高中化學(xué)魯科版（2019）選擇性必修2幾種簡單的晶體結(jié)構(gòu)模型第1課時課件（52張）

第2節(jié)幾種簡單的晶體結(jié)構(gòu)模型第1課時金屬晶體離子晶體課前自主學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)任務(wù)一金屬晶體任務(wù)驅(qū)動:根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)和下表所提供的信息思考:物理性質(zhì)物理性質(zhì)比較導(dǎo)電性(以銀為100)銀(100)銅(99)金(74)鋁(61)鋅(27)鐵(17)密度/g·cm-3金(19.3)鉛(11.3)銀(10.5)銅(8.92)鐵(7.86)鋅(7.14)鋁(2.7)熔點(diǎn)/℃鎢(3410)鐵(1535)銅(1083)金(1064)銀(962)鋁(660)錫(232)硬度(以金剛石為10)鉻(9)鐵(4～5)銀(2.5～4)銅(2.5～3)金(2.5～3)鋁(2～2.9)鉛(1.5)(1)為什么菜刀、錘子等通常用鐵制而不用鉛制?(2)銀的導(dǎo)電性比銅好,為什么導(dǎo)線一般用銅制而不用銀制?(3)為什么燈泡里的燈絲用鎢制而不用錫制?(4)物理性質(zhì)中與自由電子關(guān)系最為密切的是什么?概念及物理性質(zhì)概念_________通過_______形成的晶體成鍵微粒___________和_________微粒間作用力_______物理性質(zhì)有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性金屬原子金屬鍵金屬陽離子自由電子金屬鍵【想一想】(1)電解質(zhì)在熔化狀態(tài)或溶于水能導(dǎo)電,這與金屬導(dǎo)電的本質(zhì)是否相同?提示:電解質(zhì)在熔化狀態(tài)或溶于水時是離子的定向移動導(dǎo)電,是化學(xué)變化;金屬導(dǎo)電是自由電子的定向移動,是物理變化,本質(zhì)不同。(2)金屬在發(fā)生變形延展時,金屬鍵斷裂嗎?提示:不斷裂。(3)金屬在通常狀況下都是晶體嗎?金屬晶體的性質(zhì)與哪些因素有關(guān)?提示:不是,如汞;金屬鍵和金屬原子的堆積方式?jīng)Q定金屬的性質(zhì)。學(xué)習(xí)任務(wù)二離子晶體任務(wù)驅(qū)動:觀察分析下表,思考下列問題:晶格能與晶體的熔點(diǎn)、硬度有怎樣的關(guān)系?影響晶格能大小的因素有哪些?離子化合物NaBrNaClMgO離子電荷數(shù)112核間距/pm290276205晶格能/kJ·mol點(diǎn)/℃7508012800摩氏硬度<2.52.56.51.概念概念_______________通過_______結(jié)合,在空間呈現(xiàn)有規(guī)律的排列所形成的晶體成鍵微粒_______________微粒間作用力_______陽離子和陰離子離子鍵陽離子、陰離子離子鍵2.常見AB型的離子晶體晶體類型NaCl型CsCl型ZnS型晶體結(jié)構(gòu)模型

晶胞中微粒數(shù)Na+

__Cl-

__Cs+

__Cl-

__Zn2+

__S2-

__符合類型Li、Na、K、Rb的鹵化物、AgF、MgO等CsBr、CsI、NH4Cl等BaO、BeS等4411443.晶格能概念1mol離子晶體完全氣化為氣態(tài)陰、陽離子所吸收的能量意義衡量離子鍵的強(qiáng)弱。晶格能越大,表示離子鍵越___,離子晶體越_____影響因素①與核間距有關(guān);②與陰、陽離子所帶的電荷數(shù)有關(guān);③與離子晶體的_________有關(guān)對晶體物理性質(zhì)的影響晶體結(jié)構(gòu)類型相同時,晶格能越大,熔、沸點(diǎn)越___,硬度越___強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)類型高大4.物理性質(zhì)熔、沸點(diǎn)較高硬度較大,但較脆溶解性一般水中_____,非極性溶劑中_____導(dǎo)電性固態(tài)時_______,熔融狀態(tài)或在水溶液中_______易溶難溶不導(dǎo)電能導(dǎo)電【想一想】(1)離子晶體是否全由金屬元素與非金屬元素組成?提示:不一定,如NH4Cl固體是離子晶體但它不含金屬元素。(2)離子晶體的化學(xué)式是表示真正的分子構(gòu)成嗎?提示:不是。離子晶體的化學(xué)式僅代表晶體中陰、陽離子個數(shù)比,并不代表分子構(gòu)成,所以離子晶體中不存在分子。課堂合作探究探究任務(wù)一金屬晶體與離子晶體的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)【圖片情境】金屬鍵是化學(xué)鍵的一種,主要在金屬中存在。由自由電子及排列成晶格狀的金屬離子之間的靜電作用組合而成。金屬鍵有金屬的很多特性。例如:一般金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)隨金屬鍵的強(qiáng)度而升高。其強(qiáng)弱通常與金屬離子半徑逆相關(guān),與金屬內(nèi)部自由電子密度正相關(guān)。

【問題探究】1.含金屬陽離子的晶體一定是離子晶體嗎?有陽離子的晶體中一定存在陰離子嗎?提示:不一定。也可能是金屬晶體;晶體中含有陽離子,不一定存在陰離子,如金屬晶體由陽離子和自由電子構(gòu)成。2.離子晶體中除含有離子鍵外,是否含有共價鍵?提示:離子晶體中除含有離子鍵外,還有可能含有共價鍵、配位鍵。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含離子鍵和共價鍵。3.在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物形成的晶體一定是離子晶體嗎?提示:一定是離子晶體。只有金屬單質(zhì)和離子化合物在熔融狀態(tài)導(dǎo)電?！咎骄靠偨Y(jié)】1.金屬晶體與離子晶體的組成與性質(zhì)離子晶體金屬晶體堆積方式非等徑圓球密堆積等徑圓球密堆積構(gòu)成微粒陰、陽離子金屬陽離子、自由電子粒子間作用力離子鍵(強(qiáng))金屬鍵(有強(qiáng)、有弱)熔化時需克服的作用力離子鍵金屬鍵離子晶體金屬晶體物質(zhì)的性質(zhì)熔、沸點(diǎn)較高一般較高,少部分低硬度硬而脆一般較大,少部分小導(dǎo)電性固態(tài)不導(dǎo)電,熔融或水溶液導(dǎo)電晶體、熔融均導(dǎo)電導(dǎo)熱性不好良好延展性沒有良好溶解性易溶于極性溶劑,難溶于非極性溶劑難溶(Na等與水反應(yīng))2.離子晶體的判斷方法判斷一種物質(zhì)是不是離子晶體,我們可以根據(jù)物質(zhì)的分類、組成和性質(zhì)等方面進(jìn)行判斷。(1)利用物質(zhì)的分類金屬離子和酸根離子、OH-形成的大多數(shù)鹽、強(qiáng)堿,活潑金屬的氧化物和過氧化物(如Na2O和Na2O2),活潑金屬的氫化物(如NaH),活潑金屬的硫化物等都是離子晶體。(2)利用元素的性質(zhì)和種類如成鍵元素的電負(fù)性差值大于1.7的物質(zhì),金屬元素(特別是活潑的金屬元素,ⅠA、ⅡA族元素)與非金屬元素(特別是活潑的非金屬元素,ⅥA、ⅦA族元素)組成的化合物。(3)利用物質(zhì)的性質(zhì)離子晶體一般具有較高的熔、沸點(diǎn),難揮發(fā),硬而脆;固體不導(dǎo)電,但熔融或溶于水時能導(dǎo)電,大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑而難溶于非極性溶劑。3.離子晶體的簡單結(jié)構(gòu)類型分析晶體類型晶胞示意圖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)NaCl型(Li、Na、K和Rb的鹵化物,AgF,MgO等)

①Na+、Cl-的配位數(shù)均為6②每個Na+(Cl-)周圍緊鄰(距離最近且相等)的Cl-(Na+)構(gòu)成正八面體③每個Na+(Cl-)周圍緊鄰的Na+(Cl-)有12個④每個晶胞中含4個Na+、4個Cl-晶體類型晶胞示意圖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)CsCl型(CsBr、CsI、NH4Cl等)

①Cs+、Cl-的配位數(shù)均為8②每個Cs+(Cl-)周圍緊鄰的Cl-(Cs+)構(gòu)成正六面體③每個Cs+(Cl-)周圍緊鄰的Cs+(Cl-)有6個④每個晶胞中含1個Cs+、1個Cl-ZnS型(BeO、BeS等)

①Zn2+、S2-的配位數(shù)均為4②每個Zn2+(S2-)周圍緊鄰的S2-(Zn2+)構(gòu)成正四面體③每個晶胞中有4個S2-、4個Zn2+④Zn2+與S2-之間的最短距離為晶胞體對角線長的

晶體類型晶胞示意圖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)CaF2型

①Ca2+的配位數(shù)為8,F-的配位數(shù)為4,二者的配位數(shù)之比等于二者電荷(絕對值)之比②每個F-周圍緊鄰的4個Ca2+構(gòu)成正四面體,每個Ca2+周圍緊鄰的8個F-構(gòu)成立方體③每個晶胞中有4個Ca2+、8個F-④Ca2+與F-之間的最短距離為晶胞體對角線長的【探究訓(xùn)練】1.金屬晶體熔、沸點(diǎn)高低和硬度大小一般取決于金屬鍵的強(qiáng)弱,而金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬陽離子所帶電荷的多少及半徑大小相關(guān)。由此判斷下列說法正確的是(

)A.金屬鎂的硬度大于金屬鋁B.堿金屬單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)從Li到Cs逐漸增大C.金屬鎂的熔點(diǎn)大于金屬鈉D.金屬鎂的硬度小于金屬鈣【解析】選C。鎂離子比鋁離子的半徑大,而所帶的電荷少,所以金屬鎂比金屬鋁的金屬鍵弱,熔、沸點(diǎn)和硬度都小;從Li到Cs,離子的半徑逐漸增大,金屬鍵逐漸減弱,熔、沸點(diǎn)和硬度都逐漸減小;金屬鎂比金屬鈉離子的半徑小而所帶電荷多,金屬鍵強(qiáng),所以金屬鎂比金屬鈉的熔、沸點(diǎn)和硬度都大;鎂比鈣離子的半徑小,金屬鍵強(qiáng),所以金屬鎂比金屬鈣的熔、沸點(diǎn)和硬度都大。2.(2020·長沙高二檢測)下列說法中正確的是(

)A.固態(tài)能導(dǎo)電的晶體一定是金屬晶體B.固態(tài)不能導(dǎo)電,水溶液能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體C.熔融狀態(tài)能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體D.固態(tài)不導(dǎo)電而熔融態(tài)能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體【解析】選D。固態(tài)時能導(dǎo)電的晶體不一定是金屬晶體,如硅和石墨等不是金屬晶體,A不正確;固態(tài)不能導(dǎo)電,水溶液能導(dǎo)電的晶體不一定是離子晶體,如P2O5等不是離子晶體,B不正確;金屬熔融狀態(tài)也能導(dǎo)電,C不正確;離子晶體是陰、陽離子組成的,固態(tài)時陰、陽離子不能自由移動,不導(dǎo)電,熔融狀態(tài)時電離出自由移動的離子而導(dǎo)電。探究任務(wù)二金屬晶體和離子晶體熔、沸點(diǎn)的比較【圖片情境】【問題探究】1.金屬鍵強(qiáng)弱的影響因素有哪些?提示:由于金屬鍵是產(chǎn)生在自由電子(帶負(fù)電)和金屬陽離子(帶正電)之間的電性作用,所以金屬陽離子電荷越多,半徑越小,則金屬鍵越強(qiáng)。由于堆積方式影響空間利用率,所以它也是金屬鍵強(qiáng)弱的影響因素之一。2.根據(jù)晶格能的知識回答:(1)為何Na2O的晶格能大于NaF,而KCl的晶格能大于KI?(2)火山噴出的巖漿中含有多種硫化物,冷卻時ZnS比HgS先析出,原因是什么?(3)KCl、MgO、CaO的晶體結(jié)構(gòu)與NaCl的晶體結(jié)構(gòu)相似,KCl、CaO、MgO三種離子晶體熔點(diǎn)從高到低的順序是什么?提示:(1)晶格能與離子所帶的電荷數(shù)成正比,而與離子半徑的大小成反比。在Na2O和NaF中,O2-所帶的電荷數(shù)比F-多,故Na2O的晶格能大于NaF;而KCl和KI中,Cl-半徑小于I-的半徑,故KCl的晶格能大于KI。(2)二者均為離子晶體,ZnS晶格能大于HgS,因此ZnS先析出。(3)MgO>CaO>KCl。【探究總結(jié)】1.金屬晶體熔、沸點(diǎn)的規(guī)律(1)金屬的熔、沸點(diǎn)取決于金屬鍵的強(qiáng)弱,一般金屬原子的價電子數(shù)越多,原子半徑越小,金屬晶體內(nèi)部金屬鍵越強(qiáng),晶體熔、沸點(diǎn)越高。(2)金屬晶體的熔點(diǎn)差別較大,如Hg熔點(diǎn)很低,堿金屬熔點(diǎn)較低,鐵等金屬熔點(diǎn)很高。這是由于金屬晶體緊密堆積方式、金屬陽離子和自由電子的作用力不同造成的。(3)同一周期主族金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)由左到右升高;同一主族金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)自上而下降低。(4)合金的熔點(diǎn)低于成分金屬的熔點(diǎn)。2.離子晶體熔、沸點(diǎn)的規(guī)律(1)一般來說,陰、陽離子所帶電荷數(shù)越多,離子半徑越小,則離子鍵越強(qiáng),晶體熔、沸點(diǎn)越高。(2)離子晶體結(jié)構(gòu)類型相同時,離子所帶電荷數(shù)越多,離子半徑越小,晶格能越大,晶體熔、沸點(diǎn)越高,硬度越大?！咎骄坑?xùn)練】1.(2020·黃山高二檢測)下列物質(zhì)的熔點(diǎn)依次升高的是(

)

A.Mg、Na、K B.Na、Mg、AlC.Na、Rb、Ca D.鋁、鋁硅合金【解析】選B。A項中K、Na、Mg的半徑依次減小,Mg的價電子數(shù)比K、Na的多,故各物質(zhì)熔點(diǎn)的順序?yàn)镵<Na<Mg;同理分析,B項正確;C項中各物質(zhì)熔點(diǎn)的順序應(yīng)為Rb<Na<Ca;D項中各物質(zhì)熔點(diǎn)的順序應(yīng)為鋁硅合金<鋁。2.離子晶體熔點(diǎn)的高低取決于陰、陽離子之間的核間距離和晶格能的大小,根據(jù)所學(xué)知識判斷KCl、NaCl、CaO、BaO四種晶體熔點(diǎn)的高低順序是(

)A.KCl>NaCl>BaO>CaOB.NaCl>KCl>CaO>BaOC.CaO>BaO>KCl>NaClD.CaO>BaO>NaCl>KCl【解析】選D。KCl、NaCl、CaO、BaO均為離子化合物。KCl、NaCl陰離子相同,電荷數(shù)相同,陽離子的半徑越小,晶格能越大,熔點(diǎn)越高,陽離子半徑K+>Na+,則熔點(diǎn)NaCl>KCl;BaO、CaO陰離子相同,電荷數(shù)相同,陽離子的半徑越小,晶格能越大,熔點(diǎn)越高,陽離子半徑Ba2+>Ca2+,則熔點(diǎn)CaO>BaO。陰、陽離子所帶電荷越多,晶體的熔點(diǎn)越高。所以四種化合物熔點(diǎn)的高低順序?yàn)镃aO>BaO>NaCl>KCl,故D項正確。3.根據(jù)表格數(shù)據(jù)回答下列有關(guān)問題:(1)已知NaBr、NaCl、MgO等離子晶體的核間距離和晶格能如下表所示:①NaBr晶體比NaCl晶體晶格能______(填“大”或“小”),主要原因是____.②MgO晶體比NaCl晶體晶格能大,主要原因是_____________。

③NaBr、NaCl和MgO晶體中,熔點(diǎn)最高的是______。

(2)NaF的熔點(diǎn)______的熔點(diǎn)(填“>”“<”或“=”),其原因是_______________。

NaBrNaClMgO離子的核間距/pm290276205晶格能/kJ·mol-17873890【解析】利用離子晶體中離子的核間距、離子的電荷數(shù)與晶格能的關(guān)系,晶格能越大,離子晶體越穩(wěn)定,熔、沸點(diǎn)越高。答案:(1)①小NaBr比NaCl離子的核間距大②氧化鎂晶體中的陰、陽離子的電荷數(shù)絕對值大,并且離子的核間距?、跰gO

(2)>兩者均為離子化合物,且電荷數(shù)均為1,但后者離子半徑大,離子鍵較弱,因此熔點(diǎn)較低【方法規(guī)律】離子晶體結(jié)構(gòu)類型相同時,離子所帶電荷數(shù)越多,離子半徑越小,晶格能越大,晶體熔、沸點(diǎn)越高,硬度越大。1.下列關(guān)于金屬性質(zhì)及具有此性質(zhì)原因的描述中不正確的是(

)A.金屬一般具有銀白色光澤,是物理性質(zhì),與金屬鍵沒有關(guān)系B.金屬具有良好的導(dǎo)電性,是由于在外電場作用下自由電子定向移動C.金屬具有良好的導(dǎo)熱性,是由于自由電子受熱后,運(yùn)動速率增大,自由電子頻繁與金屬離子發(fā)生碰撞,傳遞了能量D.金屬晶體具有良好的延展性,是因?yàn)榻饘倬w中的原子層發(fā)生相對滑動時金屬鍵不被破壞課堂素養(yǎng)達(dá)標(biāo)【解析】選A。金屬晶體內(nèi)部存在自由電子,當(dāng)光線投射到金屬表面時,自由電子吸收所有頻率的光,然后很快放出各種頻率的光,這就使絕大多數(shù)的金屬呈現(xiàn)銀白色光澤。金屬鍵是金屬陽離子和自由電子間的強(qiáng)烈的相互作用,金屬一般都具有金屬光澤的性質(zhì)正是由于金屬鍵的構(gòu)成微粒在起作用,與金屬鍵有密切關(guān)系。2.離子晶體不可能具有的性質(zhì)是(

)A.較高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn) B.良好的導(dǎo)電性C.溶于極性溶劑 D.堅硬而易粉碎【解析】選B。離子晶體是陰、陽離子通過離子鍵結(jié)合而成的,在固態(tài)時,陰、陽離子受到彼此的束縛不能自由移動,因而不導(dǎo)電。只有在離子晶體溶于水或熔融后,電離成可以自由移動的陰、陽離子,才可以導(dǎo)電。3.氫是重要而潔凈的能源。要利用氫氣作能源,必須解決好安全有效地儲存氫氣的問題?；瘜W(xué)家研究出利用合金儲存氫氣的方法,其中鑭(La)鎳(Ni)合金是一種儲氫材料,這種合金的晶體結(jié)構(gòu)已經(jīng)測定,其基本結(jié)構(gòu)單元如圖所示,則該合金的化學(xué)式可表示為(

)

A.LaNi5 B.LaNiC.La14Ni24 D.La7Ni12【解析】選A。La原子數(shù)為12×+2×=3,Ni的原子數(shù)為12×+6×+6=15,故該合金的化學(xué)式可表示為LaNi5。4.澤維爾研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)激光脈沖照射NaI時,Na+和I-兩核間距1.0～1.5nm,呈離子鍵;當(dāng)兩核靠近約距0.28nm時,呈現(xiàn)共價鍵。根據(jù)澤維爾的研究成果能得出的結(jié)論是(

)A.NaI晶體是離子晶體和分子晶體的混合物B.離子晶體可能含有共價鍵C.NaI晶體中既有離子鍵,又有共價鍵D.共價鍵和離子鍵沒有明顯的界限【解析】選D。由題中信息可知,離子的核間距較大時,呈離子鍵,而核間距較小時,呈共價鍵,當(dāng)核間距改變時,鍵的性質(zhì)會發(fā)生改變,這說明離子鍵和共價鍵并沒有明顯的界線。5.下列有關(guān)離子晶體的數(shù)據(jù)大小比較不正確的是(

)A.熔點(diǎn):NaF>MgF2>AlF3B.晶格能:NaF>NaCl>NaBrC.陰離子的配位數(shù):CsCl>NaCl>CaF2D.硬度:MgO>CaO>BaO【解析】選A。掌握好離子半徑的大小變化規(guī)律是分析離子晶體性質(zhì)的一個關(guān)鍵點(diǎn)。由于r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+),且Na+、Mg2+、Al3+所帶電荷依次增大,所以NaF、MgF2、AlF3的離子鍵依次增強(qiáng),晶格能依次增大,故熔點(diǎn)依次升高。r(F-)<r(Cl-)<r(Br-),故NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次減小。在CsCl、NaCl、CaF2中陰離子的配位數(shù)分別為8、6、4。r(Mg2+)<r(Ca2+)<r(Ba2+),故MgO、CaO、BaO中離子鍵依次減弱,晶格能依次減小,硬度依次減小。6.(2020·天津等級考)Fe、Co、Ni是三種重要的金屬元素?；卮鹣铝袉栴}:(1)Fe、Co、Ni在周期表中的位置為_______,基態(tài)Fe原子的電子排布式為____.(2)CoO的面心立方晶胞如圖所示。設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則CoO晶體的密度為__________g·cm-3。三種元素二價氧化物的晶胞類型相同,其熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)開_______________。

【解析】(1)Fe、Co、Ni的價電子排布式分別為3d64s2、3d74s2、3d84s2,價電子數(shù)分別為8、9、10,位于元素周期表第四周期第Ⅷ族?；鶓B(tài)Fe原子核外有26個電子,電子排布式為[Ar]3d64s2。(2)該晶胞中Co2+個數(shù)為12×+1=4,O2-個數(shù)為8×+6×=4,晶胞質(zhì)量為,晶胞體積為(a×10