3.2 几种简单的晶体结构模型 第1课时（教学课件）化学鲁科版选择性必修2

该高中化学课件聚焦金属晶体的堆积模型、离子晶体的结构与性质，通过“美丽的晶体”情景导入和问题驱动，从宏观密堆积现象迁移到微观晶体结构，搭建从二维平面堆积到三维空间模型的学习支架，帮助学生建立结构与性质的关联。 其亮点在于采用问题驱动-概念建构-应用迁移模型，通过金属晶体堆积类型分析、离子晶体晶胞数据计算等实例，培养科学思维与模型认知能力。典型例题与技能实战题结合，深化结构决定性质的化学观念，既助力学生理解抽象概念，也为教师提供清晰的教学逻辑与丰富素材。

第三章 不同聚集状态的物质与性质 第二节　 几种简单的晶体结构模型 课时1 金属晶体、离子晶体 鲁科版选择性必修2 金属晶体 1 知识导航 离子晶体 2 知识导航 重点：金属晶体的基本堆积模型，离子晶体类型与其性质。 难点：金属晶体的基本堆积模型，离子晶体类型与其性质。 1.知道金属晶体的概念和特征，能列举金属晶体的基本堆积模型，能用金属键理论解释金属晶体的物理性质。 明·教学目标 教学模型：问题驱动→概念建构→应用迁移 2.知道离子晶体的概念，理解离子晶体类型与其性质的关系。 思考：不同类型的晶体中，微粒在空间如何排列?它们的排列受哪些因素影响?各类晶体的晶胞又有什么特点呢? 引·新课导入 美丽的晶体 问题驱动 情景导入 01 金属晶体 探·知识奥秘 尽管晶体世界丰富多彩、复杂多样，但人们在研究之初总是从简单的晶体入手，金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体等。各类晶体具有不同的结构特点，决定着它们具有不同的性质和用途。那么，不同类型的晶体中，微粒在空间如何排列？它们的排列受哪些因素影响？各类晶体的晶胞又有什么特点呢？？ 一、金属晶体 金属晶体中的原子是通过什么作用结合在一起的？ 探·知识奥秘 一、金属晶体 1.金属晶体 金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。 金属键可看作金 属阳离子和“自由电子”之间的强的相互作用，而且“自由电子”为整个金属所共有，导致金属键没有饱和性和方向性，因此金属晶体可以看作等径圆球的堆积。 X 射线衍射实验充分验证了这些事实 探·知识奥秘 2.金属晶体的堆积模型 在日常生活中，我们常常能发现密堆积的例子，图3-2-1就是一些近似圆球的水果的密堆积。把这种宏观的现象迁移到对微观物质结构的认识中，把金属晶体看成由其构成微粒堆积而成的，是一种有效的思维模型。 一、金属晶体 因为金属键没有方向性，所以金属晶体可以看成由直径相等的圆球在三维空间堆积而成。 探·知识奥秘 2.金属晶体的堆积模型 ⑴金属晶体的原子在二维平面堆积模型 一、金属晶体 I 型 配位数为4 非密置层 1 2 3 4 II 型 配位数为6 密置层 1 2 3 4 5 6 探·知识奥秘 2.金属晶体的堆积模型 ⑵金属晶体的原子在三维空间堆积模型 一、金属晶体 ①简单立方堆积： 只有金属（Po）采取这种堆积方式 探·知识奥秘 一、金属晶体 2.金属晶体的堆积模型 ⑵金属晶体的原子在三维空间堆积模型 ②钾型----体心立方堆积： Li、Na、K、 Ba、W、Fe 采取这种堆积方式 探·知识奥秘 一、金属晶体 2.金属晶体的堆积模型 ⑵金属晶体的原子在三维空间堆积模型 ③镁型----六方密堆积： B A Mg、Zn、Ti 采取这种堆积方式 探·知识奥秘 2.金属晶体的堆积模型 ⑵金属晶体的原子在三维空间堆积模型 ④铜型----面心立方最密堆积： A B C A Ca、Al、Cu、Ag、 Au、Pd、Pt 采取这种堆积方式 一、金属晶体 探·知识奥秘 一、金属晶体 请结合表 3-2-1 中辅助线的提示，描述各晶胞的结构特点，并计算各晶胞中含有的原子数。 探·知识奥秘 一、金属晶体 3.常见金属晶体的结构 结构型式 面心立方最密堆积 体心立方密堆积 六方最密堆积 常见金属 结构示意图 配位数 晶胞中的微粒数 12 8 12 2 4 Mg、Zn、Ti Li、Na、K、Ba、W、Fe Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt 2 探·知识奥秘 4.金属具有延展性的原因 一、金属晶体 在锻压或锤打 时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，这种滑动不会破坏密堆积的排列方式，而且在滑动过程中“自 由电子”能够维系整个金属键的存在，即各层之间始终保持着金属键的作用，因此金属晶体虽然发生了形变但不致断裂。 具有最密堆积结构的金属的延展性往 往比具有其他结构的金属的延展性好。 探·知识奥秘 合金的性能为什么比纯金属更优越 金属铝很软，但如果将铝与铜、镁按一定比例混合，经高温熔融后冷却可以得到硬铝，硬度会大大提高。 一、金属晶体 探·知识奥秘 5.合金 一、金属晶体 由一种金属与另一种金属或几种金属或某些非金属所组成的、具有金属特性的物质。 ①硬度比成分金属高。 Fe C Au Cu 当两种金属元素的电负性、化学性质和原子半径相差不大时，形成的合金称为金属固溶体，如铜镍合金、银金合金。 探·知识奥秘 一、金属晶体 5.合金 ①硬度比成分金属高。 这是因为一种金属原子在其他金属原子的晶体结构中占据了一定位置， 会造成金属晶体结构的变形，从而使得金属晶体在发 生错位时阻力上升、形变困难，导致强度、硬度增大。 探·知识奥秘 5.合金 一、金属晶体 当两种金属元素的电负性或原子半径相差较大时，形成的合金称为金属化合物，如银铝合金、铜钙合金。 ②有的合金通常具有较高的熔点、较大的强度、较高的硬度和耐磨性，但塑性和韧性较低。 ③有的合金具有很高的熔点和很大的硬度。 原子半径较小的氢、硼、碳、氮等非金属元素渗 入金属晶体的间隙中，称为金属间隙化合物或金属间隙固溶体。 这主要是由于填隙原子和金属原子之间存在共价键的缘故。 析·典型范例 【例1】金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，如图分别代表着三种晶体的晶体结构，其晶胞内金属原子个数比为 （　　） A.1∶2∶1 B.11∶8∶4 C.9∶8∶4 D.9∶14∶9 A 一、金属晶体 02 离子晶体 探·知识奥秘 当离子化合物以晶体形式存在时，晶体中的微粒会怎样分布呢？请以你了解的简单离子化合物为例，分析构成这些物质的微粒及微粒间相互作用的特点，猜想在它们所形成的晶体中离子的排布具有怎样的规律。 二、离子晶体 氯化钠 硫酸钠 铬酸钠 重铬酸钠 探·知识奥秘 是阴、阳离子在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体。 1.离子晶体 二、离子晶体 离子键无方向性、无饱和性 无方向性：每个离子在空间任何方向会尽可能多地吸引带相反电荷的离子以降低体系能量。 无饱和性：只要空间允许，每个离子尽可能多地吸引带相反电荷的离子，并不受离子本身所带电荷的限制。 以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积。 探·知识奥秘 1.离子晶体 二、离子晶体 是阴、阳离子在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体。 由于 Na+ 和 Cl- 之间的静电作用没有方向性，在带负电荷的 Cl- 周围吸引着一定数量的带正电荷的 Na+；同样，在带正电荷的 Na+ 周围吸引着一定数量的带负电荷的 Cl-。这种排列方式无限延伸，形成晶体。 离子晶体“大球”先进行密堆积产生空隙，“小球”再填充空隙，最终形成晶胞。 探·知识奥秘 观察氯化钠晶体的微观结构示意图，你将如何截取氯化钠晶体的晶胞？在你截取的晶胞中，实际包含的 Na+ 与 Cl- 各是多少个？ 二、离子晶体 探·知识奥秘 2.常见离子晶体的晶胞结构 二、离子晶体 ⑴搭建模型认识结构 ①NaCl晶体 (无隙并置) (NaCl晶胞) Cl-按面心立方堆积方式排列，Na+离子填充在Cl-所成的空隙中。 探·知识奥秘 二、离子晶体 2.常见离子晶体的晶胞结构 ⑴搭建模型认识结构 NaCl晶体 ① 堆积方式： Cl－：面心立方堆积Na＋填入八面体空隙，填隙率100% ②每个晶胞含： Na+：4个 ； Cl- ：4个 Cl-：8×1/8+6×1/2 = 4 Na+：12× ¼ + 1 = 4 阴阳离子个数比1:1 ③配位数： Na+：6个 ； Cl- ：6个 ④每个Na+周围距离最近的Na+有______个， 每个Cl-周围距离最近的Cl-有______个， 12 12 探·知识奥秘 二、离子晶体 2.常见离子晶体的晶胞结构 ⑴搭建模型认识结构 CsCl晶体 CsCl晶胞 (无隙并置) ①氯化铯的晶体结构 Cl-按简单立方堆积方式排列，Cs+离子填在Cl-所成的空隙中。 每个晶胞中: Cl-个数为8×1/8＝1 Cs+个数为 1 ③化学式的确定：CsCl ②每个晶胞含离子的个数： 探·知识奥秘 二、离子晶体 2.常见离子晶体的晶胞结构 ⑴搭建模型认识结构 CsCl晶体 ④配位数： Cs+：8个 ； Cl- ：8个 ⑤每个Cs+周围距离最近的Cs+有______个， 每个Cl-周围距离最近的Cl-有______个， 6 6 探·知识奥秘 二、离子晶体 2.常见离子晶体的晶胞结构 ⑴搭建模型认识结构 CaF2晶体 Ca2+按 面心立方堆积方式排列，F▬填在Ca2+所成的空隙中。 ①CaF2的晶体结构 ③化学式的确定：CaF2 Ca2+个数为8×1/8+6×1/2＝4 F▬个数为 8 ②每个晶胞含离子的个数： 探·知识奥秘 二、离子晶体 2.常见离子晶体的晶胞结构 ⑴搭建模型认识结构 CaF2晶体 ③配位数： Ca2+ ：8个 ； F- ：4个 ④每个Ca2+周围距离最近的Ca2+有______个， 每个F-周围距离最近的F-有______个， 12 6 探·知识奥秘 二、离子晶体 2.常见离子晶体的晶胞结构 ⑵常见的离子晶体 析·典型范例 【例1】高温下，超氧化钾晶体(KO2)呈立方体结构。如下图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。则下列有关说法正确的是 (　　) A．KO2中只存在离子键 B．超氧化钾的化学式为KO2， 每个晶胞含有1个K＋和1个O2－ C．晶体中与每个K＋距离最近的O2－有6个 D．晶体中，所有原子之间都以离子键相结合 二、离子晶体 C 探·知识奥秘 结构相似的离子晶体，为什么熔沸点仍存在差异？ 二、离子晶体 NaCl MgO 熔点 /℃ 801 2800 沸点 /℃ 1413 3600 离子晶体中阴、阳离子间作用力的强弱在一定程度上可以用离子晶体的晶格能来衡量。 探·知识奥秘 依据表 3-2-3 中的数据分析晶格能的大小与离子晶体的熔点的关系，研讨结构相似的离子晶体的晶格能的大小与哪些因素有关。 二、离子晶体 晶体 离子间距/pm 晶格能/(kJ·mol⁻¹) 熔点/℃ NaCl 276 787 801 NaBr 290 736 750 NaI 311 686 662 MgO 205 3890 2800 表 3-2-3 几种离子晶体的晶格能和熔点 探·知识奥秘 3.离子晶体的晶格能 二、离子晶体 ①晶格能是指将 1 mol 离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量； NaCl (s) = Na+ (g) + Cl- (g) U = 787kJ/mol ②吸收的能量越多，晶格能越大，表示离子间作用力越强，离子晶体越稳定。 ③影响晶格能大小的因素 随着离子间距的增大，晶格能减小，晶体的熔点也随之降低。 离子半径越小，所带电荷数越多，晶格能越大。 晶格能的大小还与离子晶体的结构类型有关。 析·典型范例 【例2】离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子间离子键的强弱，据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是 （　　） A.KCl>NaCl>BaO>CaO B.NaCl>KCl>CaO>BaO C.CaO>BaO>KCl>NaCl D.CaO>BaO>NaCl>KCl D 二、离子晶体 探·知识奥秘 二、离子晶体 4.离子液体 离子液体是在室温和接近室温时呈液态的盐类物质，一般由有机阳离子和无机阴离子组 成。 常见的阳离子有季铵盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐离子等，阴离子有卤素离子、四氟硼酸根离子和六氟磷酸根离子等。 探·知识奥秘 二、离子晶体 4.离子液体 离子液体具有较好的化学稳定性、较低的熔点以及对无机物、有机化合物和聚合物等不同物质的良好溶解性， 因而被广泛应用于有机合成和聚合反应、分离提纯以及电化学研究中。 某些离子液体中的阴离子能与纤维素 中的羟基形成氢键，因此离子液体对于纤维素具有优良的溶解能力。 理·核心要点 金属晶体、离子晶体 金属晶体 离子晶体 金属晶体 金属晶体的堆积模型 离子晶体 离子晶体的晶格能 离子液体 常见金属晶体的结构 金属具有延展性的原因 合金 练·技能实战 1. 下列有关金属的说法正确的是 （　　） A.金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子 B.金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动 C.金属原子在化学变化中失去的电子数越多，其还原性越强 D.金属晶体的堆积方式会影响金属的性质 D 练·技能实战 2．铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示（黑球代表Fe，白球代表Mg）。则下列说法错误的是 （　　） A.铁镁合金的化学式可表示为Mg2Fe B.晶胞中有14个铁原子 C.晶体中存在的化学键类型为金属键 D.晶胞中铁的配位数为8 B 练·技能实战 3.如图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是 （　　） A.NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体 B.NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同 C.NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8 D.NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，所以阳离子与阴离子的半径比相同 D 练·技能实战 4.Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图中Born⁃Haber循环计算得到。下列说法错误的是 （　　） A.Li原子的第一电离能为520 kJ·mol-1 B.O=O键的键能为249 kJ·mol-1 C.Li2O的晶格能为2908 kJ·mol-1 D.1 mol Li（s）转变成Li（g）需要吸收的能量为159 kJ B 练·技能实战 5.已知CaF2是离子晶体，如果用“ ”表示F-；用“ ”表示Ca2+，在如图所示中，符合CaF2晶体结构的是 （　　） B 感谢 您的聆听 THANKS https://www.zxxk.com/user/13354804 鲁科版选择性必修2 $