鲁科版高中化学选修三3.2金属晶体与离子晶体(共65张PPT)

课件65张PPT。第2节　金属晶体与离子晶体课程标准导航
1.了解离子晶体、金属晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别。
2．了解金属晶体的三种原子堆积模型，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。
3．了解几种典型离子晶体的晶胞结构。
4．了解晶格能的概念和含义。
自主学习
一、金属晶体
1.定义：金属原子通过___________形成的晶体。
2.金属晶体的原子堆积模型对比
金属键812123.金属的物理性质
金属具有良好的延性、展性、可塑性等性质均与_________有关；另一方面，金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，如具有____________结构的金属往往比其他结构的金属有更好的延展性。
金属键最密堆积 想一想
1．金属具有很好的延展性，金属变形后化学键有无变化？为什么？
提示：无变化。金属键在整个晶体的范围内起作用，故变形后化学键无变化。二、离子晶体
1.定义：______________通过离子键结合，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体。
2.常见AB型离子晶体的晶体类型
阴、阳离子NaClCsCl683.晶格能
1 稳定结构型式4.离子晶体的特征
(1)熔、沸点：熔、沸点_______，而且随着离子电荷的增加、离子间距的缩短，晶格能________，熔、沸点_________。
(2)溶解性：一般水中________，非极性溶剂中__________。
(3)导电性：固态时__________，熔融状态或在水溶液中____________。较高增大升高易溶难溶不导电能导电 想一想
2．比较MgO、CaO的晶格能，熔、沸点和硬度大小。
提示：MgO和CaO比较，O2－相同，Mg2＋与Ca2＋所带电荷相同，但Mg2＋半径小，
所以晶格能MgO>CaO，熔、沸点MgO>CaO，硬度MgO>CaO。自主体验
1.金属钠、镁、铝、钾的熔点高低的顺序正确的是(　　)
A．K>Na>Mg>Al
B．Al>Mg>Na>K
C．Mg>Al>Na>K
D．K>Na>Al>Mg解析：选B。金属阳离子的半径越小，所带电荷越多，金属阳离子与“自由电子”的作用力越大，金属键越强。钠和钾的离子的电荷数相等，但前者半径小，所以熔、沸点
Na>K；钠、镁、铝离子的电荷数逐渐增大，离子半径逐渐减小，故三者熔、沸点大小
为：Al>Mg>Na。2.金属具有延展性的原因是(　　)
A．金属原子半径都较大，价电子较少
B．金属受外力作用变形时，金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈的作用
C．金属中大量自由电子受外力作用时，运动速度加快
D．自由电子受外力作用时能迅速传递能量解析：选B。金属在锻压或锤打时，各密置层之间仍存在金属键的作用，使金属晶体发生形变而不断裂。
3.NaF、NaI、MgO均为离子化合物，根据
下列数据，这三种化合物的熔点高低顺序
是(　　)
A.①>②>③ B．③>①>②
C．③>②>① D．②>①>③
探究导引1
为什么金刚石不导电，而Fe可以导电？
提示：金刚石中无自由移动的电子，而Fe中有自由移动的电子。
探究导引2
金属镁的熔点，为什么比钠高？
提示：Mg2＋半径比Na＋小且带电荷多，金属键强，故Mg的熔点比Na高。
要点归纳
1.金属晶体的结构与金属性质的内在联系
(1)金属晶体结构与金属的导电性的关系
在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的作用下自由电子就会发生定向运
动，因而形成电流，所以金属容易导电。(2)金属晶体结构与金属的导热性的关系
金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温
度。
(3)金属晶体结构与金属的延展性的关系
金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间受外力作用发生相对滑动以
后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。
2.金属熔、沸点变化规律
金属单质是以金属键结合的，金属键越强，熔、沸点就越高，金属键的强弱则与金属阳离子的半径和离子所带电荷有关。具体说，金属阳离子半径越小，离子所带电荷越多，金属键越强，金属单质的熔、沸点越高。
(1)同一周期的金属元素
从左到右，阳离子半径逐渐减小，离子所带电荷逐渐增加，金属键逐渐增强，熔、沸点逐渐升高。如Na、Mg、Al。(2)同一主族的金属元素
从上到下，由于电子层数的增加，阳离子半径逐渐增加，离子所带电荷相同，金属键逐渐减小，熔、沸点逐渐降低。如碱金属。
即时应用
1.要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属
键。金属晶体熔点高低和硬度大小一般取决于金属键强弱，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．金属镁的熔点大于金属铝B．碱金属单质的熔点从Li到Cs是逐渐增大的
C．金属铝的硬度大于金属钠
D．金属镁的硬度小于金属钙
解析：选C。镁离子比铝离子的半径大而所
带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键
弱，熔点和硬度都小；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，熔点和硬度都逐渐减小；因离子的半径小而所带电荷多，使金属铝比金属钠的金属键强，所以金属铝比金属钠的熔点和硬度都大；因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点和硬度都大。
探究导引1
在NaCl晶体中，晶胞的空间构型是什么？
提示：正六面体型。
探究导引2 Na2O2为什么不能写成NaO呢？
要点归纳
1.离子晶体
(1)离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。
(2)离子晶体微粒之间的作用力是离子键。由于静电作用没有方向性，故离子键没有方向性。只要条件允许，阳离子周围可以尽可能多地吸引阴离子，同样，阴离子周围可以尽可能多地吸引阳离子，故离子键也没有饱和性。根据静电作用大小的影响因素可知，在离子晶体中阴、阳离子半径越小，所带电荷数越多，晶格能越大，离子键越强。
(3)离子晶体中不存在单个分子，晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示分子的组成。2.常见的离子晶体模型
(1)NaCl型晶体结构模型：配位数为6。
①在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引着
6个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着6个
Na＋。
②每个Na＋周围与它最近且等距的Na＋有12
个，每个Na＋周围与它最近且等距的Cl－有6
个。
(2)CsCl型晶体结构模型：配位数为8。
①在CsCl晶体中，每个Cs＋周围同时吸引着8个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着8个Cs＋。
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。
即时应用
2.下列说法中正确的是(　　)
A．固态时能导电的晶体一定是金属晶体
B．熔融态能导电的晶体一定是离子晶体
C．水溶液能导电的晶体一定是离子晶体
D．固态不导电而熔融态导电的晶体一定是离子晶体解析：选D。离子晶体是阴、阳离子组成
的，固态时阴、阳离子不能自由移动，不
导电；熔融状态时，离子化合物电离，能
够导电。而石墨晶体固态时也能导电。
探究导引1
为什么用电解熔融态Al2O3制备Al，而不用AlCl3?
提示：Al2O3是离子化合物，而AlCl3是共价化合物，AlCl3熔化后不能发生电离。
探究导引2
为什么用电解熔融态MgCl2制备Mg，而不用MgO?
提示：MgO与MgCl2均是离子化合物，由
于MgO的晶格能大，熔融时需消耗大量的
能量。
要点归纳
1.晶格能对离子晶体物理性质的影响
对晶体构型相同的离子化合物，离子电荷数越多，核间距越小，晶格能越大；晶格能越大，离子键越强，晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。
2.离子晶体的物理性质
(1)熔、沸点离子晶体中有较强的离子键，熔化或气化时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。
(2)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。(3)导电性
①晶体不导电。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。
②熔化导电。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。③溶于水导电。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。
(4)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。
即时应用A.晶格能的大小与离子半径成正比
B．阳离子相同阴离子不同的离子晶体，阴离子半径越大，晶格能越小
C．阳离子不同阴离子相同的离子晶体，阳离子半径越小，晶格能越大
D．金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强
解析：选AD。由表中数据可知晶格能的大小
与离子半径成反比，A项错误；由NaF、
NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定B
项说法正确；由LiF、NaF、KF晶格能的大
小即可确定C项说法正确；表中晶格能最小
的为碘化物，因还原性F－知D项错误。 金属能导电的原因是(　　)
A．金属晶体中的金属阳离子与自由电子间的作用较弱
B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动C．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动
D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子
【思路点拨】　解答此题注意以下两点：(1)导体能够导电是因为导体中含有自由移动的带电微粒；(2)金属晶体的组成。【解析】电子是属于整个晶体的，在外加电
场作用下，自由电子发生了定向移动从而导电，故B项正确，C项错误；有的金属中金
属键较强，但依然导电，故A项错误；金属
导电是物理变化，而不是失去电子的化学变
化，故D项错误。
【答案】　B
下列性质中，可以证明某化合物形
成的晶体一定是离子晶体的是(　　)
A．可溶于水　　
B．具有较高的熔点
C．水溶液能导电
D．熔融状态能导电【思路点拨】　解答此题注意：离子化合物与共价化合物的本质区别就是构成物质的微粒不同，前者是由阴、阳离子构成的，而后者是由分子构成的。
【解析】　许多气体物质，如HCl能溶于
水，并且溶于水所得溶液能导电，金刚石具有较高的熔点，但它们都不属于离子晶体，所以A、B、C项均错误。熔融状态能导电的可能是离子晶体也可能是金属晶体，但金属晶体是单质，题中要求是化合物，所以D项正确。
【答案】　D
【规律方法】　离子晶体区别于其他晶体的特点是：晶体在固体时不导电，而在熔融态下能导电，因为组成晶体的微粒是阴、阳离子，而金属晶体无论是固态还是液态均可以导电。
如图所示为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿的晶体结构，该结构是具有代表性的最小重复单元。
(1)在该物质的晶体结构
中，每个钛原子周围与
它最近且距离相等的钛原子、钙原子各有________个、________个。(2)该化合物的化学式为________。
(3)若钙、钛、氧三元素的相对原子质量分别为a、b、c，晶体结构图中正方体边长(钛原子之间的距离)为d nm(1 nm＝1×10－9 m)，则该晶体的密度为_______g/cm3(阿伏加德罗常数用NA表示)。
【解析】　(1)每一个钛原子周围与它最近且距离相等的钛原子有6个(上、下、前、后、左、右各1个)，每一个钛原子周围与它最近且距离相等的钙原子位于以该钛原子为中心的8个正六面体的中心，共8个。
(2)该正六面体结构单元中，钙原子位于晶胞的中心，故钙原子数为1个。阴、阳离子配位数的判断
【经典案例】若已知三种阴、阳离子电荷
(绝对值)相同的AB型离子化合物ac、bc、
ad中阴、阳离子的半径如下表。
提示：阳、阴离子半径比与配位数的关系
【解析】ac晶体中,r＋/r－＝169/181＝0.934,
在0.732～1.000之间，结构类型为CsCl型，
阴、阳离子的C.N.均为8。bc晶体中，r＋/r－＝95/181＝0.525，在0.414～0.732之间，结构类型为NaCl型，阴、阳离子的C.N.均为6。ad晶体中，r＋/r－＝169/133＝1.271，r＋/r－>1.000，结构类型为CsF型，阴、阳离子的C.N.均为12。三种晶体中，ad晶体的r＋/r－最大，配位数最大，bc晶体的r＋/r－最小，配位数最小。
【答案】　(1)ad　ac　bc　(2)8　6　12