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优质第一课时教案

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宏观辨识与微观探析： 认识金属晶体的结构和性质，能利用金属键、“电子气”理论解释金属的一些物理性质。掌握离子晶体的概念，能识别氯化钠、氯化铯、氟化钙的晶胞结构。证据推理与模型认知： 结合金属键的“电子气”理论对金属通性的解释，构建结构决定性质的模型。科学探究与创新意识： 深刻认识化学对于满足人们日益增长的生活需要的重大贡献。
1.认识金属晶体的结构和性质，能利用金属键、“电子气”理论解释金属的一些物理性质。2.掌握离子晶体的概念，能识别氯化钠、氯化铯、氟化钙的晶胞结构。重点：金属晶体和离子晶体的组成微粒、微粒间的相互作用、晶体的结构和性质。难点：能从微观角度理解金属晶体和离子晶体的结构特征，并能识别氯化钠、氯化铯、氟化钙的晶胞结构。
金属具有哪些物理性质？为什么？
(1)铝：地壳中含量最多的金属元素(2)钙：人体中含量最多的金属元素(3)铁：目前世界年产量最多的金属(铁>铝>铜)(4)银：导电、导热性最好的金属(银>铜>金>铝)(5)铬：硬度最高的金属(6)钨：熔点最高的金属(7)汞：熔点最低的金属(8)锇：密度最大的金属(9)锂：密度最小的金属(10)金：延展性最好的金属
为什么金属有这些共同的性质？又有如此大的差异？
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”，被所有原子所共有，从而把所有金属原子维系在一起。
一、金属键与金属晶体
(1)概念：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键。
①自由电子不是专属于某个特定的金属阳离子，而是在整块固态金属中自由移动。
②金属键既没有方向性，也没有饱和性。
金属阳离子与自由电子之间的强烈的静电作用
金属（除汞外）在常温下都是晶体，称其为金属晶体。 金属晶体中，除了纯金属，还有大量的合金。大多数合金是以一种金属为主要组成，如以铁为主要成分的碳钢、锰钢、不锈钢等，以铜为主要成分的黄铜、青铜、白铜等。
形成的金属键强弱不同！
(6)金属键的影响因素：
原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱，反之，金属键越强。
金属光泽熔沸点延展性导电性导热性
金属键越强，金属的熔沸点越高，硬度越大。
【思考】①比较Na、Mg、Al的熔沸点高低以及硬度大小
熔沸点： Na②比较Li、Na、K的熔沸点高低以及硬度大小
熔沸点： Li>Na>K 硬度： Li>Na>K
③合金的熔沸点比其各成分金属的熔沸点低，硬度比各成分大
同一周期金属原子半径越来越小，单位体积内自由电子数增加，故熔点越来越高，硬度越来越大。
2、“电子气理论”解释金属的物理性质
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，但不会改变原来的排列方式，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，所以金属有良好的延展性。
自由电子在运动时与金属阳离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传递给金属阳离子。自由电子与金属阳离子频繁碰撞，把能量从温度高的部分传递到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
在金属晶体中，存在许多自由电子，这些电子移动是没有方向的，但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动，形成电流，使金属表现出导电性。而金属的电导率随温度升高而降低。
【注意】①金属晶体具有导电性，但能导电的物质不一定是金属。
如石墨具有导电性，属于非金属。还有一大类能导电的有机高分子化合物（如聚乙炔），也不属于金属。
②金属导电的粒子是自由电子，导电过程是物理变化。而电解质溶液导电的粒子是自由移动的阴阳离子，导电过程是化学变化。
由于金属内部原子以最紧密堆积状态排列，且存在自由电子，所以当光线照射到金属表面时，自由电子可以吸收所有频率的光并很快放出，使金属不透明且具有金属光泽。而金属在粉末状态时，晶格排列不规则，吸收可见光后反射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。
（2）金属晶体中的粒子及粒子间的相互作用：
(1)概念：金属原子间通过金属键相互结合形成的晶体。
注意：①在金属晶体中，与共价晶体一样是一种“巨分子”不存在单个分子或原子，常温下，绝大多数金属单质(晶体锗、灰锡是原子晶体)和合金都是金属晶体，但汞除外，因汞在常温下呈液态。
②有阳离子不一定有阴离子，可能是自由移动的电子，有阴离子一定有阳离子。
③固态导电：金属晶体(判断金属晶体的显著特点）、石墨、半导体（Si)
思考：下列晶体构成微粒有什么共同点？微粒之间存在哪种相同的作用力？
构成离子晶体的微粒有阴、阳离子，有的还存在电中性分子；晶体内的作用力除离子键外还可能存在共价键、氢键和范德华力等。
实际上，大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子， 有的还存在电中性分子(如H2O、NH3等)。
晶体中也存在范德华力，只是当能量份额很低时不提及。然而，贯穿整个晶体的主要作用力仍是阴、阳离子之间的作用力。
例如: CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等，在这些离子晶体中还存在共价键、氢键等。
阴阳离子间通过静电作用所形成的强烈的相互作用叫做离子键。
(3)成键元素：一般为活泼的金属元素与活泼的非金属元素。(4)存在：大多数盐、强碱、活泼金属氧化物(过氧化物如Na2O2)、氢化物(如NaH和NH4H)等。(5)影响因素：一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强。
离子键 (有的还存在共价键、氢键)。离子键没有方向性和饱和性。因此，以离子键结合的离子晶体倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子，从而达到稳定的目的。
由阳离子和阴离子构成，有的还存在电中性的分子(如H2O、NH3等)。阳离子或阴离子不仅指单原子离子，还包括复杂离子，如NH4+、SO42-。
由阴、阳离子通过离子键所形成的晶体。
④大多易溶于极性溶剂H2O，难溶于非极性溶剂(汽油、苯、CCl4等)
注：判断离子晶体，可根据其熔融状态能否导电进行
一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高。
②硬度大、脆：阴阳离子间有较强的离子键，离子晶体表现出较大的硬度，当晶体受到冲击力时，部分离子键断裂，晶体破碎。③晶体不导电，水溶液或者熔融状态下导电。
强碱、活泼金属氧化物和过氧化物、大部分盐
不存在单个分子，如NaCl不表示分子式。
a、NaCl等离子晶体在熔融状态或水溶液导电与金属导电有什么不同?
离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此，离子晶体不导电。
当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子(熔融状态)，在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。
离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(实质上是水合离子)，在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。
b、离子晶体是否具有较好的延展性？
宝石，主要成分Al2O3
离子晶体的熔点差距也较大。
我们知道，金属的熔点差异很大，如钨的熔点为 3410 ℃。而常温下，汞却是液体。请从理化手册或互联网查找下列离子晶体的熔点数据，得出结论。
c、离子晶体的熔点是不是也差异很大呢？
不同的离子晶体，离子键的强弱差别很大，所以离子晶体的熔、沸点及硬度差距也较大
离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键)，要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。
一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，硬度也越大。
应用：作溶剂。用作电化学研究的电解质;有机合成的溶剂和催化剂等。
离子液体：室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物
引入有机基团可降低离子化合物的熔点，如C2H5NH3NO3的熔点只有12℃，比NH4NO3低了158℃!
成分：常见的阴离子如四氯铝酸根（ AlCl4-)、六氟磷酸根（ PF6- 。)、四氟硼酸根（ BF4- ）等，常见的阳离子如季铵离子( R4N+ ，即 NH4+的 H 被烃基 R 取代）、带烃基侧链的咪唑、嘧啶等有环状含氮结构的有机胺正离子等。
性质：难挥发、有良好的导电性。
粒子位置：Na+___________Cl-__________结构基元数：Na+______Cl-______Na+配位数_____Cl-配位数_____形成的空隙形状__________
Na+周围最近的Na+数______Cl-周围最近的Cl-数______
配位数：一种离子周围最邻近的带相反电荷的离子数目
粒子位置：Na+___________Cl-_____________结构基元数：Na+______Cl-______Na+配位数_____Cl-配位数_____形成的空隙形状__________
Cs+周围最近的Cs+数______Cl-周围最近的Cl-数______
粒子位置：Cs+___________Cl-___________结构基元数：Cs+______Cl-______Cs+的配位数_____
Cl- 的配位数_____
Cl-形成的空隙形状________
粒子位置：Zn2+____________S2-________结构基元数：Zn2+______ S2- ______Zn2+配位数_____ S2-配位数_____形成的空隙形状__________
Zn2+周围最近的Zn2+数______S2-周围最近的S2-数______
阴离子配位数
(2)阳离子配位数
练习1、萤石（CaF2）晶胞结构如图所示，晶胞边长为acm。
(1)顶点小球代表的离子： 。
(3)每个Ca2+周围最近且等距离的Ca2+有 个 每个F-周围最近且等距离的F-有 个
(4)该晶胞中Ca2+与F-的距离最近为______
结论：阴阳离子电荷比=阴阳离子配位数比=阴阳离子数目反比
小结：各类型离子晶体晶胞的比较
KBr AgCl、MgO、CaS、BaSe
ZnS、AgI、 BeO
CsCl、CsBr、CsI、TlCl
碱土金属卤化物、碱金属氧化物。
练习2、下列关于金属及金属键的说法正确的是(　　) A.金属键具有方向性和饱和性 B.金属键是金属阳离子与自由电子之间的相互作用 C.金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子 D.金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光
练习3、下列叙述正确的是(　　)A．离子化合物受热熔化破坏化学键，吸收热量，属于化学变化B．非金属原子间不可能形成离子键C．金属元素与非金属元素化合时，一定形成离子键D．某元素的原子最外层只有一个电子，它跟卤素结合时形成的化学键不一定是离子键
硬而脆，熔沸点较高，难挥发难压缩。
一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂
固态不导电，水溶液或者熔融状态下能导电