金屬晶體與離子晶體 (2) 課件

第二節(jié)金屬晶體與離子晶體晶體的特性有：(1)規(guī)則的_________；(2)固定_____；(3)_________；(4)能發(fā)生X射線衍射。其中利用____________________是區(qū)分晶體和非晶體最可靠、最科學(xué)的方法。晶體類型有：(1)______晶體；(2)_____晶體；(3)_____晶體；(4)_____晶體。晶體內(nèi)微粒的堆積方式：(1)等徑圓球的密堆積——①簡(jiǎn)單立方堆積，配位數(shù)為_(kāi)_，空間利用率為_(kāi)____；②A2型密堆積，配位數(shù)為_(kāi)__，空間利用率為_(kāi)____；③A3型最密堆積，配位數(shù)為_(kāi)___，空間利用率為_(kāi)_____；④A1型最密堆1．幾何外形熔點(diǎn)各向異性能否發(fā)生X射線衍射2．離子分子原子金屬3．652%868%1274%積即“________________方式，配位數(shù)為_(kāi)___?？臻g利用率為_(kāi)____。(2)非等徑圓球的密堆積——主要是離子晶體，在離子晶體中陰、陽(yáng)離子半徑不等；一般看成是大球(如NaCl中的Cl－)先按一定方式做__________________，小球(如NaCl中Na＋)再填空在大球所形成的_____中。NaCl晶體中Cl－先按____型最密堆積，Na＋填在Cl－所構(gòu)成的______中；ZnS晶體中S2－按____方式進(jìn)行最密堆積，Zn2＋填在S2－所構(gòu)成的_____中。ABCABCABC…1274%等徑圓球的密堆積空隙A1空隙A1空隙晶體結(jié)構(gòu)中最小的__________稱為晶胞。如某晶體的晶胞為：

，則該晶體的化學(xué)式為_(kāi)_______或______。4．重復(fù)單元XY3ZZXY3理解金屬晶體和離子晶體中微粒間的堆積方式，并能從化學(xué)鍵和堆積方式兩個(gè)角度認(rèn)識(shí)金屬晶體的延展性、離子晶體熔、沸點(diǎn)和硬度等性質(zhì)的特點(diǎn)。學(xué)會(huì)從晶胞這個(gè)結(jié)構(gòu)單元的角度來(lái)認(rèn)識(shí)晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并且學(xué)會(huì)利用這種方法研究其他晶體。通過(guò)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的研究、討論，體會(huì)感悟微觀世界的精巧。1．2．3．概念：金屬晶體是金屬原子通過(guò)_______形成的一類晶體。金屬晶體常溫下除____外都是固體。構(gòu)成微粒：金屬陽(yáng)離子、_____電子。晶體內(nèi)微粒間的作用力：________。金屬晶體的結(jié)構(gòu)形式由于金屬鍵沒(méi)有飽和性和方向性，從而導(dǎo)致金屬晶體最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式具有堆積密度大、原子配位數(shù)高、能充分利用空間等特點(diǎn)。篤學(xué)一金屬晶體1.2．3．4．金屬鍵Hg自由金屬鍵金屬晶體的原子空間堆積有的采用最密堆積形式，如：面心立方最密堆積A1、六方最密堆積A3、體心立方密堆積A2等。(1)面心立方最密堆積——A1型最密堆積面心立方晶胞，即立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的中心各有一個(gè)原子，配位數(shù)為12，這種堆積方式的空間利用率比體心立方密堆積高。(2)體心立方密堆積——A2型密堆積如右圖所示為體心立方晶胞，即立方體的八個(gè)頂角和體心各有一個(gè)原子，配位數(shù)為8。(3)六方最密堆積——A3型最密堆積六方晶胞，配位數(shù)為12，這種堆積方式的空間利用率也比體心立方密堆積高。金屬的晶體結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)(1)金屬晶體具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。這是由于自由電子在外加電場(chǎng)的作用下發(fā)生_____移動(dòng)，形成電流，使金屬晶體具有良好的導(dǎo)電性；而自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)碰撞進(jìn)行能量_____，使金屬晶體具有良好的導(dǎo)熱性。5．定向傳遞(2)金屬晶體具有良好的延展性。這是由于自由電子在金屬晶體內(nèi)可以自由運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬受到外力作用被拉成細(xì)絲或壓成薄片時(shí)，雖然各層之間發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)，但自由電子跟金屬陽(yáng)離子之間的較強(qiáng)的相互作用沒(méi)有改變，因而不致發(fā)生_____。(3)金屬的熔點(diǎn)、硬度等取決于金屬晶體內(nèi)部作用力的強(qiáng)弱。一般來(lái)說(shuō)，金屬原子的_________越多，原子半徑_____，金屬晶體內(nèi)部作用力越強(qiáng)，因而晶體熔點(diǎn)越高，硬度_____。斷裂價(jià)電子數(shù)越小越大(4)金屬晶體中原子的堆積方式也會(huì)影響金屬的性質(zhì)，如具有最密堆積結(jié)構(gòu)的金屬的延展性往往比其他結(jié)構(gòu)的延展性___。合金(1)概念：合金是由_________與另一種金屬或幾種金屬(非金屬)融合而成的，具有金屬特性的物質(zhì)叫做合金。(2)性質(zhì)：合金不是純金屬，但具有金屬特性。與單組分金屬相比，合金的某些性質(zhì)更優(yōu)越。如不銹鋼能夠耐___、___的腐蝕，硬鋁具有較大的_____，合金的_____一般比它的組分金屬低，_____和_____比它的組分金屬____，應(yīng)用比純金屬?gòu)V泛得多。6．一種金屬酸堿硬度熔點(diǎn)硬度強(qiáng)度大好離子晶體的概念：由_______和_______通過(guò)______鍵結(jié)合，在空間呈現(xiàn)有規(guī)律的排列而形成的晶體。構(gòu)成離子晶體的微粒是：_______、_______。構(gòu)成離子晶體的微粒之間的作用力：_______。離子晶體的結(jié)構(gòu)篤學(xué)二

離子晶體1.陰離子離子2．陽(yáng)離子陰離子3．離子鍵4．6644124陽(yáng)離子88661∶1(3)ZnS型離子晶體中，陰離子和陽(yáng)離子的排列類似NaCl型，但相互穿插的位置不同，使陰、陽(yáng)離子的配位數(shù)不是6，而是4。常見(jiàn)的ZnS型離子晶體有硫化鋅、碘化銀、氧化鈹?shù)木w等。晶格能(1)含義將1mol離子晶體中陰、陽(yáng)離子完全氣化而遠(yuǎn)離所吸收的能量。晶格能越大，表示離子鍵越強(qiáng)，離子晶體越穩(wěn)定。(2)大小5.正比反比②與晶體的_________有關(guān)。離子晶體的特性(1)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)_____。晶格能越大，熔點(diǎn)_____。(2)一般___溶于水，而難溶于非極性溶劑。(3)固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電，______狀態(tài)或_______導(dǎo)電。結(jié)構(gòu)型式6．較高越高熔融水溶液易(1)固態(tài)導(dǎo)電的一定是金屬晶體嗎？(2)金屬的延展性與金屬鍵有什么關(guān)系？提示

(1)不一定。如石墨在固態(tài)時(shí)也導(dǎo)電，但不是金屬。(2)金屬晶體由金屬原子堆積而成，當(dāng)金屬受外力時(shí)，層與層之間可以發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，但金屬鍵仍然存在，所以金屬鍵不會(huì)斷裂，故金屬具有良好的延展性?！旧魉?】金屬晶體三維空間模型常見(jiàn)的三種結(jié)構(gòu)是怎樣的？提示

【慎思2】三種典型結(jié)構(gòu)類型體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格配位數(shù)81212常見(jiàn)金屬晶體(有些金屬晶體可能有兩種或三種晶格)Li、Na、W、FeK型、A2型Ca、Ag、Cu、Au、Al、Pd、Pt

A1型“AB-CABCABC…”方式Mg、Zn、TiA3型“ABABAB…”方式結(jié)構(gòu)示意圖空間利用率68.02%74.05%74.05%堆積形式體心立方密堆積面心立方最密堆積六方最密堆積注意：金屬釙(Po)為簡(jiǎn)單立方密堆積，配位數(shù)為6，空間利用率為52%。離子晶體特性與結(jié)構(gòu)有哪些聯(lián)系呢？提示

(1)離子晶體具有較高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)，難揮發(fā)。離子晶體中，陰、陽(yáng)離子間有強(qiáng)烈的相互作用(離子鍵)，要克服離子間的相互作用力使物質(zhì)熔化和沸騰，就需要較多的能量。一般來(lái)說(shuō)，陰、陽(yáng)離子所帶的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子鍵越強(qiáng)，離子晶體的熔、沸點(diǎn)越高，如熔沸點(diǎn)：Al2O3>MgO；NaCl>CsCl等。(2)離子晶體硬而脆。離子晶體中，陰陽(yáng)離子間有較強(qiáng)的離子鍵，離子鍵表現(xiàn)出較強(qiáng)的硬度，當(dāng)晶體受到?jīng)_擊力作用時(shí)，部分離子鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致晶體破碎?！旧魉?】(3)離子晶體不導(dǎo)電，熔化或溶于水后能導(dǎo)電。離子晶體中，離子鍵較強(qiáng)，離子不能自由移動(dòng)，因此離子晶體不導(dǎo)電。當(dāng)升高溫度時(shí)，陰、陽(yáng)離子獲得足夠能量，克服了離子間的相互作用，成了自由移動(dòng)的離子，在外界電場(chǎng)作用下，離子定向移動(dòng)而導(dǎo)電。離子化合物溶于水時(shí)，陰、陽(yáng)離子受到水分子作用變成了自由移動(dòng)的離子(或水合離子)，在外界電場(chǎng)作用下，陰、陽(yáng)離子定向移動(dòng)而導(dǎo)電。(4)大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑(如水)中，難溶于非極性溶劑(如汽油、煤油)中。當(dāng)把離子晶體放在水中時(shí)，極性水分子對(duì)離子晶體中的離子產(chǎn)生吸引作用，使晶體中的離子克服了離子間的作用而電離，變成在水中自由移動(dòng)的離子。

(5)離子晶體判斷技巧①離子晶體的一些特殊物理性質(zhì)可用于確定晶體類型。如在水溶液中和在熔融狀態(tài)下都能導(dǎo)電的晶體一般是離子晶體。②對(duì)于離子晶體的熔、沸點(diǎn)，要注意“一般地說(shuō)”和“較高”等字詞?！耙话愕卣f(shuō)”說(shuō)明離子晶體的熔、沸點(diǎn)還有些特例；“較高”是與其他晶體類型比較的結(jié)果。

為什么同樣是AB型離子化合物其晶體結(jié)構(gòu)存在著較大的差異？【慎思4】定義：金屬晶體是指金屬原子通過(guò)金屬鍵形成的晶體。金屬鍵：金屬晶體中金屬陽(yáng)離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用。金屬鍵的特征：由于自由電子為整個(gè)金屬所共有，所以金屬鍵沒(méi)有方向性和飽和性。金屬原子的外層電子數(shù)比較少，容易失去電子變成金屬離子和電子，金屬離子間存在反性電荷的維系——帶負(fù)電荷的自由移動(dòng)的電子(運(yùn)動(dòng)的電子使體系更穩(wěn)定)，這些電子要點(diǎn)一|

金屬晶體1．2．不是專屬于某幾個(gè)特定的金屬離子這就是金屬晶體形成的原因。特別提醒：盡管每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)都是隨機(jī)的，但是大量的價(jià)電子運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果是均勻地分布在整個(gè)晶體中，每個(gè)金屬離子都均等的享用所有價(jià)電子，但都不可能獨(dú)占，這就是金屬鍵的核心思想。金屬晶體的結(jié)構(gòu)型式(1)特點(diǎn)：最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)型式具有堆積密度大，原子配位數(shù)高，能充分利用空間等特點(diǎn)。(2)分類：Ca、Al、Cu、Ag、Au等金屬晶體屬于A1型最密堆積，Mg、Zn等金屬晶體屬于A3型最密堆積，A2型密堆積又稱為體心立方密堆積，Li、Na、K、Fe等金屬晶體屬于A2型密堆積。A1型配位數(shù)為12，A2型配位數(shù)為8，A3型配位數(shù)為12。3．特別提醒：(1)對(duì)金屬晶體的認(rèn)識(shí)要抓住金屬晶體中存在微粒和微粒間的相互作用，并能由此來(lái)分析金屬晶體的特性。(2)熟悉常見(jiàn)三種結(jié)構(gòu)模式中的配位數(shù)、晶胞中所含有的原子數(shù)、晶胞名稱及是否是密堆積等。金屬鍵和原子的堆積方式與金屬晶體的物理性質(zhì)的關(guān)系(1)導(dǎo)電性：金屬受熱后，金屬晶體中離子的振動(dòng)加劇，阻礙著自由電子的運(yùn)動(dòng)。所以溫度升高導(dǎo)電性下降。(2)延展性：①金屬的堆積方式和金屬鍵共同決定金屬晶體是否具有良好的延展性。②注意金屬的延展性是有限度的：同時(shí)有少數(shù)金屬，如銻、鋨、錳等性質(zhì)較脆，沒(méi)有延展性。特別提醒：金屬之最：(1)導(dǎo)電和導(dǎo)熱性最好的金屬是銀(2)延性最好的金屬是鉑(3)展性最好的金屬是金(4)密度最小的金屬是鋰，最大的金屬是鋨(5)熔點(diǎn)最低的金屬是汞，最高的是鎢(6)硬度最大的金屬是鉻4．合金(1)理解概念時(shí)一定緊緊抓住兩點(diǎn)：一是至少有一種是金屬；二是合金一般是將各組分熔合成均勻的液體，再經(jīng)冷凝而制得的。(2)合金的熔點(diǎn)比其成分中各金屬的熔點(diǎn)都要低，而不是介于兩種成分金屬的熔點(diǎn)之間。(3)具有比各成分金屬更好的硬度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能。例如：金屬鋁很軟，但如果將鋁與銅、鎂按一定的比例混合，經(jīng)高溫熔融后冷卻可以得到硬鋁，硬度大大提高。(4)合金的不同類型是通過(guò)半徑的不同和失電子能力的不同進(jìn)行劃分的。合金是在純金屬中引入其他元素，使化學(xué)鍵及晶體結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化，從而影響到性質(zhì)。5．判斷下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 (

)。A．鎂的硬度大于鋁B．鎂的熔、沸點(diǎn)低于鈣C．鎂的硬度大于鉀D．鉀與鎂晶體中原子堆積方式不同，鎂的延展性比鉀的

強(qiáng)【例1】?解析鎂和鋁的電子層數(shù)相同，價(jià)電子數(shù)Al>Mg，原子半徑Al<Mg，所以金屬鍵Al>Mg,硬度Al>Mg，A項(xiàng)不正確。鎂、鈣價(jià)電子數(shù)相同，但半徑Ca>Mg，所以金屬鍵Mg>Ca，熔、沸點(diǎn)Mg>Ca，B項(xiàng)不正確。用以上比較方法可推出：價(jià)電子數(shù)Mg>K，原子半徑Mg<Na<K，所以金屬鍵Mg>K，硬度Mg>K，C項(xiàng)正確。鎂晶體中原子堆積方式屬于最密堆積，比鉀晶體中空間利用率高，延展性比鉀的好，D項(xiàng)正確。答案

AB比較金屬的物理性質(zhì)，就是比較金屬鍵的強(qiáng)弱，主要從兩方面分析：(1)價(jià)電子數(shù)；(2)原子半徑。

金屬晶體的形成是因?yàn)榫w中存在(

)。①金屬原子②金屬離子③自由電子④陰離子A．只有① B．只有③C．②③

D．②④解析金屬晶體內(nèi)存在的作用力是金屬鍵，應(yīng)該從金屬鍵的角度考慮，分析金屬鍵的組成和特征：由自由電子和離子組成，自由電子具有良好導(dǎo)電性，即金屬晶體是金屬離子和自由電子通過(guò)金屬鍵形成的。答案

C【體驗(yàn)1】?定義：離子晶體是陰陽(yáng)離子通過(guò)離子鍵結(jié)合，在空間呈現(xiàn)有規(guī)律的排列所形成的晶體。離子晶體的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)類型離子晶體以緊密堆積方式，陰陽(yáng)離子盡可能接近，向空間無(wú)限擴(kuò)展，形成晶體。陰陽(yáng)離子的配位數(shù)比較大，故晶體中不存在單個(gè)分子。組成比為1∶1的離子晶體稱為AB型離子晶體，它是離子晶體中最簡(jiǎn)單的一類。AB型離子晶體最常見(jiàn)結(jié)構(gòu)有NaCl型、CsCl型和ZnS型。要點(diǎn)二|

離子晶體1．2．(1)NaCl型NaCl型離子晶體中，每個(gè)離子被6個(gè)帶相反電荷的離子包圍，陰離子和陽(yáng)離子的配位數(shù)都為6。常見(jiàn)的NaCl型離子晶體有堿金屬元素(銫除外)的鹵化物、銀的鹵化物(碘化銀除外)、堿土金屬元素(鈹除外)的氧化物、硫化物和NaCl的晶體結(jié)構(gòu)模型硒化物的晶體等。(2)CsCl型CsCl型離子晶體中，每個(gè)離子被8個(gè)帶相反電荷的離子包圍，陰離子和陽(yáng)離子的配位數(shù)都為8。常見(jiàn)的CsCl型離子晶體有：CsBr、CsI、NH4Cl的晶體等。CsCl的晶體結(jié)構(gòu)模型(3)ZnS型ZnS型離子晶體中，陰離子和陽(yáng)離子的排列類似NaCl型，但相互穿插的位置不同，使陰、陽(yáng)離子的配位數(shù)不是6，而是4。常見(jiàn)的ZnS型離子晶體有硫化鋅、碘化銀、氧化鈹?shù)木w等。特別提醒：(1)注意氯化鈉晶體的晶胞不是一個(gè)小立方體，而是八個(gè)小立方體構(gòu)成的大立方體。(2)離子晶體中不存在分子，構(gòu)成微粒為陰、陽(yáng)離子，因此嚴(yán)格意義講沒(méi)有分子式，應(yīng)該是化學(xué)式。ZnS晶體結(jié)構(gòu)模型晶格能——衡量離子鍵的強(qiáng)弱(1)定義：晶格能是指將1mol離子晶體中的陰、陽(yáng)離子完全氣化而遠(yuǎn)離所吸收的能量。(2)意義：晶格能的絕對(duì)值越大，說(shuō)明吸收能量越多，表示離子鍵越強(qiáng)，離子晶體越穩(wěn)定。3．離子晶體的性質(zhì)及相關(guān)解釋一般說(shuō)來(lái)，陰、陽(yáng)離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子鍵越強(qiáng)，離子晶體的熔、沸點(diǎn)越高，如Al2O3>MgO；NaCl>CsCl等。(1)離子晶體導(dǎo)電的前提是先電離出自由移動(dòng)的陰、陽(yáng)離子。(2)難溶于水的強(qiáng)電解質(zhì)如BaSO4、CaCO3等溶于水，由于濃度極小，故導(dǎo)電性極差。通常情況下，我們說(shuō)它們的水溶液不導(dǎo)電。4．(3)大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑(如水)中，難溶于非極性溶劑(如汽油、煤油)中。當(dāng)把離子晶體放在水中時(shí)，極性水分子對(duì)離子晶體中的離子產(chǎn)生吸引作用，使晶體中的離子克服了離子間的作用而電離，變成在水中自由移動(dòng)的離子。①離子晶體的一些特殊物質(zhì)性質(zhì)可用于確定晶體構(gòu)型。如在水溶液中和在熔融狀況下能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體。②對(duì)于離子晶體的熔、沸點(diǎn)，要注意“一般地說(shuō)”和“較高”等字詞?！耙话愕卣f(shuō)”說(shuō)明離子晶體的熔、沸點(diǎn)還有些特例；“較高”是與其他晶型比較的結(jié)果。離子晶體熔點(diǎn)的高低決定于晶體中陽(yáng)離子與陰離子之間的靜電引力，靜電引力大則熔點(diǎn)高，引力小則反之。試根據(jù)你學(xué)過(guò)的知識(shí)，判斷KCl、NaCl、CaO、BaO四種晶體熔點(diǎn)的高低順序可能是 (

)。A．KCl>NaCl>BaO>CaOB．NaCl>KCl>CaO>BaOC．CaO>BaO>NaCl>KClD．CaO>BaO>KCl>NaCl【例2】?解析離子晶體中，離子鍵越強(qiáng)，晶體熔、沸點(diǎn)越高。而離子所帶電荷越多，半徑越小，離子鍵越強(qiáng)。Ca2＋、O2－、Ba2＋都帶2個(gè)電荷；Na＋、Cl－、K＋只帶1個(gè)電荷，r(Ca2＋)<r(Ba2＋)，r(Na＋)<r(K＋)，故熔點(diǎn)：CaO>BaO>NaCl>KCl。答案

C比較離子晶體的熔點(diǎn)和硬度大小，就是比較離子晶體晶格能的大小，主要從兩方面分析：(1)離子晶體中陰、陽(yáng)離子的電荷數(shù)；(2)陰、陽(yáng)離子半徑。

如圖所示

，直線交點(diǎn)處的圓圈為NaCl晶體中Na＋或Cl－所處的位置。這兩種離子在空間三個(gè)互相垂直的方向上都是等距離排列的。(1)請(qǐng)將其中代表Na＋的圓圈涂黑(不必考慮體積大小)，以完成NaCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖。(2)晶體中，在每個(gè)Na＋的周圍與它最接近的且距離相等的Na＋共有________個(gè)?！倔w驗(yàn)2】?(3)在NaCl晶胞中正六面體的頂點(diǎn)上、面上、棱上的Na＋或Cl－為該晶胞與其相鄰的晶胞所共有，一個(gè)晶胞中Cl－的個(gè)數(shù)等于____________，即(填計(jì)算式)________；Na＋的個(gè)數(shù)等于____________，即(填計(jì)算式)________________。解析

(1)氯化鈉晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是鈉離子和氯離子在三個(gè)互相垂直的方向上都是等距離的交錯(cuò)排列。選擇立方體的一個(gè)頂點(diǎn)開(kāi)始代表鈉離子涂黑，交替排列涂黑。見(jiàn)答案圖。(2)每個(gè)鈉離子距