《2017-2018學年高中化學 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第2節(jié) 金屬晶體與離子晶體教學案 魯科版選修3.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學年高中化學 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第2節(jié) 金屬晶體與離子晶體教學案 魯科版選修3.doc（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第2節(jié)　金屬晶體與離子晶體 [課標要求] 1．能列舉金屬晶體的基本堆積模型，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)。 2．了解晶格能的應用，知道晶格能的大小可以衡量離子晶體中離子鍵的強弱。 1.金屬晶體是指金屬陽離子和“自由電子”通過金屬鍵形成的晶體。 2．常見金屬晶體的堆積方式：面心立方最密堆積A1，體心立方密堆積A2，六方最密堆積A3。 3．金屬晶體的物理通性包括金屬光澤、導電性、導熱性、延展性。 4．金屬鍵的影響因素：離子半徑和離子所帶電荷數(shù)。 5．離子晶體是指陰、陽離子通過離子鍵形成的晶體。 6．典型離子晶體結(jié)構(gòu)類型：NaCl型、CsCl型和ZnS型。 7．晶格能是指將1 mol離子晶體中的陰、陽離子完全氣化而遠離所吸收的能量。 8．金屬鍵越強，金屬晶體的熔、沸點越高；晶格能越大，離子晶體的熔、沸點越高。 1．金屬晶體的結(jié)構(gòu) 2．常見金屬晶體的三種結(jié)構(gòu)型式 結(jié)構(gòu) 型式 面心立方最 密堆積A1 體心立方 密堆積A2 六方最密 堆積A3 結(jié)構(gòu) 示意圖 配位數(shù) 12 8 12 實例 Ca、Al、Cu、Ag、 Au、Pd、Pt Li、Na、K、 Ba、W、Fe Mg、Zn、Ti 3．金屬晶體的物理通性 金屬晶體有金屬光澤，有良好的導電性、導熱性、延展性。 1．金屬鍵的特點是什么？ 提示：由于自由電子為整個金屬所共有，所以金屬鍵沒有方向性和飽和性，從而導致金屬晶體最常見的結(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。 2．影響金屬鍵強弱的因素是什么？ 提示：金屬陽離子的半徑大小和自由電子的數(shù)目(或金屬陽離子所帶的電荷數(shù))多少。 1．金屬物理通性的解釋 2．金屬晶體熔點的影響因素 同類型的金屬晶體的熔點由金屬陽離子半徑、離子所帶的電荷決定，陽離子半徑越小，所帶電荷越多，金屬鍵就越強，熔點就越高。例如熔點：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，Na＜Mg＜Al。 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”)。 (1)有陽離子的晶體中一定含有陰離子(　　) (2)金屬能導電，所以金屬晶體是電解質(zhì)(　　) (3)金屬晶體和電解質(zhì)溶液在導電時均發(fā)生化學變化(　　) (4)金屬晶體只有還原性(　　) (5)溫度越高時，金屬晶體的導電性越強(　　) 答案：(1)　(2)　(3)　(4)√　(5) 2．在金屬晶體中，金屬原子的價電子數(shù)越多，原子半徑越小，金屬鍵越強，金屬的熔、沸點越高。由此判斷下列各組金屬熔、沸點高低順序，其中正確的是(　　) A．Mg>Al>Ca　　　　　 B．Al>Na>Li C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>Al 解析：選C　電荷數(shù)：Al3＋＞Mg2＋＝Ca2＋＞Li＋＝Na＋；而金屬陽離子半徑：r(Ba2＋)＞r(Ca2＋)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)＞r(Li＋)，則A中熔、沸點Al＞Mg，B中熔、沸點Li＞Na，D中熔、沸點Al＞Mg＞Ba，都不符合題意。 1．離子晶體的結(jié)構(gòu) 2．常見AB型離子化合物的晶體類型 晶體 類型 NaCl型 CsCl型 ZnS型 晶胞 配位數(shù) 6 8 4 實例 Li、Na、K、Rb的鹵化物，AgF、MgO等 CsBr、CsI、 NH4Cl等 BeO、BeS等 3．晶格能 (1)概念：將_1_mol離子晶體中的陰、陽離子完全氣化而遠離所吸收的能量。 (2)影響因素 分析下面表格中有關(guān)數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律。 晶體 離子間距/pm 晶格能/kJmol－1 熔點/℃ NaCl 276 787 801 NaBr 290 736 750 NaI 311 686 662 MgO 205 3 890 2 800 規(guī)律：離子半徑越小，離子帶電荷越多，晶格能越大；反之越小。 4．離子晶體的特性 性質(zhì) 規(guī)律 熔、沸點 較高，且晶格能越大，熔點越高 溶解性 一般易溶于水，難溶于非極性溶劑 導電性 固態(tài)時不導電，熔融狀態(tài)或在水溶液中導電 [特別提醒]　 離子晶體的化學式僅代表晶體中陰、陽離子個數(shù)比，并不代表分子組成，因為離子晶體中不存在分子。 1．為什么說離子晶體有較高的熔、沸點？ 提示：離子晶體的構(gòu)成微粒為陰、陽離子，陰、陽離子間以較強的離子鍵結(jié)合。 2．為什么離子晶體不導電，而溶于水或在熔化狀態(tài)下能導電？ 提示：晶體中陰、陽離子以離子鍵結(jié)合，離子不能自由移動，故不導電，離子晶體溶于水或在熔化狀態(tài)，離子鍵被破壞，產(chǎn)生了自由移動的離子，故能導電。 對離子晶體特性的理解 (1)離子晶體熔、沸點的比較：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，離子晶體的熔、沸點越高，如Al2O3＞MgO；NaCl＞CsCl等。 (2)對于離子晶體的熔、沸點，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)時不導電，在水溶液中和熔融狀態(tài)下能導電的晶體一定是離子晶體。 (4)離子晶體導電的前提是先電離出自由移動的陰、陽離子。難溶于水的強電解質(zhì)如BaSO4、CaCO3等溶于水時，由于濃度極小，故導電性極弱。通常情況下，它們的水溶液不導電。 1．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 B．固態(tài)不導電，水溶液能導電 C．可溶于水 D．固態(tài)不導電，熔融狀態(tài)能導電 解析：選D　A選項，SiO2晶體熔點也較高，但不是離子晶體；B選項，HCl晶體的水溶液也能導電，也不是離子晶體；C選項，有些晶體如固體氨溶于水，不屬于離子晶體；D選項，離子晶體固態(tài)時不能導電，在熔融時可導電。 2．NaF、NaI、MgO均為離子化合物，這三種化合物的熔點高低順序是(　　) ①NaF　②NaI?、跰gO A．①>②>③　　　　　　 B．③>①>② C．③>②>① D．②>①>③ 解析：選B　離子化合物的熔點與離子鍵強弱有關(guān)，離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑之和越小，離子鍵越強，該離子化合物的熔點越高。已知離子半徑Na＋>Mg2＋，I－>O2－>F－，可知NaI中離子鍵最弱，因MgO中的離子帶兩個單位電荷，故離子鍵比NaF中的強。 [三級訓練節(jié)節(jié)過關(guān)]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是(　　) A．常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在 B．金屬陽離子與自由電子之間的強烈作用，在一定外力作用下，不因形變而消失 C．鈣的熔、沸點低于鉀 D．溫度越高，金屬的導電性越好 解析：選B　A項，Hg在常溫下為液態(tài)；D項，金屬的導電性隨溫度升高而降低；C項，r(Ca)K，所以金屬鍵Ca>K，故熔、沸點Ca>K。 2．下列物質(zhì)的晶體屬于離子晶體的是(　　) A．苛性鉀　　　　　　　 B．碘化氫 C．硫酸 D．醋酸 解析：選A　苛性鉀含有離子鍵，故屬于離子晶體；碘化氫、硫酸、醋酸均由共價型分子組成，故三者均為分子晶體。 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．良好的導電性　　　　 B．反應中易失電子 C．良好的延展性 D．良好的導熱性 解析：選B　金屬的物理性質(zhì)是由金屬晶體所決定的，A、C、D三項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，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)。 4．下列敘述不正確的是(　　) A．離子晶體中一定含有陰、陽離子 B．離子晶體都是化合物 C．固態(tài)不導電、溶于水能導電，這一性質(zhì)能說明某晶體一定是離子晶體 D．離子晶體一般具有較高的熔點 解析：選C　固體不導電、溶于水能導電的不一定是離子晶體，如AlCl3。 5．同類晶體物質(zhì)熔點的變化是有規(guī)律的，試分析下表所列兩組物質(zhì)熔點規(guī)律性變化的原因： A組物質(zhì) NaCl KCl CsCl 熔點(K) 1 074 1 049 918 B組物質(zhì) Na Mg Al 熔點(K) 317 923 933 晶體熔點的高低，決定于組成晶體微粒間的作用力的大小。A組是________晶體，晶體微粒之間通過________結(jié)合。B組晶體屬_______晶體，價電子數(shù)由少到多的順序是________，離子半徑由大到小的順序是___________，金屬鍵強度由小到大的順序是__________。 解析：A組中，NaCl、KCl、CsCl都是離子晶體，微粒之間通過離子鍵結(jié)合，從熔點數(shù)值來看，由1 074 ℃→1 049 ℃→918 ℃，熔點逐漸降低，這是因為由Na＋→K＋→Cs＋，半徑逐漸增大，離子鍵逐漸減弱，晶格能逐漸減小的緣故。B組中，Na、Mg、Al都是金屬晶體，由于離子半徑r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)，價電子數(shù)Nar(Mg2＋)>r(Al3＋)　NaCO2，故D錯誤。 7.鋅與硫所形成化合物晶體的晶胞如圖所示。下列判斷正確的是(　　) A．該晶體屬于分子晶體 B．該晶胞中Zn2＋和S2－數(shù)目不相等 C．陽離子的配位數(shù)為6 D．氧化鋅的晶格能大于硫化鋅 解析：選D　A項，該晶體屬于離子晶體；B項，從晶胞圖分析，屬于該晶胞的Zn2＋數(shù)目為8＋6＝4，S2－數(shù)目也為4，所以化合物中Zn2＋與S2－離子個數(shù)之比為1∶1，Zn2＋與S2－的數(shù)目相等；C項，在ZnS晶胞中，Zn2＋的配位數(shù)為4；D項，ZnO和ZnS中，O2－半徑小于S2－，所帶的電荷數(shù)又相等，所以ZnO的晶格能大于ZnS。 8．AB、CD、EF均為1∶1型離子化合物，根據(jù)下列數(shù)據(jù)判斷它們的熔點由高至低的順序是(　　) 化合物 AB CD EF 離子電荷數(shù) 1 1 2 鍵長(10－10m) 2.31 3.18 2.10 A．CD>AB>EF B．AB>EF>CD C．AB>CD>EF D．EF>AB>CD 解析：選D　離子所帶電荷數(shù)越多，鍵長越短，則離子鍵越強，晶體的熔點越高，EF化合物的鍵長短，電荷多，則熔點最高。 9.(1)如圖，直線交點處的圓圈為NaCl晶體中Na＋或Cl－所處的位置。這兩種離子在空間三個互相垂直的方向上都是等距離排列的。 ①請將其中代表Cl－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Na＋的周圍與它最接近的且距離相等的Na＋共有________個。 ③在NaCl晶胞中正六面體的頂角上、面上、棱上的Na＋或Cl－為該晶胞與其相鄰的晶胞所共有，一個晶胞中Cl－的個數(shù)等于________，即________(填計算式)；Na＋的個數(shù)等于________，即________(填計算式)。 (2)通過觀察CsCl的晶體結(jié)構(gòu)示意圖回答下列問題： ①每個Cs＋同時吸引著________個Cl－，每個Cl－同時吸引著________個Cs＋。 ②在CsCl晶體中，每個Cs＋ 周圍與它等距離且最近的Cs＋有________個。每個Cl－周圍與它等距離且最近的Cl－有________個。 解析：(1)①如答案圖所示。 ②從體心Na＋看，與它最接近的且距離相等的Na＋共有12個。 ③在NaCl晶胞中，含Cl－：8＋6＝4個，含Na＋：12＋1＝4個。 (2)①由圖可以看出，CsCl中Cl－與Cs＋的位置等同，Cs＋位于Cl－所形成的正方體的中心，每個Cs＋吸引8個Cl－，每個Cl－吸引8個Cs＋。 ②取體心上的Cl－，看與Cl－距離最近的Cl－，位于六個面的面心，為6個；同樣與Cs＋最近的Cs＋，應位于與此立方體共面的六個小立方體體心，共為6個。 答案：(1)①如圖所示(答案不唯一，合理即可)： ②12?、?　8＋6＝4　4　12＋1＝4[答案不唯一，只要與第①問對應即可] (2)①8　8　②6　6 10．金屬鎳及其化合物在合金材料以及催化劑等方面應用廣泛。請回答下列問題： (1)NiO、FeO的晶體結(jié)構(gòu)類型均與氯化鈉的相同，Ni2＋和Fe2＋的離子半徑分別為69 pm和78 pm，則熔點NiO________FeO(填“＜”或“＞”)； (2)NiO晶胞中Ni和O的配位數(shù)分別為______、______； (3)金屬鎳與鑭(La)形成的合金是一種良好的儲氫材料，其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。該合金的化學式為________________。 解析：(1)NiO、FeO都屬于離子晶體，熔點高低受離子鍵強弱影響，離子半徑越小，離子鍵越強，熔點越高。(2)因為NiO晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相同，而NaCl晶體中Na＋、Cl－的配位數(shù)都是6，所以，NiO晶體中Ni2＋、O2－的配位數(shù)也是6。(3)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可計算，一個合金晶胞中，La：8＝1，Ni：1＋8＝5，所以該合金的化學式為LaNi5。 答案：(1)＞　(2)6　6　(3)LaNi5 1．對于A1型密堆積的描述錯誤的是(　　) A．A1型密堆積晶體的晶胞也叫面心立方晶胞 B．面心立方晶胞的每個頂點上和每個面的中心上都各有一個金屬原子 C．平均每個面心立方晶胞中有14個金屬原子 D．平均每個面心立方晶胞中有4個金屬原子 解析：選C　應用分割法計算，平均每個晶胞含有金屬原子：8＋6＝4。 2．關(guān)于金屬晶體的體心立方密堆積的結(jié)構(gòu)型式的敘述中，正確的是(　　) A．晶胞是六棱柱 B．屬于A2型密堆積 C．每個晶胞中含4個原子 D．每個晶胞中含5個原子 解析：選B　體心立方的堆積方式為立方體的頂點和體心均有一個原子，屬于A2型密堆積，每個晶胞中含有8＋1＝2個原子。 3．下列金屬的密堆積方式對應晶胞都正確的是(　　) A．Na、A1型、體心立方 B．Mg、A3型、六方 C．Ca、A3型、面心立方 D．Au、A1型、體心立方 解析：選B　Na是A2型體心立方密堆積，Ca、Au屬于面心立方最密堆積(A1型)。 4．下列圖像是從NaCl或CsCl晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，試判斷屬于NaCl晶體結(jié)構(gòu)的圖像是(　　) A．圖(1)和圖(3)　　　　 B．圖(2)和圖(3) C．只有圖(1) D．圖(1)和圖(4) 解析：選D　NaCl晶體中，每個Na＋周圍有6個Cl－，每個Cl－周圍有6個Na＋；與每個Na＋等距離的Cl－有6個，且構(gòu)成正八面體，同理，與每個Cl－等距離的Na＋也有6個，也構(gòu)成正八面體，故可知圖(1)和圖(4)屬于NaCl晶體結(jié)構(gòu)。 5.如圖是NaCl晶體的一個晶胞結(jié)構(gòu)模型。KO2的晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相似，可以看作是Na＋的位置用K＋代替，Cl－位置用O代替，則關(guān)于KO2晶體結(jié)構(gòu)的描述不正確的是(　　) A．與K＋距離相等且最近的O共有6個 B．與K＋距離相等且最近的O構(gòu)成的多面體是正八面體 C．與K＋距離相等且最近的K＋有8個 D．一個KO2晶胞中攤得的K＋和O微粒數(shù)均為4個 解析：選C　分析NaCl晶胞結(jié)構(gòu)，并將Na＋用K＋代替，Cl－用O代替，可知A、B、D正確；與K＋距離相等且最近的K＋有12個。 6．堿金屬鹵化物是典型的離子晶體，它們的晶格能與成正比(d0是晶體中最鄰近的異電性離子的核間距)。下面說法錯誤的是(　　) 晶格能/kJmol－1 離子半徑/pm ① LiF　LiCl　LiBr　LiI 1 031 845　807　752 Li＋　Na＋　K＋ 60　　95　　133 ② NaF　NaCl　NaBr　NaI 915　777　　740 　693 F－　Cl－　Br－　I－ 136　181　195　216 ③ KF　KCl　KBr　KI 812　708　676　641 A．晶格能的大小與離子半徑成反比 B．陽離子相同陰離子不同的離子晶體，陰離子半徑越大，晶格能越小 C．陽離子不同陰離子相同的離子晶體，陽離子半徑越小，晶格能越大 D．金屬鹵化物晶體中，晶格能越小，氧化性越強 解析：選D　由表中數(shù)據(jù)可知晶格能的大小與離子半徑成反比，A項正確；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可確定B項說法正確；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可確定C項說法正確；表中晶格能最小的為碘化物，因還原性F－＜Cl－＜Br－＜I－，可知D項錯誤。 7.已知CsCl晶體的密度為ρ gcm－3，NA為阿伏加德羅常數(shù)，相鄰的兩個Cs＋的核間距為a cm，如圖所示，則CsCl的相對分子質(zhì)量可以表示為(　　) A．NAa3ρ B. C. D. 解析：選A　一個CsCl晶胞中含Cs＋：8＝1個，含Cl－1個，m(晶胞)＝ g，V＝a3 cm3；即ρ＝ gcm－3，故M＝ρa3NA。 8.金屬鈉晶體為體心立方晶胞(如圖)，實驗測得鈉的密度為ρ(gcm－3)。已知鈉的相對原子質(zhì)量為a，阿伏加德羅常數(shù)為NA(mol－1)，假定金屬鈉原子為等徑的剛性球且處于體對角線上的三個球相切。則鈉原子的半徑r(cm)為(　　) A. B. C. D. 解析：選C　該晶胞中實際含鈉原子兩個，晶胞邊長為，則ρ＝，進一步化簡后可得答案。 9．隨著科學技術(shù)的發(fā)展，阿伏加德羅常數(shù)的測定手段越來越多，測定的精確度也越來越高?，F(xiàn)有一種簡單可行的測定方法，具體步驟為： ①將NaCl固體顆粒干燥后，準確稱取m g NaCl固體顆粒并轉(zhuǎn)移到定容A儀器中； ②用滴定管向A儀器中加苯，不斷振蕩，繼續(xù)加苯到A儀器的刻度，計算出NaCl固體的體積為V cm3。 (1)步驟①中A儀器最好使用________(填字母)。 A．量筒 B．燒杯 C．容量瓶 D．試管 (2)步驟②中是用酸式滴定管還是用堿式滴定管________________________。 (3)能否用水代替苯________。 (4)已知NaCl晶體中，相鄰最近的Na＋、Cl－間的距離為a cm(如右圖)，則用上述方法測得的阿伏加德羅常數(shù)NA的表達式為______________。 解析：(1)測定液體體積的定容儀器，最好用容量瓶。 (2)滴加苯應用酸式滴定管，若用堿式滴定管，苯對橡膠管有腐蝕作用。 (3)因為NaCl易溶于水中，故不能用水代替苯。 (4)NaCl晶胞中含Na＋：12＋1＝4(個)，含Cl－：8＋6＝4(個)，故每個晶胞中含4個“NaCl微?！?。則ρ(NaCl)＝＝＝，故NA＝。 答案：(1)C　(2)酸式滴定管　(3)不能　(4) 10．(2016全國卷Ⅰ節(jié)選)晶胞有兩個基本要素： (1)原子坐標參數(shù)，表示晶胞內(nèi)部各原子的相對位置。 下圖為Ge單晶的晶胞，其中原子坐標參數(shù)A為(0,0,0)；B為；C為。則D原子的坐標參數(shù)為________。 (2)晶胞參數(shù)，描述晶胞的大小和形狀。已知Ge單晶的晶胞參數(shù)a＝565.76 pm，其密度為________gcm－3(列出計算式即可)。 解析：(1)根據(jù)題給圖示可知，D原子的坐標參數(shù)為。 (2)每個晶胞中含有鍺原子81/8＋61/2＋4＝8(個)，每個晶胞的質(zhì)量為，晶胞的體積為(565.7610－10 cm)3，所以晶胞的密度為。　 答案：(1) (2)107