1、第2节几种简单的晶体结构模型第1课时金属晶体离子晶体 课前自主学习课前自主学习学习任务一金属晶体学习任务一金属晶体任务驱动任务驱动: :根据你的生活经验和下表所提供的信息思考根据你的生活经验和下表所提供的信息思考: :物理性质物理性质物理性质比较物理性质比较导电性导电性( (以银为以银为100)100)银银(100)(100)铜铜(99)(99)金金(74)(74)铝铝(61)(61)锌锌(27)(27)铁铁(17)(17)密度密度/g/gcmcm-3-3金金(19.3)(19.3)铅铅(11.3)(11.3)银银(10.5)(10.5)铜铜(8.92)(8.92)铁铁(7.86)(7.86)
2、锌锌(7.14)(7.14)铝铝(2.7)(2.7)熔点熔点/钨钨(3410)(3410)铁铁(1535)(1535)铜铜(1083)(1083)金金(1064)(1064)银银(962)(962)铝铝(660)(660)锡锡(232)(232)硬度硬度( (以金刚石以金刚石为为10)10)铬铬(9)(9)铁铁(4(45)5)银银(2.5(2.54)4)铜铜(2.5(2.53)3)金金(2.5(2.53)3)铝铝(2(22.9)2.9)铅铅(1.5)(1.5)(1)(1)为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制? ?(2)(2)银的导电性比铜好银的导电性比铜
3、好, ,为什么导线一般用铜制而不用银制为什么导线一般用铜制而不用银制? ?(3)(3)为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制? ?(4)(4)物理性质中与自由电子关系最为密切的是什么物理性质中与自由电子关系最为密切的是什么? ?概念及物理性质概念及物理性质概念概念_通过通过_形成的晶体形成的晶体成键微粒成键微粒_和和_微粒间作用力微粒间作用力_物理性质物理性质有良好的导电性、导热性和延展性有良好的导电性、导热性和延展性金属原子金属原子金属键金属键金属阳离子金属阳离子自由电子自由电子金属键金属键【想一想想一想】(1)(1)电解质在熔化状态或溶于水能导电电解质在熔化状
4、态或溶于水能导电, ,这与金属导电的本质是否这与金属导电的本质是否相同相同? ?提示提示: :电解质在熔化状态或溶于水时是离子的定向移动导电电解质在熔化状态或溶于水时是离子的定向移动导电, ,是化学变化是化学变化; ;金属金属导电是自由电子的定向移动导电是自由电子的定向移动, ,是物理变化是物理变化, ,本质不同。本质不同。(2)(2)金属在发生变形延展时金属在发生变形延展时, ,金属键断裂吗金属键断裂吗? ?提示提示: :不断裂。不断裂。(3)(3)金属在通常状况下都是晶体吗金属在通常状况下都是晶体吗? ?金属晶体的性质与哪些因素有关金属晶体的性质与哪些因素有关? ?提示提示: :不是不是,
5、 ,如汞如汞; ;金属键和金属原子的堆积方式决定金属的性质。金属键和金属原子的堆积方式决定金属的性质。学习任务二离子晶体学习任务二离子晶体任务驱动任务驱动: :观察分析下表观察分析下表, ,思考下列问题思考下列问题: :晶格能与晶体的熔点、硬度有怎样的关系晶格能与晶体的熔点、硬度有怎样的关系? ?影响晶格能大小的因素有哪些影响晶格能大小的因素有哪些? ?离子化合物离子化合物NaBrNaBrNaClNaClMgOMgO离子电荷数离子电荷数1 11 12 2核间距核间距/pm/pm290290276276205205晶格能晶格能/kJ/kJmolmol-1-17367367877873890389
6、0熔点熔点/75075080180128002800摩氏硬度摩氏硬度2.5CaOKCl(3)MgOCaOKCl。【探究总结探究总结】1.1.金属晶体熔、沸点的规律金属晶体熔、沸点的规律(1)(1)金属的熔、沸点取决于金属键的强弱金属的熔、沸点取决于金属键的强弱, ,一般金属原子的价电子数越多一般金属原子的价电子数越多, ,原子原子半径越小半径越小, ,金属晶体内部金属键越强金属晶体内部金属键越强, ,晶体熔、沸点越高。晶体熔、沸点越高。(2)(2)金属晶体的熔点差别较大金属晶体的熔点差别较大, ,如如HgHg熔点很低熔点很低, ,碱金属熔点较低碱金属熔点较低, ,铁等金属熔点铁等金属熔点很高。
7、这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子和自由电子的作用力不很高。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子和自由电子的作用力不同造成的。同造成的。(3)(3)同一周期主族金属单质的熔点由左到右升高同一周期主族金属单质的熔点由左到右升高; ;同一主族金属单质的熔点自同一主族金属单质的熔点自上而下降低。上而下降低。(4)(4)合金的熔点低于成分金属的熔点。合金的熔点低于成分金属的熔点。2.2.离子晶体熔、沸点的规律离子晶体熔、沸点的规律(1)(1)一般来说一般来说, ,阴、阳离子所带电荷数越多阴、阳离子所带电荷数越多, ,离子半径越小离子半径越小, ,则离子键越强则离子键越强, ,晶体晶体熔、沸点
8、越高。熔、沸点越高。(2)(2)离子晶体结构类型相同时离子晶体结构类型相同时, ,离子所带电荷数越多离子所带电荷数越多, ,离子半径越小离子半径越小, ,晶格能越晶格能越大大, ,晶体熔、沸点越高晶体熔、沸点越高, ,硬度越大。硬度越大。【探究训练探究训练】1.(20201.(2020黄山高二检测黄山高二检测) ) 下列物质的熔点依次升高的是下列物质的熔点依次升高的是( () )A.MgA.Mg、NaNa、K KB.NaB.Na、MgMg、AlAlC.NaC.Na、RbRb、CaCaD.D.铝、铝硅合金铝、铝硅合金【解析解析】选选B B。A A项中项中K K、NaNa、MgMg的半径依次减小的
9、半径依次减小,Mg,Mg的价电子数比的价电子数比K K、NaNa的多的多, ,故各物质熔点的顺序为故各物质熔点的顺序为KNaMg;KNaMg;同理分析同理分析,B,B项正确项正确;C;C项中各物质熔点的顺序项中各物质熔点的顺序应为应为RbNaCa;DRbNaCa;D项中各物质熔点的顺序应为铝硅合金项中各物质熔点的顺序应为铝硅合金 NaClBaOCaOA.KClNaClBaOCaOB.NaClKClCaOBaOB.NaClKClCaOBaOC.CaOBaOKClNaClC.CaOBaOKClNaClD.CaOBaONaClKClD.CaOBaONaClKCl【解析解析】选选D D。KClKCl、
10、NaClNaCl、CaOCaO、BaOBaO均为离子化合物。均为离子化合物。KClKCl、NaClNaCl阴离子相同阴离子相同, ,电荷数相同电荷数相同, ,阳离子的半径越小阳离子的半径越小, ,晶格能越大晶格能越大, ,熔点越高熔点越高, ,阳离子半径阳离子半径K K+ +NaNa+ +, ,则则熔点熔点NaClKCl;BaONaClKCl;BaO、CaOCaO阴离子相同阴离子相同, ,电荷数相同电荷数相同, ,阳离子的半径越小阳离子的半径越小, ,晶格能晶格能越大越大, ,熔点越高熔点越高, ,阳离子半径阳离子半径BaBa2+2+CaCa2+2+, ,则熔点则熔点CaOBaOCaOBaO。
11、阴、阳离子所带电荷越。阴、阳离子所带电荷越多多, ,晶体的熔点越高。所以四种化合物熔点的高低顺序为晶体的熔点越高。所以四种化合物熔点的高低顺序为CaOBaONaClKCl,CaOBaONaClKCl,故故D D项正确。项正确。3.3.根据表格数据回答下列有关问题根据表格数据回答下列有关问题: :(1)(1)已知已知NaBrNaBr、NaClNaCl、MgOMgO等离子晶体的核间距离和晶格能如下表所示等离子晶体的核间距离和晶格能如下表所示: :NaBrNaBr晶体比晶体比NaClNaCl晶体晶格能晶体晶格能_(_(填填“大大”或或“小小”),),主要原因是主要原因是_._.MgOMgO晶体比晶体
12、比NaClNaCl晶体晶格能大晶体晶格能大, ,主要原因是主要原因是_。NaBrNaBr、NaClNaCl和和MgOMgO晶体中晶体中, ,熔点最高的是熔点最高的是_。(2)NaF(2)NaF的熔点的熔点_ _ 的熔点的熔点( (填填“”“”“(2)两者均为离子化合两者均为离子化合物物, ,且电荷数均为且电荷数均为1,1,但后者离子半径大但后者离子半径大, ,离子键较弱离子键较弱, ,因此熔点较低因此熔点较低【方法规律方法规律】离子晶体结构类型相同时离子晶体结构类型相同时, ,离子所带电荷数越多离子所带电荷数越多, ,离子半径越小离子半径越小, ,晶格能越大晶格能越大, ,晶体熔、沸点越高晶体
13、熔、沸点越高, ,硬度越大。硬度越大。1.1.下列关于金属性质及具有此性质原因的描述中不正确的是下列关于金属性质及具有此性质原因的描述中不正确的是( () )A.A.金属一般具有银白色光泽金属一般具有银白色光泽, ,是物理性质是物理性质, ,与金属键没有关系与金属键没有关系B.B.金属具有良好的导电性金属具有良好的导电性, ,是由于在外电场作用下自由电子定向移动是由于在外电场作用下自由电子定向移动C.C.金属具有良好的导热性金属具有良好的导热性, ,是由于自由电子受热后是由于自由电子受热后, ,运动速率增大运动速率增大, ,自由电子频自由电子频繁与金属离子发生碰撞繁与金属离子发生碰撞, ,传递
14、了能量传递了能量D.D.金属晶体具有良好的延展性金属晶体具有良好的延展性, ,是因为金属晶体中的原子层发生相对滑动时金是因为金属晶体中的原子层发生相对滑动时金属键不被破坏属键不被破坏课堂素养达标【解析解析】选选A A。金属晶体内部存在自由电子。金属晶体内部存在自由电子, ,当光线投射到金属表面时当光线投射到金属表面时, ,自由电自由电子吸收所有频率的光子吸收所有频率的光, ,然后很快放出各种频率的光然后很快放出各种频率的光, ,这就使绝大多数的金属呈这就使绝大多数的金属呈现银白色光泽。金属键是金属阳离子和自由电子间的强烈的相互作用现银白色光泽。金属键是金属阳离子和自由电子间的强烈的相互作用,
15、,金属一金属一般都具有金属光泽的性质正是由于金属键的构成微粒在起作用般都具有金属光泽的性质正是由于金属键的构成微粒在起作用, ,与金属键有密与金属键有密切关系。切关系。2.2.离子晶体不可能具有的性质是离子晶体不可能具有的性质是( () )A.A.较高的熔点、沸点较高的熔点、沸点B.B.良好的导电性良好的导电性C.C.溶于极性溶剂溶于极性溶剂D.D.坚硬而易粉碎坚硬而易粉碎【解析解析】选选B B。离子晶体是阴、阳离子通过离子键结合而成的。离子晶体是阴、阳离子通过离子键结合而成的, ,在固态时在固态时, ,阴、阴、阳离子受到彼此的束缚不能自由移动阳离子受到彼此的束缚不能自由移动, ,因而不导电。
16、只有在离子晶体溶于水或因而不导电。只有在离子晶体溶于水或熔融后熔融后, ,电离成可以自由移动的阴、阳离子电离成可以自由移动的阴、阳离子, ,才可以导电。才可以导电。3.3.氢是重要而洁净的能源。要利用氢气作能源氢是重要而洁净的能源。要利用氢气作能源, ,必须解决好安全有效地储存氢必须解决好安全有效地储存氢气的问题。化学家研究出利用合金储存氢气的方法气的问题。化学家研究出利用合金储存氢气的方法, ,其中镧其中镧(La)(La)镍镍(Ni)(Ni)合金是合金是一种储氢材料一种储氢材料, ,这种合金的晶体结构已经测定这种合金的晶体结构已经测定, ,其基本结构单元如图所示其基本结构单元如图所示, ,则
17、该则该合金的化学式可表示为合金的化学式可表示为( () ) A.LaNiA.LaNi5 5B.LaNiB.LaNiC.LaC.La1414NiNi2424D.LaD.La7 7NiNi1212【解析解析】选选A A。LaLa原子数为原子数为1212 +2 +2 =3,Ni =3,Ni的原子数为的原子数为1212 +6 +6 +6=15, +6=15,故该合金的化学式可表示为故该合金的化学式可表示为LaNiLaNi5 5。121612124.4.泽维尔研究发现泽维尔研究发现, ,当激光脉冲照射当激光脉冲照射NaINaI时时,Na,Na+ +和和I I- -两核间距两核间距1.01.01.5 nm
18、,1.5 nm,呈离呈离子键子键; ;当两核靠近约距当两核靠近约距0.28 nm0.28 nm时时, ,呈现共价键。根据泽维尔的研究成果能得出呈现共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是的结论是( () )A.NaIA.NaI晶体是离子晶体和分子晶体的混合物晶体是离子晶体和分子晶体的混合物B.B.离子晶体可能含有共价键离子晶体可能含有共价键C.NaIC.NaI晶体中既有离子键晶体中既有离子键, ,又有共价键又有共价键D.D.共价键和离子键没有明显的界限共价键和离子键没有明显的界限【解析解析】选选D D。由题中信息可知。由题中信息可知, ,离子的核间距较大时离子的核间距较大时, ,呈离子键呈离
19、子键, ,而核间距较而核间距较小时小时, ,呈共价键呈共价键, ,当核间距改变时当核间距改变时, ,键的性质会发生改变键的性质会发生改变, ,这说明离子键和共价这说明离子键和共价键并没有明显的界线。键并没有明显的界线。5.5.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( () )A.A.熔点熔点:NaFMgF:NaFMgF2 2AlFAlF3 3B.B.晶格能晶格能:NaFNaClNaBr:NaFNaClNaBrC.C.阴离子的配位数阴离子的配位数:CsClNaClCaF:CsClNaClCaF2 2D.D.硬度硬度:MgOCaOBaO:MgOCaOBaO
20、【解析解析】选选A A。掌握好离子半径的大小变化规律是分析离子晶体性质的一个关。掌握好离子半径的大小变化规律是分析离子晶体性质的一个关键点。由于键点。由于r(Nar(Na+ +)r(Mg)r(Mg2+2+)r(Al)r(Al3+3+),),且且NaNa+ +、MgMg2+2+、AlAl3+3+所带电荷依次增大所带电荷依次增大, ,所以所以NaFNaF、MgFMgF2 2、AlFAlF3 3的离子键依次增强的离子键依次增强, ,晶格能依次增大晶格能依次增大, ,故熔点依次升高。故熔点依次升高。r(Fr(F- -)r(Cl)r(Cl- -)r(Br)r(Br- -),),故故NaFNaF、NaCl
21、NaCl、NaBrNaBr的晶格能依次减小。在的晶格能依次减小。在CsClCsCl、NaClNaCl、CaFCaF2 2中阴离子的配位数分别为中阴离子的配位数分别为8 8、6 6、4 4。r(Mgr(Mg2+2+)r(Ca)r(Ca2+2+)r(Ba)CoCo2+2+NiNi2+2+, ,则晶格能则晶格能:NiOCoOFeO,:NiOCoOFeO,故熔故熔点点:NiOCoOFeO:NiOCoOFeO。答案答案: :(1)(1)第四周期第第四周期第族族1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d6 64s4s2 2或或Ar 3dAr 3d6 64s4s2 2(2
22、) (2) NiOCoOFeONiOCoOFeO141218AA59 164300 g gNNA300N233A3 10Na233A3 10Na【补偿训练补偿训练】1.1.通过观察通过观察CsClCsCl的晶体结构示意图回答的晶体结构示意图回答: :(1)(1)每个每个CsCs+ +同时吸引着同时吸引着_个个ClCl- -, ,每个每个ClCl- -同时吸引着同时吸引着_个个CsCs+ +。 (2)(2)在在CsClCsCl晶体中晶体中, ,每个每个CsCs+ +周围与它最接近且距离相等的周围与它最接近且距离相等的CsCs+ +有有_个。每个个。每个ClCl- -周围与它最接近且距离相等的周围
23、与它最接近且距离相等的ClCl- -有有_个。个。 【解析解析】(1)(1)由图可以看出由图可以看出,CsCl,CsCl中中ClCl- -与与CsCs+ +的位置等同的位置等同,Cs,Cs+ +位于位于ClCl- -所形成的正所形成的正方体的中心方体的中心, ,即每个即每个ClCl- -吸引吸引8 8个个CsCs+ +, ,每个每个CsCs+ +吸引吸引8 8个个ClCl- -。(2)(2)取体心上的取体心上的ClCl- -, ,看与看与ClCl- -距离最近的距离最近的ClCl- -, ,位于六个面的面心为位于六个面的面心为6 6个个; ;同样与同样与CsCs+ +最近的最近的CsCs+ +
24、, ,应位于与此立方体共面的六个小立方体体心应位于与此立方体共面的六个小立方体体心, ,共为共为6 6个。个。答案答案: :(1)8(1)88 8(2)6(2)66 62.2.如下图列出的是一些离子晶体空间结构示意图如下图列出的是一些离子晶体空间结构示意图( ( 为阴离子为阴离子, , 为阳离子为阳离子):):用用M M和和N N分别代表阳离子和阴离子分别代表阳离子和阴离子, ,分别写出各离子晶体的化学式分别写出各离子晶体的化学式: : A._;B._;C._;D._A._;B._;C._;D._。【解析解析】A A中中M M与与N N的个数比为的个数比为 ;B;B中中M M与与N N的个数比为的个数比为 ;C;C中中M M与与N N的个数比为的个数比为 ;D;D中中M M与与N N的个数比为的个数比为 。答案答案: :MNMNMNMN2 2MNMN2 2MNMN141811481812814422114182112181811
