第三節(jié)金屬晶體與離子晶體第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第1課時

金屬晶體

離子晶體學(xué)習(xí)目標(biāo)1、知道金屬晶體的結(jié)構(gòu)特點。能借助金屬晶體模型說明金屬晶體中的粒子及其粒子間的互作用，能從微觀的視角來解釋金屬晶體的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性等宏觀性質(zhì)。2、知道離子晶體的特點，能以NaCl和CsCl為例解釋典型離子化合物的某些性質(zhì)，并能舉例說明不同離子晶體的熔點差異。生活中的金屬金屬共同的物理性質(zhì)有哪些？金屬的物理通性顏色：狀態(tài)：導(dǎo)電、導(dǎo)熱：延展性：硬度、熔點、密度：通常情況下,都是固體都易導(dǎo)電、導(dǎo)熱都具有延展性差別較大大多數(shù)為銀白色(金Au延展性最好！)(金、銅、鉍Bi除外)(汞為液體)注意：金屬粉末為灰黑色，如鐵粉(導(dǎo)電性：Ag→

Cu

→

Fe)【知識回顧】思考:金屬晶體中的原子是通過什么作用結(jié)合在一起的？電子氣理論:金屬脫落下來的價電子幾乎均勻分布整個晶體中，像遍布整塊金屬的“電子氣”，被所有原子所共有，把所有金屬原子維系在一起。1.金屬鍵——電子氣理論(1)概念：金屬陽離子與自由電子之間的強烈的相互作用(2)金屬鍵的本質(zhì)：金屬陽離子與自由電子之間的強烈的靜電作用(3)成鍵微粒：金屬陽離子和自由電子一、金屬鍵和金屬晶體(5)金屬鍵的特征：①自由電子不是專屬于某個特定的金屬陽離子，而是在整塊固態(tài)金屬中自由移動。②金屬鍵既沒有方向性，也沒有飽和性。(4)存在：金屬單質(zhì)與合金中熔點較低，硬度較小鎢是熔點最高的金屬鉻是硬度最大的金屬形成的金屬鍵強弱不同！【思考討論】下列金屬性質(zhì)出現(xiàn)的原因？對比鋰、鈉、鎂、鋁、鉀的原子結(jié)構(gòu)和熔沸點的數(shù)據(jù)，金屬晶體的熔沸點與哪些因素有關(guān)？晶體離子半徑/pm電荷數(shù)熔點/℃沸點/℃Li7611801340Na102197.72883Mg7226511107Al53.536602324K138163.65759規(guī)律：思考與討論半徑越小所帶電荷數(shù)越多金屬陽離子熔、沸點越高硬度越大金屬鍵越強(6)金屬鍵的影響因素：金屬鍵原子半徑價電子數(shù)金屬的物理性質(zhì)決定金屬光澤熔沸點延展性導(dǎo)電性導(dǎo)熱性原子半徑越大，價電子數(shù)越少，金屬鍵越弱，反之，金屬鍵越強金屬鍵越強，金屬的熔沸點越高，硬度越大。課堂練習(xí)1:下列有關(guān)金屬鍵的敘述中，錯誤的是(

)A．金屬鍵沒有飽和性和方向性B．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電吸引作用C．金屬鍵中的電子屬于整塊金屬D．金屬的性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)B課堂練習(xí)2:下列各組金屬熔點高低順序正確的是(

)A．Mg>Al>Ca B．Al>Na>Li

C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>AlC(1)延展性：

2.“電子氣理論”解釋金屬的物理性質(zhì)外力(2)導(dǎo)熱性：當(dāng)金屬某部分受熱時，該區(qū)域的電子運動加劇，通過碰撞，電子將能量傳遞給金屬原子或離子，這樣能量從溫度高的區(qū)域傳遞到溫度低的區(qū)域，因此金屬具有導(dǎo)熱性。當(dāng)金屬受到外力作用時，晶體中的的各原子層就會發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，而且彌漫在金屬之間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠間的潤滑劑作用，所以大多數(shù)金屬有良好的延展性。(3)導(dǎo)電性：【注意】

①金屬晶體具有導(dǎo)電性，但能導(dǎo)電的物質(zhì)不一定是金屬。如石墨具有導(dǎo)電性，屬于非金屬。還有一大類能導(dǎo)電的有機高分子化合物（如聚乙炔），也不屬于金屬。

②金屬導(dǎo)電的粒子是自由電子，導(dǎo)電過程是物理變化。而電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的粒子是自由移動的陰陽離子，導(dǎo)電過程是化學(xué)變化。外加電場

金屬晶體內(nèi)部到處移動的自由電子，在電場作用下，改作定向移動，

從而形成了電流。(4)金屬光澤金屬在粉末狀態(tài)時，金屬原子的取向雜亂，排列不規(guī)則，吸收可見光后不能再反射出來，所以金屬粉末常呈暗灰色或黑色自由電子可吸收所有頻率的光，很快釋放出去，絕大多數(shù)塊狀金屬具有光澤。某些金屬因易吸收某些頻率光而呈特殊顏色。(5)金屬材料形成合金以后性能為什么會改變？(6)高溫下金屬導(dǎo)電性減弱的原因電子氣中的自由電子在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞，所以金屬的電導(dǎo)率隨溫度升高而降低的現(xiàn)象。當(dāng)向金屬晶體中摻入不同的金屬或非金屬原子時，就像在滾珠之間摻入了細小而堅硬的砂土或碎石一樣，會使這種金屬的延展性甚至硬度發(fā)生改變，所以金屬材料形成合金以后性能發(fā)生改變(1)定義：金屬原子之間通過金屬鍵相互結(jié)合形成的晶體，叫做金屬晶體。(2)金屬晶體中的粒子及粒子間的相互作用：構(gòu)成微粒金屬晶體微粒間的作用力金屬陽離子和電子金屬鍵3.金屬晶體注意：①在金屬晶體中，與共價晶體一樣是一種“巨分子”不存在單個分子或原子，常溫下，絕大多數(shù)金屬單質(zhì)(晶體鍺、灰錫是原子晶體)和合金都是金屬晶體，但汞除外，因汞在常溫下呈液態(tài)②有陽離子不一定有陰離子，可能是自由移動的電子，有陰離子一定有陽離子③固態(tài)導(dǎo)電：金屬晶體(判斷金屬晶體的顯著特點）、石墨、半導(dǎo)體（Si)a.優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性。b.熔、沸點：金屬鍵越強，熔、沸點越高同周期金屬單質(zhì)，從左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸點升高。同主族金屬單質(zhì)，從上到下(如堿金屬)熔、沸點降低。合金的熔、沸點一般比其各成分金屬的熔、沸點低。金屬晶體熔點差別很大，如汞常溫下為液體，熔點很低；而鐵常溫下為固體，熔點很高。(3)性質(zhì)：(4)金屬晶體的結(jié)構(gòu)

由于金屬鍵沒有飽和性和方向性，因此金屬原子盡可能采取最緊密的堆積方式，使得金屬晶體結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，能量最低。六方最密堆積面心立方最密堆積體心立方密堆積Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、PtLi、Na、K、Ba、W、FeMg、Zn、Ti課堂練習(xí)3:正誤判斷(1)金屬在常溫下都是晶體()(2)金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電吸引作用()(3)金屬晶體在外力作用下，各層之間發(fā)生相對滑動，金屬鍵被破壞()(4)共價晶體的熔點一定比金屬晶體的高，分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低()(5)金屬晶體除了純金屬，還有大量的合金()(6)有機高分子化合物一定不能導(dǎo)電()(7)金屬的電導(dǎo)率隨溫度的升高而降低()××××√×√課堂練習(xí)4:金屬晶體的下列性質(zhì)中,不能用金屬晶體結(jié)構(gòu)加以解釋的是(

)A.易導(dǎo)電 B.易導(dǎo)熱C.有延展性 D.易銹蝕D

課堂練習(xí)5:下列四種有關(guān)性質(zhì)的描述，可能是金屬晶體的是（）

A、有分子間作用力結(jié)合而成，熔點很低

B、固體或熔融態(tài)易導(dǎo)電，熔點較高

C、由共價鍵結(jié)合成網(wǎng)狀晶體，熔點很高

D、固體不導(dǎo)電，熔融態(tài)也不導(dǎo)電，但溶于水后能導(dǎo)電B膽礬螢石重晶石燒堿CuSO4·5H2OCaF2BaSO4NaOH【情景導(dǎo)入】思考分析：上述物質(zhì)類型，構(gòu)成粒子分別是什么？1.概念由陰離子和陽離子相互作用而形成的晶體，叫做離子晶體。2.離子晶體中的粒子及粒子間的相互作用：陽離子和陰離子離子鍵構(gòu)成微粒離子晶體微粒間的作用力二、離子晶體注意：（1）離子晶體是由陽離子和陰離子構(gòu)成，有的還存在電中性的分子(如H2O、NH3等)。陽離子或陰離子不僅指單原子離子，還包括復(fù)雜離子，如NH4+、SO42-。（2）離子晶體中的作用力為離子鍵，有的還存在共價鍵、氫鍵。（3）離子鍵沒有方向性和飽和性。4.離子晶體的性質(zhì)：①熔沸點較高，硬度較大。④大多易溶于極性溶劑H2O，難溶于非極性溶劑(汽油、苯、CCl4等)注：判斷離子晶體，可根據(jù)其熔融狀態(tài)能否導(dǎo)電進行②難揮發(fā)難壓縮，③離子晶體不導(dǎo)電，水溶液或者熔融狀態(tài)下導(dǎo)電。3.常見的離子晶體：強堿、活潑金屬氧化物和過氧化物、大部分鹽離子晶體中，陰、陽離子之間通過離子鍵結(jié)合，一般離子鍵的強度較大，要使物質(zhì)熔化或沸騰，就需要較多的能量。晶體離子間距/pm電荷數(shù)熔點/℃NaCl2761801NaBr2901750MgO20522800CaO23922576對比觀察分析NaCl、NaBr、MgO、CaO的熔點的變化規(guī)律是什么？造成這種規(guī)律的主要原因是什么？【規(guī)律】一般說來，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強，離子晶體的熔、沸點越高，硬度越大?！舅伎寂c討論】物質(zhì)熔點/℃物質(zhì)熔點/℃

CaO2613

Na2SO4884

KCl1326

Ca2SiO42130

NH4NO3169.6

Na3PO4340

BaSO41580CH3COOCs194

LiPF6200(分解)

NaNO2270結(jié)論：離子晶體的熔、沸點差異也比較大。一般說來，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強，離子晶體的熔、沸點越高。我們知道，金屬的熔點差異很大，如鎢的熔點為3410℃。而常溫下，汞卻是液體。離子晶體的熔點是不是也差異很大呢？請從理化手冊或互聯(lián)網(wǎng)查找下列離子晶體的熔點數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。形成離子液體的陰、陽離子半徑較大，離子間的作用力較弱。離子液體

離子晶體的熔點，有的很高，如CaO的熔點為2613℃，有的較低，如NH4NO3、Ca(H2PO4)2的熔點分別為170℃、109℃。早在1914年就有人發(fā)現(xiàn)，引入有機基團可降低離子化合物的熔點，如C2H5NH3NO3的熔點只有12℃，比NH4NO3低了158℃!到20世紀90年代，隨著室溫或稍高于室溫時呈液態(tài)的離子化合物的優(yōu)異性質(zhì)不斷被開發(fā)利用，才意識到它們的巨大價值，并將它們定義為離子液體。知識拓展1、液態(tài)范圍寬，從低于或接近室溫到300℃以上，有高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。2、蒸氣壓非常小，不揮發(fā)，在使用、儲藏中不會蒸發(fā)散失，可以循環(huán)使用，消除了揮發(fā)性有機化合物對環(huán)境的污染。3、離子液體有良好的導(dǎo)電性，可作為許多物質(zhì)電化學(xué)研究的電解質(zhì)，并被應(yīng)用為原電池的電解質(zhì)。4、對大量無機和有機物質(zhì)都表現(xiàn)出良好的溶解能力，且具有溶劑和催化劑的雙重功能，可以作為許多化學(xué)反應(yīng)的溶劑或催化活性載體。由于離子液體的這些特殊性質(zhì)和表現(xiàn)，它與超臨界CO2、雙水相一起構(gòu)成三大綠色溶劑，具有廣闊的應(yīng)用前景。離子液體具有以下特性：討論：CaCO3

、(NH4)2SO4

、CuSO4·5H2O、

Cu(NH3)4SO4·H2O觀察以上離子晶體中都含有哪些微觀粒子？晶體內(nèi)部存在哪些類型的化學(xué)鍵？離子晶體陰、陽離子(單原子或多原子)電中性分子構(gòu)成微粒離子鍵、共價鍵氫鍵、范德華力作用力注意：貫穿整個晶體的主要作用力仍是陰、陽離子之間的作用力。課堂練習(xí)6：正誤判斷(1)離子晶體中一定含有金屬元素()(2)由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體()(3)有些離子晶體中除含離子鍵外還存在共價鍵()(4)離子晶體的熔點一定低于共價晶體的熔點()(5)離子晶體受熱熔化，破壞化學(xué)鍵，吸收能量，屬于化學(xué)變化()(6)某些離子晶體受熱失去結(jié)晶水，屬于物理變化()×××××√課堂練習(xí)7：MgO、Rb2O、CaO、BaO四種離子晶體熔點的高低順序是()A．MgO＞Rb2O＞BaO＞CaOB．MgO＞CaO＞BaO＞Rb2OC．CaO＞BaO＞MgO＞Rb2OD．CaO＞BaO＞Rb2O＞MgOB課堂練習(xí)8：下列性質(zhì)適合于離子晶體的是（）

A、熔點1070℃，易溶于水，水溶液能導(dǎo)電

B、熔點10.31℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液導(dǎo)電

C、能溶于CS2，熔點112.8℃，沸點444.6℃D、熔點97.81℃，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度0.97g/cm3

A5.離子晶體的結(jié)構(gòu)：①NaCl晶胞粒子位置：Na+_________Cl-___________粒子數(shù)：Na+______Cl-______Na+配位數(shù)_____Cl-配位數(shù)_____形成的空隙形狀__________棱、體心頂點、面心66正八面體Na+周圍最近的Na+數(shù)______Cl-周圍最近的Cl-數(shù)______1212配位數(shù)：一種離子周圍最鄰近的帶相反電荷的離子數(shù)目44Cl-的配位數(shù)_____Cs+周圍最近的Cs+數(shù)______Cl-周圍最近的Cl-數(shù)______粒子位置_________________________粒子數(shù)_________________Cs+的配位數(shù)_____81個Cl-,1個Cs+Cl-位于頂點、Cs+位于體心66Cl-Cs+8Cl-形成的空隙形狀________立方體②CsCl晶胞③ZnS晶胞粒子位置：Zn2+____________S2-________粒子數(shù)：Zn2+______S2-______Zn2+配位數(shù)_____S2-配位數(shù)_____形成的空隙形狀_____