2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第3章不同聚集狀態(tài)的物質(zhì)與性質(zhì)第2節(jié)幾種簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)模型第1課時(shí)金屬晶體與離子晶體課件魯科版選擇性必修2

第2節(jié)幾種簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)模型第1課時(shí)金屬晶體與離子晶體素養(yǎng)目標(biāo)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1.通過掌握金屬鍵和離子鍵的理論解釋金屬晶體和離子晶體的物理性質(zhì),培養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析的化學(xué)核心素養(yǎng)。2.通過了解金屬晶體的三種原子堆積模型和幾種典型離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu),形成證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)核心素養(yǎng)。兩種化學(xué)鍵:金屬鍵、離子鍵兩種晶體:金屬晶體、離子晶體知識(shí)點(diǎn)一金屬晶體基礎(chǔ)落實(shí)?必備知識(shí)全過關(guān)知識(shí)點(diǎn)一金屬晶體1.金屬晶體:金屬原子通過

形成的晶體。

2.金屬鍵:金屬

和“

”之間的強(qiáng)的相互作用。

金屬鍵陽離子自由電子3.常見金屬晶體的結(jié)構(gòu)

4.金屬晶體的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)(1)金屬晶體具有良好的延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。這些性質(zhì)均與

有關(guān)。

(2)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)的金屬的延展性往往比具有其他結(jié)構(gòu)的金屬的延展性

。

金屬鍵好(3)金屬晶體熔點(diǎn)變化規(guī)律①同類型的金屬晶體的熔點(diǎn)由金屬陽離子半徑、離子所帶的電荷數(shù)決定,陽離子半徑越小,所帶電荷數(shù)越多,金屬鍵就越強(qiáng),晶體熔點(diǎn)就越高。例如熔點(diǎn):Li

Na

K

Rb

Cs,Na

Mg

Al。

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合金的熔點(diǎn)一般低于其成分金屬的熔點(diǎn)。>>>><<(4)金屬晶體的堆積方式由于金屬鍵沒有方向性,因此金屬晶體可以看成由直徑相等的圓球在三維空間堆積而成。等徑圓球在平面上的堆積方式很多,如圖1給出了球堆積層的兩種模式,其中最緊密堆積排列只有一種,稱為密置層。層與層之間相互疊放在一起,便形成了晶體的堆積模型,如圖2所示。(5)晶體密度的計(jì)算方法①以晶胞為研究對(duì)象,運(yùn)用“切割法”分析每個(gè)晶胞中含有的微粒數(shù),計(jì)算一個(gè)晶胞的質(zhì)量m=

(NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,N為晶胞中所含微粒個(gè)數(shù),M為所含微粒的摩爾質(zhì)量)。②結(jié)合晶胞中的幾何關(guān)系,計(jì)算一個(gè)晶胞的體積,用m=ρ·V的關(guān)系計(jì)算。名師點(diǎn)撥由于“自由電子”為整個(gè)金屬所共有,所以金屬鍵沒有飽和性和方向性。金屬晶體可以看作等徑圓球的堆積。特別提醒(1)金屬通常情況下不一定都是晶體,例如汞在常溫常壓下是液態(tài),不屬于晶體。(2)合金也屬于金屬晶體。深度思考(1)為什么組成晶體的金屬原子在沒有其他因素影響時(shí),在空間的排列大都服從緊密堆積原理?提示

因?yàn)樵诮饘倬w中,金屬鍵沒有方向性和飽和性,因此都趨向于使金屬原子吸引更多的其他原子分布于周圍,并以密堆積方式降低體系的能量,使晶體變得比較穩(wěn)定。(2)試用“自由電子”解釋為什么金屬具有良好的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性?提示

①當(dāng)金屬受到外力作用時(shí),晶體中的各原子層就會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),但原來的排列方式不變,而且彌漫在金屬原子間的“自由電子”可以起到類似軸承中滾珠之間潤(rùn)滑劑的作用,并且“自由電子”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(chǎng)中定向移動(dòng)而形成電流,呈現(xiàn)良好的導(dǎo)電性;③“自由電子”在熱的作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)頻繁與金屬陽離子碰撞,從而引起能量傳遞,呈現(xiàn)良好的導(dǎo)熱性。拓展延伸金屬晶體的配位數(shù)金屬晶體的配位數(shù)是指一個(gè)金屬陽離子周圍最近且距離相等的金屬陽離子的數(shù)目。例如體心立方晶系

中原子配位數(shù)為8,在面心立方最密堆積和六方緊密堆積結(jié)構(gòu)中,取任一金屬陽離子為研究對(duì)象,在它的同層最近的金屬陽離子有6個(gè),上層和下層距離最近的金屬陽離子各有3個(gè),故配位數(shù)均為12。正誤判斷(1)有陽離子的晶體中一定含有陰離子。(

)提示

金屬晶體中只含有金屬陽離子,不存在陰離子。(2)金屬晶體和電解質(zhì)溶液在導(dǎo)電時(shí)均發(fā)生化學(xué)變化。(

)提示

金屬晶體導(dǎo)電時(shí)發(fā)生物理變化。(3)金屬晶體只有還原性。(

)(4)金屬晶體的堆積模型與金屬原子的半徑有關(guān)。(

)(5)金屬能導(dǎo)電,所以金屬晶體是電解質(zhì)。(

)提示

電解質(zhì)必須是化合物,金屬是單質(zhì),不屬于電解質(zhì)?！痢痢獭獭林仉y突破?能力素養(yǎng)全提升探究角度

金屬晶體例題

下列敘述中正確的是(

)A.金屬晶體所有的性質(zhì)都由金屬晶體中金屬陽離子跟“自由電子”間的作用強(qiáng)弱決定B.由于金屬晶體中“自由電子”的運(yùn)動(dòng),使金屬易導(dǎo)電、導(dǎo)熱C.由于金屬鍵沒有方向性,金屬晶體都采用最密堆積方式D.金屬晶體都有銀白色的金屬光澤B解析

金屬鍵的實(shí)質(zhì)是“自由電子”與金屬陽離子之間強(qiáng)烈的相互作用,而金屬鍵的強(qiáng)弱決定金屬的熔點(diǎn)、硬度等物理性質(zhì),不是決定金屬晶體所有的性質(zhì),故A錯(cuò)誤;當(dāng)金屬受熱時(shí),“自由電子”與金屬陽離子相互碰撞,把能量由溫度高處向溫度低處傳遞,使金屬易于導(dǎo)熱,在外加電場(chǎng)的作用下,金屬晶體中的“自由電子”做定向移動(dòng)而形成電流,表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性,故B正確;金屬晶體的堆積方式有簡(jiǎn)單立方堆積、體心立方堆積、面心立方最密堆積和六方最密堆積等,故C錯(cuò)誤;絕大多數(shù)金屬都有銀白色的金屬光澤,而少數(shù)金屬具有其他顏色,如Au呈金黃色,Cu呈紫紅色,Cs略帶金色,故D錯(cuò)誤?！咀兪皆O(shè)問】例題中,B項(xiàng)改為“由于金屬晶體中‘自由電子’的運(yùn)動(dòng),使金屬通常具有良好的延性、展性和可塑性”,說法是否正確?提示

不正確。在鍛壓或捶打金屬時(shí),密堆積層的金屬原子之間比較容易產(chǎn)生滑動(dòng),這種滑動(dòng)不會(huì)破壞密堆積的排列方式,而且在滑動(dòng)過程中“自由電子”能夠維系整個(gè)金屬鍵的存在,即各層之間始終保持著金屬鍵的作用,因此金屬晶體雖然發(fā)生了形變但不致斷裂。名師點(diǎn)撥

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)的金屬的延展性往往比具有其他結(jié)構(gòu)的金屬的延展性好。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練](2024河北遵化高二期末)銅晶體晶胞特征、原子之間相互位置關(guān)系的平面圖如圖所示。若已知銅的原子半徑為dcm,NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值,銅的相對(duì)原子質(zhì)量為64,請(qǐng)回答:(1)銅位于元素周期表的

區(qū),其核外電子所處的最高電子層符號(hào)是

。

(2)晶胞中銅原子的配位數(shù)為

,一個(gè)晶胞含銅原子的數(shù)目為

。

(3)該晶體的密度為

g·cm-3(用字母表示)。

dsN124解析

(1)銅位于元素周期表的ⅠB族,在元素周期表的ds區(qū),Cu的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1,核外電子所處的最高電子層符號(hào)為N。(2)以頂點(diǎn)處的銅原子為例,與其等距且最近的Cu位于各面的面心,共有12個(gè)這樣的銅原子,故其配位數(shù)為12。知識(shí)點(diǎn)二離子晶體基礎(chǔ)落實(shí)?必備知識(shí)全過關(guān)知識(shí)點(diǎn)二離子晶體1.離子晶體(1)定義:陰、陽離子在空間呈現(xiàn)

所形成的晶體。

(2)構(gòu)成微粒:

和

,離子晶體中不存在單個(gè)分子。

(3)微粒間的作用力:離子鍵。周期性重復(fù)排列陰離子陽離子2.常見的離子晶體

414843.晶格能(1)定義:將

mol離子晶體完全

為氣態(tài)陰、陽離子所吸收的能量。晶格能通常取正值,單位:kJ·mol-1。

(2)晶格能越大,表示離子間作用力越

,離子晶體越

。

1氣化強(qiáng)穩(wěn)定(3)影響因素

結(jié)構(gòu)類型相同的離子晶體分析下表中是幾種離子晶體的晶格能和熔點(diǎn),總結(jié)規(guī)律。晶體離子間距/pm晶格能/(kJ·mol-1)熔點(diǎn)/℃NaCl276787801NaBr290736750NaI311686662MgO20538902800

晶格能的大小還與離子晶體的結(jié)構(gòu)類型有關(guān)規(guī)律:上表晶體中,離子半徑越小,離子所帶電荷越多,晶格能越

;反之,晶格能越

。

大小4.離子晶體的一般性質(zhì)

一般指易溶于水的離子晶體離子晶體一般具有較高的熔點(diǎn),硬而脆,晶體不導(dǎo)電,熔融狀態(tài)或溶于水發(fā)生電離,形成自由移動(dòng)的

,能夠

。一般易溶于水,難溶于非極性溶劑。

離子導(dǎo)電5.離子晶體的特殊性構(gòu)成離子晶體的離子可能不是單原子離子,如

、吡啶陽離子(

)等陽離子,以及

、CH3COO-、苯甲酸根離子(

)等陰離子。由這些離子構(gòu)成的離子晶體中,隨著離子體積的增大,陰、陽離子間的距離增大,離子間的作用力

,晶體的熔點(diǎn)也隨之

。在許多離子晶體中,微粒間的相互作用不再是典型的離子鍵,而存在

、

等作用力。

減弱降低氫鍵范德華力名師點(diǎn)撥(1)離子鍵沒有方向性和飽和性,故離子晶體一般采用密堆積方式。(2)離子晶體中不存在分子,化學(xué)式只表示晶體中陰、陽離子的最簡(jiǎn)整數(shù)比。(3)離子晶體區(qū)別于其他晶體的突出特點(diǎn)是晶體固體時(shí)不導(dǎo)電但熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電。而金屬晶體無論在固態(tài)還是熔融狀態(tài)都可以導(dǎo)電。拓展延伸離子晶體中某離子周圍距離該離子最近的帶相反電荷離子的個(gè)數(shù),稱為該離子的配位數(shù)。深度思考(1)晶格能與晶體的熔點(diǎn)、硬度有怎樣的關(guān)系?(2)分析NaCl晶胞,晶體中Na+、Cl-的配位數(shù)分別是多少?

(3)分析CaF2晶胞,晶體中Ca2+、F-的配位數(shù)分別是多少?陰、陽離子的配位數(shù)與陰、陽離子所帶的電荷數(shù)有什么關(guān)系?

提示

結(jié)構(gòu)相似的離子晶體,晶格能越大,形成的離子晶體越穩(wěn)定,晶體的熔點(diǎn)越高,硬度越大。提示

在NaCl晶體中,Na+的配位數(shù)為6,Cl-的配位數(shù)為6,且每個(gè)Cl-(Na+)周圍的Na+(Cl-)構(gòu)成正八面體。提示

Ca2+的配位數(shù)是8,F-的配位數(shù)是4。陰、陽離子配位數(shù)之比等于二者所帶電荷數(shù)之比。知識(shí)拓展離子液體(1)定義:離子液體是指在室溫和接近室溫時(shí)呈液態(tài)的鹽類物質(zhì),一般由有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子組成。(2)應(yīng)用:有機(jī)合成和聚合反應(yīng)、分離提純以及電化學(xué)研究。正誤判斷(1)離子晶體一定是離子化合物。(

)(2)離子晶體中只含離子鍵。(

)提示

離子晶體中的原子團(tuán)離子也可以含有共價(jià)鍵,比如NaOH晶體中含有共價(jià)鍵。(3)含有離子的晶體一定是離子晶體。(

)提示

金屬晶體中含有金屬陽離子,并非離子晶體。(4)由金屬與非金屬形成的晶體,屬于離子晶體。(

)提示

AlCl3晶體由金屬和非金屬形成,卻屬于分子晶體。(5)離子晶體受熱熔化,破壞離子鍵,屬于化學(xué)變化。(

)提示

離子晶體受熱熔化,只有離子鍵的斷裂,沒有新化學(xué)鍵的形成,不屬于化學(xué)變化?！獭痢痢痢林仉y突破?能力素養(yǎng)全提升探究角度1

離子晶體的性質(zhì)與判斷例1下列說法正確的是(

)A.固態(tài)時(shí)能導(dǎo)電的晶體一定是金屬晶體B.熔融態(tài)能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體C.水溶液能導(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)導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體D解析

石墨晶體固態(tài)時(shí)能導(dǎo)電,但它不是金屬晶體,A錯(cuò)誤;金屬晶體在熔融態(tài)也能導(dǎo)電,B錯(cuò)誤;AlCl3的水溶液也能導(dǎo)電,但是它屬于分子晶體,C錯(cuò)誤;離子晶體是由陰、陽離子構(gòu)成的,固態(tài)時(shí)陰、陽離子不能自由移動(dòng),不導(dǎo)電,而熔融狀態(tài)時(shí),離子鍵被破壞,產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子,能夠?qū)щ?D正確。復(fù)習(xí)鞏固

(1)屬于離子化合物的物質(zhì)類別:①?gòu)?qiáng)堿,②金屬氧化物,③金屬氫化物,④大多數(shù)鹽(AlCl3、FeCl3、BeCl2等除外)。(2)能夠?qū)щ姷奈镔|(zhì):①導(dǎo)體(如金屬單質(zhì)與石墨晶體),②熔融的離子化合物,③可溶于水的酸、堿、鹽溶液。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1]下列說法正確的是(

)A.含有金屬元素化合物的晶體一定屬于離子晶體B.ⅠA族和ⅦA族元素的原子化合時(shí),一定形成離子晶體C.有陰離子存在的晶體一定是離子晶體D.完全由非金屬元素形成的晶體,一定不屬于離子晶體C解析

含有金屬元素化合物的晶體也可能是分子晶體,如AlCl3等,A不正確;

H與ⅦA族元素的原子化合時(shí)不形成離子晶體,B不正確;由于電荷守恒,有陰離子存在的晶體也存在陽離子,這樣的晶體屬于離子晶體,C正確;NH4Cl為完全由非金屬元素形成的離子晶體,D不正確?！咀兪皆O(shè)問】C項(xiàng)改為“有陽離子存在的晶體一定是離子晶體”,這種說法是否正確?提示

不正確。有陽離子存在的晶體也可以是金屬晶體,因?yàn)榻饘倬w中存在金屬陽離子和自由電子。探究角度2

常見的離子晶體例2在NaCl晶體中,晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,下列說法不正確的是(

)A.一個(gè)NaCl晶胞中有4個(gè)Na+和4個(gè)Cl-B.一個(gè)Na+周圍最近的Cl-形成正八面體C.一個(gè)Na+周圍最近的Na+有12個(gè)D.NaCl晶體中Na+的配位數(shù)為12D共4個(gè)Cl-,A正確;在NaCl晶體中,一個(gè)Na+周圍最近的Cl-有6個(gè),且這6個(gè)Cl-形成正八面體,Na+的配位數(shù)為6,B正確、D錯(cuò)誤;一個(gè)Na+周圍最近的Na+有12個(gè),C正確。名師點(diǎn)撥

由NaCl晶胞可以看出,棱上的Na+與面心上的Cl-可以互換位置,體心上的Na+可以與頂點(diǎn)上的Cl-互換位置。同學(xué)們應(yīng)該熟記NaCl晶胞特點(diǎn),遇見類似NaCl晶胞的晶胞,直接運(yùn)用NaCl晶胞解決有關(guān)問題。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2]CaC2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與NaCl晶體的相似(如圖所示),但CaC2晶體中由于啞鈴形的

存在,使晶胞沿一個(gè)方向拉長(zhǎng)。下列關(guān)于CaC2晶體的說法中正確的是(

)A.該晶體中只存在離子鍵B.該晶體中的陰離子與F2是等電子體C.晶體中Ca2+的配位數(shù)為4D.與每個(gè)Ca2+距離相等且最近的Ca2+共有12個(gè)C解析

CaC2是離子化合物,含有離子鍵,

中含有非極性共價(jià)鍵,故A錯(cuò)誤;該晶體中的陰離子是

,含有14個(gè)電子,F2中含有18個(gè)電子,二者電子數(shù)不同,不是等電子體,故B錯(cuò)誤;根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖可知,以最中心Ca2+為例,Ca2+周圍距離最近且等距離的

分布在這個(gè)Ca2+同一層的正方形的棱邊的中點(diǎn)上,由于晶胞沿一個(gè)方向拉長(zhǎng),所以上底面面心上和下底面面心上的兩個(gè)

與Ca2+的距離大于同一層的正方形的棱邊上的4個(gè)

與Ca2+的距離,所以1個(gè)Ca2+周圍最近的

有4個(gè),即配位數(shù)為4,故C正確;晶胞的上下底面為正方形,前后左右側(cè)面為長(zhǎng)方形,側(cè)面的長(zhǎng)與寬不相等,以最中心Ca2+為例,該Ca2+與同一層的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上的Ca2+距離相等且最近,為4個(gè),故D錯(cuò)誤。學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1234題組1金屬晶體1.關(guān)于金屬晶體的下列說法正確的是(

)A.常溫下金屬單質(zhì)都屬于金屬晶體B.合金也屬于金屬晶體C.有金屬光澤的晶體一定是金屬晶體D.根據(jù)晶體能否導(dǎo)電能判斷晶體是否屬于金屬晶體B解析

常溫下汞為液態(tài),并非金屬晶體,A錯(cuò)誤;合金也屬于金屬晶體,B正確;有金屬光澤的晶體不一定是金屬晶體,如晶體硅帶有金屬光澤,C錯(cuò)誤;能導(dǎo)電的晶體不一定是金屬晶體,如石墨,D錯(cuò)誤。12342.Al的晶體中原子的堆積方式如圖甲所示,其晶胞特征如圖乙所示,原子之間相互位置關(guān)系的平面圖如圖丙所示。若已知Al的原子半徑為dcm,NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值,Al的相對(duì)原子質(zhì)量為M,請(qǐng)回答:(1)晶胞中一個(gè)Al原子周圍最近的Al原子個(gè)數(shù)為

,一個(gè)晶胞中Al原子的數(shù)目為

。

(2)該晶體的密度為

(用字母表示)g·cm-3。

1241234解析

(1)由Al晶胞可以看出Al采取面心立方最密堆積方式,故一個(gè)Al原子周圍最近的Al原子個(gè)數(shù)為12,即Al的配位數(shù)為12;1234題組2離子晶體3.高溫下,超氧化鉀晶體(KO2)呈立方體結(jié)構(gòu)。如圖為超氧化鉀晶體的一個(gè)晶胞。下列有關(guān)說法不正確的是(

)C.KO2中陰、陽離子個(gè)數(shù)比為1∶1D.晶體中存在離子鍵和共價(jià)鍵

B1234和鉀離子個(gè)數(shù)比為4∶4=1∶1,故C正確;超氧化鉀晶體是離子化合物,陰、陽離子分別為超氧根離子和鉀離子,晶體中鉀離子和超氧根離子間形成離子鍵,超氧根離子中氧氧鍵為非極性鍵,故D正確。12344.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:類型N