金属晶体+离子晶体+分子晶体与原子晶体.docx
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金属晶体+离子晶体+分子晶体与原子晶体
第三节金属晶体
【教学目标】
1．理解金属键的概念和电子气理论
2．初步学会用电子气理论解释金属的物理性质
3.了解金属晶体内原子的几种常见排列方式
【教学难点】金属键和电子气理论；金属晶体内原子的空间排列方式
【教学重点】金属具有共同物理性质的解释；金属晶体内原子的空间排列方式
【教学方法】对比、诱导、分析、观察、推理、归纳相结合、讲授法、探究法、实验法
【教学过程】
一、金属键
1、金属晶体定义：
由和通过键形成的具有一定几何外形的晶体。
2、构成微粒：
和。
3、微粒间的作用力：
键。
4、金属的物理通性（用电子气理论解释）
“电子气理论”：
金属原子脱落下来的形成遍布整块晶体的“”，被所有原子共用，金属键就是将所有原子维系在一起的这种金属脱落价电子后形成的离子与“价电子气”之间的强烈的相互作用。
比较电解质溶液、金属晶体导电的区别
类别
电解质溶液
金属晶体
导电粒子
过程（填化学变化、物理变化）
温度影响
温度越高，导电能力越
温度越高，导电能力越
1导电性：
在外加电场作用下定向移动，所以能导电。
②导热性：
与碰撞传递热量。
温度升高金属的导热率。
③延展性：
相对滑动,金属离子与自由电子仍保持相互作用。
④硬度和熔沸点：
与金属键的强弱有关。
一般规律：
原子半径越小、金属键就越
价电子数（即阳离子的的电荷）越，金属键就越。
金属键的强弱影响金属晶体的物理性质。
金属键越强，硬度就越，熔沸点就越。
二、金属晶体的原子堆积模型
1.如果把金属晶体中的原子看成直径相等的球体,把他们放置在平面上,有几种方式?
（非最紧密排列）非密置层（最紧密排列）密置层
配位数为配位数为
2、金属晶体原子堆积模型
类型
简单立方
体心立方
钾型
面心立方
铜型
六方堆积
镁型
代表金属
配位数
（晶体结构中，与任何一个原子最近的原子数目）
晶胞占有的原子数
原子半径（r）与
立方体边长为（a）
的关系
注：
相邻的球彼此接触
r（原子）=
注：
体心对角线上的球彼此接触
注：
立方体面上对角线上的球彼此接触
不做计算要求。
空间利用率
（晶胞中原子的体积占晶胞空间的百分率）
3、四种晶体的比较
晶体类型
离子晶体
分子晶体
原子晶体
金属晶体
定义
阴阳离子间通过
形成的晶体
分子间通过
形成的晶体
相邻原子间通过
结合而成的立体网状的晶体
由和
间相互作用形成的晶体
构成粒子
、
粒子间作用力
代表物
NaCl，NaOH，MgSO4
干冰，I2，P4，H2O
CO2
金刚石，SiC，晶体硅，SiO2
镁、铁、金、钠
物理性质
硬度较，熔点、沸点较，多数易溶于水等极性溶剂；熔化或溶于水时能导电。
硬度，熔点、沸点；相似相溶；熔化时不导电，其水溶液可导电。
硬度，熔点、沸点；难溶解；有的能导电，如晶体硅，但金刚石不导电。
硬度差异较大，熔点、沸点差异较大，难溶于水（钠、钙等与水反应）；晶体导电，熔化时也导电
决定熔点、沸点高主要因素
三、混合晶体
石墨不同于金刚石,它的碳原子不像金刚石的碳原子那样呈sp3杂化.而是呈杂化,形成平面六元并环结构,因此石墨晶体是层状结构的，每一层内部碳原子间是靠相维系，层内的碳原子的核间距为142pm层间距离为335pm，说明层间没有化学键相连，是靠维系的；石墨的二维结构内，每一个碳原子的配位数为3，有一个末参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。
石墨晶体中，既有共价键，又有金属键，还有范德华力，不能简单地归属于其中任何一种晶体，是一种混合晶体。
【知识归纳】
一、金属导电与电解质导电有什么不同
1．金属导电的微粒是电子，电解质导电的微粒是阳离子和阴离子；
2．金属导电过程不生成新物质，属物理变化，而电解质导电要在阴、阳两极生成新物质，属于化学变化；
3．金属固态时可导电，而电解质固态不导电。
二、金属键
1．定义：
金属阳离子与自由电子间的强烈相互作用。
2．特点：
（1）成键微粒是金属阳离子和自由电子；
（2）金属键无方向性和饱和性；
（3）金属键存在于金属单质和合金中。
3．金属键的强弱比较
金属键的强度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，原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。
4．金属键对物质性质的影响
（1）金属键越强，晶体熔沸点越高。
（2）金属键越强，晶体硬度越大。
三、金属晶体
1．金属晶体的性质
（1）良好的导电、导热性和延展性。
（2）熔沸点：
金属键越强，熔沸点越高。
①同周期金属单质，从左到右（如Na、Mg、Al）熔沸点升高。
②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，如汞常温为液体，熔点很低（－38．9℃），而铁等金属熔点很高（1535℃）。
2．金属晶体的原子堆积模型
【例题讲解】
类型一金属键
【例1】要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。
金属晶体熔、沸点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
【思路点拨】选C。
影响晶体熔沸点的是组成晶体的微粒间的相互作用，包括化学键和分子间作用力，找准是由哪种作用再具体分析。
影响金属晶体熔沸点的是金属键。
镁离子比铝离子的半径大而所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔、沸点和硬度都小；从Li到Cs，离子的半径是逐渐增大的，所带电荷相同，金属键逐渐减弱，熔、沸点和硬度都逐渐减小；因离子的半径小而所带电荷多，使金属铝比金属钠的金属键强，所以金属铝比金属钠的熔、沸点和硬度都大；因离子的半径小而所带电荷相同，使金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬度都大。
【规律方法】影响晶体性质的作用力。
（1）金属键的强弱决定金属的物理性质和化学性质。
①金属键越强，金属的熔沸点越高，硬度越大；
②金属键越强，金属越难失电子，金属性越弱，如Na的金属键强于K，则Na比K难失电子，金属性Na比K弱。
（2）原子晶体中，共价键决定晶体的物理性质和化学性质。
①共价键越强，晶体的熔沸点越高，硬度越大；
②共价键越强，晶体越稳定。
（3）分子晶体中，物理性质由分子间作用力决定；化学性质由共价键强弱决定。
如熔沸点HClMr（HCl），分子间作用力HBr>HCl；稳定性HCl>HBr，因为H－Cl键键能大于H－Br键键能。
类型二金属晶体的性质
【例2】（2008·常州高二检测）金属具有延展性的原因是
A．金属原子半径都较大，价电子较少
B．金属受外力作用变形时，金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈作用
C．金属中大量自由电子受外力作用时，运动速度加快
D．自由电子受外力作用时能迅速传递能量
【思路点拨】选B。
金属晶体具有良好的导电、传热、延展性等，其原因都与遍布晶体的“电子气”有关。
金属具有延展性是原子层相对滑动，但排列方式不变，金属阳离子与自由电子形成的化学键没有破坏，故金属阳离子与自由电子间仍保持较强作用。
第四节离子晶体
【学习目标】
1.复习离子键概念，能推导并解释离子晶体的相关性质。
2.了解常见典型离子晶体的结构特征。
3.知道阴、阳离子的电荷比与配位数的关系。
4.知道决定离子晶体结构的重要因素。
【教学过程】
一、离子晶体
回顾已经学过的分子晶体、原子晶体的结构与性质关系，试推导出离子晶体的基本结构与性质。
分子晶体：
分子内原子是通过_________结合起来，相邻分子是通过_________________相互吸引。
由于__________________使得分子晶体的熔、沸点_______，硬度_______。
原子晶体：
原子晶体内原子都以________结合，形成一个三维的______________结构。
由于_______________使得原子晶体的熔、沸点_______，硬度_______。
根据上面的知识，请推导离子晶体的一些特点：
1．离子晶体：
是由__________________结合而成的晶体，由于__________________使得离子晶体的熔、沸点_______,硬度__________。
金属晶体能够导电是什么原因？
氯化钠固体、溶液、熔融状态的导电性又如何？
如何解释？
根据上述情况，请归纳出：
2．离子晶体的导电能力：
______________________________________________
离子晶体的性质如何取决于该晶体的结构，下面介绍几种常见的离子晶体的结构。
在分析晶体结构之前先学习一个新名词：
离子的配位数
3．配位数：
指一个离子周围最邻近的异电性离子数目
如：
NaCl晶体中，一个Na+周围最邻近的Cl-个数就是该Na+的配位数。
那么Na+的配位数是多少呢？
请看下面给出的NaCl晶胞的结构图，从图中找出Na+和Cl-的配位数各是多少。
从图中可以很明显地看出：
每个Na+周围最邻近的Cl-1有____个,每个Cl-1周围最邻近的Na+有____个,则Na+、Cl-1的配位数都是_________。
因此整个晶体中，Na+、Cl-1比例为_________，化学式为NaCl，属于AB型离子晶体。
与Na同主族的Cs的氯化物CsCl也是属于AB型离子晶体，其晶体结构是否与NaCl晶体结构相同？
阴、阳离子的配位数是否也相同？
请看下面CsCl的晶胞图形
从图中可以很明显地看出：
每个Cs+周围最邻近的Cl-有____个,每个Cl-周围最邻近的Na+有____个,则Cs+、Cl-的配位数都是_________。
因此整个晶体中，Cs+、Cl-比例为________，化学式为CsCl。
为什么同是AB型离子晶体，CsCl与NaCl的晶体结构和配位数不一样？
请从两者的组成中试寻找形成差异的原因。
4．决定离子晶体结构因素：
（1）几何因素：
晶体中正负离子的半径比
r+/r-
配位数
0.225-0.414
4
0.414-0.732
6
0.732-1.00
8
前面两例中每种晶体的阴、阳离子所带的电荷数相同，阴、阳离子个数相同，配位数也相同。
如果离子晶体中阴、阳离子的电荷数不相同，阴、阳离子个数不相同，各离子的配位数是否也不相同？
下面请看CaF2晶体结构回答问题：
请根据图中晶胞结构计算：
每个Ca2+周围最邻近的F-有____个，表明Ca2+的配位数为____。
每个F-周围最邻近的Ca2+有____个，表明F-的配位数是_____。
由此可见，在CaF2晶体中，Ca2+和F-个数比为______,刚好与Ca2+和F-的电荷数之比______。
整个晶体的结构与前面两例的结构完全不相同。
因此可以得出晶体中阴、阳离子电荷比也是决定离子晶体结构的重要因素，称为电荷因素。
（2）电荷因素：
晶体中阴、阳离子电荷比
此外，决定离子晶体结构的因素还有离子键的纯粹程度，称为键性因素。
对此高中不作详细学习。
（3）键性因素：
离子键的纯粹程度
小结：
本节课主要学习离子晶体的基本性质与结构。
通过本节学习可以知道为什么离子晶体种类繁多且结构多样。
同时由于离子晶体中阴、阳离子的结合方式使得整个晶体是一个“巨分子”，不存在单个分子。
CsCl、NaCl、CaF2表示的只是晶体中阴、阳离子个数比的化学式，不表示分子组成的分子式。
到此，你能根据离子晶体的特点，找出化合物中哪些种类的晶体属于离子晶体吗？
二、晶格能
1．定义：
气态离子形成1mol离子晶体释放的能量。
如：
1mol气态钠离子和1mol气态氯离子结合生成1mol氯化钠晶体释放的能量为氯化钠晶体的晶格能。
Na+（g）+Cl-（g）
NaCl（s）;△H
2．对晶体构型相同的离子化合物，离子电荷数越多，核间距越小，晶格能越大
3．晶格能越大，离子键越强，晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。
晶格能是离子晶体中离子间结合力大小的一个量度。
晶格能越大，表示离子晶体越稳定，破坏其晶体耗能越多。
我们知道离子晶体间存在着离子间的静电引力，因此，晶格能本质上是离子间静电引力大小的量度。
离子化合物的晶格能一般都比较大，这是由于离子间有强烈的静电引力之故。
较大的晶格能意味着离子间结合紧密，这样的离子化合物其熔点和硬度必定很高。
事实上，高熔点、高硬度就是离子化合物的显著特征。
既然是静电引力，可以想象，正负离子的电荷越高，核间距离越小，静电引力就越大，晶格能就越大。
相应地，其熔点、硬度就越大，这就是如MgO、CaO以及Al2O3常被用来作高温材料和磨料的原因。
【知识归纳】
一、离子晶体的物理性质与结构的关系
1．离子晶体具有较高的熔沸点，难挥发
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。
因此，离子晶体具有较高的熔沸点和难挥发的性质。
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，如Al2O3>MgO；NaCl>CsCl等。
2．离子晶体硬而脆
离子晶体中，阴、阳离子间有较强的离子键，离子晶体表现出较高的硬度。
当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。
3．离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电
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，在外界电场作用下，离子定向移动而导电。
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（或水合离子），在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。
难溶于水的强电解质如BaSO4、CaCO3等溶于水，由于浓度极小，故导电性极差。
通常情况下，我们说它们的水溶液不导电。
4．溶解性
大多数离子晶体易溶于极性溶剂（如水）中，难溶于非极性溶剂（如苯、CCl4）中。
当把离子晶体放在水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使晶体中的离子克服离子间的作用而离开晶体，变成在水中自由移动的离子。
二、四种晶体的结构和性质比较
三、常见离子晶体的空间结构
l．AB型离子晶体的空间结构
2．CaF2晶体构型
Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4。
【例题讲解】
类型一离子晶体熔沸点比较
【例1】离子晶体熔点的高低决定于晶体中阳离子与阴离子之间的静电引力，静电引力大则熔点高，引力小则反之。
试根据你学过的知识，判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序可能是
A．KCl>NaCl>BaO>CaO
B．NaCl>KCl>CaO>BaO
C．CaO>BaO>NaCl>KCl
D．CaO>BaO>KCl>NaCl
【思路点拨】选C。
搞清离子晶体熔沸点比较的方法，离子半径越小，离子所带电荷越高，离子键越强，晶体熔沸点越高。
Ca2＋、O2－、Ba2＋都带2个电荷；Na＋、Cl－、K＋只带1个电荷，r（Ca2＋）BaO>NaCl>KCl．
【例2】（2008·常州高二检测）下列关于晶体的说法正确的是
A．在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子
B．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
C．原子晶体的熔点一定比金属晶体的高
D．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低
【思路点拨】选A。
解答此类题目要熟悉各种晶体的构成微粒及微粒间的相互作用力。
在原子晶体中构成晶体的粒子是原子；在离子晶体中构成晶体的粒子是阳离子和阴离子；在分子晶体中构成晶体的粒子是分子；在金属晶体中构成晶体的粒子是金属阳离子和自由电子，故选项B错误。
晶体的熔点一般是原子晶体>离子晶体>分子晶体，而金属晶体的熔点相差比较大。
晶体硅的熔点（1410℃）要比金属钨的熔点（3410℃）低，而金属汞的熔点（常温下是液体）比蔗糖、白磷（常温下是固态，分子晶体）等低。
类型二晶格能
【例3】利用下列数据计算RbF的晶格能。
【思路点拨】解答本题应搞清晶格能的定义，即气态离子形成1mol离子晶体释放的能量。
按从上到下顺序给方程式排序，依次为①②③④⑤，根据“热化学方程式叠加原理”，①②相加得：
Rb（s）－e－
Rb＋（g）△H＝＋480kJ／mol⑥
③⑤相加得：
F2（g）＋e－
F－（g）△H＝－270kJ／mol⑦
④⑥⑦相加得Rb＋（g）＋F－（g）
RbF（s）△H＝－762kJ／mol
即晶格能为762kJ／mol。
【参考答案】762kJ／mol
第二节分子晶体与原子晶体
【教学目标】
1.掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体和分子晶体。
2.了解金刚石等典型原子晶体的结构特征，
3.能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。
【教学难点重点】原子晶体的结构与性质的关系
【教学过程】
复习提问
1.什么是分子晶体？
试举例说明。
2.分子晶体通常具有什么样的物理性质？
【引入新课】
CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。
【思考】碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么CO2晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体的熔沸点很高？
【展示】二氧化硅、金刚石的晶体结构
二、原子晶体
【归纳】
1．原子晶体：
相邻原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。
2．构成粒子：
原子；
3．粒子间的作用：
共价键；
【展示】金刚石晶体结构
【归纳】
4．原子晶体的物理性质
熔、沸点_______，硬度________；______________一般的溶剂；_____导电。
【思考】
（1）原子晶体的化学式是否可以代表其分子式，为什么？
（2）为什么金刚石的熔沸点很高、硬度很大？
【归纳】晶体熔沸点的高低比较
①对于分子晶体，一般来说，对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔沸点也越高。
②对于原子晶体，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越大。
【知识总结】
一、分子晶体和原子晶体比较
二、晶体熔沸点比较
1．不同类型的晶体：
原子晶体>分子晶体。
2．同一类型的晶体
（1）分子晶体
①分子间作用力越大，物质的熔沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔沸点反常的高。
如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔沸点越高。
如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
③组成和结构不相似的物质（相对分子质量接近），分子的极性越大，其熔沸点越高。
如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。
④同分异构体，支链越多，熔沸点越低。
如CH3－CH2－CH2－CH2－CH3>
>
（2）原子晶体
晶体的熔沸点高低取决于共价键的键长和键能。
键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高。
如熔点：
金刚石>碳化硅>晶体硅。
【例题讲解】
类型一分子晶体和原子晶体
【例1】有下列几种晶体：
A．水晶，B．冰醋酸，C．白磷，D．金刚石，E．晶体氩，F．干冰。
（1）属于分子晶体的是____________，直接由原子构成的分子晶体是______________。
（2）属于原子晶体的化合物是_________________。
（3）直接由原子构成的晶体是___________________。
（4）受热熔化时，化学键不发生变化的是___________，需克服共价键的是__________。
【思路点拨】根据构成晶体的微粒不同，分子晶体仅由分子构成；原子晶体中无分子。
分子晶体由分子组成，有B、C、E、F，注意晶体氩是单原子分子；原子晶体和单原子分子晶体都由原子直接构成，原子晶体有A、D，但化合物只有A；分子晶体熔化时，一般不破坏化学键；原子晶体熔化时，破坏化学键。
【参考答案】
（1）B、C、E、FE
（2）A
（3）A、D、E（4）B、C、FA、D
类型二晶体类型与性质的相互判断
【例2】氯化硼的熔点为10．7℃，沸点为12．5℃。
在氯化硼分子中，氯一硼一氯键角为120°，它可以水解，水解产物之一是氯化氢，下列对氯化硼的叙述，正确的是
A．氯化硼是原子晶体
B．熔化时，氯化硼能导电
C．氯化硼分子是一种极性分子
D．水解方程式：
BCl3＋3H2O
H3BO3＋3HCl
【思路点拨】选D。
首先根据性质推导该晶体是分子晶体还是原子晶体，再根据具体晶体的性质判断选项。
因为BCl3的熔、沸点较低，故应为分子晶体，分子晶体熔化时不导电，故A、B错；又因氯一硼一氯键角为120°，则可确定BCl3为非极性分子,C错。
【规律方法】判断晶体类型的方法
1依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断
原子晶体的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键；分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力。
②依据晶体的熔点判断
原子晶体的熔点高，常在1000℃以上；而分子晶体熔点低，常在数XX以下甚至温度更低。
③依据导电性判断
分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电，如HCl。
原子晶体多数为非导体，但晶体Si、晶体Ge为半导体。
④依据硬度和机械性能判断
原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。
类型三物质熔沸点比较
【例3】下列分子晶体，关于熔沸点高低叙述中，正确的是
A．Cl2>I2BSiCl4>CCl4
C．NH3CH3（CH2）2CH3
【思路点拨】选B。
比较物质熔沸点，先搞清该物质属于哪一类晶体，再分析决定晶体熔沸点的因素。
A、B选项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大的熔沸点高；C选项属于有氢键存在但分子结构相似的情况，存在氢键的熔沸点高；D选项属于相对分子质量相同，但分子结构不同的情况，支链越多的熔沸点越低。
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