第三章

晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)容山中學(xué)

化學(xué)科組第三節(jié)

金屬晶體與離子晶體第1課時

金屬晶體主講人：郭靜目錄CONTENTS12金屬鍵與金屬晶體離子晶體學(xué)習(xí)目標知道金屬鍵的含義及決定金屬鍵強弱的主要因素。能用金屬鍵理論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)。知道離子鍵的特點，掌握離子晶體的結(jié)構(gòu)特點和性質(zhì)。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。觀察金屬置換反應(yīng)中金屬的生長過程，可知：金屬具有較為規(guī)則的幾何外形，是一種晶體，我們稱其為金屬晶體。思考：金屬晶體中的原子是通過什么作用結(jié)合在一起的？金屬鍵任務(wù)一金屬鍵與金屬晶體描述金屬鍵的理論——電子氣理論由于金屬原子的最外層電子數(shù)較少，容易失去電子成為金屬離子，金屬脫落下來的價電子幾乎均勻分布在整個晶體中，像遍布整塊金屬的“電子氣”，從而把所有金屬原子維系在一起。這些電子又稱為自由電子。金屬晶體的電子氣理論示意圖任務(wù)一金屬鍵與金屬晶體一、金屬鍵1、概念：金屬陽離子和自由電子之間強烈的相互作用。金屬陽離子和自由電子2、成鍵粒子：3、本質(zhì)：4、特征：3.金屬鍵的存在：存在于金屬單質(zhì)和合金中電子氣理論——靜電作用。無方向性和飽和性。任務(wù)一金屬鍵與金屬晶體二、金屬晶體1、概念：由金屬鍵結(jié)合形成的晶體。2、構(gòu)成微粒：金屬陽離子和自由電子。3、粒子間作用力：金屬鍵。金屬（除汞外）在常溫下都是晶體，包括純金屬和合金注意：金屬晶體中的作用力是金屬鍵，既影響化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性，又影響物理性質(zhì)。金屬晶體【思考與討論】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電荷數(shù)相同，從上到下離子半徑依次增大，金屬鍵依次減弱。同主族從左到右，離子半徑依次減小，電荷數(shù)依次增多，金屬鍵增強。同周期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規(guī)律任務(wù)一金屬鍵與金屬晶體金屬鍵金屬的物理性質(zhì)決定原子半徑價電子數(shù)原子半徑越小，價電子數(shù)越多，金屬鍵越強，反之，金屬鍵越弱延展性導(dǎo)電性導(dǎo)熱性金屬光澤......金屬鍵越強，金屬的熔沸點越高，硬度越大熔沸點四、金屬鍵的影響因素應(yīng)用廣泛的金屬有特殊金屬光澤良好的延展性具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性熔點、密度與硬度相差很大形成合金后，往往合金比純金屬更為堅硬任務(wù)一金屬鍵與金屬晶體4、物理特性金屬有哪些物理性質(zhì)呢？金屬為什么具有這些共同性質(zhì)?你能用金屬鍵的理論解釋嗎？任務(wù)二金屬晶體金屬成粉末狀時，金屬晶體的晶面取向雜亂、晶格排列不規(guī)則，吸收可見光后輻射不出去，所以成黑色。自由電子可吸收所有頻率的光，然后很快釋放出各種頻率的光，因此絕大多數(shù)金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。三、“電子氣理論”解釋金屬的物理性質(zhì)【問題1】為什么金屬晶體具有金屬光澤和顏色？任務(wù)一金屬鍵與金屬晶體+++++++++++++++---------------外加電場+-+++-+++++++++++-------------在金屬晶體中，自由電子在外加電場作用下，發(fā)生定向移動，形成電流，使金屬具有良好的導(dǎo)電性。(金屬在固態(tài)或液體都有導(dǎo)電性)金屬晶體中除自由電子外的金屬陽離子在其位置附近振動，加熱時，金屬陽離子的振動加強，阻礙自由電子的運動，因而金屬的電阻隨溫度升高而增大。【問題2】為什么金屬晶體具有導(dǎo)電性？任務(wù)一金屬鍵與金屬晶體當(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?！締栴}3】為什么金屬晶體具有導(dǎo)熱性？任務(wù)一金屬鍵與金屬晶體當(dāng)金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，所以金屬有良好的延展性。外力提示

:

當(dāng)向金屬晶體中摻入不同的原子時，就像在滾珠之間摻入了細小的碎石一樣，因此形成合金會使金屬的延展性變差、硬度增大。【問題4】為什么金屬晶體具有延展性？知識補充①鋁:地殼中含量最多的金屬元素②鈣:人體中含量最多的金屬元素③鐵:目前世界年產(chǎn)量最多的金屬(鐵>鋁>銅)④銀:導(dǎo)電、導(dǎo)熱性最好的金屬(銀>銅>金>鋁)⑤鉻:

硬度最高的金屬⑥鎢:熔點最高的金屬⑦汞:熔點最低的金屬⑧鋨:密度最大的金屬⑨鋰:密度最小的金屬⑩金:延展性最好的金屬拓展提高金屬陽離子與自由電子之間的強烈的靜電作用金屬鍵既沒有方向性，也沒有飽和性。原子半徑越小，價電子數(shù)越多，金屬鍵越強，金屬的熔沸點越高，硬度越大金屬鍵金屬晶體電子氣理論1、判斷下列說法是否正確(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××××√×√2.下列關(guān)于金屬及金屬鍵的說法正確的是(

)A.金屬鍵具有方向性和飽和性B.金屬鍵是金屬陽離子與自由電子之間的相互作用C.金屬導(dǎo)電是因為在外加電場作用下產(chǎn)生自由電子D.金屬具有光澤是因為金屬陽離子吸收并放出可見光B3.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任務(wù)二離子晶體膽礬CuSO4·5H2O螢石CaF2重晶石BaSO4燒堿NaOH下列晶體構(gòu)成微粒有什么共同點？微粒之間存在哪種相同的作用力？任務(wù)二離子晶體一、離子鍵陰陽離子間通過靜電作用所形成的強烈的相互作用叫做離子鍵。成鍵粒子鍵的本質(zhì)靜電引力和斥力1、特征：2、影響因素：離子鍵沒有方向性和飽和性。一般說來，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強任務(wù)二離子晶體二、離子晶體陰、陽離子通過離子鍵結(jié)合、在空間呈現(xiàn)規(guī)則幾何外形的晶體。NaCl晶胞NaCl晶體1.概念：無單個分子存在；NaCl不表示分子式。強堿、活潑金屬的氧化物和過氧化物、大多數(shù)鹽2.常見的離子晶體均為離子化合物任務(wù)二離子晶體三、常見離子晶體的結(jié)構(gòu)1.NaCl晶體Cl?Na+Cl?Na+（2）每個晶胞含鈉離子、氯離子的個數(shù)：Na＋：

Cl－：

（1）鈉離子和氯離子在晶胞中的位置：鈉離子：體心和棱中點;氯離子：面心和頂點或者反之;交錯排列44任務(wù)二離子晶體每個Na＋周圍與之等距且距離最近的Cl－有___個。即Na+的配位數(shù)為：___；每個Cl－周圍與之等距且距離最近的Na＋有___個。即Cl-的配位數(shù)為：___；66（3）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66它們所圍成的空間幾何構(gòu)型是

。正八面體鈉離子所處的環(huán)境氯離子所處的環(huán)境1.NaCl晶體Cl－Na＋（4）Na+周圍緊鄰的Na+數(shù)：

Cl-周圍緊鄰的Cl-數(shù)：

。

1212任務(wù)二離子晶體2.CsCl晶體①晶體堆積方式屬于

，Cs+位于

，Cl-位于

?；蛘叻粗?，交錯排列。②CsCl晶胞中包含有

個Cs+

個Cl-。11

③Cs+的配位數(shù)

個，Cl-的配位數(shù)

個,它們所圍成的空間幾何構(gòu)型是

。

④Cs+周圍最近的Cs+數(shù)

個，Cl-周圍最近的Cl-數(shù)

個。8866正方體體心立方體心頂點任務(wù)二離子晶體3.CaF2晶體①Ca2+位于頂點和面心，F(xiàn)-位于立方體內(nèi)。Ca2+F-②CaF晶胞中包含有

個Ca2+

個F-。48

③Ca2+的配位數(shù)

個，他們所圍成的幾何構(gòu)型是

；F-的配位數(shù)

個，他

們所圍成的幾何構(gòu)型是

。8正方體4正四面體④Ca2+周圍最近的Ca2+數(shù)

個，F(xiàn)-周圍最近的F-數(shù)

個。⑤該晶胞中Ca2＋和F－的最近距離為

。126四分之一體對角線離子晶體只存在離子鍵作用力嗎？試舉例說明。如CuSO4?5H2O中還存在共價鍵、分子間作用力，有些還有氫鍵等，但主體是離子鍵。晶體中也存在范德華力，只是當(dāng)能量份額很低時不提及。然而，貫穿整個晶體的主要作用力仍是陰、陽離子之間的作用力。實際上，大量離子晶體的陰離子或陽離子不是單原子離子，有的還存在電中性分子(如H2O、NH3等)?；衔锶埸c

/℃化合物熔點

/℃CaO2613Na2SO4884CuCl21326Ca2SiO42130NH4NO3169.6Na3PO4340BaSO41580CH3COOCs194LiPF6200分解溫度NaNO2270結(jié)論：離子晶體的熔點差距也較大離子鍵的強弱離子半徑陰、陽離子的電荷數(shù)原因：【思考與討論】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？離子液體形成離子液體的陰、陽離子半徑較大，離子間的作用力較弱。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C2H5NH3NO3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。離子液體可用作溶劑。離子液體有良好的導(dǎo)電性，用作原電池的電解質(zhì)。許多離子液體被用于有機合成的溶劑和催化劑，如合成藥物。離子液體在生物化學(xué)等科研領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。離子鍵概念離子所帶電荷數(shù)

，離子半徑

，離子鍵越強。影響因素陰、陽離子之間通過

形成的化學(xué)鍵，沒有方向性和飽和性。靜電作用越多越小離子晶體概念由

和

相互作用而形成的晶體。①熔、沸點較

，硬度較

。②離子晶體不導(dǎo)電，但

或

后能導(dǎo)電。③大多數(shù)離子晶體能溶于水，難溶于有機溶劑。陽離子陰離子性質(zhì)高大熔化溶于水1、判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“?”。(1)在晶體中只要有陰離子就一定有陽離子?(

)(2)在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子?(

)(3)共價晶體的熔點一定比金屬晶體的高?(

)(4)分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低?(

)(5)離子晶體一定都含有金屬元素?(

)(6)金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體(

)√

?

?

?

?√

2、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

A3、用“>”或“<”填空:(1)晶體熔點:CF4

CCl4

CBr4

CI4(2)硬度