201x201X学年高中化学 第3章 物质的聚集状态与物质性质 第2节 金属晶体与离子晶体教学案.docx
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201x201X学年高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第2节金属晶体与离子晶体教学案
第2节 金属晶体与离子晶体
[课标要求]
1.能列举金属晶体的基本堆积模型,能用金属键理论解释金属的一些物理性质。
2.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。
1.金属晶体是指金属阳离子和“自由电子”通过金属键形成的晶体。
2.常见金属晶体的堆积方式:
面心立方最密堆积A1,体心立方密堆积A2,六方最密堆积A3。
3.金属晶体的物理通性包括金属光泽、导电性、导热性、延展性。
4.金属键的影响因素:
离子半径和离子所带电荷数。
5.离子晶体是指阴、阳离子通过离子键形成的晶体。
6.典型离子晶体结构类型:
NaCl型、CsCl型和ZnS型。
7.晶格能是指将1mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量。
8.金属键越强,金属晶体的熔、沸点越高;晶格能越大,离子晶体的熔、沸点越高。
1.金属晶体的结构
2.常见金属晶体的三种结构型式
结构
型式
面心立方最
密堆积A1
体心立方
密堆积A2
六方最密
堆积A3
结构
示意图
配位数
12
8
12
实例
Ca、Al、Cu、Ag、
Au、Pd、Pt
Li、Na、K、
Ba、W、Fe
Mg、Zn、Ti
3.金属晶体的物理通性
金属晶体有金属光泽,有良好的导电性、导热性、延展性。
1.金属键的特点是什么?
提示:
由于自由电子为整个金属所共有,所以金属键没有方向性和饱和性,从而导致金属晶体最常见的结构型式具有堆积密度大、原子配位数高、能充分利用空间等特点。
2.影响金属键强弱的因素是什么?
提示:
金属阳离子的半径大小和自由电子的数目(或金属阳离子所带的电荷数)多少。
1.金属物理通性的解释
2.金属晶体熔点的影响因素
同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷决定,阳离子半径越小,所带电荷越多,金属键就越强,熔点就越高。
例如熔点:
Li>Na>K>Rb>Cs,Na<Mg<Al。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)有阳离子的晶体中一定含有阴离子( )
(2)金属能导电,所以金属晶体是电解质( )
(3)金属晶体和电解质溶液在导电时均发生化学变化( )
(4)金属晶体只有还原性( )
(5)温度越高时,金属晶体的导电性越强( )
答案:
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)×
2.在金属晶体中,金属原子的价电子数越多,原子半径越小,金属键越强,金属的熔、沸点越高。
由此判断下列各组金属熔、沸点高低顺序,其中正确的是( )
A.Mg>Al>Ca B.Al>Na>Li
C.Al>Mg>CaD.Mg>Ba>Al
解析:
选C 电荷数:
Al3+>Mg2+=Ca2+>Li+=Na+;而金属阳离子半径:
r(Ba2+)>r(Ca2+)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)>r(Li+),则A中熔、沸点Al>Mg,B中熔、沸点Li>Na,D中熔、沸点Al>Mg>Ba,都不符合题意。
1.离子晶体的结构
2.常见AB型离子化合物的晶体类型
晶体
类型
NaCl型
CsCl型
ZnS型
晶胞
配位数
6
8
4
实例
Li、Na、K、Rb的卤化物,AgF、MgO等
CsBr、CsI、
NH4Cl等
BeO、BeS等
3.晶格能
(1)概念:
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。
(2)影响因素
分析下面表格中有关数据,总结规律。
晶体
离子间距/pm
晶格能/kJ·mol-1
熔点/℃
NaCl
276
787
801
NaBr
290
736
750
NaI
311
686
662
MgO
205
3890
2800
规律:
离子半径越小,离子带电荷越多,晶格能越大;反之越小。
4.离子晶体的特性
性质
规律
熔、沸点
较高,且晶格能越大,熔点越高
溶解性
一般易溶于水,难溶于非极性溶剂
导电性
固态时不导电,熔融状态或在水溶液中导电
[特别提醒]
离子晶体的化学式仅代表晶体中阴、阳离子个数比,并不代表分子组成,因为离子晶体中不存在分子。
1.为什么说离子晶体有较高的熔、沸点?
提示:
离子晶体的构成微粒为阴、阳离子,阴、阳离子间以较强的离子键结合。
2.为什么离子晶体不导电,而溶于水或在熔化状态下能导电?
提示:
晶体中阴、阳离子以离子键结合,离子不能自由移动,故不导电,离子晶体溶于水或在熔化状态,离子键被破坏,产生了自由移动的离子,故能导电。
对离子晶体特性的理解
(1)离子晶体熔、沸点的比较:
一般来说,阴、阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强,离子晶体的熔、沸点越高,如Al2O3>MgO;NaCl>CsCl等。
(2)对于离子晶体的熔、沸点,要注意“一般来说”和“较高”等字词。
“一般来说”说明离子晶体的熔、沸点还有些特例;“较高”是与其他晶体类型比较的结果。
(3)离子晶体的一些特殊物理性质可用于确定晶体类型。
如在固态时不导电,在水溶液中和熔融状态下能导电的晶体一定是离子晶体。
(4)离子晶体导电的前提是先电离出自由移动的阴、阳离子。
难溶于水的强电解质如BaSO4、CaCO3等溶于水时,由于浓度极小,故导电性极弱。
通常情况下,它们的水溶液不导电。
1.下列性质中,可以较充分说明某晶体是离子晶体的是( )
A.具有较高的熔点
B.固态不导电,水溶液能导电
C.可溶于水
D.固态不导电,熔融状态能导电
解析:
选D A选项,SiO2晶体熔点也较高,但不是离子晶体;B选项,HCl晶体的水溶液也能导电,也不是离子晶体;C选项,有些晶体如固体氨溶于水,不属于离子晶体;D选项,离子晶体固态时不能导电,在熔融时可导电。
2.NaF、NaI、MgO均为离子化合物,这三种化合物的熔点高低顺序是( )
①NaF ②NaI ③MgO
A.①>②>③ B.③>①>②
C.③>②>①D.②>①>③
解析:
选B 离子化合物的熔点与离子键强弱有关,离子所带电荷数越多,离子半径之和越小,离子键越强,该离子化合物的熔点越高。
已知离子半径Na+>Mg2+,I->O2->F-,可知NaI中离子键最弱,因MgO中的离子带两个单位电荷,故离子键比NaF中的强。
[三级训练·节节过关]
1.下列关于金属晶体的叙述正确的是( )
A.常温下,金属单质都以金属晶体形式存在
B.金属阳离子与自由电子之间的强烈作用,在一定外力作用下,不因形变而消失
C.钙的熔、沸点低于钾
D.温度越高,金属的导电性越好
解析:
选B A项,Hg在常温下为液态;D项,金属的导电性随温度升高而降低;C项,r(Ca)
2.下列物质的晶体属于离子晶体的是( )
A.苛性钾 B.碘化氢
C.硫酸D.醋酸
解析:
选A 苛性钾含有离子键,故属于离子晶体;碘化氢、硫酸、醋酸均由共价型分子组成,故三者均为分子晶体。
3.金属的下列性质中和金属晶体的结构无关的是( )
A.良好的导电性 B.反应中易失电子
C.良好的延展性D.良好的导热性
解析:
选B 金属的物理性质是由金属晶体所决定的,A、C、D三项都是金属共有的物理性质,这些性质都是由金属晶体所决定的。
B项,金属易失电子是由金属原子的结构决定的,和晶体结构无关。
4.下列叙述不正确的是( )
A.离子晶体中一定含有阴、阳离子
B.离子晶体都是化合物
C.固态不导电、溶于水能导电,这一性质能说明某晶体一定是离子晶体
D.离子晶体一般具有较高的熔点
解析:
选C 固体不导电、溶于水能导电的不一定是离子晶体,如AlCl3。
5.同类晶体物质熔点的变化是有规律的,试分析下表所列两组物质熔点规律性变化的原因:
A组物质
NaCl
KCl
CsCl
熔点(K)
1074
1049
918
B组物质
Na
Mg
Al
熔点(K)
317
923
933
晶体熔点的高低,决定于组成晶体微粒间的作用力的大小。
A组是________晶体,晶体微粒之间通过________结合。
B组晶体属_______晶体,价电子数由少到多的顺序是________,离子半径由大到小的顺序是___________,金属键强度由小到大的顺序是__________。
解析:
A组中,NaCl、KCl、CsCl都是离子晶体,微粒之间通过离子键结合,从熔点数值来看,由1074℃→1049℃→918℃,熔点逐渐降低,这是因为由Na+→K+→Cs+,半径逐渐增大,离子键逐渐减弱,晶格能逐渐减小的缘故。
B组中,Na、Mg、Al都是金属晶体,由于离子半径
r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+),价电子数Na 答案: 离子 离子键 金属 Na r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+) Na 1.下列金属晶体中,自由电子与金属阳离子间作用最弱的是( ) A.K B.Na C.MgD.Al 解析: 选A 四种金属中钾的原子半径最大,相同体积内自由电子数较少,所以金属键最弱,即金属阳离子和自由电子间的作用最弱。 2.下列物质的晶格能最大的是( ) A.MgOB.CaCl2 C.KClD.Na2O 解析: 选A 构成离子晶体的阴、阳离子的半径越小,所带电荷数越多,则晶格能越大。 3.金属能导电的原因是( ) A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的作用较弱 B.金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 C.金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动 D.金属晶体在外加电场作用下可失去电子 解析: 选B 在金属晶体中存在金属阳离子和自由电子,在外加电场作用下,自由电子会发生定向移动形成电流,从而使金属能够导电。 4.试根据学过的知识,判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序可能是( ) A.KCl>NaCl>BaO>CaO B.NaCl>KCl>CaO>BaO C.CaO>BaO>NaCl>KCl D.CaO>BaO>KCl>NaCl 解析: 选C 离子晶体中阴、阳离子所带电荷越多,离子半径越小,晶格能越大,晶体的熔点越高。 5.要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。 金属晶体熔点高低和硬度大小一般取决于金属键强弱,而金属键强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。 由此判断下列说法正确的是( ) A.金属镁的熔点高于金属铝 B.碱金属单质的熔点从Li到Cs是逐渐升高的 C.金属铝的硬度大于金属钠 D.金属镁的硬度小于金属钙 解析: 选C 镁离子比铝离子的半径大而所带的电荷少,所以金属镁比金属铝的金属键弱,熔点低、硬度小;从Li到Cs,离子的半径是逐渐增大的,所带电荷相同,金属键逐渐减弱,熔点逐渐降低,硬度逐渐减小;因离子的半径小而所带电荷多,使金属铝比金属钠的金属键强,金属铝比金属钠的熔点高、硬度大;因离子的半径小而所带电荷相同,使金属镁比金属钙的金属键强,金属镁比金属钙的熔点高、硬度大。 6.下列大小关系正确的是( ) A.晶格能: NaCl<NaBrB.硬度: MgO>CaO C.熔点: NaI>NaBrD.熔、沸点: CO2>NaCl 解析: 选B 对于电荷数相同的离子,半径越小,离子键越强,晶格能越大,硬度越大,熔、沸点越高。 半径: Cl-<Br-<I-,Mg2+<Ca2+,故A、C错误,B正确;NaCl在常温下是固体,CO2在常温下是气体,则熔、沸点: NaCl>CO2,故D错误。 7.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。 下列判断正确的是( ) A.该晶体属于分子晶体 B.该晶胞中Zn2+和S2-数目不相等 C.阳离子的配位数为6 D.氧化锌的晶格能大于硫化锌 解析: 选D A项,该晶体属于离子晶体;B项,从晶胞图分析,属于该晶胞的Zn2+数目为8× +6× =4,S2-数目也为4,所以化合物中Zn2+与S2-离子个数之比为1∶1,Zn2+与S2-的数目相等;C项,在ZnS晶胞中,Zn2+的配位数为4;D项,ZnO和ZnS中,O2-半径小于S2-,所带的电荷数又相等,所以ZnO的晶格能大于ZnS。 8.AB、CD、EF均为1∶1型离子化合物,根据下列数据判断它们的熔点由高至低的顺序是( ) 化合物 AB CD EF 离子电荷数 1 1 2 键长(10-10m) 2.31 3.18 2.10 A.CD>AB>EFB.AB>EF>CD C.AB>CD>EFD.EF>AB>CD 解析: 选D 离子所带电荷数越多,键长越短,则离子键越强,晶体的熔点越高,EF化合物的键长短,电荷多,则熔点最高。 9. (1)如图,直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na+或Cl-所处的位置。 这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。 ①请将其中代表Cl-的圆圈涂黑(不必考虑体积大小),以完成NaCl晶体结构示意图。 ②晶体中,在每个Na+的周围与它最接近的且距离相等的Na+共有________个。 ③在NaCl晶胞中正六面体的顶角上、面上、棱上的Na+或Cl-为该晶胞与其相邻的晶胞所共有,一个晶胞中Cl-的个数等于________,即________(填计算式);Na+的个数等于________,即________(填计算式)。 (2)通过观察CsCl的晶体结构示意图回答下列问题: ①每个Cs+同时吸引着________个Cl-,每个Cl-同时吸引着________个Cs+。 ②在CsCl晶体中,每个Cs+周围与它等距离且最近的Cs+有________个。 每个Cl-周围与它等距离且最近的Cl-有________个。 解析: (1)①如答案图所示。 ②从体心Na+看,与它最接近的且距离相等的Na+共有12个。 ③在NaCl晶胞中,含Cl-: 8× +6× =4个,含Na+: 12× +1=4个。 (2)①由图可以看出,CsCl中Cl-与Cs+的位置等同,Cs+位于Cl-所形成的正方体的中心,每个Cs+吸引8个Cl-,每个Cl-吸引8个Cs+。 ②取体心上的Cl-,看与Cl-距离最近的Cl-,位于六个面的面心,为6个;同样与Cs+最近的Cs+,应位于与此立方体共面的六个小立方体体心,共为6个。 答案: (1)①如图所示(答案不唯一,合理即可): ②12 ③4 8× +6× =4 4 12× +1=4[答案不唯一,只要与第①问对应即可] (2)①8 8 ②6 6 10.金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。 请回答下列问题: (1)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69pm和78pm,则熔点NiO________FeO(填“<”或“>”); (2)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为______、______; (3)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料,其晶胞结构示意图如下图所示。 该合金的化学式为________________。 解析: (1)NiO、FeO都属于离子晶体,熔点高低受离子键强弱影响,离子半径越小,离子键越强,熔点越高。 (2)因为NiO晶体结构与NaCl相同,而NaCl晶体中Na+、Cl-的配位数都是6,所以,NiO晶体中Ni2+、O2-的配位数也是6。 (3)根据晶胞结构可计算,一个合金晶胞中,La: 8× =1,Ni: 1+8× =5,所以该合金的化学式为LaNi5。 答案: (1)> (2)6 6 (3)LaNi5 1.对于A1型密堆积的描述错误的是( ) A.A1型密堆积晶体的晶胞也叫面心立方晶胞 B.面心立方晶胞的每个顶点上和每个面的中心上都各有一个金属原子 C.平均每个面心立方晶胞中有14个金属原子 D.平均每个面心立方晶胞中有4个金属原子 解析: 选C 应用分割法计算,平均每个晶胞含有金属原子: 8× +6× =4。 2.关于金属晶体的体心立方密堆积的结构型式的叙述中,正确的是( ) A.晶胞是六棱柱B.属于A2型密堆积 C.每个晶胞中含4个原子D.每个晶胞中含5个原子 解析: 选B 体心立方的堆积方式为立方体的顶点和体心均有一个原子,属于A2型密堆积,每个晶胞中含有8× +1=2个原子。 3.下列金属的密堆积方式对应晶胞都正确的是( ) A.Na、A1型、体心立方B.Mg、A3型、六方 C.Ca、A3型、面心立方D.Au、A1型、体心立方 解析: 选B Na是A2型体心立方密堆积,Ca、Au属于面心立方最密堆积(A1型)。 4.下列图像是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图,试判断属于NaCl晶体结构的图像是( ) A.图 (1)和图(3) B.图 (2)和图(3) C.只有图 (1)D.图 (1)和图(4) 解析: 选D NaCl晶体中,每个Na+周围有6个Cl-,每个Cl-周围有6个Na+;与每个Na+等距离的Cl-有6个,且构成正八面体,同理,与每个Cl-等距离的Na+也有6个,也构成正八面体,故可知图 (1)和图(4)属于NaCl晶体结构。 5.如图是NaCl晶体的一个晶胞结构模型。 KO2的晶体结构与NaCl相似,可以看作是Na+的位置用K+代替,Cl-位置用O 代替,则关于KO2晶体结构的描述不正确的是( ) A.与K+距离相等且最近的O 共有6个 B.与K+距离相等且最近的O 构成的多面体是正八面体 C.与K+距离相等且最近的K+有8个 D.一个KO2晶胞中摊得的K+和O 微粒数均为4个 解析: 选C 分析NaCl晶胞结构,并将Na+用K+代替,Cl-用O 代替,可知A、B、D正确;与K+距离相等且最近的K+有12个。 6.碱金属卤化物是典型的离子晶体,它们的晶格能与 成正比(d0是晶体中最邻近的异电性离子的核间距)。 下面说法错误的是( ) 晶格能/kJ·mol-1 离子半径/pm ① LiF LiCl LiBr LiI 1031845 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.晶格能的大小与离子半径成反比 B.阳离子相同阴离子不同的离子晶体,阴离子半径越大,晶格能越小 C.阳离子不同阴离子相同的离子晶体,阳离子半径越小,晶格能越大 D.金属卤化物晶体中,晶格能越小,氧化性越强 解析: 选D 由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比,A项正确;由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定B项说法正确;由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定C项说法正确;表中晶格能最小的为碘化物,因还原性F-<Cl-<Br-<I-,可知D项错误。 7.已知CsCl晶体的密度为ρg·cm-3,NA为阿伏加德罗常数,相邻的两个Cs+的核间距为acm,如图所示,则CsCl的相对分子质量可以表示为( ) A.NA·a3·ρB. C. D. 解析: 选A 一个CsCl晶胞中含Cs+: 8× =1个,含Cl-1个,m(晶胞)= g,V=a3cm3;即ρ= g·cm-3,故M=ρ·a3·NA。 8.金属钠晶体为体心立方晶胞(如图),实验测得钠的密度为ρ(g·cm-3)。 已知钠的相对原子质量为a,阿伏加德罗常数为NA(mol-1),假定金属钠原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切。 则钠原子的半径 r(cm)为( ) A. B. · C. · D. · 解析: 选C 该晶胞中实际含钠原子两个,晶胞边长为 ,则ρ= ,进一步化简后可得答案。 9.随着科学技术的发展,阿伏加德罗常数的测定手段越来越多,测定的精确度也越来越高。 现有一种简单可行的测定方法,具体步骤为: ①将NaCl固体颗粒干燥后,准确称取mgNaCl固体颗粒并转移到定容A仪器中; ②用滴定管向A仪器中加苯,不断振荡,继续加苯到A仪器的刻度,计算出NaCl固体的体积为Vcm3。 (1)步骤①中A仪器最好使用________(填字母)。 A.量筒B.烧杯 C.容量瓶D.试管 (2)步骤②中是用酸式滴定管还是用碱式滴定管________________________。 (3)能否用水代替苯________。 (4)已知NaCl晶体中,相邻最近的Na+、Cl-间的距离为acm(如右图),则用上述方法测得的阿伏加德罗常数NA的表达式为______________。 解析: (1)测定液体体积的定容仪器,最好用容量瓶。 (2)滴加苯应用酸式滴定管,若用碱式滴定管,苯对橡胶管有腐蚀作用。 (3)因为NaCl易溶于水中,故不能用水代替苯。 (4)NaCl晶胞中含Na+: 12× +1=4(个),含Cl-: 8× +6× =4(个),故每个晶胞中含4个“NaCl微粒”。 则ρ(NaCl)= = = ,故NA= 。 答案: (1)C (2)酸式滴定管 (3)不能 (4) 10.(2016·全国卷Ⅰ节选)晶胞有两个基本要素: (1)原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。 下图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);B为 ;C为 。 则D原子的坐标参数为________。 (2)晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。 已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76pm,其密度为________g·cm-3(列出计算式即可)。 解析: (1)根据题给图示可知,D原子的坐标参数为 。 (2)每个晶胞中含有锗原子8×1/8+6×1/2+4=8(个),每个晶胞的质量为 ,晶胞的体积为(565.76×10-10cm)3,所以晶胞的密度为 。 答案: (1) (2) ×107 如有侵权请联系告知删除,感谢你们的配合! 如有侵权请联系告知删除,感谢你们的配合!
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