2014高中化學(xué)3.2金屬晶體與離子教學(xué)課件魯科版選修

晶體類型有：(1)

晶體；(2)

1．?

晶體的特性有：(1幾)規(guī)何則外形的

_；(2)固各向定異性；(3)

；(4)能能發(fā)否生發(fā)X生射X射線線衍衍射射。其中利用

2．

離子

是區(qū)分晶分體子和非晶體原最子可靠、金最屬科學(xué)的方法。3．晶體；(3)

6

晶體；(4)

52%

晶體。晶體內(nèi)微粒8的堆積方式：(618%)等徑圓球的密堆積——12

①簡(jiǎn)單立方堆積74%，配位數(shù)為

，空間利用率為

；②A2型密堆積，配位數(shù)為

，空間利用率為

；③A3積即AB“CABCABC…方式12，配位數(shù)為74%

?？臻g利用率為

。(2)非等徑圓球的密堆積——主要是離子晶體，在離子晶體中陰、

子半徑不等；一般看成是等大徑球圓(球如的N密a堆C積l中的Cl－)先按一定方式做

空隙

，小球(如A1NaCl中Na＋)再填空在大球空所隙形成的

中。ANaCl晶體中Cl－先按

型最密堆積，1空隙Na＋填在Cl－所構(gòu)成的

中；ZnS晶體中S2－按

方式進(jìn)行最密堆積，Zn2＋填在S2－所構(gòu)成的

中。稱為晶胞。胞為學(xué)式，則該晶體的化XY3Z

ZXY3為

或

。4．?

晶體結(jié)構(gòu)中最重小復(fù)單的元如某晶體的晶點(diǎn)和硬度等性質(zhì)的特點(diǎn)。學(xué)會(huì)從晶胞這個(gè)結(jié)構(gòu)單元的角度來(lái)認(rèn)識(shí)晶體的

結(jié)構(gòu)并且學(xué)會(huì)利用這種方法研究其他晶體。通過對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的研究、

，體會(huì)感悟微觀世界的精巧。1．?理解金屬晶體和離子晶體中微粒間的堆積方式，并能從化學(xué)鍵和堆積方式兩個(gè)角度認(rèn)識(shí)金屬晶體的延展性、離子晶體熔、沸2．3．篤學(xué)一

金屬晶體2．

外都是固體1.

?

概念：金屬晶體是金屬金原屬子鍵通過

形成的一類晶體。Hg金屬晶體常溫下除?

構(gòu)成微粒：金屬

子鍵、

電子。?

晶體內(nèi)微粒間的作用力：

。金屬晶體的結(jié)構(gòu)形式由于金屬鍵沒有飽和性和方向性，從而導(dǎo)致金屬晶體最常見的結(jié)構(gòu)形式具有堆積密度大、原子配位數(shù)高、能充分利用空間等特點(diǎn)金屬晶體的原子空間堆積有的采用最密堆積形式，如：面心立方最密堆積A1、六方最密堆積A3、體心立方密堆積A2等。(1)面心立方最密堆積——A1型最密堆積面心立方晶胞，即立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的中心各有一個(gè)原子，配位數(shù)為12，這種堆積方式的空間利用率比體心立方密堆積高。(2)體心立方密堆積——A2型密堆積，如右圖所示為體心立方晶胞即立方體的八個(gè)頂角和體心各有一個(gè)原子，配位數(shù)為8。(3)六方最密堆積——A3型最密堆積六方晶胞，配位數(shù)為12，這種堆積方式的空間利用率也比體心立方密堆積高。5．金屬的晶體結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)(1)金屬晶體具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。這是由于

電子在外加電場(chǎng)的作用下發(fā)生定向

移動(dòng)，形成電流，使金屬晶體具有良好的導(dǎo)電性；而

電子在運(yùn)動(dòng)過程中通過碰撞進(jìn)行能量

傳遞，使金屬晶體具有良好的導(dǎo)熱性。作用力的強(qiáng)(2)金屬晶體具有良好的延展性。這是由于

電子在金屬晶體內(nèi)可以

運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬受到外力作用被拉成細(xì)絲或壓成薄片時(shí)，雖然各層之間發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)，但電子跟金屬 子之間的較強(qiáng)的相互作用沒有改變，因而不致發(fā)生

。(3)金屬的 、硬度價(jià)等電子取數(shù)決于金屬晶體越弱越。大一般來(lái)說(shuō)，金屬原子的

越多，原子半徑

，金屬晶體 作用力越強(qiáng)，因而晶體 越高，6．? (1)概念：合金是由

與另一種一種金屬金屬或幾種金屬(非金屬)融合而成的，具有金屬特性的物質(zhì)叫做合金。(2)性質(zhì)：合金不是純金屬，但具有金屬特性。與單組分金屬相比，合金的某些性酸質(zhì)更堿優(yōu)越。如不銹鋼能夠硬耐度

、

的腐蝕硬，度硬鋁強(qiáng)具度

有較大的

，大合金的

一般比它的組分金屬低，

和

比它的組分金屬(4)金屬晶體中原子的堆積方式也會(huì)影響金屬的性質(zhì)，如具有最密堆積結(jié)構(gòu)的金屬的好延展性往往比其他結(jié)構(gòu)的延展性

。?合金子由

陰離子

和離子

通過

鍵結(jié)合，在空間

。離子晶體的結(jié)構(gòu)篤學(xué)二

離子晶體1.

?離子晶體的概＋

＋

＋(2)

Na

。在每個(gè)

Na

周圍最近且等距離的

Na

有

12

個(gè)(同層—2．呈現(xiàn)有規(guī)律的排列

形子成陰的離晶子體。3．?

構(gòu)成離子晶體的微粒是：

離子鍵

、4．(1?)

在構(gòu)N成aC離l

晶子體中晶不體存的在單微個(gè)粒的之NaC間l

分的子作，用每個(gè)力N：a＋周圍同時(shí)吸引著

6。個(gè)

Cl－，每個(gè)

Cl－周圍也同時(shí)吸引著

6

個(gè)等距離的Cl－亦有_12

個(gè)。在NaCl

晶體的最小重復(fù)結(jié)構(gòu)單4

個(gè)，上層

4

個(gè)，下層

4

個(gè))，在每個(gè)

Cl

周圍最近且1元(一個(gè)晶胞)中，含

Na＋：1＋12×

＝4；含

Cl－：8

1

6×14

×8＋

2＝4。故Na＋與Cl－個(gè)數(shù)比為4∶4＝1∶1。所以，化學(xué)式

NaCl是表示該離子晶體中離子的個(gè)數(shù)比。在

NaCl

晶體中不存在單個(gè)的分子。(2)CsCl

晶體中，每個(gè)

Cs＋周圍同時(shí)吸引著

8

個(gè)Cl－，每個(gè)

Cl－周圍同時(shí)吸引著8

個(gè)Cs＋。在每個(gè)Cs＋周圍最近且等距離的Cs＋有

6

個(gè)(上、下、左、右、前、后)，在每個(gè)Cl－周圍最近且等距離的

Cl－也有

6

個(gè)。在CsCl

晶體的最小重復(fù)結(jié)構(gòu)單元(一個(gè)晶胞)中，含Cs＋：81—×8＝1

個(gè)；含

Cl

：1

個(gè)故Cs＋與Cl－個(gè)數(shù)比為

1∶1

?；瘜W(xué)式

CsCl

就是表示這種晶體中陰、子個(gè)數(shù)之比。同樣在氯化銫晶體中不存在單個(gè)的氯化銫分子。(3)ZnS型離子晶體中，陰離子和子的排列類似NaCl型，但相互穿插的位置不同，使陰、

子的配位數(shù)不是6，而是4。常見的ZnS型離子晶體有硫化鋅、碘化銀、氧化鈹?shù)木w等。?晶格能(1)含義子完全氣化將1mol離子晶體中陰、而遠(yuǎn)離所吸收的能量。晶格能越大，表示離子鍵越強(qiáng)，離子晶體越穩(wěn)定。(2)大小5.rq1·q2① 晶格能∝

，即與陰、子所帶電荷的乘積成正比與陰、子間的距離成

反比。②與晶體的

結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。6．離子晶體的特性(1)

、沸點(diǎn)較高。晶格能越大，越高。一般

易溶于水，而難溶于非極性溶劑。固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電，

熔融狀態(tài)或

水溶液導(dǎo)電。(1)固態(tài)導(dǎo)電的一定是金屬晶體嗎？(2)金屬的延展性與金屬鍵有什么關(guān)系？–提示(1)不一定。如石墨在固態(tài)時(shí)也導(dǎo)電，但不是金屬。–(2)金屬晶體由金屬原子堆積而成，當(dāng)金屬受外力時(shí)，層與層之間可以發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，但金屬鍵仍然存在，所以金屬鍵不會(huì)斷裂，故金屬具有良好的延展性。【慎思?1】【慎思?2】金屬晶體三模型常見的三種結(jié)構(gòu)是怎樣的？三種–典提型示結(jié)構(gòu)類型體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格配位數(shù)81212常見金屬晶體(有些金屬晶體可能有兩種或三種晶格)Li、Na、W、Fe

K型、A2型Ca、Ag、Cu、Au、Al、Pd、PtA1型“AB-CABCABC…”方式Mg、Zn、Ti

A3型“ABABAB…”方式結(jié)構(gòu)示意圖空間利用率68.02%74.05%74.05%堆積形式體心立方密堆積面心立方最密堆積六方最密堆積注意：金屬釙(Po)為簡(jiǎn)單立方密堆積，配位數(shù)為6，空間利用率為52%?！旧魉?3】離子晶體特性與結(jié)構(gòu)有哪些聯(lián)系呢？–提示

(1)離子晶體具有較高的難揮發(fā)。離子晶體中，陰、、沸點(diǎn)，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。一般來(lái)說(shuō)，陰、

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，如熔沸點(diǎn)：Al2O3>MgO；NaCl>CsCl等。(2)離子晶體硬而脆。離子晶體中，陰子間有較強(qiáng)的離子鍵，離子鍵較強(qiáng)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。(3)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

移動(dòng)，因此離子晶體不導(dǎo)電。當(dāng)升高溫度時(shí)，陰、 子獲得足夠能量，克服了離子間的相互作用，成了 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、 子受到水分子作用變成了 移動(dòng)的離子(或水合離子)，在外界電場(chǎng)作用

、 子定向移動(dòng)而導(dǎo)電。(4)大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑( )中，難溶于非極性溶劑(如 、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。(5)離子晶體判斷技巧①離子晶體的一些特殊物理性質(zhì)可用于確定晶體類型。如在水溶液中和在熔融狀態(tài)下都能導(dǎo)電的晶體一般是離子晶體。②對(duì)于離子晶體的熔、沸點(diǎn)，要注意“一般地說(shuō)”和“較高”等 ?！耙话愕卣f(shuō)”說(shuō)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。為什么同樣是AB型離子化合物其晶【慎思?4】體結(jié)構(gòu)存在著較大的差異？提示

影響晶體結(jié)構(gòu)的因素很多，主要的一點(diǎn)是陰、r＋r－子半徑比， 越大，配位數(shù)越大。形成的晶體。金屬鍵：金屬晶體中金屬

子和

電子之間的

相互作用。金屬鍵的特征：由于

電子為整個(gè)金屬所共有，所以金屬鍵沒有方向性和飽和性。金屬原子的外層電子數(shù)比較少，容易失去電子變成金屬離子和電子，金屬離子間存在反性電荷的維系——帶負(fù)電荷的移動(dòng)的電子(運(yùn)動(dòng)的電子使體系更穩(wěn)定)，這1．?定義：金屬晶體是指金屬原子通過金屬鍵要點(diǎn)一

|

金屬晶體

2．不是專屬于某幾個(gè)特定的金屬離子這就是金屬晶體形成的原因。–特別提醒：盡管每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)都是隨機(jī)的，但是大量的價(jià)電子運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果是均勻地分布在整個(gè)晶體中，每個(gè)金屬離子都均等的占，這就是金屬鍵的所有價(jià)電子，但都不可能獨(dú)思想。?金屬晶體的結(jié)構(gòu)型式(1)特點(diǎn)：最常見的結(jié)構(gòu)型式具有堆積密度大，原子配位數(shù)高，能充分利用空間等特點(diǎn)。(2)分類：Ca、Al、Cu、Ag、Au等金屬晶體屬于A1型最密堆積，Mg、Zn等金屬晶體屬于A3型最密堆積，A2型密堆積又稱為體心立方密堆積，Li、Na、K、Fe等金屬晶體屬于A2型密堆積。A1型配位數(shù)為12，A2型配位數(shù)為8，A3型配位數(shù)為12。3．–特別提醒：(1)對(duì)金屬晶體的認(rèn)識(shí)要抓住金屬晶體中存在微粒和微粒間的相互作用，并能由此來(lái)分析金屬晶體的特性。–(2)熟悉常見三種結(jié)構(gòu)模式中的配位數(shù)、晶胞中所含有的原子數(shù)、晶胞名稱及是否是密堆積等。?金屬鍵和原子的堆積方式與金屬晶體的物理性質(zhì)的關(guān)系(1)導(dǎo)電性：金屬受熱后，金屬晶體中離子的振動(dòng)加劇，阻礙著

電子的運(yùn)動(dòng)。所以溫度升高導(dǎo)電性下降。(2)延展性：①金屬的堆積方式和金屬鍵共同決定金屬晶體是否具有良好的延展性。②注意金屬的延展性是有限度的：同時(shí)有少數(shù)金屬，如銻、鋨、錳等性質(zhì)較脆，沒有延展性。–特別提醒：金屬之最：(1)導(dǎo)電和導(dǎo)熱性最好的金屬是銀

(2)延性最好的金屬是鉑(3)展性最好的金屬是金(4)密度最小的金屬是鋰，最大的金屬是鋨

(5)

最低的金屬是，最高的是鎢(6)硬度最大的金屬是鉻4．?合金(1)理解概念時(shí)一定緊緊抓住兩點(diǎn)：一是至少有一種是金屬；二是合金一般是將各均勻的液體，再經(jīng)冷凝而制得組分熔的。(2)合金的比其成分中各金屬的都要低，而不是介于兩種成分金屬的之間。(3)具有比各成分金屬更好的硬度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能。例如：金屬鋁很軟，但如果將鋁與銅、鎂按一定的比例混合，經(jīng)高溫熔融后冷卻可以得到硬鋁，硬度大大提高。(4)合金的不同類型是通過半徑的不同和5．【例1?】?判斷下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)。A．鎂的硬度大于鋁B．鎂的熔、沸點(diǎn)低于鈣C．鎂的硬度大于鉀D．鉀與鎂晶體中原子堆積方式不同，鎂的延展性比鉀的強(qiáng)–解析

鎂和鋁的電子層數(shù)相同，價(jià)電子數(shù)Al>Mg，原子半徑Al<Mg，所以金屬鍵Al>Mg,硬度Al>Mg，A項(xiàng)不正確。鎂、鈣價(jià)電子數(shù)相同，但半徑Ca>Mg，所以金屬鍵Mg>Ca，熔、沸點(diǎn)Mg>Ca，B項(xiàng)不正確。用以上比較方法可推出：價(jià)電子數(shù)Mg>K，原子半徑Mg<Na<K，所以金屬鍵Mg>K，硬度Mg>K，C項(xiàng)正確。鎂晶體中原子堆積方式屬于最密堆積，比鉀晶體中空間利用率高，延展性比鉀的好，D項(xiàng)正確。答案

AB–比較金屬的物理性質(zhì)，就是比較金屬鍵的強(qiáng)弱，主要從兩方面分析：(1)價(jià)電子數(shù)；(2)原子半徑。?①金屬原子④陰離子A．只有①C．②③②金屬離子

③

電子B．只有③

D．②④–解析金屬晶體內(nèi)存在的作用力是金屬鍵，應(yīng)該從金屬鍵的角度考慮，分析金屬鍵的組成和特征：由電子和離子組成，電子具有良好導(dǎo)電性，即金屬晶體是金屬離子和電子通過金屬鍵形成的。答案

C【體驗(yàn)?1】?金屬晶體的形成是因?yàn)榫w中存在(

)。合，在空間呈現(xiàn)有規(guī)律的排列所形成的晶體。離子晶體的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)類型離子晶體以緊密堆積方式，陰 子盡可能接近，向空間無(wú)限擴(kuò)展，形成晶體。陰子的配位數(shù)比較大，故晶體中不存在單個(gè)分子。組成比為1∶1的離子晶體稱為AB型離子晶體，它是離子晶體中最簡(jiǎn)單的一類。AB型離子晶體最常見結(jié)構(gòu)有NaCl型、1．?

定義：離子晶體是陰 子通過離子鍵結(jié)要點(diǎn)二

|

離子晶體

2．(1)NaCl型NaCl型離子晶體中，每個(gè)離子被6個(gè)帶相反電荷的離子包圍，陰離子和

子的配位數(shù)都為6。常見的NaCl型離子晶體有堿金屬元屬素元素(銫(鈹除除外)的氧化物、硫化物和硒外化物)的的鹵晶體化等物。、銀的鹵化物(碘化銀除外)、堿土金NaCl的晶體結(jié)構(gòu)模型(2)CsCl型CsCl型離子晶體中，每個(gè)離子被8個(gè)帶相反電荷的離子包圍，陰離子和

子的配位數(shù)都為8。常見的CsCl型離子晶體有：CsBr、CsI、NH4Cl的晶體等。CsCl的晶體結(jié)構(gòu)模型(3)ZnS型ZnS型離子晶體中，陰離子和

子的排列類似NaCl型，但相互穿插的位置不同，使陰、

子的配位體有數(shù)硫不化鋅是、6碘，化而銀是、氧4。化鈹?shù)木w等。特別常提見醒：的(1Z)n注S意型氯離化鈉子晶晶體的晶胞不是一個(gè)小立方體，而是八個(gè)小立方體構(gòu)成的大立方體。(2)離子晶體中不存在分子，構(gòu)成微粒為陰、 子，因此嚴(yán)格意義講沒有分子式，應(yīng)該是化學(xué)式。ZnS晶體結(jié)構(gòu)模型?晶格能——衡量離子鍵的強(qiáng)弱(1)定義：晶格能是指將1

mol離子晶體中的陰、

子完全氣化而遠(yuǎn)離所吸收的能量。(2)意義：晶格能的絕對(duì)值越大，說(shuō)明吸收能量越多，表示離子鍵越強(qiáng)，離子晶體3．(3)越影響穩(wěn)因定素。：晶格能的大小與陰子所帶的電荷的乘積成正比，與陰rq1·q2子間的距離成反比，即晶格能∝ ，此外還與離子晶體的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。?離子晶體的性質(zhì)及相關(guān)解釋一般說(shuō)來(lái)，陰、

子的電荷數(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。(1)離子晶體導(dǎo)電的前提是先電離出移動(dòng)的陰、

子。(2)難溶于水的強(qiáng)電解質(zhì)如BaSO4、CaCO3等溶于水，由于濃度極小，故導(dǎo)電性極差。通常情況下，

說(shuō)它們的水溶液不導(dǎo)電。4．(3)大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑(

)中，難溶于非極性溶劑(如

、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

移動(dòng)的離子。①離子晶體的一些特殊物質(zhì)性質(zhì)可用于確定晶體構(gòu)型。如在水溶液中和在熔融狀況下能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體。②對(duì)于離子晶體的熔、沸點(diǎn)，要注意“一般地說(shuō)”和“較高”等

?！耙话愕卣f(shuō)”說(shuō)明離子晶體的熔、沸點(diǎn)還有些特例；【例2?】?離子晶體

的高低決定于晶體中子與陰離子之間的靜電引力，靜電引力大則

高，引力小則反之。試根據(jù)你學(xué)過的知識(shí)，判斷KCl、NaCl、CaO、BaO四種晶體的高低順序可能是(

)。A．KCl>NaCl>BaO>CaOB．NaCl>KCl>CaO>BaOC．CaO>BaO>NaCl>KClD．CaO>BaO>KCl>NaCl–解析

離子晶體中，離子鍵越強(qiáng)，晶體熔、沸點(diǎn)越高。而離子所帶電荷越多，半徑越小，離子鍵越強(qiáng)。Ca2＋、O2－、Ba2＋都帶2個(gè)電荷；Na＋、Cl－、K＋只帶1個(gè)電荷，r(Ca2＋)<r(Ba2＋)，r(Na＋)<r(K＋)，故

：CaO>BaO>NaCl>KCl。答案

C–比較離子晶體的

和硬度大小，就是比較離子晶體晶格能的大小，主要從兩方面分析：(1)離子晶體中陰、子的電荷數(shù)；(2)陰、子半徑。??【體驗(yàn)?2】?圖如，直線交圓圈為NaCl晶體中Na＋或Cl－所處的位置。這兩種離子在空間三個(gè)互相垂直的方向上都是等距離排列的。(1)請(qǐng)將其中代表Na＋的圓圈涂黑(不必考慮體積大小)，以完成NaCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖。(2)晶體中，在每個(gè)Na＋的周圍與它最接(3)在NaCl晶胞中正六面體的頂點(diǎn)上、面上、棱上的Na＋或Cl－為該晶胞與其相鄰的晶胞所共有，一個(gè)晶胞中Cl－的個(gè)數(shù)等于

，即(填計(jì)算式)

；Na＋的個(gè)數(shù)等于

，即(填計(jì)算式)

。–解析

(1)氯化鈉晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是鈉離子和氯離子在三個(gè)互相垂直的方向上都是等距離的交錯(cuò)排列。選擇立方體的一個(gè)頂點(diǎn)開始代

表鈉離子涂黑，交替排列涂黑。見答案圖。–(2)每個(gè)鈉離子距離它最近的鈉離子是分別位于三個(gè)互相垂直的平面內(nèi)，每個(gè)平面內(nèi)4個(gè)，(3)根據(jù)立方晶胞中粒子的分?jǐn)傄?guī)律，每個(gè)晶胞內(nèi)(見第1