新教材適用2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第3章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第3節(jié)金屬晶體與離子晶體第1課時金屬晶體離子晶體學(xué)案新人教版選擇性必修2

第三節(jié)金屬晶體與離子晶體第1課時金屬晶體離子晶體核心素養(yǎng)發(fā)展目標1．能辨識常見的金屬晶體，能從微觀角度分析金屬晶體中構(gòu)成微粒及微粒間作用，并說明金屬的物理性質(zhì)。2．能辨識常見的離子晶體，能從微觀角度理解離子鍵對離子晶體性質(zhì)的影響，能從宏觀角度說明離子晶體性質(zhì)的差異。3．通過對離子晶體模型的相識，理解離子晶體的結(jié)構(gòu)特點，預(yù)料其性質(zhì)。一、金屬鍵與金屬晶體1．金屬鍵(1)本質(zhì)：“電子氣理論”把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的_價電子__形成遍布整塊晶體的“_電子氣__”，被全部原子所共用，從而把全部的_金屬原子__維系在一起。(2)金屬鍵的強弱和對金屬性質(zhì)的影響①金屬鍵的強弱主要確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_鎢__，硬度最大的金屬是_鉻__。2．金屬晶體(1)在金屬晶體中，原子間以_金屬鍵__相結(jié)合。(2)金屬晶體的性質(zhì)：優(yōu)良的_導(dǎo)電性__、_導(dǎo)熱性__和_延展性__。(3)金屬晶體中，除了純金屬，還有大量的合金。合金的組成和結(jié)構(gòu)特別困難多樣。大多數(shù)合金以一種金屬為主要組成。正誤推斷1.金屬在常溫下都是晶體。(×)2．金屬晶體在外力作用下，各層之間發(fā)生相對滑動，金屬鍵被破壞。(×)3．共價晶體的熔點肯定比金屬晶體的高，分子晶體的熔點肯定比金屬晶體的低。(×)4．有機高分子肯定不能導(dǎo)電。(×)5．金屬的電導(dǎo)率隨溫度的上升而降低。(√)深度思索1.試用“電子氣理論”說明為什么金屬具有良好的①延展性、②導(dǎo)電性、③導(dǎo)熱性。提示：①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，但原來的排列方式不變，而且充滿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，并且電子氣沒有被破壞，所以金屬有良好的延展性；②金屬晶體中的自由電子在電場中定向移動而形成電流，呈現(xiàn)良好的導(dǎo)電性；③電子氣中的自由電子在熱的作用下運動時頻繁與金屬原子碰撞，從而引起能量傳遞，呈現(xiàn)良好的導(dǎo)熱性。2．試用金屬鍵說明Na、Mg、Al的熔點漸漸上升的緣由。提示：Na、Mg、Al的原子半徑漸漸減小，價電子數(shù)漸漸增多，金屬鍵漸漸增加，熔點漸漸上升。3．金屬鍵可以看成是很多原子共用很多電子所形成的劇烈相互作用，和共價鍵類似。金屬鍵有飽和性和方向性嗎？提示：沒有。金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間的劇烈的相互作用，自由電子為整個金屬的全部陽離子所共有，故金屬鍵沒有方向性和飽和性。4．金屬晶體與金屬粉末的光澤為何不同？提示：在金屬晶體中，金屬離子以最緊密積累狀態(tài)排列，內(nèi)部存在自由電子，當光線投射到它的表面時，自由電子可以汲取全部頻率的光，然后很快放出各種頻率的光，這就是絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)銀灰色或銀白色光澤的緣由。而金顯黃色、銅顯紫紅色，是由于它們能汲取某些頻率的光。在粉末狀態(tài)時，金屬的晶面取向雜亂，排列不規(guī)則，汲取可見光后輻射不出去，所以金屬粉末大多為暗灰色或黑色(鋁粉為銀白色，俗稱“銀粉”)。因而整塊金屬具有金屬光澤而金屬粉末常呈暗灰色或黑色。應(yīng)用體驗1.下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是(B)A．用鉑金做首飾不能用金屬鍵理論說明B．固態(tài)和熔融時易導(dǎo)電，熔點在1000℃左右的晶體可能是金屬晶體C．Al、Na、Mg的熔點漸漸上升D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好解析：用鉑金做首飾利用了金屬晶體的延展性，能用金屬鍵理論說明，A錯誤；金屬晶體在固態(tài)和熔融時能導(dǎo)電，其熔點差異很大，故題設(shè)條件下的晶體可能是金屬晶體，B正確；一般來說，金屬中單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目越多，金屬元素的原子半徑越小，金屬鍵越強，故金屬鍵的強弱依次為Al>Mg>Na，其熔點的凹凸依次為Al>Mg>Na，C錯誤；金屬的導(dǎo)電性隨溫度的上升而降低，溫度越高，其導(dǎo)電性越差，D錯誤。故選B。2．要使金屬晶體熔化必需破壞其中的金屬鍵。金屬晶體熔點的凹凸和硬度的大小一般取決于金屬鍵的強弱，而金屬鍵的強弱與金屬陽離子所帶電荷的多少及半徑大小有關(guān)。由此推斷下列說法正確的是(C)A．金屬鎂的熔點大于金屬鋁B．堿金屬的熔點從Li到Cs是漸漸增大的C．金屬鋁的硬度大于金屬鈉D．金屬鈣的硬度小于金屬鋇解析：鎂離子的半徑比鋁離子大且所帶電荷數(shù)少，所以金屬鎂的金屬鍵比金屬鋁弱，熔點和硬度都小，A錯誤；從Li到Cs，離子的半徑是漸漸增大的，所帶電荷數(shù)相同，金屬鍵漸漸減弱，熔點和硬度都漸漸減小，B錯誤；因離子的半徑小而所帶電荷數(shù)多，故金屬鋁的金屬鍵比金屬鈉強，所以金屬鋁的熔點和硬度比金屬鈉都大，C正確；鈣離子的半徑比鋇離子小而所帶電荷數(shù)相同，則金屬鈣的金屬鍵比金屬鋇強，所以金屬鈣的熔點和硬度比金屬鋇都大，D錯誤。故選C。3．下圖是金屬晶體內(nèi)部的電子氣理論示意圖。電子氣理論可以用來說明金屬的性質(zhì)，其中正確的是(C)A．金屬能導(dǎo)電是因為金屬陽離子在外加電場作用下定向移動B．金屬能導(dǎo)熱是因為自由電子在熱的作用下相互碰撞，從而發(fā)生熱的傳導(dǎo)C．金屬具有延展性是因為在外力的作用下，金屬中各原子層間會出現(xiàn)相對滑動，但自由電子可以起到潤滑劑的作用，使金屬不會斷裂D．合金與純金屬相比，由于增加了不同的金屬或非金屬，使電子數(shù)目增多，所以合金的延展性比純金屬強，硬度比純金屬小解析：金屬能導(dǎo)電是因為自由電子在外加電場作用下定向移動，故A錯誤；金屬能導(dǎo)熱是因為自由電子在熱的作用下與金屬陽離子發(fā)生碰撞，從而發(fā)生熱的傳導(dǎo)，故B錯誤；金屬具有延展性是因為在外力的作用下，金屬中各原子層間會出現(xiàn)相對滑動，而自由電子起到潤滑劑的作用，使得金屬不會斷裂，故C正確；合金與純金屬相比，由于增加了不同的金屬或非金屬，相當于填補了金屬陽離子之間的空隙，所以一般狀況下合金的延展性比純金屬弱，硬度比純金屬大，故D錯誤。故選C。4．下列關(guān)于金屬性質(zhì)的說法不正確的是(A)A．金屬一般具有銀白色光澤，是物理性質(zhì)，與電子氣理論沒有關(guān)系B．金屬具有良好的導(dǎo)電性，是因為金屬晶體中的自由電子可在整塊晶體中運動，在外加電場的作用下，自由電子發(fā)生定向移動形成了電流C．金屬具有良好的導(dǎo)熱性，是因為金屬部分受熱后，該區(qū)域的自由電子的能量增加，運動速率加快，自由電子通過與金屬陽離子發(fā)生頻繁碰撞，傳遞了能量D．金屬晶體具有良好的延展性，是因為當金屬受到外力作用時，金屬晶體中的各原子層可以發(fā)生相對滑動而不變更原來的排列方式，也不破壞金屬鍵解析：金屬一般具有銀白色光澤，與電子氣理論親密相關(guān)。由于大多數(shù)金屬原子以最緊密積累方式排列，內(nèi)部存在自由電子，所以當光線投射到它的表面時，自由電子可以汲取可見光，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，A錯誤；金屬具有良好的導(dǎo)電性緣由是金屬晶體中的自由電子可在整塊晶體中運動，在外加電場的作用下，自由電子發(fā)生定向移動形成了電流，B正確；金屬具有良好的導(dǎo)熱性的緣由是金屬部分受熱后，該區(qū)域的自由電子的能量增加，運動速率加快，自由電子通過與金屬陽離子發(fā)生頻繁碰撞，傳遞了能量，C正確；金屬晶體具有良好的延展性緣由是當金屬受到外力作用時，金屬晶體中的各原子層可以發(fā)生相對滑動而不變更原來的排列方式，也不破壞金屬鍵，D正確。故選A。1．金屬晶體熔點的變更規(guī)律金屬晶體熔點差別較大，一般熔、沸點較高，但有少部分熔點較低，如Cs、Hg等。汞在常溫下是液體，熔點很低(－38.9℃)，而鎢的熔點高達3000℃以上。這是由于金屬晶體緊密積累方式、金屬離子與自由電子的作用力強度不同。2．金屬晶體導(dǎo)電與電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的比較運動的微粒過程中發(fā)生的變更溫度的影響金屬晶體導(dǎo)電自由電子物理變更升溫，導(dǎo)電性減弱電解質(zhì)溶液導(dǎo)電陰、陽離子化學(xué)變更升溫，導(dǎo)電性增加3.金屬晶體的常見積累方式(1)金屬原子在二維空間中排列的兩種方式金屬晶體中的原子可看成直徑相等的球體。把它們放置在平面上(即二維空間)，可有兩種排列方式——a：非密置層，b：密置層(如圖所示)。特殊提示：密置層排列時，平面的利用率比非密置層的高。(2)金屬晶體的原子在三維空間里的4種常見積累方式：積累類型簡潔立方體心立方(K型)六方最密(Mg型)面心最密(Cu型)代表物質(zhì)Po(釙)KNaFeMgZnTiCuAgAu層類型非密置層非密置層密置層密置層晶胞相對原子棱上2球體對角線3球三棱柱的中心面對角線3球配位數(shù)681212空間利用率52%68%74%74%二、離子晶體1．離子鍵及其影響因素(1)概念：陰、陽離子之間通過靜電作用形成的化學(xué)鍵。(2)影響因素：離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強。離子鍵沒有方向性和飽和性。2．離子晶體及其物理性質(zhì)(1)概念：由_陽離子__和_陰離子__相互作用而形成的晶體。(2)離子晶體的性質(zhì)①熔、沸點較_高__，硬度較_大__。②離子晶體不導(dǎo)電，但熔化或溶于水后能導(dǎo)電。③大多數(shù)離子晶體能溶于水，難溶于有機溶劑。3．常見離子晶體的結(jié)構(gòu)(1)NaCl晶胞NaCl晶胞如圖所示，每個Na＋四周距離最近的Cl－有_6__個(上、下、左、右、前、后各1個)，構(gòu)成正八面體，每個Cl－四周距離最近的Na＋有_6__個，構(gòu)成正八面體，由此可推知晶體的化學(xué)式為_NaCl__?；卮鹣铝袉栴}：①每個Na＋(Cl－)四周距離相等且最近的Na＋(Cl－)是_12__個。②每個晶胞中實際擁有的Na＋數(shù)是_4__個，Cl－數(shù)是_4__個。③若晶胞參數(shù)為apm，則氯化鈉晶體的密度為eq\f(234,NA·a3×10－30)g·cm－3。(2)CsCl晶胞CsCl晶胞如圖所示，每個Cs＋四周距離最近的Cl－有_8__個，每個Cl－四周距離最近的Cs＋有_8__個，它們均構(gòu)成正六面體，由此可推知晶體的化學(xué)式為_CsCl__。回答下列問題：①每個Cs＋(Cl－)四周距離最近的Cs＋(Cl－)有_6__個，構(gòu)成_正八面體__。②每個晶胞中實際擁有的Cs＋有_1__個，Cl－有_1__個。③若晶胞參數(shù)為apm，則氯化銫晶體的密度為eq\f(168.5,NA·a3×10－30)g·cm－3。正誤推斷1.離子晶體中肯定含有金屬元素。(×)2．由金屬元素和非金屬元素組成的晶體肯定是離子晶體。(×)3．有些離子晶體中除含離子鍵外還存在共價鍵。(√)4．離子晶體的熔點肯定低于共價晶體的熔點。(×)5．離子晶體受熱熔化，破壞化學(xué)鍵，汲取能量，屬于化學(xué)變更。(×)6．某些離子晶體受熱失去結(jié)晶水，屬于物理變更。(×)深度思索1.含金屬陽離子的晶體肯定是離子晶體嗎？提示：不肯定。也可能是金屬晶體。2．含有陰離子的晶體肯定含有金屬離子嗎？提示：含有陰離子的晶體，肯定含有陽離子，但不肯定是金屬陽離子，如銨鹽。3．NaCl、CsCl表示的是分子式嗎？提示：不是，NaCl、CsCl是離子晶體，只表示晶體中陰、陽離子個數(shù)比，為化學(xué)式。4．NaCl的熔點為801℃，CsCl的熔點為645℃，試說明其緣由。提示：Na＋、Cs＋所帶電荷一樣，但Na＋的半徑小于Cs＋的半徑，NaCl中的離子鍵強于CsCl中的離子鍵，所以NaCl的熔點高于CsCl的熔點。應(yīng)用體驗1.下列敘述正確的是(C)A．離子鍵只有飽和性沒有方向性B．離子化合物中只含有離子鍵C．離子鍵的強弱可用離子半徑和所帶的電荷來衡量D．離子鍵就是離子間的吸引作用解析：離子鍵是帶相反電荷的離子之間的相互作用，它是一種靜電作用，沒有方向性和飽和性，A錯誤；離子化合物也可含有共價鍵，如氫氧化鈉中含H—O共價鍵，B錯誤；離子鍵的強弱可以用離子半徑以及所帶的電荷來衡量，離子半徑越小，所帶電荷越多，離子鍵越強，C正確；離子鍵不僅僅是吸引作用也有排斥作用，D錯誤。故選C。2．下列有關(guān)離子晶體的說法正確的是(B)A．離子晶體中肯定含有金屬元素，含有金屬元素的化合物肯定是離子晶體B．離子鍵只存在于離子晶體中，離子晶體中肯定含有離子鍵C．離子晶體中不行能含有共價鍵D．離子晶體受熱熔化破壞化學(xué)鍵，汲取熱量，屬于化學(xué)變更解析：離子晶體中不肯定含有金屬元素，含有金屬元素的化合物不肯定是離子晶體，A錯誤；含有離子鍵的化合物肯定是離子晶體，離子晶體中肯定含有離子鍵，B正確；離子晶體中可能含有共價鍵，如過氧化鈉，C錯誤；離子晶體受熱熔化時，雖然離子鍵被破壞，但沒有生成新的物質(zhì)，不屬于化學(xué)變更，如氯化鈉晶體熔化，D錯誤。故選B。3．離子晶體熔點的凹凸取決于晶體中陽離子與陰離子之間的靜電作用，靜電作用大則熔點高，靜電作用小則熔點低。試依據(jù)學(xué)過的學(xué)問，推斷KCl、NaCl、CaO、BaO四種晶體熔點的凹凸依次是(C)A．KCl>NaCl>BaO>CaO B．NaCl>KCl>CaO>BaOC．CaO>BaO>NaCl>KCl D．CaO>BaO>KCl>NaCl解析：離子晶體中，離子鍵越強，熔、沸點越高，而離子所帶電荷數(shù)越多，半徑越小，離子鍵越強。Ca2＋、O2－、Ba2＋都帶2個電荷，Na＋、Cl－、K＋都帶1個電荷，r(Ca2＋)<r(Ba2＋)，r(Na＋)<r(K＋)，故熔點CaO>BaO>NaCl>KCl，故選C。1．物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論推出：金屬鍵越強，其金屬的硬度越大，熔、沸點越高。且探討表明，一般來說，金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，則金屬鍵越強，由此推斷下列說法錯誤的是(A)A．硬度：Mg＞Al B．熔、沸點：Mg＞CaC．硬度：Mg＞K D．熔、沸點：Ca＞K解析：Mg、Al的電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)大的離子半徑小，價電子數(shù)Al＞Mg，離子半徑A13＋＜Mg2＋，所以金屬鍵Al＞Mg，故Al的硬度大于Mg，A錯誤；Mg、Ca價電子數(shù)相同，Ca的電子層數(shù)多，離子半徑Ca2＋＞Mg2＋，所以金屬鍵Mg＞Ca，故熔點Mg＞Ca，B正確；離子半徑Mg2＋＜Na＋＜K＋，所以金屬鍵Mg＞K，故硬度Mg＞K，C正確；Ca、K位于同一周期，價電子數(shù)Ca＞K，離子半徑K＋＞Ca2＋，金屬鍵Ca＞K，故熔點Ca＞K，D正確。故選A。2．下列敘述錯誤的是(C)A．構(gòu)成金屬的粒子是金屬陽離子和自由電子B．金屬晶體內(nèi)部都有自由電子C．金屬晶體內(nèi)自由電子分布不勻稱，專屬于某個特定的金屬離子D．同一類晶體間熔點(或沸點)相差最大的是金屬晶體解析：金屬晶體是由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成的，A正確；金屬晶體是由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成的，則金屬晶體內(nèi)部都有自由電子，B正確；自由電子幾乎勻稱分布在金屬晶體內(nèi)，不專屬于某一個或幾個特定的金屬離子，C錯誤；由于金屬鍵的強度差別很大，不同金屬晶體的熔、沸點相差較大，D正確。故選C。3．有關(guān)離子晶體的下列說法不正確的是(C)A．離子晶體在熔融狀態(tài)時都能導(dǎo)電B．離子晶體具有較高的熔、沸點，較大的硬度C．離子晶體中陰、陽離子個數(shù)比為11D．氯化鈉溶于水時離子鍵被破壞解析：離子晶體在熔融狀態(tài)時含有自由離子，能導(dǎo)電，故A正確；由正、負離子或正、負離子基團按肯定比例通過離子鍵結(jié)合形成的晶體稱作離子晶體，離子晶體一般硬而脆，具有較高的熔沸點，故B正確；離子晶體如Na2O2晶體中陽離子為Na＋、陰離子為過氧根離子，所以Na2O2晶體中陰陽離子個數(shù)之比為12，故C錯誤；NaCl溶于水時，NaCl在水分子作用下發(fā)生電離生成鈉離子、氯離子，所以離子鍵被破壞，故D正確。故選C。4．已知某離子晶體的晶胞示意圖如圖所示，其摩爾質(zhì)量為Mg/mol，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，晶體的密度為dg/cm3，下列說法中正確的是(D)A．晶體晶胞中陰、陽離子的個數(shù)都為1B．晶體中陰、陽離子的配位數(shù)都是4C．該晶胞可能是CsCl的晶胞D．該晶體中兩個距離最近的陽離子的核間距為eq\f(\r(2),2)×eq\r(3,\f(4M,dNA))cm解析：據(jù)均攤法可知，在這個晶胞中陽離子位于棱上和體心，數(shù)目＝12×eq\f(1,4)＋1＝4，陰離子位于頂點、面心，數(shù)目＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，A項錯誤；晶體中，由體心的陽離子看出四周有6個陰離子，每個陰離子四周有6個陽離子，所以晶體中，陰、陽離子的配位數(shù)都為6，B項錯誤；依據(jù)均攤法可知，在這個晶胞中陰、陽離子的個數(shù)都為4，陰、陽離子的配位數(shù)都為6，符合NaCl的晶胞特點，C項錯誤；因為晶胞中陰、陽離子的個數(shù)都為4，則晶胞的體積為eq\f(4M,dNA)cm3，晶胞的邊長為eq\r(3,\f(4M,dNA))cm，因為兩個距離最近的同種離子的核間距為晶胞面對角線長度的一半，所以晶體中兩個距離最近的同種離子的核間距為eq\f(\r(2),2)×eq\r(3,\f(4M,dNA))cm，D項正確。故選D。5．鐵有δ、γ、α三種同素異形體，如下圖所示，三種晶體在不同溫度下能發(fā)生轉(zhuǎn)化。下列說法不正確的是(A)δ－Feγ－Feα－FeA．將鐵加熱到1500℃分別急速冷卻和緩慢冷卻，得到的晶體類型相同B．α－Fe晶體中與每個鐵原子等距離且最近的鐵原子有6個C．若δ－Fe晶胞邊長為acm，α－Fe晶胞邊長為bcm，則兩種晶體密度比為2b3a3D．δ－Fe晶體中與每個鐵原子等距離且最近的鐵原子有8個解析：將鐵加熱到150