2017-2018學(xué)年高中化學(xué) 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(xué)案 魯科版選修3.doc

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第2節(jié)金屬晶體與離子晶體 課標(biāo)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(yīng)用，知道晶格能的大小可以衡量離子晶體中離子鍵的強(qiáng)弱。1.金屬晶體是指金屬陽(yáng)離子和“自由電子”通過(guò)金屬鍵形成的晶體。2常見(jiàn)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(dǎo)電性、導(dǎo)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(yáng)離子通過(guò)離子鍵形成的晶體。6典型離子晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)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(yáng)離子完全氣化而遠(yuǎn)離所吸收的能量。8金屬鍵越強(qiáng)，金屬晶體的熔、沸點(diǎn)越高；晶格能越大，離子晶體的熔、沸點(diǎn)越高。1金屬晶體的結(jié)構(gòu)2常見(jiàn)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)12812實(shí)例Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、PtLi、Na、K、Ba、W、FeMg、Zn、Ti3金屬晶體的物理通性金屬晶體有金屬光澤，有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性。1金屬鍵的特點(diǎn)是什么？提示：由于自由電子為整個(gè)金屬所共有，所以金屬鍵沒(méi)有方向性和飽和性，從而導(dǎo)致金屬晶體最常見(jiàn)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(diǎn)。2影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素是什么？提示：金屬陽(yáng)離子的半徑大小和自由電子的數(shù)目(或金屬陽(yáng)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(diǎn)的影響因素同類(lèi)型的金屬晶體的熔點(diǎn)由金屬陽(yáng)離子半徑、離子所帶的電荷決定，陽(yáng)離子半徑越小，所帶電荷越多，金屬鍵就越強(qiáng)，熔點(diǎn)就越高。例如熔點(diǎn)：LiNaKRbCs，NaMgAl。1判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)。(1)有陽(yáng)離子的晶體中一定含有陰離子()(2)金屬能導(dǎo)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(dǎo)電時(shí)均發(fā)生化學(xué)變化()(4)金屬晶體只有還原性()(5)溫度越高時(shí)，金屬晶體的導(dǎo)電性越強(qiáng)()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2在金屬晶體中，金屬原子的價(jià)電子數(shù)越多，原子半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高。由此判斷下列各組金屬熔、沸點(diǎn)高低順序，其中正確的是()AMgAlCaBAlNaLiCAlMgCa DMgBaAl解析：選C電荷數(shù)：Al3Mg2Ca2LiNa；而金屬陽(yáng)離子半徑：r(Ba2)r(Ca2)r(Na)r(Mg2)r(Al3)r(Li)，則A中熔、沸點(diǎn)AlMg，B中熔、沸點(diǎn)LiNa，D中熔、沸點(diǎn)AlMgBa，都不符合題意。1離子晶體的結(jié)構(gòu)2常見(jiàn)AB型離子化合物的晶體類(lèi)型晶體類(lèi)型NaCl型CsCl型ZnS型晶胞配位數(shù)684實(shí)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(yáng)離子完全氣化而遠(yuǎn)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/kJmol1熔點(diǎn)/NaCl276787801NaBr290736750NaI311686662MgO2053 8902 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(diǎn)較高，且晶格能越大，熔點(diǎn)越高溶解性一般易溶于水，難溶于非極性溶劑導(dǎo)電性固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)或在水溶液中導(dǎo)電特別提醒離子晶體的化學(xué)式僅代表晶體中陰、陽(yáng)離子個(gè)數(shù)比，并不代表分子組成，因?yàn)殡x子晶體中不存在分子。1為什么說(shuō)離子晶體有較高的熔、沸點(diǎn)？提示：離子晶體的構(gòu)成微粒為陰、陽(yáng)離子，陰、陽(yáng)離子間以較強(qiáng)的離子鍵結(jié)合。2為什么離子晶體不導(dǎo)電，而溶于水或在熔化狀態(tài)下能導(dǎo)電？提示：晶體中陰、陽(yáng)離子以離子鍵結(jié)合，離子不能自由移動(dòng)，故不導(dǎo)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(dòng)的離子，故能導(dǎo)電。對(duì)離子晶體特性的理解(1)離子晶體熔、沸點(diǎn)的比較：一般來(lái)說(shuō)，陰、陽(yáng)離子所帶的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子鍵越強(qiáng)，離子晶體的熔、沸點(diǎn)越高，如Al2O3MgO；NaClCsCl等。(2)對(duì)于離子晶體的熔、沸點(diǎn)，要注意“一般來(lái)說(shuō)”和“較高”等字詞。“一般來(lái)說(shuō)”說(shuō)明離子晶體的熔、沸點(diǎn)還有些特例；“較高”是與其他晶體類(lèi)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(lèi)型。如在固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電，在水溶液中和熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體。(4)離子晶體導(dǎo)電的前提是先電離出自由移動(dòng)的陰、陽(yáng)離子。難溶于水的強(qiáng)電解質(zhì)如BaSO4、CaCO3等溶于水時(shí)，由于濃度極小，故導(dǎo)電性極弱。通常情況下，它們的水溶液不導(dǎo)電。1下列性質(zhì)中，可以較充分說(shuō)明某晶體是離子晶體的是()A具有較高的熔點(diǎn)B固態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電C可溶于水D固態(tài)不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)能導(dǎo)電解析：選DA選項(xiàng)，SiO2晶體熔點(diǎn)也較高，但不是離子晶體；B選項(xiàng)，HCl晶體的水溶液也能導(dǎo)電，也不是離子晶體；C選項(xiàng)，有些晶體如固體氨溶于水，不屬于離子晶體；D選項(xiàng)，離子晶體固態(tài)時(shí)不能導(dǎo)電，在熔融時(shí)可導(dǎo)電。2NaF、NaI、MgO均為離子化合物，這三種化合物的熔點(diǎn)高低順序是()NaFNaIMgOABCD解析：選B離子化合物的熔點(diǎn)與離子鍵強(qiáng)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(qiáng)，該離子化合物的熔點(diǎn)越高。已知離子半徑NaMg2，IO2F，可知NaI中離子鍵最弱，因MgO中的離子帶兩個(gè)單位電荷，故離子鍵比NaF中的強(qiáng)。三級(jí)訓(xùn)練節(jié)節(jié)過(guò)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(yáng)離子與自由電子之間的強(qiáng)烈作用，在一定外力作用下，不因形變而消失C鈣的熔、沸點(diǎn)低于鉀D溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好解析：選BA項(xiàng)，Hg在常溫下為液態(tài)；D項(xiàng)，金屬的導(dǎo)電性隨溫度升高而降低；C項(xiàng)，r(Ca)K，所以金屬鍵CaK，故熔、沸點(diǎn)CaK。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(jià)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(wú)關(guān)的是()A良好的導(dǎo)電性B反應(yīng)中易失電子C良好的延展性 D良好的導(dǎo)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(xiàng)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(xiàng)，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(wú)關(guān)。4下列敘述不正確的是()A離子晶體中一定含有陰、陽(yáng)離子B離子晶體都是化合物C固態(tài)不導(dǎo)電、溶于水能導(dǎo)電，這一性質(zhì)能說(shuō)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(diǎn)解析：選C固體不導(dǎo)電、溶于水能導(dǎo)電的不一定是離子晶體，如AlCl3。5同類(lèi)晶體物質(zhì)熔點(diǎn)的變化是有規(guī)律的，試分析下表所列兩組物質(zhì)熔點(diǎn)規(guī)律性變化的原因：A組物質(zhì)NaClKClCsCl熔點(diǎn)(K)1 0741 049918B組物質(zhì)NaMgAl熔點(diǎn)(K)317923933晶體熔點(diǎn)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(guò)_結(jié)合。B組晶體屬_晶體，價(jià)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(qiáng)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(guò)離子鍵結(jié)合，從熔點(diǎn)數(shù)值來(lái)看，由1 074 1 049 918 ，熔點(diǎn)逐漸降低，這是因?yàn)橛蒒aKCs，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(jià)電子數(shù)NaMgAl，因此，從Na到Al，熔點(diǎn)逐漸升高。答案：離子離子鍵金屬NaMgr(Mg2)r(Al3)NaMgCO2，故D錯(cuò)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(yáng)離子的配位數(shù)為6D氧化鋅的晶格能大于硫化鋅解析：選DA項(xiàng)，該晶體屬于離子晶體；B項(xiàng)，從晶胞圖分析，屬于該晶胞的Zn2數(shù)目為864，S2數(shù)目也為4，所以化合物中Zn2與S2離子個(gè)數(shù)之比為11，Zn2與S2的數(shù)目相等；C項(xiàng)，在ZnS晶胞中，Zn2的配位數(shù)為4；D項(xiàng)，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。8AB、CD、EF均為11型離子化合物，根據(jù)下列數(shù)據(jù)判斷它們的熔點(diǎn)由高至低的順序是()化合物ABCDEF離子電荷數(shù)112鍵長(zhǎng)(1010m)2.313.182.10ACDABEF BABEFCDCABCDEF DEFABCD解析：選D離子所帶電荷數(shù)越多，鍵長(zhǎng)越短，則離子鍵越強(qiáng)，晶體的熔點(diǎn)越高，EF化合物的鍵長(zhǎng)短，電荷多，則熔點(diǎn)最高。9.(1)如圖，直線交點(diǎn)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(gè)互相垂直的方向上都是等距離排列的。請(qǐng)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。晶體中，在每個(gè)Na的周?chē)c它最接近的且距離相等的Na共有_個(gè)。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(gè)晶胞中Cl的個(gè)數(shù)等于_，即_(填計(jì)算式)；Na的個(gè)數(shù)等于_，即_(填計(jì)算式)。(2)通過(guò)觀察CsCl的晶體結(jié)構(gòu)示意圖回答下列問(wèn)題：每個(gè)Cs同時(shí)吸引著_個(gè)Cl，每個(gè)Cl同時(shí)吸引著_個(gè)Cs。在CsCl晶體中，每個(gè)Cs 周?chē)c它等距離且最近的Cs有_個(gè)。每個(gè)Cl周?chē)c它等距離且最近的Cl有_個(gè)。解析：(1)如答案圖所示。從體心Na看，與它最接近的且距離相等的Na共有12個(gè)。在NaCl晶胞中，含Cl：864個(gè)，含Na：1214個(gè)。(2)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(gè)Cs吸引8個(gè)Cl，每個(gè)Cl吸引8個(gè)Cs。取體心上的Cl，看與Cl距離最近的Cl，位于六個(gè)面的面心，為6個(gè)；同樣與Cs最近的Cs，應(yīng)位于與此立方體共面的六個(gè)小立方體體心，共為6個(gè)。答案：(1)如圖所示(答案不唯一，合理即可)：12486441214答案不唯一，只要與第問(wèn)對(duì)應(yīng)即可(2)886610金屬鎳及其化合物在合金材料以及催化劑等方面應(yīng)用廣泛。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)NiO、FeO的晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)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(diǎn)NiO_FeO(填“”或“”)；(2)NiO晶胞中Ni和O的配位數(shù)分別為_(kāi)、_；(3)金屬鎳與鑭(La)形成的合金是一種良好的儲(chǔ)氫材料，其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。該合金的化學(xué)式為_(kāi)。解析：(1)NiO、FeO都屬于離子晶體，熔點(diǎn)高低受離子鍵強(qiáng)弱影響，離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高。(2)因?yàn)镹iO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(jì)算，一個(gè)合金晶胞中，La：81，Ni：185，所以該合金的化學(xué)式為L(zhǎng)aNi5。答案：(1)(2)66(3)LaNi51對(duì)于A1型密堆積的描述錯(cuò)誤的是()AA1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(gè)頂點(diǎn)上和每個(gè)面的中心上都各有一個(gè)金屬原子C平均每個(gè)面心立方晶胞中有14個(gè)金屬原子D平均每個(gè)面心立方晶胞中有4個(gè)金屬原子解析：選C應(yīng)用分割法計(jì)算，平均每個(gè)晶胞含有金屬原子：864。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(gè)晶胞中含4個(gè)原子 D每個(gè)晶胞中含5個(gè)原子解析：選B體心立方的堆積方式為立方體的頂點(diǎn)和體心均有一個(gè)原子，屬于A2型密堆積，每個(gè)晶胞中含有812個(gè)原子。3下列金屬的密堆積方式對(duì)應(yīng)晶胞都正確的是()ANa、A1型、體心立方 BMg、A3型、六方CCa、A3型、面心立方 DAu、A1型、體心立方解析：選BNa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(lái)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DNaCl晶體中，每個(gè)Na周?chē)?個(gè)Cl，每個(gè)Cl周?chē)?個(gè)Na；與每個(gè)Na等距離的Cl有6個(gè)，且構(gòu)成正八面體，同理，與每個(gè)Cl等距離的Na也有6個(gè)，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(gè)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(gè)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(gè)D一個(gè)KO2晶胞中攤得的K和O微粒數(shù)均為4個(gè)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(gè)。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(shuō)法錯(cuò)誤的是()晶格能/kJmol1離子半徑/pmLiFLiClLiBrLiI1 031 845807752LiNaK6095133NaFNaClNaBrNaI915777740 693FClBrI136181195216KFKClKBrKI812708676641A晶格能的大小與離子半徑成反比B陽(yáng)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(yáng)離子不同陰離子相同的離子晶體，陽(yáng)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(qiáng)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(xiàng)正確；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可確定B項(xiàng)說(shuō)法正確；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可確定C項(xiàng)說(shuō)法正確；表中晶格能最小的為碘化物，因還原性FClBrI，可知D項(xiàng)錯(cuò)誤。7.已知CsCl晶體的密度為 gcm3，NA為阿伏加德羅常數(shù)，相鄰的兩個(gè)Cs的核間距為a cm，如圖所示，則CsCl的相對(duì)分子質(zhì)量可以表示為()ANAa3 B.C. D.解析：選A一個(gè)CsCl晶胞中含Cs：81個(gè)，含Cl1個(gè)，m(晶胞) g，Va3 cm3；即 gcm3，故Ma3NA。8.金屬鈉晶體為體心立方晶胞(如圖)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得鈉的密度為(gcm3)。已知鈉的相對(duì)原子質(zhì)量為a，阿伏加德羅常數(shù)為NA(mol1)，假定金屬鈉原子為等徑的剛性球且處于體對(duì)角線上的三個(gè)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(shí)際含鈉原子兩個(gè)，晶胞邊長(zhǎng)為，則，進(jìn)一步化簡(jiǎn)后可得答案。9隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，阿伏加德羅常數(shù)的測(cè)定手段越來(lái)越多，測(cè)定的精確度也越來(lái)越高?，F(xiàn)有一種簡(jiǎn)單可行的測(cè)定方法，具體步驟為：將NaCl固體顆粒干燥后，準(zhǔn)確稱(chēng)取m g NaCl固體顆粒并轉(zhuǎn)移到定容A儀器中；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(jì)算出NaCl固體的體積為V cm3。(1)步驟中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(cè)得的阿伏加德羅常數(shù)NA的表達(dá)式為_(kāi)。解析：(1)測(cè)定液體體積的定容儀器，最好用容量瓶。(2)滴加苯應(yīng)用酸式滴定管，若用堿式滴定管，苯對(duì)橡膠管有腐蝕作用。(3)因?yàn)镹aCl易溶于水中，故不能用水代替苯。(4)NaCl晶胞中含Na：1214(個(gè))，含Cl：864(個(gè))，故每個(gè)晶胞中含4個(gè)“NaCl微粒”。則(NaCl)，故NA。答案：(1)C(2)酸式滴定管(3)不能(4)10(2016全國(guó)卷節(jié)選)晶胞有兩個(gè)基本要素：(1)原子坐標(biāo)參數(shù)，表示晶胞內(nèi)部各原子的相對(duì)位置。下圖為Ge單晶的晶胞，其中原子坐標(biāo)參數(shù)A為(0,0,0)；B為；C為。則D原子的坐標(biāo)參數(shù)為_(kāi)。(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)a565.76 pm，其密度為_(kāi)gcm3(列出計(jì)算式即可)。解析：(1)根據(jù)題給圖示可知，D原子的坐標(biāo)參數(shù)為。(2)每個(gè)晶胞中含有鍺原子81/861/248(個(gè))，每個(gè)晶胞的質(zhì)量為，晶胞的體積為(565.761010 cm)3，所以晶胞的密度為。答案：(1)(2)107