1、金属晶体与离子晶体第2课时 教学目标1. 知道离子键的特点，能以NaCl和CsCl为例解释典型离子化合物的某些性质，并能举例说明不同离子晶体的熔点差异。2. 知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。3. 知道晶体中粒子间的各种相互作用力，比较四类典型晶体的组成粒子、粒子间相互作用与物质性质的关系。 教学重难点1. 金属晶体、离子晶体、过渡晶体和混合型晶体的结构特点和性质。2. 从离子键的影响因素分析比较离子晶体的熔点差异。 教学过程一、新课导入1. 我们已经学过三种类型的晶体类型，它们的组成微粒和相互作用力是什么样的？分子晶体：由分子组成，作用力是分子间作用力共价晶体：由原子组
2、成，作用力是共价键金属晶体：由金属阳离子和自由电子组成，作用力是金属键2. 你认为食盐晶体由哪些微粒构成？粒子间的作用力是什么？NaCl晶体由钠离子和氯离子组成，粒子间的作用力是离子键。二、讲授新课二、离子晶体1. 离子晶体的组成与特点离子晶体是由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。【提问】（1）以氯化钠为例，说说离子晶体一般呈现出怎样的特点？【讲解】离子晶体一般具有较高的熔、沸点；有一定的硬度，但没有延展性，碾压时会碎裂成粉末；固态时不导电，加热熔融后可以导电；多数离子晶体为无色晶体，小颗粒为白色颗粒。2. 离子晶体的多样性离子晶体种类繁多，结构多样，下图为氯化钠和氯化铯两种离子晶体的晶胞。
3、大家利用橡皮泥和牙签制作二者的晶胞模型，并观察对比二者的结构特点。【提问】（2）氯化钠晶胞中，氯离子和钠离子分布在什么位置？平均每个晶胞占有几个氯离子和钠离子？每个氯离子周围距离最近且相等的钠离子有几个？每个钠离子周围距离最近且相等的氯离子有几个？【讲解】氯离子分布在8个顶点和6个面的面心；钠离子分布在12条棱的棱心和体心。平均每个晶胞占有4个氯离子和4个钠离子。每个氯离子周围距离最近且相等的钠离子有6个，分别在上下左右前后。每个钠离子周围距离最近且相等的氯离子有6个，分别在上下左右前后。【提问】（3）氯化铯晶胞中，氯离子和铯离子分布在什么位置？平均每个晶胞占有几个氯离子和铯离子？每个氯离子周
4、围距离最近且相等的铯离子有几个？每个氯离子周围距离最近且相等的铯离子有几个？【讲解】氯离子分布在8个顶点；铯离子分布在体心。平均每个晶胞占有1个氯离子和1个铯离子。每个氯离子周围距离最近且相等的铯离子有8个，分别立方体的八个顶点上。每个铯离子周围距离最近且相等的氯离子有8个，分别立方体的八个顶点上。【提问】（4）从离子结构的角度分析，为什么氯化钠、氯化铯晶胞中，铯离子周围的氯离子数量比钠离子周围的数量要多？【讲解】由于阳离子和阴离子之间的静电作用没有方向性，因此在条件允许的情况，阳离子周围会尽可能多的吸引阴离子。钠离子的半径远小于铯离子的半径，因此钠离子周围的空间较小，能容纳的氯离子数量少。2
5、. 离子键的强度离子键本质是静电作用，遵从库仑定律：F=kQ1Q2r2式中，F为静电作用力，Q1、Q2 为电荷量，r为点电荷之间的距离不难看出，影响离子键的强弱的主要因素为离子电荷数（对应 Q1、Q2 ）：电荷数越高，离子键越强离子半径（对应 r）：离子半径越小，离子键越强离子晶体的熔、沸点高低可直观反映出离子键强弱。离子键越强，熔化、沸腾时吸收的能量越多，熔、沸点越高。例如，阴阳离子均为1个电荷，钠离子半径小于铯离子半径，氯化钠的熔、沸点高于氯化铯。熔点/沸点/NaCl8011413CsCl6451290例如，以氧化钠为参照，将氧离子换为半径更大，电荷更小的氯离子，熔点下降；将阳离子换为半径
6、更小，电荷更高的镁离子，熔点上升。熔点/NaCl801Na2O1132MgO2852【提问】（5）我们知道，金属的熔点差异很大，钨的熔点为3410，而常温下，汞却是液体。离子晶体的熔点是不是也差异很大呢？查找下列离子化合物的熔点，并与同学交流。【讲解】化合物熔点/化合物熔点/CaO2613Na2SO4884CuCl2620Ca2SiO42130NH4NO3169.6Na3PO4340BaSO41580CH3COOCs194LiPF6200(分解温度)NaNO2270由表中数据可知，离子晶体的熔点差异也较大。事实上，有的离子化合物常温下就能呈现液态，它们就是离子液体！请大家阅读88页离子液体的材
7、料，关注离子液体阴阳离子具有怎样的结构特点？3. 其他更复杂的离子晶体除氯化钠、氯化铯这样简单的离子晶体，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）。例如，CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、Cu(NH3)4SO4H2O等。在这些离子晶体中还存在共价键、氢键等。需要注意的是，晶体中也存在范德华力，只是当能量份额很低时不提及。贯穿整个晶体的主要作用力仍是阴、阳离子之间的作用力。【提问】（6）下图是硫酸铜晶体的结构示意图，根据示意图讨论CuSO45H2O中存在怎样的作用力？【讲解】铜离子和硫酸根之间是离子键，铜离子和水分子之间是配位键（下
8、节学习），水分子中存在氢氧共价键，水分子间存在氢键和范德华力，水分子和硫酸根之间存在氢键，硫酸根中存在硫氧共价键。三、过渡晶体与混合型晶体1. 过渡晶体我们已经讨论了分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体这四类典型晶体。事实上，它们是一种“理想化的模型”，现实中的纯粹的典型晶体不多，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。先以离子晶体和共价晶体之间的过渡为例说明。例如，第三周期前几种元素的氧化物中，粒子间化学键的成分百分数如下表所示：氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2离子键的百分数62504133这四种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，因此这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不
9、是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当做离子晶体来处理，如Na2O。偏向共价晶体的过渡晶体则当做共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2。【提问】（7）请你推测P2O5、SO3、Cl2O7的化学键中离子成分的百分数变化趋势，并从元素性质的视角解释这一变化产生的原因。最后描述第三周期主族元素的氧化物的晶体类型的变化趋势。【讲解】P2O5、SO3、Cl2O7的化学键中离子成分的百分数均小于33%，且逐渐减少。第三周期元素从左到右，电负性逐渐增强，与氧元素的电负性差值逐渐减小。P2O5、SO3、Cl2O7都是分子晶体，
10、相比于共价晶体SiO2，它们的共价键不再贯穿整个晶体，而是局限于晶体微观空间的一个个分子中了。第三周期主族元素的氧化物的晶体类型的变化趋势：离子晶体共价晶体分子晶体。第三周期主族元素的氯化物的晶体类型也呈现出了过渡。从宏观性质的数据可看出，自左向右到铝时，AlCl3就呈现出了低熔点的特征，且其熔融态的电导率非常低，由此可推知熔融氯化铝中主要是氯化铝分子而非氯离子和铝离子，因此氯化铝是由离子晶体过渡到了分子晶体。金属晶体与共价晶体之间也可过渡。下图展示的为锡疫现象：即金属晶体白锡向共价晶体灰锡的转化。在转化过程中，为了满足共价键的方向性和饱和性，伴随着晶体结构趋于疏松、低密度。2. 混合型晶体实
11、验测定，石墨的熔点高达3850，这说明石墨晶体具有共价晶体的特点。但是，石墨很软并且能导电，是非常好的润滑剂，这说明它又不同于共价晶体。那么，石墨究竟属于哪种类型的晶体呢？晶体 X 射线衍射实验测定发现，石墨的晶体具有层状结构。同一层中的每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键相结合，形成无限的六边形平面网状结构，共价键的键长为0.142 nm、键角为120；这些网状的平面结构之间又以范德华力结合形成层状结构，层与层之间的距离为 0.335 nm。每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，因此能够形成遍及整个平面的大键。 因为电子可以在整个六边形
12、网状平面上运动，所以石墨的大键具有金属键的性质，这就是石墨沿层的平行方向导电性强的原因。通过上面的分析可以看出，石墨中存在多种作用力，且它们对晶体的形成均有贡献，对宏观性质均有影响，像石墨这样的晶体称为混合晶体。小结：石墨中作用力类型及其对性质的影响层内键像原子晶体高熔点层内键像金属晶体导电性、光泽层间分子间作用力像分子晶体低硬度，有滑腻感三、课堂小结共价晶体离子晶体金属晶体分子晶体基本粒子原子阴、阳离子金属阳离子自由电子分子作用力共价键离子键金属键分子间作用力存在情况少数非金属单质和化合物离子化合物金属单质合金多数非金属单质和化合物作用力强度熔沸点、硬度四、课堂练习1. 下列各类物质中，固态
13、时只能形成离子晶体的是（ ）A. 非金属氧化物B. 非金属单质C. 强酸D. 强碱答案 D解析 A项，非金属氧化物可以形成分子晶体如CO2或共价晶体如SiO2，不能形成离子晶体；B项，非金属单质可以分子晶体如S8或共价晶体如金刚石，不能形成离子晶体；C项，强酸一般都形成分子晶体，如H2SO4；D项，强碱是由典型的金属阳离子与氢氧根组成的，它们是由阴阳离子组成的离子晶体。2. 实现下列变化，需克服的作用力完全相同的是（ ）A. 石墨和干冰的熔化B. 食盐和冰醋酸的熔化C. 液溴和水的汽化D. 纯碱和烧碱的熔化答案 D解析 A项，石墨熔化时破坏共价键，干冰熔化时破坏分子间作用力；B项，食盐熔化是破坏离子键，冰醋酸熔化时破坏分子间作用力；C项，液溴汽化时只破坏范德华力，水汽化时破坏范德华力和氢键；D项，纯碱和烧碱熔化时均破坏离子键。 10 / 10
