《金属晶体与离子晶体》导学案3.doc

金属晶体与离子晶体导学案课程学习目标1.知道离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。2.能说明离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。3.了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱。4.能列举金属晶体的基本堆积模型；制作典型的离子晶体结构模型；比较氯化钠、氯化铯等离子晶体的结构特征。知识体系梳理一、金属晶体1.金属晶体的构成微粒:金属阳离子和自由电子；微粒间作用力:金属键。2.由于金属键没有饱和性和方向性，所以金属晶体最常见的结构形式具有堆积密度大、原子的配位数高、能充分利用空间等特点的最密堆积。如Cu、Au属于A1型最密堆积，配位数是12；Mg、Zn属于A3型最密堆积，配位数是12。但是有些金属晶体的堆积方式不是最密堆积，而是采用A2型堆积，也叫体心立方堆积，如常见金属:Li、Na、K、Ba、W，其配位数是8。3.金属晶体中金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属阳离子与自由电子静电作用越强，金属键越强，熔沸点越高，反之越低。如熔点:NaMgNaKRbCs。4.金属晶体通常采用密堆积方式，在锻压或捶打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，但各层之间始终保持着金属键的作用，使金属虽发生形变但不至于断裂。二、离子晶体1.离子晶体的构成微粒:阴离子和阳离子；微粒间作用力:离子键。2.离子晶体的类型(1)氯化钠晶胞每个晶胞中有4个Na+，有4个Cl-。每个Na+同时吸引6个 Cl-，每个Cl-同时吸引6个Na+，而Na+数目与Cl-数目之为11。(2)氯化铯晶胞每个晶胞中有1个Cs+，1个Cl-。每个Cs+同时吸引8个 Cl-，每个Cl-同时吸引8个Cs+，而Cs+数目与Cl-数目之为11。(3)ZnS晶胞每个晶胞中有4个Zn2+，4个S2-。3.晶格能是指将1 mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量。晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体越稳定。晶格能与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比。4.离子晶体的特性(1)熔、沸点较高。(2)一般易溶于水，难溶于非极性溶剂。(3)固态时不导电，熔融状态或在水溶液中能导电。基础学习交流1.金属晶体中，最常见的有三种堆积方式，分别是体心立方堆积、面心立方堆积、六方堆积，三种堆积方式的配位数分别是多少？【答案】8、12、12。2.NaCl晶体中阳离子的配位原子在阳离子的什么位置？CsCl晶体中阴离子的配位原子在阳离子的什么位置？【答案】上、下、左、右、前、后；以阳离子为中心的立方体的8个顶点上。3.晶体中含有金属阳离子，则一定含有阴离子吗？【答案】不一定，金属晶体中只有金属阳离子没有阴离子。4.氧化镁晶体与硫化钠晶体相比，熔沸点较高的是哪个？请说明理由。【答案】氧化镁；它们都属于离子晶体，离子晶体的熔沸点与晶格能有关，晶格能的大小与离子电荷的乘积成正比，与离子间的距离成反比，氧化镁晶体中阴阳离子所带电荷数多，离子间距离较小，所以熔沸点较高。预习检测1.金属晶体的形成是因为晶体中存在( )。A.金属离子间的相互作用B.金属原子间的相互作用C.金属离子与自由电子间的相互作用D.金属原子与自由电子间的相互作用【答案】C2.金属晶体具有延展性的原因是( )。A.金属键很微弱B.金属键没有饱和性C.密堆积层的阳离子容易发生滑动，但不会破坏密堆积的排列方式，也不会破坏金属键D.金属阳离子之间存在斥力【答案】C3.下列说法不正确的是( )。A.离子键没有方向性和饱和性B.并不是只有活泼的金属和非金属化合才形成离子键C.离子键的实质是静电作用D.静电作用只有引力【解析】静电作用包括引力和排斥力。【答案】D4.溴化钠、氯化钠和氧化镁等离子晶体的核间距和晶格能(部分)如下表所示:NaBrNaClMgO离子的核间距/pm290276205晶格能/kJmol-17873 890(1)溴化钠晶体比氯化钠晶体晶格能 (填“大”或“小”)，主要原因是 。(2)氧化镁晶体比氯化钠晶体晶格能大，主要原因是 。(3)溴化钠、氯化钠和氧化镁晶体中，硬度最大的是 。【解析】利用离子晶体中离子的核间距、离子的电荷数与晶格能的关系，对离子晶体的物理性质进行分析。晶格能越大，则离子晶体越稳定，即熔沸点越高。【答案】(1)小；NaBr中离子的核间距比NaCl大(2)氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大，并且离子半径小(3)氧化镁(MgO)探究1:离子晶体晶胞分析互动探究某离子晶体晶胞的结构如图所示，试分析:(1)晶体中每个Y同时吸引 个X，每个X同时吸引 个Y，该晶体的化学式为 。(2)晶体中每个X周围与它距离最近且相等的X共有 个。(3)设该晶体的摩尔质量为M gmol-1，晶体密度为 gcm-3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中距离最近的两个X之间的距离为 cm。【答案】(1)4；8；XY2或Y2X (2)12(3)【解析】(1)Y只为一个晶胞所共有，即每个Y同时吸引4个X，而X处于顶点上，为8个晶胞所共有，即每个X同时吸引8个Y。在每个晶胞中含X的个数为4=个，含1个Y，则化学式为XY2或Y2X。(2)在一个晶胞中，每个X与它距离最近的X有3个，则每个X周围有3=12个(每个面为两个晶胞共有)。(3)因为一个晶胞中只含个XY2或Y2X，故一个晶胞的质量为，则有=(a为晶胞的边长)，得a=，则距离最近的两个X之间的距离为。拓展探究氯化铯晶体中，每个Cs+周围最近的Cs+有几个？每个Cl-周围最近的Cl-有几个？【答案】6个；6个。名师点拨离子晶体1.NaCl型(1)每个Na+周围距离最近的Cl-有6个，形成正八面体构型；每个Cl-周围距离最近的Na+也有6个，形成正八面体构型。由此可推知其晶体的化学式为NaCl。NaCl晶体的晶胞如下图所示:(2)每个Na+周围距离最近的Na+有12个(上层4个，同层4个，下层4个)；每个Cl-周围距离最近的Cl-也有12个。(3)每个晶胞中实际Na+的数目是1+12=4，Cl-的数目是6+8=4。由此亦可推知其晶体的化学式为NaCl。2.CsCl型CsCl型离子晶体中，每个离子被8个带相反电荷的离子包围，常见的CsCl型离子晶体有铯的卤化物(氟化铯除外)等。CsCl晶体的晶胞如下图所示:(1)每个Cs+周围距离最近的Cl-有8个，形成正六面体构型；每个Cl-周围距离最近的Cs+也有8个，形成正六面体构型。由此可推知其晶体的化学式为CsCl。(2)每个Cs+周围距离最近的Cs+有6个(上、下、左、右、前、后)，构成正八面体；每个Cl-周围距离最近的Cl-也有6个，构成正八面体。(3)每个晶胞中实际Cs+的数目是8=1，Cl-的数目是1。由此亦可推知其晶体的化学式为CsCl。探究2:晶格能大小的比较互动探究NaF、NaI和MgO均为离子晶体，有关数据如下表:物质NaFNaIMgO离子电荷数112键长(10-10 m)2.313.182.10试判断，这三种化合物熔点由高到低的顺序是( )。A. B.C. D.【解析】和相比，所带电荷数相同，但的键长较长，所以晶格能小，熔点低。和相比，所带电荷数多，键长短，所以晶格能大，熔点高。【答案】B探究拓展同类晶体的熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质的熔、沸点高低顺序。NaCl KCl CsCl Na2O MgO Al2O3【解析】NaCl、KCl、CsCl 所带电荷数相同，离子半径:Na+K+KClCsCl； Na2O、MgO、Al2O3离子晶体中，所带电荷数:Al3+Mg2+Na+，离子半径:Al3+Mg2+Na+，所以熔、沸点:Na2OMgOKClCsCl；Na2OMgOAl2O3 名师点拨晶格能 比较离子晶体的熔、沸点或硬度时通常比较晶体的晶格能大小，晶格能越大，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。离子晶体晶格能的大小与离子半径成反比，与离子所带电荷数成正比。当堂检测1.下列叙述正确的是( )。A.非金属原子间不可能形成离子键，只含有非金属元素的化合物不可能是离子化合物B.离子化合物中一定含有金属元素，含金属元素的化合物一定是离子化合物C.离子键只存在于离子化合物中，离子化合物中一定含有离子键，可能含有共价键D.离子化合物受热熔化破坏化学键，吸收热量，属于化学变化【解析】含有非金属元素的化合物可能是离子化合物，如NH4NO3；离子化合物中不一定含有金属元素，含有金属元素的化合物也不一定是离子化合物，如AlCl3；离子化合物受热熔化是物理变化。【答案】C2.萤石(CaF2)晶体属于立方晶系，萤石中每个Ca2+被8个F-所包围，则每个F-周围最近距离的Ca2+数目为( )。 A.2 B.4 C.6 D.8【答案】B3.一种Al-Fe合金的晶胞如图所示:则此合金的化学式为( )。A.Fe2Al B.FeAlC.FeAl2 D.Fe3Al2 【解析】观察图示，该晶胞中Al是4个；Fe的个数为N(Fe)=8+12+6+1=8，所以化学式为Fe2Al。【答案】A4.铜是重要金属，Cu的化合物在科学研究和工业生产中用途广泛，如CuSO4溶液常用作电解液、电镀液等。请回答以下问题:(1)S的空间立体构型是 ，其中S原子的杂化轨道类型是 ；(2)元素金(Au)处于周期表中的第六周期，与Cu同族，Au原子最外层电子排布式为 ；一种铜-金合金晶体具有立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点位置，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为 ；该晶体中，原子之间的作用力是 ；(3)上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2的结构相似(如图所示)，该晶体储氢后的化学式应为 。【解析】(1)根据价层电子对互斥理论可以判断，S的价层电子对数n=4，所以中心硫原子采取sp3杂化，空间构型为正四面体形。(2)铜的价电子构型为3d104s1，最外层只有1个电子，最外层电子排布式为4s1，所以与Cu同族的第六周期的Au原子最外层电子排布式为6s1。立方最密堆积的结构中，顶点有8个Au原子，顶点上的原子为8个晶胞共用，完全属于该晶胞的有8=1(个)，6个面的中心共有6个Cu原子，面上的原子被2个晶胞共用，完