高中化学人教版(2019)选择性必修二 3.3金属晶体与离子晶体 课件(共42页)

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名称 高中化学人教版(2019)选择性必修二 3.3金属晶体与离子晶体 课件(共42页)
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资源类型 试卷
版本资源 人教版(2019)
科目 化学
更新时间 2022-11-23 10:21:47

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文档简介

(共42张PPT)
第三章 晶体的结构与性质
第三节 金属晶体与离子晶体
第1课时 金属晶体
Ti
新 课 导 入
金属晶体
定义:金属原子间通过金属键相互结合形成
组成微粒:金属阳离子和自由电子
微粒间的作用力:金属键
分类:金属(除汞外)
点拨
①在金属晶体中,不存在单个分子或原子,金属单质或合金(晶体锗、灰锡除外)属于金属晶体。②金属晶体是一个“巨分子”。
金属键
定义:在金属单质晶体中原子之间以金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。
成键粒子:金属阳离子和自由电子。
成键条件:金属单质或合金。
成键本质(电子气理论):金属原子脱落下来的价电子形成
遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子共用,从而把所有金属
原子维系在一起,形成像共价晶体一样的“巨分子”。
金属键的特征:金属键无方向性和饱和性。
【学生活动】
金属钠的熔点较低、硬度较小
钨是熔点最高的金属
铬是硬度最大的金属
解释Na、Mg、Al的熔点依次升高、硬度依次增大的原因。解释原因。
金属晶体
微点拨:
常温下,绝大多数金属单质和合金都是金属晶体,但汞除外,因汞在常温下呈液态。
金属晶体的熔沸点差别较大。
影响金属晶体的熔沸点因素
金属阳离子半径越小,所带电荷数越多,金属键越强,熔沸点越高,硬度越大。
金属晶体
【学生活动】
有阳离子一定有阴离子?若有阴离子,一定存在阳离子?
在金属晶体中有阳离子,但没有阴离子
晶体中有阳离子不一定有阴离子
有阴离子,则一定有阳离子。
金属晶体
金属的通性
金属具有金属光泽
导电性
导热性
延展性等
金属晶体
电子气理论
金属延展性
当金属受到外力作用时,晶体中的各原子层就会发生回相对滑动,但排列方式不变,金属离子与自由电子形成的电子气没有破坏,所以金属有良好的延展性。
自由电子
+
金属离子
金属原子
错位
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导电性
自由电子
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金属离子
金属原子
外加电场
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电子气理论
在金属晶体中,充满着带负电的“电子气”(自由电子),这些电子气的运动是没有一定方向的,但在外加电场的条件下,自由电子定向运动形成电流,所以金属容易导电。
不同的金属导电能力不同,导电性最强的三中金属是:Ag、Cu、Al。
电解质导电性与金属晶体导电性的差异
晶体类型 电解质 金属晶体
导电时的状态
导电粒子
导电时发生的变化
导电能力随温度的变化
水溶液或熔融状态下
晶体状态
自由移动的离子
自由电子
化学变化
物理变化
增强
减弱
导热性
自由电子移运动时与金属离子相互碰撞,在碰撞过程中发生能量交换。
当金属的某一部分受热时,从区域获得能量的电子会向别处运动并发生碰撞,将能量从温度高的区域传递到温度低的区域,最后使整块金属的温度趋于一致。金属的导热性可以解释生活中常见的一些现象。
在冬天我们感觉金属制品比木制品更凉,原因是当人接触到金属时,金属很快将人体的热量传递出去,因为木制品不易导热所以当人接触到木制品时,身体的热量不易散失。
电子气理论
金属光泽
金属晶体内部存在自由电子,当光线投射到金属表面时,自由电子吸收可见光,然后又把各种波长的光大部分再反射出来,这就使绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽。
而金属在粉末状态时,金属原子的取向杂乱,排列不规则,吸收可见光后不能再反射出来,所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。
电子气理论
金属之最
熔点最低的金属是--------
汞 [-38.87℃]
熔点最高的金属是--------
钨 [3410℃]
密度最小的金属是--------
锂 [0.53g/cm3]
密度最大的金属是--------
锇 [22.57g/cm3]
硬度最小的金属是--------
铯 [0.2]
硬度最大的金属是--------
铬 [9.0]
最活泼的金属是----------

最稳定的金属是----------

延性最好的金属是--------
铂[铂丝直径: mm]
展性最好的金属是--------
金[金箔厚: mm]
三种晶体类型与性质的比较
晶体类型 共价晶体 分子晶体 金属晶体
概念
作用力
构成微粒
物 理 性 质 熔沸点
硬度
导电性
实例 金刚石、二氧化硅 Ar、S等 Au、Fe、Cu
相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网状结构的晶体
分子间以范德华力相结合而成的晶体
通过金属键形成的晶体
共价键
范德华力
金属键
原子
分子
金属阳离子和自由电子
很高
很低
差别较大
很大
很小
差别较大
无(硅为半导体)

导体
本节小结
第三章 晶体的结构与性质
第三节 金属晶体与离子晶体
第2课时 离子晶体
新课导入
硫酸铜晶体
氯化钠晶体
离子晶体
定义:由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体
成键粒子:阴、阳离子
相互作用:阴、阳离子间以离子键结合,离子内可能含有共价键
常见的离子晶体:强碱、活泼金属氧化物和过氧化物、大部分盐
NaCl的晶胞
CsCl的晶胞
CaF2的晶胞
离子键
离子键的实质:是静电作用,它包括阴、阳离子之间的引力和两种离子的原子核之间以及它们的电子之间的斥力两个方面,当引力与斥力之间达到平衡时就形成了稳定的离子化合物,它不显电性。
离子键的特征:没有方向性和饱和性。因此,以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积,使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子,从而达到稳定的目的。
离子晶体
晶体类型 NaCl CsCl
晶胞
阳离子的配位数
阴离子的配位数
晶胞中所含离子数
6
6
8
8
Cl- 4 Na+ 4
Cs+ 1 Cl- 1
配位数:在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数
硬度 熔点 沸点
NaCl 大 801℃ 1413℃
CsCl 645℃ 645℃
为什么NaCl和CsCl的硬度大、熔沸点高?
离子晶体中,阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键),要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾,就需要较多的能量。
一般说来,阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,离子晶体的熔、沸点越高。
离子晶体
离子晶体的物理性质
具有较高的熔、沸点,难挥发,硬度大,不导电,易溶于极性溶剂,难溶于非极性溶剂.
具有较高的熔、沸点,难挥发
离子晶体中,阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键),要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾,就需要较多的能量。因此,离子晶体具有较高的熔、沸点和难挥发的性质。
一般说来,阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,离子晶体的熔、沸点越高。
离子晶体的物理性质
具有较高的熔、沸点,难挥发,硬度大,不导电,易溶于极性溶剂,难溶于非极性溶剂.
硬度
离子晶体的硬度较大,难于压缩。
阴阳离子间有较强的离子键,使离子晶体的硬度较大,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。
离子晶体的物理性质
具有较高的熔、沸点,难挥发,硬度大,不导电,易溶于极性溶剂,难溶于非极性溶剂.
导电性
离子晶体中,离子键较强,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、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用,成为自由移动的离子(熔融状态),在外界电场作用下,离子定向移动而形成电流。
离子化合物溶于水时,阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(实质上是水合离子),在外界电场作用下,阴、阳离子定向移动而导电。
离子晶体的物理性质
具有较高的熔、沸点,难挥发,硬度大,不导电,易溶于极性溶剂,难溶于非极性溶剂.
溶解性
大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水),难溶于非极性溶剂(如汽油、苯等),遵循“相似相溶”规律。
当把离子晶体放入水中时,极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用,使晶体中的离子克服了离子间的作用而电离,变成在水中自由移动的离子。
以上讨论了NaCl和CsCI两种离子晶体,实际上,大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子,有的还存在电中性分子(如H2O、NH3等)。
例如,CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等,在这些离子晶体中还存在共价键、氢键等。
晶体中也存在范德华力,只是当能量份额很低时不提及。然而,贯穿整个晶体的主要作用力仍是阴、阳离子之间的作用力。
离子晶体
离子液体
离子晶体的熔点,有的很高,如CaO的熔点为2613 ℃,有的较低,如NH4NO3、Ca(H2PO4)2的熔点分别为170 ℃、109 ℃。早在1914年就有人发现,引入有机基团可降低离子化合物的熔点,如C2H5NH3NO3的熔点只有12℃,比NH4NO3低了158 ℃!到20世纪90年代,随着室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物的优异性质不断被开发利用,才意识到它们的巨大价值,并将它们定义为离子液体。
大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子。常见的阴离子如四氯铝酸根(AICl4-)、六氟磷酸根(PF6-)、四氟硼酸根(BF4-)等,常见的阳离子如季铵离子(R4N+,即NH4+的H被经基R取代)、带烃基侧链的咪唑、咤啶等有环状含氮结构的有机胺正离子等。
类型比较 分子晶体 原子晶体 金属晶体 离子晶体
构成粒子 分子 原子 金属阳离子和自由电子 阴、阳离子
粒子间的相互作用力 分子间作用力 共价键 金属键 离子键
硬度 较小 很大 有的很大,有的很小 较大
熔、沸点 较低 很高 有的很高,有的很低 较高
溶解性 相似相溶 难溶于任何溶剂 常见溶剂难溶 大多易溶于水等极性溶剂
导电、传热性 一般不导电,溶于水后有的导电 一般不具有导电性 电和热的良导体 晶体不导电,水溶液或熔融态导电
过渡晶体
分析第三周期前几种元素的氧化物中,化学键中离子键成分的百分数的变化趋势并解释其原因。进一步描述第三周期主族元素的氧化物的晶体类型的变化趋势。
氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5
离子键的百分数/% 62 50 41 33 是分子晶体,表明离子键成分的百分数更小
表中的4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键,也不是纯粹的共价键,这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体,只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。
偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近,因而通常当作离子晶体来处理,如Na2O等。同样,偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理,如Al2O3、SiO2等。
Al2O3有许多同质异晶体,主要有三种晶型,即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3,天然刚玉是α-Al2O3,熔点、硬度高,不溶于酸碱,教材讲的溶于酸碱的主要是γ-Al2O3。
过渡晶体
Na2O、MgO、Al2O3、SiO2的离子键的百分数呈逐渐减小的趋势,P2O5、 SO3、Cl2O,都是分子晶体,原因是第三周期元素从左到右,电负性逐渐增强,与氧元素的电负性的差值逐渐减小。第三周期主族元素的氧化物的晶体的变化趋势为离子晶体→共价晶体→分子晶体。离子键成分的百分数更小了,而且共价键不再贯穿整个晶体,而是局限干晶体微观空间的-一个个分子中了。
过渡晶体
四类典型晶体
由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体,如NaCl、CsCl等
分子晶体
共价晶体
金属晶体
离子晶体
只含分子的晶体,如水、硫化氢等
原子间通过共价键 形成三维骨架结构的晶体,如金刚石、二氧化硅等
金属原子之间通过金属键相互结合形成的晶体,如Cu
过渡晶体
过渡晶体的概念
离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型,但是,原子间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态,由于微粒间的作用存在键型过渡,即使组成简单的的晶体,也可能介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态,形成过渡晶体。
过渡晶体
混合型晶体
石墨晶体是层状结构的,同层内碳原子采取sp2杂化,以共价键(σ键)结合,形成平面六元并环结构,层内的碳原子的核间距为142 pm,层间距离为335 pm
层与层之间靠范德华力维系。
石墨结构中未参与杂化的p轨道
石墨的二维结构内,每个碳原子的配位数为3,有一个未参与杂化的2p电子,它的原子轨道垂直于碳原子平面
由于所有的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。因此,石墨有类似金属晶体的导电性
由于相邻碳原子平面之间相隔较远,电子不能从一个平面跳跃到另-一个平面,所以石墨的导电性只能沿石墨平面的方向
混合型晶体
晶体类型:石墨晶体中,既有共价键,又有金属键和范德华力,属于混合型晶体
性质:熔点很高、质软、易导电等
混合型晶体既有共价键又有范德华力,同时还存在类似金属键的作用力,兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体。
混合型晶体
1.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?
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。
2.离子晶体中一定含有金属元素吗?由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗?
不一定。离子晶体中不一定含金属元素,如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3是分子晶体。
学生活动
学生活动
3.离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗?
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。
4.离子晶体中除含有离子键外,是否含有共价键?
离子晶体中除含有离子键外,还有可能含有共价键、配位键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键,NH4Cl中含有离子键、共价键、配位健。
硅酸盐
硅酸盐是地壳岩石的主要成分。硅酸盐的阴离子结构丰富多样,既有有限数目的硅氧四面体构建的简单阴离了,如SiO44-、Si2O76-、(SiO3)612-(六元环)等,也有以硅氧四面体为结构单元构成一维、二维、三维无限伸展的共价键骨架。金属离子则以离子键与阴离子或阴离了骨架结白。部分Si被Al取代则得到铝硅酸盐。
纳米晶体
纳米晶体是晶体颗粒尺寸在纳米(10-9m)量级的晶体。纳米晶体相对于通常的晶体,在声、光、电、磁、热等性能上常会呈现新的特性,有广阔的应用前景。
仅以熔点为例,当晶体颗粒小至纳米量级,熔点会下降。例如,金属铅的晶粒大小与熔点的关系
晶体颗粒小于200 nm时,晶粒越小,金属铅的熔点越低。因此,我们通常说纯物质有固定的熔点,但当纯物质晶体的颗粒小于200 nm(或者250 nm)时,其熔点会发生变化。
纳米晶体为什么会有不同于大块晶体的特性呢 主要原因是晶体的表面积增大。