魯科版選修3 金屬晶體與離子晶體 學(xué)案2.doc

課堂互動(dòng)三點(diǎn)剖析重點(diǎn)一：金屬晶體1.金屬鍵(1)金屬鍵：金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用。(2)成鍵粒子：金屬陽離子和自由電子。(3)成鍵條件：金屬單質(zhì)或合金。2.金屬晶體(1)構(gòu)成：金屬離子和自由電子之間通過金屬鍵結(jié)合成的晶體。(2)存在：金屬單質(zhì)及合金。(3)物理性質(zhì)：熔沸點(diǎn)較高，硬度較大。良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。(4)具有規(guī)則的幾何外形。3.晶胞的排列方式 金屬晶體是由若干個(gè)能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的單元晶胞排列形成的。不同的金屬，晶胞在其內(nèi)部有不同的排列方式，大致可分為三類。(1)六方最密堆積類型(a3)。常見金屬如：鎂、鋅、鈦等。(2)面心立方最密堆積類型(a1)。常見金屬如：金、銀、銅、鋁等。(3)體心立方密堆積類型(a2)。常見金屬如：鋰、鈉、鉀等。4.金屬晶體中晶胞所含金屬原子數(shù)和計(jì)算(1)處于頂點(diǎn)的粒子，同時(shí)為8個(gè)晶胞所共有，每個(gè)粒子有1/8屬于該晶胞；(2)處于棱上的粒子，同時(shí)為4個(gè)晶胞所共有，每個(gè)粒子有1/4屬于該晶胞；(3)處于面上的粒子，同時(shí)為2個(gè)晶胞所共有，每個(gè)粒子有1/2屬于該晶胞；(4)處于晶胞內(nèi)部的粒子，則完全屬于該晶胞。5.合金(1)合金：兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)的融合體。(2)合金的性質(zhì)比單純的金屬更優(yōu)越。如：普通鋼中加入15%鉻和約0.5%鎳制不銹鋼，鋁中加入銅、鎂等制成硬鋁。重點(diǎn)二：離子晶體1.離子鍵：(1)定義：陰、陽離子之間強(qiáng)烈的電性作用。(2)特征：無飽和性和方向性。(3)本質(zhì)：電性作用。(4)存在：離子晶體中。2.離子晶體：(1)定義：陰、陽離子通過離子鍵結(jié)合，在空間呈現(xiàn)有規(guī)律的排列所形成的晶體。 注意：離子晶體的構(gòu)成粒子是陰、陽離子，所以在離子晶體中，無分子存在，也無原子存在。如nacl、cscl只表示晶體中陰陽離子個(gè)數(shù)比，不表示分子式。(2)常見的ab型離子晶體有nacl型、cscl型、zns型等。(3)晶格能：定義：1 mol離子化合物中陰、陽離子，由相互遠(yuǎn)離的氣態(tài)結(jié)合成離子晶體所放出的能量；表示意義：晶格能越大，表示離子鍵越強(qiáng)，離子晶體越穩(wěn)定，熔、沸點(diǎn)越高?？山柚鷰靵龆蒮=來比較；晶格能的大?。壕Ц衲芘c離子晶體中陰、陽離子所帶電荷的乘積成正比，與陰、陰離子的距離成反比，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：晶格能。(4)離子晶體的物理性質(zhì)：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。因此，離子晶體具有較高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和難揮發(fā)的性質(zhì)。nacl、cscl的熔點(diǎn)分別是801 、645 ;沸點(diǎn)分別是1 413 、1 290 。而共價(jià)化合物h2o的熔點(diǎn)為0 、沸點(diǎn)為100 ,這就低得多了。離子晶體硬而脆。離子晶體中，陰、陽離子之間有較強(qiáng)的離子鍵，因此離子晶體表現(xiàn)出了較高的硬度，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。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)，即晶體中無自由移動(dòng)的離子，因此離子晶體不導(dǎo)電。當(dāng)升高溫度時(shí)，陰、陽離子獲得足夠能量，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、陽離子定向移動(dòng)而導(dǎo)電。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。離子晶體包括強(qiáng)堿、活潑金屬形成的鹽、銨鹽、活潑金屬氧化物等。一般地，活潑金屬(如k、ca、na、mg等)與活潑的非金屬(如氯、溴、氧等)化合成的物質(zhì)形成的晶體為離子晶體。但并不是所有金屬和非金屬元素形成的化合物都為離子化合物，如alcl3為分子晶體。(5)疑難點(diǎn)：有關(guān)離子晶體晶胞的計(jì)算處于立方體頂點(diǎn)的粒子同時(shí)為8個(gè)晶胞所共有，每個(gè)粒子有1/8屬于該晶胞。處于立方體棱上的粒子，同時(shí)為4個(gè)晶胞所共有，每個(gè)粒子有1/4屬于該細(xì)胞。處于立方體面上的粒子，同時(shí)為2個(gè)晶胞所共有，每個(gè)粒子有1/2屬于該晶胞。處于立方體內(nèi)部的粒子，完全屬于該晶胞。各個(gè)擊破【例1】 按下列四種有關(guān)性質(zhì)的敘述，可能屬于金屬晶體的是( )a.由分子間作用力結(jié)合而成，熔點(diǎn)低b.固體或熔融后易導(dǎo)電，熔點(diǎn)在1 000 左右c.由共價(jià)鍵結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高d.固體不導(dǎo)電，但溶于水或熔融后能導(dǎo)電解析：a為分子晶體，b中固體能導(dǎo)電，熔點(diǎn)在1 000 左右，不是很高應(yīng)為金屬晶體，c為原子晶體，d為離子晶體。答案：b類題演練 1下列有關(guān)金屬元素的特征敘述正確的是( )a.金屬元素的原子具有還原性，離子只有氧化性b.金屬元素的化合價(jià)一定顯正價(jià)c.金屬元素在不同化合物中的化合價(jià)均不相同d.金屬元素的單質(zhì)在常溫下均為金屬晶體解析：a項(xiàng)因變價(jià)金屬的低價(jià)金屬離子既有氧化性又有還原性，故錯(cuò)。b項(xiàng)中，因金屬原子最外層電子數(shù)很少，核對(duì)外層電子的引力小，只能失電子，不能得電子，所以在其化合物中一定顯正價(jià)，是正確的。c項(xiàng)，有變價(jià)的金屬元素在不同的化合物中其化合價(jià)不同。但沒有變價(jià)的金屬元素在不同化合物中其化合價(jià)均相同，所以不完全正確。d項(xiàng)，hg在常溫下為液態(tài)，所以不正確。答案：b類題演練 2冰晶石(化學(xué)式為na3alf6)的晶體結(jié)構(gòu)單元如右圖所示，已知冰晶石熔融時(shí)電離方程式為：na3alf6=3na+,位于大立方體的頂點(diǎn)和面心。位于大立方體的12條棱的中點(diǎn)和8個(gè)小立方體的體心那么大立方體的體心處所代表的粒子應(yīng)為( )a.na+ b.al3+ c.f- d.解析：從電離方程式看出，al元素和f元素均以alf-6整體的形式出現(xiàn)。從晶體結(jié)構(gòu)看，由于陰、陽一定是交替結(jié)構(gòu)，所以，一定是陽離子。在晶體結(jié)構(gòu)中的數(shù)目：頂點(diǎn)取其，面心取其，則共有：8+6=4。在晶體結(jié)構(gòu)中的數(shù)目：棱中點(diǎn)取其，體心點(diǎn)取其1，則共有：12+81=12。由于的數(shù)目的數(shù)目=13，故是，是na+。答案：a變式提升 1某離子晶體晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示，x位于立方體的頂點(diǎn)，y位于立方體的中心。試分析：(1)在一個(gè)晶胞中有個(gè)_x，_個(gè)y，所以該晶體的化學(xué)式為_。(2)晶體中距離最近的2個(gè)x與一個(gè)y所形成的夾角xyx角度為_ (填角的度數(shù))。解析：(1)y的個(gè)數(shù)為1，x的個(gè)數(shù)為4=，所以xy=12，化學(xué)式是xy2。(2)x與y之間的連線構(gòu)成了正四面體，類似甲烷(ch4)的結(jié)構(gòu)，所求的xyx等于甲烷中的鍵角，即109.5。答案：(1)1 xy2 (2)109.5【例2】 下列性質(zhì)中，可以較充分說明某晶體是離子晶體的是( )a.具有較高的熔點(diǎn) b.固態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電c.可溶于水 d.固態(tài)不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)能導(dǎo)電解析：a選項(xiàng)，原子晶體熔點(diǎn)也較高；b選項(xiàng)，有些分子晶體如hcl的水溶液也能導(dǎo)電；c選項(xiàng)，有些分子晶體也溶于水；分子晶體在液態(tài)時(shí)不導(dǎo)電，離子晶體在熔融時(shí)可導(dǎo)電。答案：d類題演練 3naf、nai、mgo均為離子化合物，根據(jù)下列數(shù)據(jù)，這三種化合物的熔點(diǎn)高低順序是( )物質(zhì) naf nai mgo離子電荷數(shù) 1 1 2鍵長(zhǎng)/10-10 m 2.31 3.18 2.10a. b. c. d.解析：離子晶體的熔點(diǎn)與離子鍵強(qiáng)弱有關(guān)，而離子鍵的強(qiáng)弱可借助物理學(xué)公式：f=k判斷，即由離子電荷數(shù)多少和離子半徑大小進(jìn)行判斷。離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)，晶體的熔點(diǎn)越高。故此可判斷答案為b。答案：b變式提升 2在常溫常壓下是氣態(tài)的化合物，降溫使其固化得到的晶體屬于( )a.分子晶體 b.原子晶體c.離子晶體 d.何種晶體無法判斷解析：使粒子結(jié)合成原子晶體或離子晶體的共價(jià)鍵、離子鍵比較強(qiáng)，所以這兩種類型的晶體在常溫下一般均為固態(tài)。常溫下為氣態(tài)的物質(zhì)一般由分子組成，其降溫固化過程為簡(jiǎn)單的物理變化，因此仍為分子晶體，而經(jīng)特殊工藝處理有可能獲得原子晶體。答案：a類題演練 4晶體具有規(guī)則的幾何外形，晶體中最基本的重復(fù)單元稱為晶胞。nacl晶體結(jié)構(gòu)如右圖所示。已知fexo晶體晶胞結(jié)構(gòu)為nacl型，由于晶體缺陷，x值小于1。測(cè)知fexo晶體密度為=5.71 gcm-3,晶胞邊長(zhǎng)為4.2810-10 m。(1)fexo中x值(精確至0.01)為_。(2)晶體中的fen+分別為fe2+、fe3+,在fe2+和fe3+的總數(shù)中，fe2+所占分?jǐn)?shù)(用小數(shù)表示，精確至0.001)為_。(3)此晶體化學(xué)式為_。(4)與某個(gè)fe2+(或fe3+)距離最近且等距離的o2-圍成的空間幾何形狀是_。(5)在晶體中，鐵元素的離子間最短距離為_m。解析：根據(jù)nacl晶體結(jié)構(gòu)，1個(gè)nacl晶胞是由8個(gè)小立方體(如下圖)構(gòu)成的。每個(gè)小立方體為個(gè)na+、個(gè)cl-,同理在fexo晶體中，每個(gè)小立方體為個(gè)“fexo分子”，完整晶體中(如下圖)，fe、o交替出現(xiàn)，x=1。每個(gè)小立方體的質(zhì)量為：m=v=5.71 gcm-3()3=5.6010-23 g。m(fexo)=2 mna=25.6010-23 g6.021023mol-1=67.4 gmol-1。56.0 gmol-1x+16.0 gmol-11=67.4 gmol-1x=0.92。(2)設(shè)1 mol fe0.92o中，n(fe2+)=y mol,則：n(fe3+)=(0.92-y)mol。根據(jù)化合物中各元素正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零的原則：2y+3(0.92-y)+(-2)1=0,y=0.76。故fe2+所占分?jǐn)?shù)為0.76/0.92=0.826。(3)由于fe2+為0.76,則fe3+為0.92-0.76=0.16，故化學(xué)式為：。(4)如右圖;鐵元素離子間的距離r=1.414.2810-10 m=3.0210-10 m。答案：(1)0.92 (2)0.826 (3) (4)正八面體 (5)3.0210-10變式提升 3在離子晶體中，陰、陽離子按一定規(guī)律在空間排列，下圖(左)是nacl的晶體結(jié)構(gòu)。在離子晶體中，陰陽離子具有或接近具有球?qū)ΨQ的電子云，它們可以被看成是不等徑的鋼性圓球，并彼此相切(如下圖中)。離子鍵的鍵長(zhǎng)是相鄰陰、陽離子的半徑之和(如下圖右)。已知a為常數(shù)。試回答下列問題：(1)在nacl晶體中，每個(gè)na+同時(shí)吸引個(gè)cl-,而na+數(shù)目與cl-數(shù)目之比為_。(2)na+半徑與cl-半徑之比=_。(已知=1.414,=1.732,=2.236)(3)nacl晶體不存在分子，但在溫度達(dá)到1 413 時(shí)，nacl晶體形成氣體，并以分子形式存在，現(xiàn)有29.25 g nacl晶體，強(qiáng)熱使溫度達(dá)到1 450 ,測(cè)得氣體體積為5.6 l(已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則此時(shí)氯化鈉氣體的分子式(化學(xué)式)為_。解析：(1)觀察晶體的結(jié)構(gòu)分析可知，