《金屬晶體　離子晶體》參考教案

學(xué)而優(yōu)，教有方2/12第2節(jié)幾種簡單的晶體結(jié)構(gòu)模型第1課時(shí)金屬晶體離子晶體發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.能借助金屬晶體結(jié)構(gòu)模型認(rèn)識(shí)金屬晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。能利用形成晶體的作用力解釋金屬的性質(zhì)。2．認(rèn)識(shí)幾種常見離子晶體的模型，并能解釋離子晶體的性質(zhì)。一、金屬晶體1．金屬晶體的概念點(diǎn)撥：金屬晶體中因金屬鍵的存在使得金屬具有良好的延展性和可塑性。2．常見金屬晶體的結(jié)構(gòu)常見金屬Ca、Cu、Au、Al、Pd、Pt、AgLi、Na、K、Ba、W、FeMg、Zn、Ti結(jié)構(gòu)示意圖(1)金屬在發(fā)生變形延展時(shí)，金屬鍵斷裂嗎？(2)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)？二、離子晶體1．概念陰、陽離子通過離子鍵結(jié)合，在空間呈現(xiàn)周期性重復(fù)排列所形成的晶體。2．常見的離子晶體晶體類型NaCl型CsCl型ZnS型CaF2型晶胞晶胞中微粒數(shù)Na＋4Cl－4Cs＋1Cl－1Zn2＋4S2－4Ca2＋4F－8符號類型Li、Na、K、Rb的鹵化物、AgF、MgO等CsBr、CsI、NH4Cl等BeO、BeS等BaF2、PbF2、3.晶格能(1)概念將1mol離子晶體完全氣化為氣態(tài)陰、陽離子所吸收的能量。(2)意義：衡量離子鍵的強(qiáng)弱。晶格能越大，表示離子鍵越強(qiáng)，離子晶體越穩(wěn)定。4．特性(1)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高，而且隨著離子電荷的增加，離子間距的縮短，晶格能增大，熔點(diǎn)升高。(2)一般易溶于水，而難溶于非極性溶劑。(3)在固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)或在水溶液中能導(dǎo)電。離子晶體的化學(xué)式是表示真正的分子構(gòu)成嗎？1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。)(1)同主族金屬元素自上而下，金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)逐漸降低，體現(xiàn)金屬鍵逐漸減弱。 ()(2)離子晶體一定含有金屬陽離子。 ()(3)金屬晶體和離子晶體的導(dǎo)電實(shí)質(zhì)是一樣的。 ()(4)固態(tài)不導(dǎo)電、水溶液能導(dǎo)電，這一性質(zhì)能說明某晶體一定是離子晶體。 (×)(5)金屬鍵的強(qiáng)弱決定金屬晶體的熔點(diǎn)和硬度。 ()2．離子晶體不可能具有的性質(zhì)是()A．較高的熔、沸點(diǎn)B．固態(tài)時(shí)具有良好的導(dǎo)電性C．可溶于極性溶劑D．堅(jiān)硬而易粉碎3．金屬的下列性質(zhì)中和金屬晶體的結(jié)構(gòu)無關(guān)的是()A．良好的導(dǎo)電性 B．反應(yīng)中易失電子C．良好的延展性 D．良好的導(dǎo)熱性金屬晶體(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識(shí)與微觀探析)飛機(jī)制造中使用大量合金。1．金屬為什么具有較好的延展性？2．合金為何比純金屬的性質(zhì)優(yōu)越？1．金屬物理通性的解釋2．金屬晶體熔點(diǎn)的影響因素同類型的金屬晶體的熔點(diǎn)由金屬陽離子半徑、離子所帶的電荷決定，陽離子半徑越小，所帶電荷越多，相互作用力就越強(qiáng)，熔點(diǎn)就越高。例如熔點(diǎn)：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，Na＜Mg＜Al?！纠?】鐵有δ、γ、α三種晶體結(jié)構(gòu)，如圖是δ、γ、α三種晶體不同溫度下轉(zhuǎn)化的示意圖，下列有關(guān)說法不正確的是()A．δ－Fe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有8個(gè)B．γ－Fe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有12個(gè)C．α－Fe晶胞邊長若為acm，γ－Fe晶胞邊長若為bcm，則α－Fe和γ－Fe兩種晶體的密度比為b3∶4a3D．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1．下列敘述錯(cuò)誤的是()A．構(gòu)成金屬的微粒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)自由電子分布不均勻，專屬于某個(gè)特定的金屬離子D．同一類晶體間熔點(diǎn)(或沸點(diǎn))相差最大的是金屬晶體2．下列有關(guān)金屬的敘述正確的是()A．金屬受外力作用時(shí)常常發(fā)生變形而不易折斷，是由于金屬離子之間有較強(qiáng)的作用B．通常情況下，金屬里的自由電子會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，而形成電流C．金屬導(dǎo)熱是借助金屬離子的運(yùn)動(dòng)，把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分D．金屬的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而降低離子晶體(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識(shí)與微觀探析)氯化鈉晶體及結(jié)構(gòu)模型1．1個(gè)NaCl晶胞中含有幾個(gè)Na＋、Cl－？2．NaCl晶體熔化時(shí)破壞的作用力是什么？1．離子晶體的簡單結(jié)構(gòu)類型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(gè)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(gè)Na＋(Cl－)周圍緊鄰的Na＋(Cl－)有12個(gè)④每個(gè)晶胞中含4個(gè)Na＋、4個(gè)Cl－CsCl型(CsBr、CsI、NH4Cl等)①Cs＋、Cl－的配位數(shù)均為8②每個(gè)Cs＋(Cl－)周圍緊鄰的Cl－(Cs＋)構(gòu)成正六面體③每個(gè)Cs＋(Cl－)周圍緊鄰的Cs＋(Cl－)有6個(gè)④每個(gè)晶胞中含1個(gè)Cs＋、1個(gè)Cl－ZnS型(BeO、BeS等)①Zn2＋、S2－的配位數(shù)均為4②每個(gè)Zn2＋(S2－)周圍緊鄰的S2－(Zn2＋)構(gòu)成正四面體③每個(gè)晶胞中有4個(gè)S2－、4個(gè)Zn2＋④Zn2＋與S2－之間的最短距離為晶胞體對角線長的eq\f(1,4)CaF2型①Ca2＋的配位數(shù)為8，F(xiàn)－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(gè)F－周圍緊鄰的4個(gè)Ca2＋構(gòu)成正四面體，每個(gè)Ca2＋周圍緊鄰的8個(gè)F－構(gòu)成立方體③每個(gè)晶胞中有4個(gè)Ca2＋、8個(gè)F－④Ca2＋與F－之間的最短距離為晶胞體對角線長的eq\f(1,4)2.對離子晶體特性的理解(1)離子晶體熔、沸點(diǎn)的比較：一般來說，陰、陽離子所帶的電荷數(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Al2O3>MgO；NaCl>CsCl等。(2)對于離子晶體的熔、沸點(diǎn)，要注意“一般來說”和“較高”等字詞?！耙话銇碚f”說明離子晶體的熔、沸點(diǎn)還有些特例；“較高”是與其他晶體類型比較的結(jié)果。(3)離子晶體的一些特殊物理性質(zhì)可用于確定晶體類型。如在固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電，在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體。(4)離子晶體導(dǎo)電的前提是先電離出自由移動(dòng)的陰、陽離子。難溶于水的強(qiáng)電解質(zhì)如BaSO4、CaCO3等溶于水時(shí)，由于濃度極小，故導(dǎo)電性極弱。通常情況下，它們的水溶液不導(dǎo)電。【例2】高溫下，超氧化鉀晶體(KO2)呈立方體結(jié)構(gòu)。圖為超氧化鉀晶體的一個(gè)晶胞(晶體中最小的重復(fù)單元)。則下列有關(guān)說法正確的是()A．KO2中只存在離子鍵B．超氧化鉀的化學(xué)式為KO2，每個(gè)晶胞含有1個(gè)K＋和1個(gè)Oeq\o\al(－,2)C．晶體中與每個(gè)K＋距離最近的Oeq\o\al(－,2)有6個(gè)D．晶體中，所有原子之間都是以離子鍵結(jié)合首先要記住NaCl型、CsCl型晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后聯(lián)系立體幾何知識(shí)來解答。1．下列描述符合離子晶體性質(zhì)的是()A．熔點(diǎn)1070℃，易溶于水，水溶液能導(dǎo)電B．熔點(diǎn)10.31℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電C．能溶于CS2，熔點(diǎn)112.8℃，沸點(diǎn)444.6℃D．熔點(diǎn)97.81℃，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度0.97g·cm－32．MgO、Rb2O、CaO、BaO四種離子晶體熔點(diǎn)的高低順序是()A．MgO>Rb2O>BaO>CaOB．MgO>CaO>BaO>Rb2OC．CaO>BaO>MgO>Rb2OD．CaO>BaO>Rb2O>MgO巖漿晶出規(guī)則與晶格能火山噴出的巖漿是一種復(fù)雜的混合物，冷卻時(shí)，許多礦物相繼析出，簡稱“巖漿晶出”。實(shí)驗(yàn)證明，巖漿晶出的次序與晶格能的大小有關(guān)。硅酸鹽和石英的晶出次序與晶格能1．晶格能的大小與什么因素有關(guān)？2．為什么石英在硅酸鹽礦物中最后析出？通過本情境素材中對晶格能的影響因素及晶體性質(zhì)的影響因素的探究，提升了“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的學(xué)科素養(yǎng)。1．可用自由電子與金屬離子的碰撞中有能量傳遞來解釋的物理性質(zhì)是()A．金屬是熱的良導(dǎo)體 B．金屬是電的良導(dǎo)體C．金屬有良好的延展性 D．有金屬光澤，不透明2．氟在自然界中常以CaF2的形式存在。下列有關(guān)CaF2的表述正確的是()A．Ca2＋與F－間僅存在靜電吸引作用B．F－的離子半徑小于Cl－，則CaF2的熔點(diǎn)低于CaCl2C．陰陽離子比為2∶1的物質(zhì)，均與CaF2晶體構(gòu)型相同D．CaF2中的化學(xué)鍵為離子鍵，因此CaF2在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電3．(素養(yǎng)題)要使金屬晶體熔化必須破壞其中的金屬鍵。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有關(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是逐漸增大的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4．下列各類物質(zhì)中，固態(tài)時(shí)只能形成離子晶體的是()A．非金屬氧化物 B．非金屬單質(zhì)C．強(qiáng)酸 D．強(qiáng)堿5．下圖是ZnS、CsCl、NaCl晶體的結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)圖示回答下列問題：甲乙丙(1)分別寫出三種晶體結(jié)構(gòu)模型對應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)式：甲________、乙________、丙________。在這三種晶體中，與陽離子最近且等距離的陰離子在空間圍成的幾何構(gòu)型分別為_____________________。(2)在NaCl、CsCl晶體中，每個(gè)Cl－的周圍和它等距離且最近的Cl－分別有________個(gè)、________個(gè)。

參考答案(1)提示：不斷裂。(2)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)。提示：不是。離子晶體的化學(xué)式僅代表晶體中陰、陽離子個(gè)數(shù)比，并不代表分子構(gòu)成，所以離子晶體中不存在分子。1．√××√2．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(shí)，陰、陽離子不能自由移動(dòng)，因而不導(dǎo)電，離子晶體溶于水或熔融后，電離出可以自由移動(dòng)的陰、陽離子才能導(dǎo)電，故B錯(cuò)誤。]3．B[金屬的物理性質(zhì)是由金屬晶體所決定的，A、C、D三項(xiàng)都是金屬共有的物理性質(zhì)，這些性質(zhì)都是由金屬晶體所決定的。B項(xiàng)，金屬易失電子是由金屬原子的結(jié)構(gòu)決定的，和晶體結(jié)構(gòu)無關(guān)。]1．提示：金屬晶體中由于金屬陽離子與自由電子間的相互作用沒有方向性，各原子層之間發(fā)生相對滑動(dòng)以后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂。金屬晶體中原子的堆積方式也會(huì)影響金屬的性質(zhì)，具有最密堆積結(jié)構(gòu)的金屬延展性往往比其他結(jié)構(gòu)的金屬的延展性好。2．提示：合金內(nèi)加入了其他元素或大或小的原子，改變了金屬原子有規(guī)則的層狀排列，使原子層之間的相對滑動(dòng)變得困難。因此，在一般情況下，合金比純金屬硬度大?！纠?】D[δ－Fe，中心Fe與8個(gè)頂點(diǎn)上的Fe距離相等且最近；γ－Fe，與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子數(shù)為8×3×eq\f(1,2)＝12，每個(gè)晶胞中含鐵原子數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，α－Fe晶胞中含鐵原子數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，則α－Fe和γ－Fe兩種晶體的密度比為eq\f(1,a3)∶eq\f(4,b3)＝b3∶4a3；由三種晶體的轉(zhuǎn)化溫度關(guān)系可以看出急速冷卻和緩慢冷卻得到兩種不同類型的晶體。]1．C[金屬晶體是由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成的，自由電子幾乎均勻分布在金屬晶體內(nèi)，不專屬于某一個(gè)或幾個(gè)特定的金屬離子，故A、B正確，C錯(cuò)誤；由于金屬鍵的強(qiáng)度差別很大，不同金屬晶體的熔、沸點(diǎn)相差較大，故D正確。]2．D[根據(jù)電子氣理論可知，金屬受外力作用時(shí)變形而不易折斷是因?yàn)榻饘倬w中各原子層會(huì)發(fā)生相對滑動(dòng)，但不會(huì)改變原來的排列方式，A錯(cuò)誤；自由電子要在外電場作用下才能發(fā)生定向移動(dòng)產(chǎn)生電流，B錯(cuò)誤；金屬導(dǎo)熱主要依靠自由電子的熱運(yùn)動(dòng)，升高溫度使自由電子與金屬原子頻繁碰撞，導(dǎo)致熱導(dǎo)率降低，C錯(cuò)誤，D正確。]1．提示：4個(gè)Na＋和4個(gè)Cl－。2．提示：離子鍵。C[根據(jù)題給信息，超氧化鉀晶體是面心立方晶體，超氧化鉀晶體(KO2)是離子化合物，陰、陽離子分別為K＋、Oeq\o\al(－,2)，晶體中K＋與Oeq\o\al(－,2)之間是離子鍵，Oeq\o\al(－,2)中O—O鍵為共價(jià)鍵。作為面心立方晶體，每個(gè)晶胞中含有eq\f(1,8)×8＋eq\f(1,2)×6＝4個(gè)K＋，1＋eq\f(1,4)×12＝4個(gè)Oeq\o\al(－,2)，晶胞中與每個(gè)K＋距離最近的Oeq\o\al(－,2)有6個(gè)(上、下、前、后、左、右)。]1．A[離子晶體在液態(tài)(即熔融態(tài))時(shí)能導(dǎo)電，所以B項(xiàng)描述的不是離子晶體的性質(zhì)；CS2是非極性溶劑，根據(jù)“相似相溶”規(guī)律知，C項(xiàng)描述的應(yīng)是非極性分子晶體的性質(zhì)；由于離子晶體質(zhì)硬易碎，且固態(tài)不導(dǎo)電，所以D項(xiàng)描述的不是離子晶體的性質(zhì)。]2．B[四種離子晶體所含陰離子相同，所含陽離子不同。對Mg2＋、Rb＋、Ca2＋、Ba2＋進(jìn)行比較，Rb＋所帶電荷數(shù)少，其與O2－形成的離子鍵最弱，故Rb2O的熔點(diǎn)最低。對Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋進(jìn)行比較，它們所帶電荷一樣多，半徑Mg2＋<Ca2＋<Ba2＋，與O2－形成的離子鍵由強(qiáng)到弱的順序是MgO>CaO>BaO，相應(yīng)離子晶體的熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)镸gO>CaO>BaO。綜上所述，四種離子晶體熔點(diǎn)的高低順序是MgO>CaO>BaO>Rb2O。]1．提示：離子半徑越小，離子所帶電荷越多，晶格能越大。2．提示：晶格能高的晶體熔點(diǎn)較高，更易在巖漿冷卻過程中先結(jié)晶。石英在硅酸鹽礦物中晶格能較小，因此石英最后析出。1．A[金屬中的自由電子受熱后運(yùn)動(dòng)速率增大，與金屬陽離子碰撞頻率增大，可以傳遞能量，故金屬有良好的導(dǎo)熱性，A正確。]2．D[CaF2為離子化合物，熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電，Ca2＋與F－間既有靜電吸引作用，又有靜電排斥作用，A錯(cuò)，D對；離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)，故CaF2的熔點(diǎn)高于CaCl2的熔點(diǎn)，