高中化学人教版 (2019)选择性必修2第三节 金属晶体与离子晶体第1课时导学案

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第三节　金属晶体与离子晶体第1课时　金属晶体　离子晶体[核心素养发展目标]　1.能辨识常见的金属晶体，能从微观角度分析金属晶体中构成微粒及微粒间作用，并解释金属的物理性质。2.能辨识常见的离子晶体，能从微观角度理解离子键对离子晶体性质的影响，能从宏观角度解释离子晶体性质的差异。3.通过对离子晶体模型的认识，理解离子晶体的结构特点，预测其性质。一、金属键与金属晶体1．金属键(1)概念：“电子气理论”把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。(2)成键粒子是金属阳离子和自由电子。(3)金属键的强弱和对金属性质的影响①金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子数。原子半径越大、价电子数越少，金属键越弱；反之，金属键越强。②金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。如：熔点最高的金属是钨，硬度最大的金属是铬。特别提醒　金属键没有方向性和饱和性。2．金属晶体(1)在金属晶体中，原子间以金属键相结合。(2)金属晶体的性质：优良的导电性、导热性和延展性。(1)金属在常温下都是晶体(　　)(2)金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用(　　)(3)金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键被破坏(　　)(4)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高，分子晶体的熔点一定比金属晶体的低(　　)(5)金属晶体除了纯金属还有大量的合金(　　)(6)有机高分子化合物一定不能导电(　　)(7)金属的电导率随温度的升高而降低(　　)答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)√1．试用“电子气理论”解释为什么金属具有良好的①延展性、②导电性、③导热性。提示　①当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但原来的排列方式不变，而且弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，并且电子气没有破坏，所以金属有良好的延展性。②金属晶体中的自由电子在电场中定向移动而形成电流，呈现良好的导电性。③电子气中的自由电子在运动时频繁与金属原子碰撞，从而引起能量传递，呈现良好的导热性。2．试用金属键解释Na、Mg、Al的熔点逐渐升高的原因。提示　Na、Mg、Al的原子半径逐渐减小，价电子数逐渐增多，金属键逐渐增强，熔点逐渐升高。二、离子晶体1．离子键及其影响因素(1)概念：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。(2)影响因素：离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强。特别提醒　离子键没有方向性和饱和性。2．离子晶体及其物理性质(1)概念：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。(2)离子晶体的性质①熔、沸点较高，硬度较大。②离子晶体不导电，但熔化或溶于水后能导电。③大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。3．常见离子晶体的结构(1)NaCl晶胞NaCl晶胞如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－有6个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体，每个Cl－周围距离最近的Na＋有 6个，构成正八面体，由此可推知晶体的化学式为NaCl。回答下列问题：①每个Na＋(Cl－)周围距离相等且最近的Na＋(Cl－)是12个。②每个晶胞中实际拥有的Na＋数是4个，Cl－数是4个。③若晶胞参数为a pm，则氯化钠晶体的密度为 g·cm－3。(2)CsCl晶胞CsCl晶胞如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－有8个，每个Cl－周围距离最近的Cs＋有 8个，它们均构成正六面体，由此可推知晶体的化学式为CsCl。回答下列问题：①每个Cs＋(Cl－)周围距离最近的Cs＋(Cl－)有 6个，构成正八面体。②每个晶胞中实际拥有的Cs＋有 1个，Cl－有 1个。③若晶胞参数为a pm，则氯化铯晶体的密度为 g·cm－3。(1)离子晶体中一定含有金属元素(　　)(2)由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体(　　)(3)有些离子晶体中除含离子键外还存在共价键(　　)(4)离子晶体的熔点一定低于共价晶体的熔点(　　)(5)离子晶体受热熔化，破坏化学键，吸收能量，属于化学变化(　　)(6)某些离子晶体受热失去结晶水，属于物理变化(　　)答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×1．NaCl的熔点为801 ℃，CsCl的熔点为645 ℃，试解释其原因。提示　Na＋、Cs＋所带电荷一样，但Na＋的半径小于Cs＋的半径，NaCl中离子键强于CsCl中离子键，所以NaCl的熔点高于CsCl的熔点。2．自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2是离子晶体的实验是(　　)A．CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱B．CaF2的熔、沸点较高，硬度较大C．CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电D．CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小答案　C解析　离子晶体中含有离子键，离子键在熔融状态下被破坏，电离出自由移动的阴、阳离子，所以离子晶体在熔融状态下能够导电，这是判断某晶体是否为离子晶体的依据。3．如图所示是从NaCl或CsCl的晶胞结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶胞中分割出来的结构图是(　　)A．图(1)和(3)   B．图(2)和(3)C．图(1)和(4)   D．只有图(4)答案　C解析　NaCl晶体中，每个Na＋周围最邻近的Cl－有6个，构成正八面体，同理，每个Cl－周围最邻近的6个Na＋也构成正八面体，由此可知图(1)和(4)是从NaCl晶体中分割出来的结构图，C项正确。4．在离子晶体中，阴、阳离子按一定的规律进行排列，如图甲是NaCl的晶胞结构。在离子晶体中，阴、阳离子具有或近似具有球形对称结构，它们可以看作是不等径的刚性圆球，并彼此相切，如图乙。已知a为常数。(1)在NaCl晶体中，每个Na＋同时吸引________个Cl－；而Na＋与Cl－的数目之比为________。(2)Na＋半径与Cl－半径之比为________(已知＝1.414)。(3)若a＝5.6×10－8 cm，NaCl晶体的密度为________(已知5.63＝175.6，NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol－1)。答案　(1)6　1∶1　(2)0.414∶1　(3)2.2 g·cm－3解析　(1)观察晶胞的结构可知，每个Na＋同时吸引6个Cl－；在每个晶胞中含Na＋的个数为4，含Cl－的个数也为4，即Na＋与Cl－的数目之比为1∶1。(2)由图乙可知，因为r(Cl－)＞r(Na＋)，则r(Cl－)＝，2r(Na＋)＝a－2r(Cl－)＝a－2×，r(Na＋)＝，＝∶＝(－1)∶1＝0.414∶1。(3)由NaCl晶体结构分析，每个晶胞中含有4个“NaCl”，则ρV＝，ρ＝ g·cm－3≈2.2 g·cm－3。 1．下列叙述正确的是(　　)A．任何晶体中，若含有阳离子，就一定含有阴离子B．金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互作用C．价电子数越多，金属元素的金属性越强D．含有金属元素的离子不一定是阳离子答案　D解析　金属晶体中虽存在阳离子，但没有阴离子，A错误；金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子与自由电子之间的相互作用，B错误；价电子数多的金属元素的金属性不一定强，如Fe的价电子数比Na多，但Fe的金属性却没有Na的强，C错误；含有金属元素的离子不一定是阳离子，如AlO是阴离子，D正确。2．下列关于金属键的叙述中不正确的是(　　)A．金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间强烈的相互作用，其实质与离子键类似，也是一种电性作用B．金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性C．金属键是金属阳离子和“自由电子”间的相互作用，金属键无饱和性和方向性D．构成金属键的“自由电子”在整个金属内部的三维空间中做自由运动答案　B解析　从构成物质的基本微粒的性质看，金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，特征都是无方向性和饱和性；自由电子是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属中的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。3．金属晶体熔、沸点的高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键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．金属镁的熔点大于金属铝B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的C．金属铝的硬度大于金属钠D．金属镁的硬度小于金属钙答案　C解析　金属阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强，据此判断。  4．下列物质中属于含有中心分子的离子晶体的是(　　)A．CaCO3   B．Na2O2C．(NH4)2SO4   D．Cu(NH3)4SO4·H2O答案　D5．(2019·灵丘高二月考)下列物质的晶体一定属于离子晶体的是(　　)A．在水中能电离出离子的物质B．在水中能电离出SO的化合物C．在水中能电离出Na＋的化合物D．熔化时化学键无变化的化合物答案　C6．下列有关离子晶体的叙述中，不正确的是(　　)A．1 mol氯化钠晶体中有NA个NaCl分子B．氯化钠晶体中，每个Na＋周围距离最近且相等的Cl－共有6个C．醋酸钠属于离子晶体，含非极性键D．平均每个NaCl晶胞中有4个Na＋、4个Cl－答案　A解析　NaCl为面心立方结构，每个晶胞中Na＋的个数为12×＋1＝4，Cl－的个数为8×＋6×＝4，则1 mol氯化钠晶体中有4NA个Na＋、4NA个Cl－，不存在分子，A项错误、D项正确；由NaCl的晶胞结构可知，Na＋在棱心和体心时，顶点和面心为Cl－，则每个Na＋周围距离最近且相等的Cl－共有6个，B项正确；醋酸钠中存在碳碳非极性键，C项正确。7．根据CsCl的晶胞结构分析，CsCl晶体中两距离最近的Cs＋间距离为a，则每个Cs＋周围与其距离为a的Cs＋数目为________；每个Cs＋周围距离相等且次近的Cs＋数目为________，距离为________；每个Cs＋周围距离相等且第三近的Cs＋数目为________，距离为________；每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为________。答案　6　12　a　8　a　8解析　以题图的一个Cs＋为基准，与其最近的Cs＋分别位于其上、下、前、后、左、右六个方位，有6个；与其次近的Cs＋的距离为a，在1个晶胞中有3个，而1个Cs＋为8个晶胞共有，故有8×3×＝12个；与其第三近的Cs＋的距离为a，每个晶胞中有1个，故有8个；与其紧邻且等距的Cl－有8个。