金属晶体离子晶体教学课件高二下学期化学人教版选择性必修2

第三章晶体结构与性质第三节金属晶体与离子晶体课时一

金属晶体

离子晶体学习目标01.知道金属晶体的结构特点，能借助金属晶体模型说明金属晶体中粒子及粒子间的相互作用02.能从金属原子结构的视角认识金属键的本质03.能从“电子气理论”解析金属具有导电性、导热性和延展性的原因04.知道离子晶体中微粒及其离子间的相互作用05.了解离子晶体的结构特点，并能根据晶体的一般物理性质做出判断金属晶体01金属晶体01金属晶体复习回顾通过前面对于分子晶体与离子晶体的学习，我们可以总结研究晶体的一般思路为根据这个思路，你能预测金属晶体的构成微粒和相互作用吗？构成的微粒微粒间相互作用晶体类型物质的性质01金属晶体01金属晶体通过视频我们不难发现：

金属晶体是由金属原子构成的，它们的结构就好像很多硬球一层一层很紧密地堆积，每一个金属原子的周围有较多相同的原子围绕着。那么金属原子又是如何“粘结”在一起的呢？01金属晶体电子气理论由于金属原子的最外层电子数较少，容易失去电子成为金属离子，金属脱落下来的价电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金属的“电子气”，从而把所有金属原子维系在一起。这些电子又称为自由电子。金属晶体的电子气理论示意图01金属晶体金属键金属阳离子自由电子金属键(在金属晶体中，原子之间以金属键相互结合)金属键的本质金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用01金属晶体不同的金属其构成原子不同，原子间所形成的金属键强弱不同，故物质的物理性质差别很大。如何解释呢？01金属晶体金属晶体中，自由电子在外加电场作用下，发生定向移动，形成电流，使金属具有良好的导电性，金属晶体中除自由电子外的金属阳离子在其位置附近振动，加热时，金属阳离子的振动加强，阻碍自由电子的运动，因而金属的电阻随温度升高而增大。通性一：金属的导电性以及金属的电阻随温度升高而增大“电子气理论”解释金属的通性01金属晶体+++++++++++++++---------------金属晶体中，自由电子在运动中不断地与金属阳离子碰撞，从而发生能量交换，当金属晶体的一端受热，加强了该端的金属阳离子的振动，自由电子将热能迅速地传递到另一端，使金属整体的温度很快的升高，所以金属有很好的导热性。通性二：金属的导热性“电子气理论”解释金属的通性01金属晶体金属晶体中，由于自由电子的“胶合”作用，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。通性三：金属的延展性“电子气理论”解释金属的通性01金属晶体形成的金属键强弱不同金属单质熔点/℃Li180.5Na97.81K63.65Rb38.89Cs28.40请同学们运用“电子气理论”解释金属的熔点和硬度差大的原因以及与什么因素有关？01金属晶体金属晶体中，除了纯金属，还有大量的合金。合金的组成和结构非常复杂多样。大多数合金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。FeC钢AuCuK金01金属晶体“电子气理论”把金属键描述为金属原子脱落下来的

形成遍布整块晶体的“_______”，被所有原子所共用，从而把所有的_________维系在一起归纳总结：金属键价电子电子气金属原子金属阳离子自由电子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

，硬度最大的金属是

。③金属键没有方向性和饱和性。钨铬概念

和

成键粒子金属键的强弱和对金属性质的影响01金属晶体试用金属键解释Na、Mg、Al的熔点逐渐升高的原因。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。Na钠的熔点：97.8℃Mg镁的熔点：650℃Al铝的熔点：660.4℃01金属晶体金属晶体的性质：在金属晶体中，原子间以

相结合。金属键归纳总结：金属晶体铁锅导热性铜丝导电性金箔玫瑰花延展性01金属晶体思考讨论如何用“电子气理论”解释金属的通性？延展性

当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生回相对滑动，但排列方式不变，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，所以金属有良好的延展性。01金属晶体如何用“电子气理论”解释金属的通性？导电性思考讨论01金属晶体如何用“电子气理论”解释金属的通性？

当金属晶体的某一端在受热时，其附近内部的自由电子做剧烈的无序运动，从而与金属阳离子发生碰撞。在碰撞过程中，引起两者能量交换，能量高的自由电子将自己的能量传递给金属阳离子。导热性01金属晶体

金属晶体内部存在自由电子，当光线投射到金属表面时，自由电子吸收可见光，然后又把各种波长的光大部分再反射出来,这就使绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽。（某些金属因易吸收某些频率光而呈特殊颜色）如何用“电子气理论”解释金属的通性？金属光泽

金属在粉末状态时，金属原子的取向杂乱，排列不规则，吸收可见光后不能再反射出来，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色01金属晶体知识延伸金属晶体的堆积方式金属原子在二维空间（平面）上有二种排列方式球对球、四球一空、非密置层球对缝、三球一空、密置层01金属晶体在三维空间也可以

球对球，球对缝01金属晶体1、简单立方堆积原子位置：配位数：含有原子数：相切球：边长与半径关系：空间利用率：顶点61边长上的两个原子52%01金属晶体2、体心立方堆积原子位置：配位数：含有原子数：相切球：边长与半径关系：空间利用率：顶点、体心82体对角线上的三个原子68%01金属晶体123456123456AB，

第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5位。(或对准2，4，6位；1、3位置太近只能填一个空隙）关键是第三层，对第一二层来说，第三层可有两种最紧密堆积方式若金属原子均采用密堆积01金属晶体123456AB，

第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5位。(或对准2，4，6位；1、3位置太近只能填一个空隙）1、将第三层的球对准第一层的球2、第三层的球对准第一层的2、4、6位置AB，123456两层形成一个周期，ABAB方式，形成六方紧密堆积三层形成一个周期，ABCABC方式，面心立方最密堆积01金属晶体3、六方最密立方堆积原子位置：配位数：含有原子数：相切球：高与边长关系：空间利用率：顶点、体内124四面体的四个顶点74%01金属晶体4、面心立方最密堆积原子位置：配位数：含有原子数：相切球：边长与半径关系：空间利用率：顶点、面心124面对角线上的三个原子74%离子晶体02离子晶体02离子晶体

通过视频发现从溶液中析出的盐自发的呈多面体形状，说明盐也是晶体。

请你分析出构成盐的微粒是什么，微粒间的作用力又是什么？属于什么晶体类型02离子晶体静电作用力离子晶体钠离子、氯离子成键本质晶体类型成键微粒NaCl晶胞02离子晶体观察氯化钠的晶胞模型，并思考：晶胞中各离子的位置分布？探究一面心：_____个氯离子体心：_____个钠离子棱上：_____个钠离子顶点：_____个氯离子1128602离子晶体每个Na+同时吸引着6个Cl-，分别在前后左右上下的位置钠离子所处的环境观察氯化钠的晶胞模型，并思考：晶胞中各离子的位置分布？探究一02离子晶体每个Cl-同时吸引着6个Na+，分别在前后左右上下的位置观察氯化钠的晶胞模型，并思考：晶胞中各离子的位置分布？探究一氯离子所处的环境02离子晶体钠离子所处的环境氯离子所处的环境为什么会出现这种情况呢？阴阳离子间的静电作用没有方向性，每个粒子周围会尽可能多的吸引带相反电荷的离子，以达到降低体系能量的目的，故离子键没有方向性和饱和性。所以离子在晶体中常常也趋向于采用尽可能紧密地堆积形式，可以视为圆球的密堆积，只不过阴离子、阳离子的半径是不同的，是不等径圆球的密堆积02离子晶体Na＋位于_______和_______Cl－位于_______和_______棱上位置：12×＝341棱上体心晶胞内位置：1×1＝1顶点面心顶点位置：8×＝181面心位置：6×

＝321观察氯化钠的晶胞模型，并解释：NaCl表示什么含义?探究二02离子晶体观察氯化钠的晶胞模型，并解释：NaCl表示什么含义?探究二一个晶胞中的氯离子和钠离子均为四个，二者的比值是1:1。故并不存在单独的氯化钠分子，只是在整个晶体中，氯离子与钠离子的个数比为1:1。因此，氯化钠的化学式表示的只是表示氯化钠的组成。02离子晶体观察氯化钠的晶胞模型，并解释：NaCl的熔点较高、硬度较大的原因?探究二在NaCl中，离子间存在着较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，难于压缩；而且，要使它们由固态变成液态或气态，需要较多的能量破坏这些较强的离子键，因此，NaCl具有较高的熔点和沸点。02离子晶体分析：晶胞中各离子的位置分布情况?问题1CsCl的晶胞中，1个铯离子处于立方体的中心，8个氯离子是位于顶点铯离子所处的环境：每个Cs+同时吸引着8个Cl−氯离子所处的环境：每个Cl−同时吸引着8个Cs+结合所学内容并根据氯化铯的结构分析和性质来回答问题：CsCl的晶胞Cl-Cs+02离子晶体分析：晶体中是否存在氯化铯分子?CsCl表示什么含义?问题21

81Cs+位于_______Cl－位于_______体心顶点一个晶胞中氯离子和铯离子都是一个，两者的比例为1:1。即没有单独存在的氯化铯分子，氯化铯这个化学式表示的就是氯化铯的组成结合所学内容并根据氯化铯的结构分析和性质来回答问题：CsCl的晶胞Cl-Cs+02离子晶体CsCl的熔点较高(645℃)的原因是什么？问题3在CsCl中，离子间存在着较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，难于压缩；而且，要使它们由固态变成液态或气态，需要较多的能量破坏这些较强的离子键，因此，CsCl具有较高的熔点和沸点。结合所学内容并根据氯化铯的结构分析和性质来回答问题：CsCl的晶胞Cl-Cs+02离子晶体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。NaCl的熔点为801℃，CsCl的熔点为645℃，试解释其原因。02离子晶体+++++++++++++++---------------与电源正极相连的电极与电源负极相连的电极金属晶体的导电性与金属晶体中自由电子有关，在外加电场条件下，自由电子定向运动而形成电流。离子晶体的性质探究NaCl等离子晶体在熔融状态下导电、水溶液导电与金属导电有什么不同?探究四02离子晶体离子晶体固态时不能导电，因为阴阳离子不能自由移动，在熔融或水溶液状态下发生电离，产生自由移动的阴阳离子，离子晶体才能够导电。NaCl溶液能够导电熔融的NaCl能够导电NaCl等离子晶体在熔融状态下导电、水溶液导电与金属导电有什么不同?探究四02离子晶体离子晶体较脆，延展性较差施加外力发生滑动同种电荷相互排斥，使晶面裂开离子晶体是否具有较好的延展性?探究五02离子晶体化合物熔点/℃化合物熔点/℃CaO2613Na2SO4884CuCl21326Ca2SiO42130NH4NO3169.6Na3PO4340BaSO41580CH3COOCs194LiPF6200(分解温度)NaNO2270①从表中数据可知，离子晶体的熔点差异也较大离子晶体的熔点是否都较高？分析下表中的数据，能得出什么结论？探究六②从表中还发现，大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子，离子组成差异较大，有些晶体中还存在共价键，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。02离子晶体归纳总结：离子键及其影响因素离子键没有方向性和饱和性概念离子所带电荷数

，离子半径

，离子键越强。影响因素阴、阳离子之间通过

形成的化学键。静电作用越多越小归纳总结：离子晶体及其物理性质概念由

和

相互作用而形成的晶体。①熔、沸点较

，硬度较

。②离子晶体不导电，但

或

后能导电。③大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。阳离子阴离子离子晶体的性质高大熔化溶于水02离子晶体柔性离子晶体管：为未来生物电子器件奠定基础！哥伦比亚大学神经电子转化实验室开发出了第一个具有生物相容性的离子驱动的晶体管。这项技术在在体电生理信号采集和神经刺激方面具有重要的意义。有机柔性放大器领域中的重要工作，可能对未来的可植入设备、脑机界面等设备的形式产生深远的影响。可能的设备形式比如完全柔性可长期植入的神经电极、深部脑刺激器、植入性的高分辨率心电监护设备等等。柔性电子在将来甚至可以作为承载深度学习的计算单元而直接植入体内。课堂总结03课堂总结金属键与金属晶体离子晶体电子气理论概念成键粒子金属键的强弱和对金属性质的影响概念影响因素离子晶体的性质金属晶体与离子晶体课堂练习04课堂练习1．下列变化需克服共价键的是A．金刚石熔化

B．汞变成汞蒸气

C．碘升华

D．食盐溶于水【答案】A【详解】A．金刚石为共价晶体，只存在共价键，熔化时克服共价键，故A选；B．汞受热变成汞蒸气，克服金属键，故B不选；C．碘单质为分子晶体，碘升华不破坏化学键，克服分子间作用力，故C不选；D．食盐为离子晶体，溶于水发生电离，克服离子键，故D不选；故选：A。04课堂练习2．三氯化铁的熔点为282℃、沸点为315℃，易溶于水，也易溶于乙醚等有机溶剂。在400℃时，它的蒸气中有双聚分子Fe2Cl6存在。则三氯化铁的晶体类型为A．分子晶体 B．共价晶体

C．金属晶体 D．离子晶体【答案】A【详解】通常晶体熔点高低顺序是：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体；三氯化铁的熔沸点较低，且蒸气中有双聚分子Fe2Cl6存在，则符合分子晶体特点，故选A。04课堂练习3．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04课堂练习【答案】C【详解】A．离子晶体是通过离子键形成的，故离子晶体中一定含有阴、阳离子，A正确；B．由阴阳离子构成的化合物为离子晶体，B正确；C．固体不导电、溶于水能导电的不一定是离子晶体，如AlCl3，C错误；D．离子晶体是通过离子键形成的，键能较大，故离子晶体一般具有较高的熔点，D正确；故选C。04课堂练习4．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【答案】B【详解】金属晶体内部是由金属阳离子和自由移动的电子构成的，在外加电场作用下自由电子定向移动，产生电流，这就是金属导电的原因。04课堂练习5．X、Y、Z、W是原子序数依次增大的四种短周期元素。基态X、Z原子的电子均填充了3个能级，且均有2个未成对电子，W的核外电子数是X原子最外层电子数的3倍。下列说法正确的是A．与Y同周期且第一电离能比Y小的元素有四种B．元素X的氢化物的沸点一定比元素Y的氢化物低C．Z与W形成WZ，属于离子晶体可作耐高温材料D．简单离子半径：r(W)>r(Z)>r(Y)04课堂练习【答案】C【分析】X、Y、Z、W是原子序数依次增大的四种短周期元素。基态X、Z原子的电子均填充了3个能级，且均有2个未成对电子，则X为C、Z为O，那么Y为N；W的核外电子数是X原子最外层电子数的3倍，W为12号元素Mg；据此分析解答。【详解】A．同一周期随着原子序数变大，第一电离能变大，N的2p轨道为半充满稳定状态，第一电离能大于同周期相邻元素，则与Y同周期且第一电离能比Y小的元素有Li、Be、B、C、O共五种，A错误；B．碳可以形成相对分子质量很大的烃，其沸点可能很高，故元素X的氢化物的沸点不一定比元素Y的氢化物低，B错误；C．Z与W组成的化合物氧化镁熔点为2800℃，可作耐高温材，C正确；D．电子层数越多半径越大，电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小；简单离子半径：r(Y)＞r(Z)＞r(W)，D错误；故选C。04课堂练习6.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B04课堂练习7．下列有关金属键的叙述中，错误的是(

)A．金属键没有饱和性和方向性B．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C．金属