人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体与离子晶体教学演示课件ppt

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课标定位 素养阐释1.知道金属键、离子键的含义。2.了解金属晶体、离子晶体性质的一般特点。3.通过对金属键、离子键的特征和实质的认识,能运用金属键、离子键等模型,从微观角度解释金属、离子化合物的某些性质。4.能借助金属晶体、离子晶体等模型的认识,运用堆积模型解释化学现象,寻找科学的理论依据。
一、金属键与金属晶体1.金属键(1)定义:在金属晶体中金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。(2)存在:金属单质或合金。(3)成键粒子:金属阳离子和自由电子。(4)成键本质——电子气理论:金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子共用,从而把所有的金属原子维系在一起,形成像共价晶体一样的“巨分子”。2.金属晶体(1)定义:金属(除汞外)在常温下都是晶体,称其为金属晶体。(2)构成粒子:金属离子和自由电子。(3)作用力:金属键。
(4)用电子气理论解释金属的物理性质。
二、离子晶体1.离子晶体(1)定义:由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。(2)构成粒子:阳离子和阴离子。(3)作用力:离子键。2.常见的离子晶体(1)单原子阴、阳离子,如NaCl、CaF2等。(2)存在共价键的离子晶体,如NH4Cl、K2SO4等。(3)存在电中性分子的离子晶体,如CuSO4·5H2O等。
3.物理性质(1)硬度较大,难于压缩。(2)熔点和沸点较高。(3)固体不导电,但在熔融状态或水溶液中时能导电。
三、离子液体1.离子液体(1)定义:在室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物,称为离子液体。(2)特点:①大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子;②离子液体难挥发。(3)应用:①用作溶剂;②在生物化学等科研领域有广泛应用。2.离子液体中常见的阴、阳离子
【自主思考1】 金属原子是通过何种键型形成的晶体?有哪些优良性质?提示:金属原子通过金属键形成的晶体叫金属晶体。其具有优良的导电性、导热性和延展性。【自主思考2】 离子晶体是否全由金属元素与非金属元素组成?提示:不一定,如NH4Cl是离子晶体,但它不含金属元素。
【效果自测】 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)常温下,金属单质都以晶体形式存在。(　　)(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)金属键的强弱决定金属晶体的熔点和硬度。(　　)(4)离子晶体中含有阴、阳离子,在固态时导电。(　　)(5)固态不导电、水溶液能导电,这一性质能说明某晶体一定是离子晶体。(　　)(6)氯化钠、氟化钙晶体我们通常写为NaCl、CaF2,说明晶体中分别存在组成为NaCl、CaF2的分子。(　　)
(7)在NaCl正六面体的晶胞的顶点上、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Na+的个数为6,Cl-的个数为4。(　　)(8)离子液体易挥发。(　　)
2.(双选)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.价电子数越多的金属原子的金属性不一定越强D.含有金属元素的离子不一定是阳离子答案:CD
3.金属键的实质是(　　)。A.自由电子与金属阳离子之间的相互作用B.金属原子与金属原子间的相互作用C.金属阳离子与阴离子的吸引力D.自由电子与金属原子之间的相互作用答案:A
4.下列性质适合于离子晶体的是(　　)。A.熔点1 070 ℃,易溶于水,水溶液能导电B.熔点10.31 ℃,液态不导电,水溶液能导电C.能溶于CS2,熔点112.8 ℃,沸点444.6 ℃D.熔点97.81 ℃,质软,导电,密度0.97 g·cm-3答案:A解析:离子晶体在液态(即熔融状态)时导电,B项中物质不是离子晶体;CS2是非极性溶剂,根据“相似相溶”规律,C项中物质不是离子晶体;离子晶体质硬易碎,且固态时不导电,D项中物质不是离子晶体。
5.根据物质的性质,判断下列物质的晶体类型。(1)SiI4:熔点120.5 ℃,沸点271.5 ℃,易水解　　　　　　。 (2)硼:熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大　　　　。 (3)硒:熔点217 ℃,沸点685 ℃,溶于氯仿　　　。 (4)锑:熔点630.74 ℃,沸点1 750 ℃,导电　　　　。 (5)MgCl2:熔点712 ℃,沸点1 418 ℃,熔融时能导电　　　　。 答案:(1)分子晶体　(2)共价晶体　(3)分子晶体　(4)金属晶体　(5)离子晶体
1.什么是“电子气理论”?提示:“电子气理论”的内容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.用电子气理论解释为什么金属具有优良的延展性、导电性和导热性?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,但排列方式不变,金属原子与自由电子形成的金属键没有被破坏,所以金属具有良好的延展性。(2)在外加电场的作用下,金属晶体中的自由电子做定向移动形成电流,呈现良好的导电性。(3)自由电子在热的作用下频繁与金属原子碰撞,从而引起两者能量的交换。
3.你能解释为什么合金与金属的延展性、硬度等性质有较大的差异吗?提示:金属晶体中的各原子层能发生相对滑动,但滑动时排列方式不变,金属原子与自由电子形成的金属键没有被破坏;但向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时,就像在滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石一样,会使这种金属的延展性或硬度发生改变。
1.金属键(1)金属键的特征:金属键无方向性和饱和性。晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子,而几乎是均匀地分布在整块晶体中,因此晶体中存在被所有金属原子所共用的“电子气”,这就是金属键,因此金属键没有方向性和饱和性。(2)金属键的强弱比较:一般来说,金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大,价电子数越少,金属键越弱;原子半径越小,价电子数越多,金属键越强。(3)金属键对物质性质的影响:①金属键越强,晶体的熔、沸点越高;②金属键越强,晶体的硬度越大。
2.金属晶体的性质(1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。(2)熔、沸点:金属键越强,熔、沸点越高。①一般来说,同周期金属单质,从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。②一般来说,同主族金属单质,从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。④金属晶体熔点差别很大,如汞常温下为液体,熔点很低;而铁常温下为固体,熔点很高。
3.金属晶体的物理特性(1)金属键没有方向性,当金属受到外力作用时,晶体中的各原子层发生相对滑动而不会破坏金属键,金属发生形变但不会断裂,故金属晶体具有良好的延展性。(2)金属材料有良好的导电性是由于金属晶体中的自由电子可以在外加电场作用下发生定向移动。(3)金属的导热性是自由电子在运动时与金属原子碰撞而引起能量的交换,从而使能量从温度高的部分传到温度低的部分,使整块金属达到相同的温度。
【例题1】 下图是金属晶体内部的电子气理论示意图。仔细观察并用该理论解释金属导电的原因是(　　)。A.含有金属阳离子B.含有的自由电子在外电场作用下做定向运动C.含有电子且无规则运动D.金属阳离子和自由电子的相互作用答案:B解析:电子气理论可以很好地解释金属的一些性质,如金属的导电性、导热性、延展性等。金属中含有金属阳离子和自由电子,在外加电场的作用下,自由电子定向移动,从而形成电流。
方法技巧金属导电与电解质溶液导电的比较:
【变式训练1】 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粒子间的强烈相互作用,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.金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用,故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:从基本构成粒子的性质看,金属键与离子键的实质类似,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,并且在整块金属内部的三维空间内运动,为所有金属阳离子所共用,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。
1.NaCl与CsCl两种离子晶体的晶胞结构如图所示:
(1)观察NaCl的晶胞:每个Na+周围同时吸引几个Cl-?每个Cl-周围同时吸引着几个Na+?在NaCl晶胞中含有几个Na+,几个Cl-?晶体中每个Na+周围与它距离最近的Na+共有几个?提示:6;6;4,4;12
(2)观察CsCl晶胞:每个Cs+周围同时吸引几个Cl-?每个Cl-周围同时吸引着几个Cs+?在CsCl晶胞中含有几个Cs+,几个Cl-?晶体中每个Cs+周围与它距离最近的Cs+共有几个?提示:8;8;1,1;6
2.NaCl与CsCl的熔、沸点见下表:
分析表中的数据,回答下列问题:(1)为什么NaCl晶体与CsCl晶体具有较高的熔、沸点?提示:在NaCl晶体与CsCl晶体中,阴、阳离子间存在着较强的离子键,若使它们由固体变为液体或气体,需要较多的能量破坏这些较强的离子键,所以NaCl晶体与CsCl晶体具有较高的熔、沸点。
(2)分析NaCl与CsCl的熔、沸点差异,你有哪些启示?提示:a.离子键的强弱与离子半径有关,一般情况下,离子半径越小,离子键越强;b.离子晶体的熔、沸点和硬度与离子键的强弱有关,一般情况下,离子键越强,离子晶体的熔、沸点越高;c.由于Cs+的半径比Na+半径大,所以NaCl中的离子键比CsCl中的离子键强度大,NaCl的熔、沸点比CsCl的熔、沸点高。
1.离子晶体的结构(1)离子晶体中粒子之间的作用力是离子键,由于离子键没有方向性和饱和性,所以离子晶体一般采取密堆积方式。(2)离子晶体中存在的粒子是阳离子和阴离子,离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比,而不表示其组成。(3)离子晶体中,离子半径越小,离子所带电荷越多,离子键越强,离子晶体的熔、沸点越高。
【例题2】 为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物,进行下列实验。其中比较合理、可靠的是(　　)。A.观察常温下的状态,SbCl5是苍黄色液体,SnCl4为无色液体。结论:SbCl5和SnCl4都是离子化合物B.测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为73.5 ℃、2.8 ℃、-33 ℃。结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物C.将SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中,滴入HNO3酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀。结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物D.测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液,发现它们都可以导电。结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物答案:B
解析:离子晶体中含有离子键,离子键是阴、阳离子之间强烈的相互作用,故离子晶体往往有较高的熔点,A项错误,B项正确;将SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中,滴入HNO3酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀,只能说明物质溶于水时能产生Cl-,有的共价化合物溶于水时也能得到Cl-(如HCl),C项错误;有些共价化合物的水溶液也能导电,如HCl,D项错误。
方法技巧离子晶体的判断:(1)利用物质的分类:大多数盐、强碱,活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2),活泼金属的氢化物(如NaH),活泼金属的硫化物等都是离子晶体。(2)利用元素的性质和种类:如成键元素的电负性差值大于1.7的物质,金属元素(特别是活泼的金属元素,如第ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素,如第ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。(3)利用物质的性质:离子晶体一般具有较高的熔、沸点,难挥发,硬而脆;固体不导电,但熔融或溶于水时能导电,大多数离子晶体易溶于极性溶剂,而难溶于非极性溶剂。
【变式训练2】 下面的排序不正确的是(　　)。A.晶体熔点由低到高:CF4Mg>AlD.熔点由高到低:NaF>NaCl>NaBr>NaI答案:C
解析:一般来说,分子晶体的相对分子质量越大,熔、沸点越高,则晶体的熔点由低到高的顺序为CF4NaCl>NaBr>NaI,D项正确。