴离子的配位数为4，化学式为A2B C．每个晶胞中含4个A D．每个A周围有4个与它等距且最近的A 答案　C 解析　晶胞中含有阳离子数为8×＋6×＝4，阴离子显然是8个，故化学式为AB2，A、B项错误；每个A周围等距且最近的A有12个(类似于干冰晶体)，D项错误。 1．(离子晶体的概念)下列物质的晶体一定属于离子晶体的是(　　) A．在水中能电离出离子的物质 B．熔融状态下能导电的化合物 C．在水中能电离出H＋的化合物 D．熔化时化学键无变化的化合物 答案　B 解析　在水中能电离出离子的物质常见为电解质，可能是酸、碱、盐，如硫酸是分子晶体，但在水中能电离出氢离子和硫酸根离子，A项错误；熔融状态下能导电的化合物一定是离子化合物，B项正确；硫酸是分子晶体，但在水中能电离出氢离子和硫酸根离子，C项错误；熔化时化学键无变化的晶体可能是分子晶体，如冰融化变成液态水，D项错误。 2．(电子气理论解释金属晶体的物理性质)依据“电子气”理论的金属键模型，下列对于金属导电性随温度变化的解释，正确的是(　　) A．温度升高，自由电子的动能变大，以致金属导电性增强 B．温度升高，阳离子的动能变大，阻碍自由电子的运动，以致金属导电性减弱 C．温度升高，自由电子互相碰撞的次数增加，以致金属导电性减弱 D．温度升高，阳离子的动能变大，自由电子与阳离子间的吸引力变小，以致金属的导电性增强 答案　B 解析　温度升高，自由电子和金属阳离子的动能均增加，金属阳离子对自由电子的阻碍作用增大，所以金属导电性减弱，B项正确。 3．(金属键对金属性质的影响)在金属晶体中，如果金属原子的价电子数越多，金属阳离子的半径越小，自由电子与金属阳离子间的作用力越大，金属的熔点越高。由此判断下列各组金属熔点的高低顺序，其中正确的是(　　) A．Mg＞Al＞Ca B.Al＞Na＞Li C．Al＞Mg＞Ca D.Mg＞Ba＞Al 答案　C 解析　金属原子的价电子数：Al＞Mg＝Ca＝Ba＞Li＝Na，金属阳离子的半径：r(Ba2＋)＞r(Ca2＋)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)＞r(Li＋)，C项正确。 4．(离子晶体的晶胞结构)如图所示是从NaCl或CsCl的晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是(　　) A．①② B.①④ C.②③ D.③④ 答案　B 解析　NaCl晶体中，每个Na＋周围最邻近的Cl－有6个，构成正八面体，同理，每个Cl－周围最邻近的6个Na＋也构成正八面体，由此可知图①和④是从NaCl晶体中分割出来的结构图，B项正确。 5．(综合应用)Mg是第三周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点如表： 氟化物 NaF MgF2 SiF4 熔点/K 1 266 1 534 183 (1)解释表中氟化物熔点差异的原因： a．____________________________________________。 b．____________________________________________。 (2)硅在一定条件下可以与Cl2反应生成SiCl4，试判断SiCl4的沸点比CCl4的________(填“高”或“低”)，理由___________ ________________________。 解析　(1)a.先比较不同类型晶体的熔点。NaF、MgF2为离子晶体，离子间以离子键结合，离子键作用强，SiF4固态时为分子晶体，分子间以范德华力结合，范德华力较弱，故NaF和MgF2的熔点都高于SiF4。b.再比较相同类型晶体的熔点。Na＋的半径比Mg2＋的半径大，Na＋所带电荷数小于Mg2＋，所以MgF2的离子键比NaF的离子键强度大，MgF2熔点高于NaF熔点。(2)SiCl4和CCl4组成、结构相似，SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量，SiCl4的分子间作用力大于CCl4的分子间作用力，故SiCl4的熔点高于CCl4的熔点。 答案　(1)a.NaF与MgF2为离子晶体，SiF4为分子晶体，所以NaF与MgF2远比SiF4熔点要高 b．因为Mg2＋的半径小于Na＋的半径且Mg2＋所带电荷数较多，所以MgF2的离子键强度大于NaF的离子键强度，故MgF2的熔点高于NaF (2)高　SiCl4的相对分子质量比CCl4的大，范德华力大，因此沸点高 $$