《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》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《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(12頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
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離子和“自由電子”通過金屬鍵形成的晶體。
2.常見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、陽離子通過離子鍵形成的晶體。
6.典型離子晶體結(jié)構(gòu)類型: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、沸點越高;晶格能越大,離子晶體的熔、沸點越高。
1.金屬晶體的結(jié)構(gòu)
2.常見金屬晶體的三種結(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)
12
8
12
實例
Ca、Al、Cu、Ag、
Au、Pd、Pt
Li、Na、K、
Ba、W、Fe
Mg、Zn、Ti
3.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.金屬鍵的特點是什么?
提示:由于自由電子為整個金屬所共有,所以金屬鍵沒有方向性和飽和性,從而導(dǎo)致金屬晶體最常見的結(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。
2.影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素是什么?
提示:金屬陽離子的半徑大小和自由電子的數(shù)目(或金屬陽離子所帶的電荷數(shù))多少。
1.金屬物理通性的解釋
2.金屬晶體熔點的影響因素
同類型的金屬晶體的熔點由金屬陽離子半徑、離子所帶的電荷決定,陽離子半徑越小,所帶電荷越多,金屬鍵就越強(qiáng),熔點就越高。例如熔點:Li>Na>K>Rb>Cs,Na<Mg<Al。
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“”)。
(1)有陽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,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,金屬原子的價電子數(shù)越多,原子半徑越小,金屬鍵越強(qiáng),金屬的熔、沸點越高。由此判斷下列各組金屬熔、沸點高低順序,其中正確的是( )
A.Mg>Al>Ca B.Al>Na>Li
C.Al>Mg>Ca D.Mg>Ba>Al
解析:選C 電荷數(shù):Al3+>Mg2+=Ca2+>Li+=Na+;而金屬陽離子半徑:r(Ba2+)>r(Ca2+)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)>r(Li+),則A中熔、沸點Al>Mg,B中熔、沸點Li>Na,D中熔、沸點Al>Mg>Ba,都不符合題意。
1.離子晶體的結(jié)構(gòu)
2.常見AB型離子化合物的晶體類型
晶體
類型
NaCl型
CsCl型
ZnS型
晶胞
配位數(shù)
6
8
4
實例
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/kJmol-1
熔點/℃
NaCl
276
787
801
NaBr
290
736
750
NaI
311
686
662
MgO
205
3 890
2 800
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
較高,且晶格能越大,熔點越高
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、陽離子個數(shù)比,并不代表分子組成,因為離子晶體中不存在分子。
1.為什么說離子晶體有較高的熔、沸點?
提示:離子晶體的構(gòu)成微粒為陰、陽離子,陰、陽離子間以較強(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、陽離子以離子鍵結(jié)合,離子不能自由移動,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)生了自由移動的離子,故能導(dǎo)電。
對離子晶體特性的理解
(1)離子晶體熔、沸點的比較:一般來說,陰、陽離子所帶的電荷數(shù)越多,離子半徑越小,則離子鍵越強(qiáng),離子晶體的熔、沸點越高,如Al2O3>MgO;NaCl>CsCl等。
(2)對于離子晶體的熔、沸點,要注意“一般來說”和“較高”等字詞?!耙话銇碚f”說明離子晶體的熔、沸點還有些特例;“較高”是與其他晶體類型比較的結(jié)果。
(3)離子晶體的一些特殊物理性質(zhì)可用于確定晶體類型。如在固態(tài)時不導(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的陰、陽離子。難溶于水的強(qiáng)電解質(zhì)如BaSO4、CaCO3等溶于水時,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,可以較充分說明某晶體是離子晶體的是( )
A.具有較高的熔點
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D A選項,SiO2晶體熔點也較高,但不是離子晶體;B選項,HCl晶體的水溶液也能導(dǎo)電,也不是離子晶體;C選項,有些晶體如固體氨溶于水,不屬于離子晶體;D選項,離子晶體固態(tài)時不能導(dǎo)電,在熔融時可導(dǎo)電。
2.NaF、NaI、MgO均為離子化合物,這三種化合物的熔點高低順序是( )
①NaF ②NaI?、跰gO
A.①>②>③ B.③>①>②
C.③>②>① D.②>①>③
解析:選B 離子化合物的熔點與離子鍵強(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越高。已知離子半徑Na+>Mg2+,I->O2->F-,可知NaI中離子鍵最弱,因MgO中的離子帶兩個單位電荷,故離子鍵比NaF中的強(qiáng)。
[三級訓(xùn)練節(jié)節(jié)過關(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、沸點低于鉀
D.溫度越高,金屬的導(dǎo)電性越好
解析:選B A項,Hg在常溫下為液態(tài);D項,金屬的導(dǎo)電性隨溫度升高而降低;C項,r(Ca)
K,所以金屬鍵Ca>K,故熔、沸點Ca>K。
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,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)無關(guān)。
4.下列敘述不正確的是( )
A.離子晶體中一定含有陰、陽離子
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
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.同類晶體物質(zhì)熔點的變化是有規(guī)律的,試分析下表所列兩組物質(zhì)熔點規(guī)律性變化的原因:
A組物質(zhì)
NaCl
KCl
CsCl
熔點(K)
1 074
1 049
918
B組物質(zhì)
Na
Mg
Al
熔點(K)
317
923
933
晶體熔點的高低,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________結(jié)合。B組晶體屬_______晶體,價電子數(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,微粒之間通過離子鍵結(jié)合,從熔點數(shù)值來看,由1 074 ℃→1 049 ℃→918 ℃,熔點逐漸降低,這是因為由Na+→K+→Cs+,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+),價電子數(shù)Nar(Mg2+)>r(Al3+) NaCO2,故D錯誤。
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.陽離子的配位數(shù)為6
D.氧化鋅的晶格能大于硫化鋅
解析:選D A項,該晶體屬于離子晶體;B項,從晶胞圖分析,屬于該晶胞的Zn2+數(shù)目為8+6=4,S2-數(shù)目也為4,所以化合物中Zn2+與S2-離子個數(shù)之比為1∶1,Zn2+與S2-的數(shù)目相等;C項,在ZnS晶胞中,Zn2+的配位數(shù)為4;D項,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。
8.AB、CD、EF均為1∶1型離子化合物,根據(jù)下列數(shù)據(jù)判斷它們的熔點由高至低的順序是( )
化合物
AB
CD
EF
離子電荷數(shù)
1
1
2
鍵長(10-10m)
2.31
3.18
2.10
A.CD>AB>EF B.AB>EF>CD
C.AB>CD>EF D.EF>AB>CD
解析:選D 離子所帶電荷數(shù)越多,鍵長越短,則離子鍵越強(qiáng),晶體的熔點越高,EF化合物的鍵長短,電荷多,則熔點最高。
9.(1)如圖,直線交點處的圓圈為NaCl晶體中Na+或Cl-所處的位置。這兩種離子在空間三個互相垂直的方向上都是等距離排列的。
①請將其中代表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。
②晶體中,在每個Na+的周圍與它最接近的且距離相等的Na+共有________個。
③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,一個晶胞中Cl-的個數(shù)等于________,即________(填計算式);Na+的個數(shù)等于________,即________(填計算式)。
(2)通過觀察CsCl的晶體結(jié)構(gòu)示意圖回答下列問題:
①每個Cs+同時吸引著________個Cl-,每個Cl-同時吸引著________個Cs+。
②在CsCl晶體中,每個Cs+ 周圍與它等距離且最近的Cs+有________個。每個Cl-周圍與它等距離且最近的Cl-有________個。
解析:(1)①如答案圖所示。
②從體心Na+看,與它最接近的且距離相等的Na+共有12個。
③在NaCl晶胞中,含Cl-:8+6=4個,含Na+:12+1=4個。
(2)①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Cs+吸引8個Cl-,每個Cl-吸引8個Cs+。
②取體心上的Cl-,看與Cl-距離最近的Cl-,位于六個面的面心,為6個;同樣與Cs+最近的Cs+,應(yīng)位于與此立方體共面的六個小立方體體心,共為6個。
答案:(1)①如圖所示(答案不唯一,合理即可):
②12?、? 8+6=4 4 12+1=4[答案不唯一,只要與第①問對應(yīng)即可]
(2)①8 8?、? 6
10.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。請回答下列問題:
(1)NiO、FeO的晶體結(jié)構(gòu)類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NiO________FeO(填“<”或“>”);
(2)NiO晶胞中Ni和O的配位數(shù)分別為______、______;
(3)金屬鎳與鑭(La)形成的合金是一種良好的儲氫材料,其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。該合金的化學(xué)式為________________。
解析:(1)NiO、FeO都屬于離子晶體,熔點高低受離子鍵強(qiáng)弱影響,離子半徑越小,離子鍵越強(qiáng),熔點越高。(2)因為NiO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)可計算,一個合金晶胞中,La:8=1,Ni:1+8=5,所以該合金的化學(xué)式為LaNi5。
答案:(1)> (2)6 6 (3)LaNi5
1.對于A1型密堆積的描述錯誤的是( )
A.A1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頂點上和每個面的中心上都各有一個金屬原子
C.平均每個面心立方晶胞中有14個金屬原子
D.平均每個面心立方晶胞中有4個金屬原子
解析:選C 應(yīng)用分割法計算,平均每個晶胞含有金屬原子:8+6=4。
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.每個晶胞中含4個原子 D.每個晶胞中含5個原子
解析:選B 體心立方的堆積方式為立方體的頂點和體心均有一個原子,屬于A2型密堆積,每個晶胞中含有8+1=2個原子。
3.下列金屬的密堆積方式對應(yīng)晶胞都正確的是( )
A.Na、A1型、體心立方 B.Mg、A3型、六方
C.Ca、A3型、面心立方 D.Au、A1型、體心立方
解析:選B Na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D NaCl晶體中,每個Na+周圍有6個Cl-,每個Cl-周圍有6個Na+;與每個Na+等距離的Cl-有6個,且構(gòu)成正八面體,同理,與每個Cl-等距離的Na+也有6個,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
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
D.一個KO2晶胞中攤得的K+和O微粒數(shù)均為4個
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。
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)。下面說法錯誤的是( )
晶格能/kJmol-1
離子半徑/pm
①
LiF LiCl LiBr LiI
1 031 845 807 752
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.晶格能的大小與離子半徑成反比
B.陽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.陽離子不同陰離子相同的離子晶體,陽離子半徑越小,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項正確;由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可確定B項說法正確;由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可確定C項說法正確;表中晶格能最小的為碘化物,因還原性F-<Cl-<Br-<I-,可知D項錯誤。
7.已知CsCl晶體的密度為ρ gcm-3,NA為阿伏加德羅常數(shù),相鄰的兩個Cs+的核間距為a cm,如圖所示,則CsCl的相對分子質(zhì)量可以表示為( )
A.NAa3ρ B.
C. D.
解析:選A 一個CsCl晶胞中含Cs+:8=1個,含Cl-1個,m(晶胞)= g,V=a3 cm3;即ρ= gcm-3,故M=ρa(bǔ)3NA。
8.金屬鈉晶體為體心立方晶胞(如圖),實驗測得鈉的密度為ρ(gcm-3)。已知鈉的相對原子質(zhì)量為a,阿伏加德羅常數(shù)為NA(mol-1),假定金屬鈉原子為等徑的剛性球且處于體對角線上的三個球相切。則鈉原子的半徑r(cm)為( )
A. B.
C. D.
解析:選C 該晶胞中實際含鈉原子兩個,晶胞邊長為,則ρ=,進(jìn)一步化簡后可得答案。
9.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,阿伏加德羅常數(shù)的測定手段越來越多,測定的精確度也越來越高?,F(xiàn)有一種簡單可行的測定方法,具體步驟為:
①將NaCl固體顆粒干燥后,準(zhǔn)確稱取m g NaCl固體顆粒并轉(zhuǎn)移到定容A儀器中;
②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,計算出NaCl固體的體積為V cm3。
(1)步驟①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②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),則用上述方法測得的阿伏加德羅常數(shù)NA的表達(dá)式為______________。
解析:(1)測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,苯對橡膠管有腐蝕作用。
(3)因為NaCl易溶于水中,故不能用水代替苯。
(4)NaCl晶胞中含Na+:12+1=4(個),含Cl-:8+6=4(個),故每個晶胞中含4個“NaCl微粒”。則ρ(NaCl)===,故NA=。
答案:(1)C (2)酸式滴定管 (3)不能 (4)
10.(2016全國卷Ⅰ節(jié)選)晶胞有兩個基本要素:
(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________。
(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)a=565.76 pm,其密度為________gcm-3(列出計算式即可)。
解析:(1)根據(jù)題給圖示可知,D原子的坐標(biāo)參數(shù)為。
(2)每個晶胞中含有鍺原子81/8+61/2+4=8(個),每個晶胞的質(zhì)量為,晶胞的體積為(565.7610-10 cm)3,所以晶胞的密度為。
答案:(1)
(2)107
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