金屬晶體離子晶體教學課件高二下學期化學人教版選擇性必修2

第三章晶體結構與性質(zhì)第三節(jié)金屬晶體與離子晶體課時一

金屬晶體

離子晶體學習目標01.知道金屬晶體的結構特點，能借助金屬晶體模型說明金屬晶體中粒子及粒子間的相互作用02.能從金屬原子結構的視角認識金屬鍵的本質(zhì)03.能從“電子氣理論”解析金屬具有導電性、導熱性和延展性的原因04.知道離子晶體中微粒及其離子間的相互作用05.了解離子晶體的結構特點，并能根據(jù)晶體的一般物理性質(zhì)做出判斷金屬晶體01金屬晶體01金屬晶體復習回顧通過前面對于分子晶體與離子晶體的學習，我們可以總結研究晶體的一般思路為根據(jù)這個思路，你能預測金屬晶體的構成微粒和相互作用嗎？構成的微粒微粒間相互作用晶體類型物質(zhì)的性質(zhì)01金屬晶體01金屬晶體通過視頻我們不難發(fā)現(xiàn)：

金屬晶體是由金屬原子構成的，它們的結構就好像很多硬球一層一層很緊密地堆積，每一個金屬原子的周圍有較多相同的原子圍繞著。那么金屬原子又是如何“粘結”在一起的呢？01金屬晶體電子氣理論由于金屬原子的最外層電子數(shù)較少，容易失去電子成為金屬離子，金屬脫落下來的價電子幾乎均勻分布在整個晶體中，像遍布整塊金屬的“電子氣”，從而把所有金屬原子維系在一起。這些電子又稱為自由電子。金屬晶體的電子氣理論示意圖01金屬晶體金屬鍵金屬陽離子自由電子金屬鍵(在金屬晶體中，原子之間以金屬鍵相互結合)金屬鍵的本質(zhì)金屬陽離子與自由電子之間的強烈的相互作用01金屬晶體不同的金屬其構成原子不同，原子間所形成的金屬鍵強弱不同，故物質(zhì)的物理性質(zhì)差別很大。如何解釋呢？01金屬晶體金屬晶體中，自由電子在外加電場作用下，發(fā)生定向移動，形成電流，使金屬具有良好的導電性，金屬晶體中除自由電子外的金屬陽離子在其位置附近振動，加熱時，金屬陽離子的振動加強，阻礙自由電子的運動，因而金屬的電阻隨溫度升高而增大。通性一：金屬的導電性以及金屬的電阻隨溫度升高而增大“電子氣理論”解釋金屬的通性01金屬晶體+++++++++++++++---------------金屬晶體中，自由電子在運動中不斷地與金屬陽離子碰撞，從而發(fā)生能量交換，當金屬晶體的一端受熱，加強了該端的金屬陽離子的振動，自由電子將熱能迅速地傳遞到另一端，使金屬整體的溫度很快的升高，所以金屬有很好的導熱性。通性二：金屬的導熱性“電子氣理論”解釋金屬的通性01金屬晶體金屬晶體中，由于自由電子的“膠合”作用，當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，所以金屬有良好的延展性。通性三：金屬的延展性“電子氣理論”解釋金屬的通性01金屬晶體形成的金屬鍵強弱不同金屬單質(zhì)熔點/℃Li180.5Na97.81K63.65Rb38.89Cs28.40請同學們運用“電子氣理論”解釋金屬的熔點和硬度差大的原因以及與什么因素有關？01金屬晶體金屬晶體中，除了純金屬，還有大量的合金。合金的組成和結構非常復雜多樣。大多數(shù)合金以一種金屬為主要組成，如以鐵為主要成分的碳鋼、錳鋼、不銹鋼等，以銅為主要成分的黃銅、青銅、白銅等。FeC鋼AuCuK金01金屬晶體“電子氣理論”把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的

形成遍布整塊晶體的“_______”，被所有原子所共用，從而把所有的_________維系在一起歸納總結：金屬鍵價電子電子氣金屬原子金屬陽離子自由電子①金屬鍵的強弱主要決定于金屬元素的原子半徑和價電子數(shù)。原子半徑越大、價電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；反之，金屬鍵越強。②金屬鍵越強，金屬的熔、沸點越高，硬度越大。如：熔點最高的金屬是

，硬度最大的金屬是

。③金屬鍵沒有方向性和飽和性。鎢鉻概念

和

成鍵粒子金屬鍵的強弱和對金屬性質(zhì)的影響01金屬晶體試用金屬鍵解釋Na、Mg、Al的熔點逐漸升高的原因。原子半徑逐漸減小，價電子數(shù)逐漸增多，金屬鍵逐漸增強，熔點逐漸升高。Na鈉的熔點：97.8℃Mg鎂的熔點：650℃Al鋁的熔點：660.4℃01金屬晶體金屬晶體的性質(zhì)：在金屬晶體中，原子間以

相結合。金屬鍵歸納總結：金屬晶體鐵鍋導熱性銅絲導電性金箔玫瑰花延展性01金屬晶體思考討論如何用“電子氣理論”解釋金屬的通性？延展性

當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)生回相對滑動，但排列方式不變，而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，所以金屬有良好的延展性。01金屬晶體如何用“電子氣理論”解釋金屬的通性？導電性思考討論01金屬晶體如何用“電子氣理論”解釋金屬的通性？

當金屬晶體的某一端在受熱時，其附近內(nèi)部的自由電子做劇烈的無序運動，從而與金屬陽離子發(fā)生碰撞。在碰撞過程中，引起兩者能量交換，能量高的自由電子將自己的能量傳遞給金屬陽離子。導熱性01金屬晶體

金屬晶體內(nèi)部存在自由電子，當光線投射到金屬表面時，自由電子吸收可見光，然后又把各種波長的光大部分再反射出來,這就使絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)銀灰色或銀白色光澤。（某些金屬因易吸收某些頻率光而呈特殊顏色）如何用“電子氣理論”解釋金屬的通性？金屬光澤

金屬在粉末狀態(tài)時，金屬原子的取向雜亂，排列不規(guī)則，吸收可見光后不能再反射出來，所以金屬粉末常呈暗灰色或黑色01金屬晶體知識延伸金屬晶體的堆積方式金屬原子在二維空間（平面）上有二種排列方式球對球、四球一空、非密置層球對縫、三球一空、密置層01金屬晶體在三維空間也可以

球對球，球對縫01金屬晶體1、簡單立方堆積原子位置：配位數(shù)：含有原子數(shù)：相切球：邊長與半徑關系：空間利用率：頂點61邊長上的兩個原子52%01金屬晶體2、體心立方堆積原子位置：配位數(shù)：含有原子數(shù)：相切球：邊長與半徑關系：空間利用率：頂點、體心82體對角線上的三個原子68%01金屬晶體123456123456AB，

第二層對第一層來講最緊密的堆積方式是將球對準1，3，5位。(或對準2，4，6位；1、3位置太近只能填一個空隙）關鍵是第三層，對第一二層來說，第三層可有兩種最緊密堆積方式若金屬原子均采用密堆積01金屬晶體123456AB，

第二層對第一層來講最緊密的堆積方式是將球對準1，3，5位。(或對準2，4，6位；1、3位置太近只能填一個空隙）1、將第三層的球對準第一層的球2、第三層的球對準第一層的2、4、6位置AB，123456兩層形成一個周期，ABAB方式，形成六方緊密堆積三層形成一個周期，ABCABC方式，面心立方最密堆積01金屬晶體3、六方最密立方堆積原子位置：配位數(shù)：含有原子數(shù)：相切球：高與邊長關系：空間利用率：頂點、體內(nèi)124四面體的四個頂點74%01金屬晶體4、面心立方最密堆積原子位置：配位數(shù)：含有原子數(shù)：相切球：邊長與半徑關系：空間利用率：頂點、面心124面對角線上的三個原子74%離子晶體02離子晶體02離子晶體

通過視頻發(fā)現(xiàn)從溶液中析出的鹽自發(fā)的呈多面體形狀，說明鹽也是晶體。

請你分析出構成鹽的微粒是什么，微粒間的作用力又是什么？屬于什么晶體類型02離子晶體靜電作用力離子晶體鈉離子、氯離子成鍵本質(zhì)晶體類型成鍵微粒NaCl晶胞02離子晶體觀察氯化鈉的晶胞模型，并思考：晶胞中各離子的位置分布？探究一面心：_____個氯離子體心：_____個鈉離子棱上：_____個鈉離子頂點：_____個氯離子1128602離子晶體每個Na+同時吸引著6個Cl-，分別在前后左右上下的位置鈉離子所處的環(huán)境觀察氯化鈉的晶胞模型，并思考：晶胞中各離子的位置分布？探究一02離子晶體每個Cl-同時吸引著6個Na+，分別在前后左右上下的位置觀察氯化鈉的晶胞模型，并思考：晶胞中各離子的位置分布？探究一氯離子所處的環(huán)境02離子晶體鈉離子所處的環(huán)境氯離子所處的環(huán)境為什么會出現(xiàn)這種情況呢？陰陽離子間的靜電作用沒有方向性，每個粒子周圍會盡可能多的吸引帶相反電荷的離子，以達到降低體系能量的目的，故離子鍵沒有方向性和飽和性。所以離子在晶體中常常也趨向于采用盡可能緊密地堆積形式，可以視為圓球的密堆積，只不過陰離子、陽離子的半徑是不同的，是不等徑圓球的密堆積02離子晶體Na＋位于_______和_______Cl－位于_______和_______棱上位置：12×＝341棱上體心晶胞內(nèi)位置：1×1＝1頂點面心頂點位置：8×＝181面心位置：6×

＝321觀察氯化鈉的晶胞模型，并解釋：NaCl表示什么含義?探究二02離子晶體觀察氯化鈉的晶胞模型，并解釋：NaCl表示什么含義?探究二一個晶胞中的氯離子和鈉離子均為四個，二者的比值是1:1。故并不存在單獨的氯化鈉分子，只是在整個晶體中，氯離子與鈉離子的個數(shù)比為1:1。因此，氯化鈉的化學式表示的只是表示氯化鈉的組成。02離子晶體觀察氯化鈉的晶胞模型，并解釋：NaCl的熔點較高、硬度較大的原因?探究二在NaCl中，離子間存在著較強的離子鍵，使離子晶體的硬度較大，難于壓縮；而且，要使它們由固態(tài)變成液態(tài)或氣態(tài)，需要較多的能量破壞這些較強的離子鍵，因此，NaCl具有較高的熔點和沸點。02離子晶體分析：晶胞中各離子的位置分布情況?問題1CsCl的晶胞中，1個銫離子處于立方體的中心，8個氯離子是位于頂點銫離子所處的環(huán)境：每個Cs+同時吸引著8個Cl?氯離子所處的環(huán)境：每個Cl?同時吸引著8個Cs+結合所學內(nèi)容并根據(jù)氯化銫的結構分析和性質(zhì)來回答問題：CsCl的晶胞Cl-Cs+02離子晶體分析：晶體中是否存在氯化銫分子?CsCl表示什么含義?問題21

81Cs+位于_______Cl－位于_______體心頂點一個晶胞中氯離子和銫離子都是一個，兩者的比例為1:1。即沒有單獨存在的氯化銫分子，氯化銫這個化學式表示的就是氯化銫的組成結合所學內(nèi)容并根據(jù)氯化銫的結構分析和性質(zhì)來回答問題：CsCl的晶胞Cl-Cs+02離子晶體CsCl的熔點較高(645℃)的原因是什么？問題3在CsCl中，離子間存在著較強的離子鍵，使離子晶體的硬度較大，難于壓縮；而且，要使它們由固態(tài)變成液態(tài)或氣態(tài)，需要較多的能量破壞這些較強的離子鍵，因此，CsCl具有較高的熔點和沸點。結合所學內(nèi)容并根據(jù)氯化銫的結構分析和性質(zhì)來回答問題：CsCl的晶胞Cl-Cs+02離子晶體Na＋、Cs＋所帶電荷一樣，但Na＋的半徑小于Cs＋的半徑，NaCl中離子鍵強于CsCl中離子鍵，所以NaCl的熔點高于CsCl的熔點。NaCl的熔點為801℃，CsCl的熔點為645℃，試解釋其原因。02離子晶體+++++++++++++++---------------與電源正極相連的電極與電源負極相連的電極金屬晶體的導電性與金屬晶體中自由電子有關，在外加電場條件下，自由電子定向運動而形成電流。離子晶體的性質(zhì)探究NaCl等離子晶體在熔融狀態(tài)下導電、水溶液導電與金屬導電有什么不同?探究四02離子晶體離子晶體固態(tài)時不能導電，因為陰陽離子不能自由移動，在熔融或水溶液狀態(tài)下發(fā)生電離，產(chǎn)生自由移動的陰陽離子，離子晶體才能夠導電。NaCl溶液能夠導電熔融的NaCl能夠導電NaCl等離子晶體在熔融狀態(tài)下導電、水溶液導電與金屬導電有什么不同?探究四02離子晶體離子晶體較脆，延展性較差施加外力發(fā)生滑動同種電荷相互排斥，使晶面裂開離子晶體是否具有較好的延展性?探究五02離子晶體化合物熔點/℃化合物熔點/℃CaO2613Na2SO4884CuCl21326Ca2SiO42130NH4NO3169.6Na3PO4340BaSO41580CH3COOCs194LiPF6200(分解溫度)NaNO2270①從表中數(shù)據(jù)可知，離子晶體的熔點差異也較大離子晶體的熔點是否都較高？分析下表中的數(shù)據(jù)，能得出什么結論？探究六②從表中還發(fā)現(xiàn)，大量離子晶體的陰離子或陽離子不是單原子，離子組成差異較大，有些晶體中還存在共價鍵，然而貫穿整個晶體的主要作用力仍是陰陽離子之間的作用力。02離子晶體歸納總結：離子鍵及其影響因素離子鍵沒有方向性和飽和性概念離子所帶電荷數(shù)

，離子半徑

，離子鍵越強。影響因素陰、陽離子之間通過

形成的化學鍵。靜電作用越多越小歸納總結：離子晶體及其物理性質(zhì)概念由

和

相互作用而形成的晶體。①熔、沸點較

，硬度較

。②離子晶體不導電，但

或

后能導電。③大多數(shù)離子晶體能溶于水，難溶于有機溶劑。陽離子陰離子離子晶體的性質(zhì)高大熔化溶于水02離子晶體柔性離子晶體管：為未來生物電子器件奠定基礎！哥倫比亞大學神經(jīng)電子轉化實驗室開發(fā)出了第一個具有生物相容性的離子驅動的晶體管。這項技術在在體電生理信號采集和神經(jīng)刺激方面具有重要的意義。有機柔性放大器領域中的重要工作，可能對未來的可植入設備、腦機界面等設備的形式產(chǎn)生深遠的影響?？赡艿脑O備形式比如完全柔性可長期植入的神經(jīng)電極、深部腦刺激器、植入性的高分辨率心電監(jiān)護設備等等。柔性電子在將來甚至可以作為承載深度學習的計算單元而直接植入體內(nèi)。課堂總結03課堂總結金屬鍵與金屬晶體離子晶體電子氣理論概念成鍵粒子金屬鍵的強弱和對金屬性質(zhì)的影響概念影響因素離子晶體的性質(zhì)金屬晶體與離子晶體課堂練習04課堂練習1．下列變化需克服共價鍵的是A．金剛石熔化

B．汞變成汞蒸氣

C．碘升華

D．食鹽溶于水【答案】A【詳解】A．金剛石為共價晶體，只存在共價鍵，熔化時克服共價鍵，故A選；B．汞受熱變成汞蒸氣，克服金屬鍵，故B不選；C．碘單質(zhì)為分子晶體，碘升華不破壞化學鍵，克服分子間作用力，故C不選；D．食鹽為離子晶體，溶于水發(fā)生電離，克服離子鍵，故D不選；故選：A。04課堂練習2．三氯化鐵的熔點為282℃、沸點為315℃，易溶于水，也易溶于乙醚等有機溶劑。在400℃時，它的蒸氣中有雙聚分子Fe2Cl6存在。則三氯化鐵的晶體類型為A．分子晶體 B．共價晶體

C．金屬晶體 D．離子晶體【答案】A【詳解】通常晶體熔點高低順序是：共價晶體＞離子晶體＞分子晶體；三氯化鐵的熔沸點較低，且蒸氣中有雙聚分子Fe2Cl6存在，則符合分子晶體特點，故選A。04課堂練習3．下列敘述不正確的是A．離子晶體中一定含有陰、陽離子B．離子晶體都是化合物C．固態(tài)不導電、溶于水能導電，這一性質(zhì)能說明某晶體一定是離子晶體D．離子晶體一般具有較高的熔點04課堂練習【答案】C【詳解】A．離子晶體是通過離子鍵形成的，故離子晶體中一定含有陰、陽離子，A正確；B．由陰陽離子構成的化合物為離子晶體，B正確；C．固體不導電、溶于水能導電的不一定是離子晶體，如AlCl3，C錯誤；D．離子晶體是通過離子鍵形成的，鍵能較大，故離子晶體一般具有較高的熔點，D正確；故選C。04課堂練習4．金屬能導電的原因是A．金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間的作用較弱B．金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動C．金屬晶體中的金屬陽離子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動D．金屬晶體在外加電場作用下可失去電子【答案】B【詳解】金屬晶體內(nèi)部是由金屬陽離子和自由移動的電子構成的，在外加電場作用下自由電子定向移動，產(chǎn)生電流，這就是金屬導電的原因。04課堂練習5．X、Y、Z、W是原子序數(shù)依次增大的四種短周期元素?；鶓B(tài)X、Z原子的電子均填充了3個能級，且均有2個未成對電子，W的核外電子數(shù)是X原子最外層電子數(shù)的3倍。下列說法正確的是A．與Y同周期且第一電離能比Y小的元素有四種B．元素X的氫化物的沸點一定比元素Y的氫化物低C．Z與W形成WZ，屬于離子晶體可作耐高溫材料D．簡單離子半徑：r(W)>r(Z)>r(Y)04課堂練習【答案】C【分析】X、Y、Z、W是原子序數(shù)依次增大的四種短周期元素。基態(tài)X、Z原子的電子均填充了3個能級，且均有2個未成對電子，則X為C、Z為O，那么Y為N；W的核外電子數(shù)是X原子最外層電子數(shù)的3倍，W為12號元素Mg；據(jù)此分析解答。【詳解】A．同一周期隨著原子序數(shù)變大，第一電離能變大，N的2p軌道為半充滿穩(wěn)定狀態(tài)，第一電離能大于同周期相鄰元素，則與Y同周期且第一電離能比Y小的元素有Li、Be、B、C、O共五種，A錯誤；B．碳可以形成相對分子質(zhì)量很大的烴，其沸點可能很高，故元素X的氫化物的沸點不一定比元素Y的氫化物低，B錯誤；C．Z與W組成的化合物氧化鎂熔點為2800℃，可作耐高溫材，C正確；D．電子層數(shù)越多半徑越大，電子層數(shù)相同時，核電荷數(shù)越大，半徑越??；簡單離子半徑：r(Y)＞r(Z)＞r(W)，D錯誤；故選C。04課堂練習6.下列關于金屬及金屬鍵的說法正確的是(

)A.金屬鍵具有方向性和飽和性B.金屬鍵是金屬陽離子與自由電子之間的相互作用C.金屬導電是因為在外加電場作用下產(chǎn)生自由電子D.金屬具有光澤是因為金屬陽離子吸收并放出可見光B04課堂練習7．下列有關金屬鍵的敘述中，錯誤的是(

)A．金屬鍵沒有飽和性和方向性B．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電吸引作用C．金屬