資源簡介

3.3.1金屬晶體與離子晶體
學習目標
1. 知道金屬鍵的含義，能用“電子氣”理論解釋金屬晶體的一些物理性質。
2. 認識常見的離子晶體，知道離子晶體的一般性質。
學習過程
1. 金屬的下列用途說明了金屬具有哪些物理性質？
2. 根據下表提供的金屬熔點數據，說說金屬的熔點有何特點。
金屬 Na Al Ga W Hg
熔點/K 371 933 303 3 680 234
1. 金屬(除汞外)常溫下都是晶體，稱為金屬晶體，晶體內由金屬原子間以金屬鍵相結合。那金屬鍵的本質是什么，閱讀下列資料。
1900年德魯德等人為解釋金屬的物理性質，建立了“電子氣理論”。該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起 (如圖所示)。金屬鍵的本質是金屬陽離子與“自由電子”之間的強相互作用。
(1) “電子氣理論”中，認為金屬晶體的構成粒子是什么？這些粒子是如何形成的？
(2) 金屬鍵有無飽和性和方向性？
(3) 決定金屬鍵強弱的主要因素有哪些？
2. 用金屬鍵理論解釋金屬的下列物理性質(注意使用詞語的準確性與簡潔性)。
物理性質 解釋
(1) 延展性
(2) 導電性
(3) 導熱性
1. 由陰、陽離子相互作用而形成的晶體是離子晶體。NaCl和CsCl兩種晶體的晶胞模型如圖所示。
(1) NaCl、CsCl晶體中陰、陽離子的配位數(距離最近的帶異種電荷離子的個數)分別是多少？NaCl、CsCl晶胞中所含的陰、陽離子數分別是多少？
(2) NaCl晶胞中與一個Cl－緊鄰的Cl－有多少個？與一個Na＋緊鄰的Na＋有多少個？CsCl晶胞中與一個Cl－緊鄰的Cl－有多少個？與一個Cs＋緊鄰的Cs＋有多少個？
(3) 離子鍵有無方向性和飽和性？
2. ZnS和CaF2兩種晶體的晶胞模型如下圖所示。
　　　　
(1) ZnS、CaF2晶體中陰、陽離子的配位數分別是多少？ZnS、CaF2晶胞中所含的陰、陽離子數分別是多少？
(2) CaF2晶胞中，與一個Ca2+緊鄰的Ca2+有多少個？
3. 某些離子化合物的熔點數據如下表所示，據此你能得出哪些結論？
化合物 熔點/℃ 化合物 熔點/℃ 化合物 熔點/℃
NaCl 801 CaO 2 613 Na2SO4 884
NaBr 747 BaSO4 1 580 Ca2SiO4 1 540
NaI 661 NH4NO3 170 Na3PO4 1 340
MgO 2 852 NaNO2 271 CH3COOCs 194
課堂反饋
1. 金屬能導電的原因是(　　)
A. 金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間的作用較弱
B. 金屬晶體中的金屬陽離子在外加電場作用下可發生定向移動
C. 金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下可發生定向移動
D. 金屬晶體在外加電場作用下可失去電子
2. 構成金屬晶體的基本微粒是(　　)
A. 分子 B. 原子
C. 陽離子與陰離子 D. 陽離子與自由電子
3. 下列關于金屬及金屬鍵的說法正確的是(　　)
A. 金屬鍵具有方向性與飽和性
B. 金屬鍵是金屬陽離子與自由電子間的相互作用
C. 金屬導電是因為在外加電場作用下產生自由電子
D. 金屬在化學反應中只能失去最外層的電子
4. 下列關于金屬晶體和離子晶體的說法錯誤的是(　　)
A. 都有多種堆積結構 B. 都含離子
C. 一般具有較高的熔點和沸點 D. 都能導電
5. 下列事實能夠說明氯化鈉一定是離子晶體的是(　　)
A. 氯化鈉的熔點較高、硬度較大 B. 氯化鈉在苯中的溶解度非常小
C. 氯化鈉的水溶液有較強導電性 D. 氯化鈉在熔融狀態下能夠導電
6. 下列說法正確的是(　　)
A. 離子晶體中一定含有金屬陽離子
B. 離子晶體中陽離子與陰離子的數目一定相等
C. 離子晶體中也可能含有共價鍵和氫鍵
D. 離子晶體常溫下一定都是熔點很高的固體
7. ZnS在熒光體、光導體材料、涂料、顏料等行業中應用廣泛，通常有立方和六方兩種晶型，它們的晶胞如下圖所示。
立方ZnS 六方ZnS
(1) 兩種晶型中，與S2-緊鄰的Zn2+數目都是________，與Zn2+緊鄰的S2-數目都是________。
(2) 立方ZnS晶胞中含有的S2-數是________，六方ZnS晶胞中含有的Zn2+數是________。
(3) 立方ZnS晶體的晶胞邊長為540 pm，S2-與Zn2+的最短核間距離為__________pm。
8. 金屬鈉采用體心立方堆積，晶胞如右圖所示。
(1) 金屬鈉的晶胞中，與頂角Na原子緊鄰的Na原子位于__________(填“頂角”或“體心”)，晶胞邊長與Na原子半徑的關系為：a＝________r(Na)。
(2) 一個金屬鈉晶胞中Na原子的數目為________。
活動一：
1. 延展性、導電性、可鑄性、導熱性。
2. 有的很高、有的很低，相差很大。
活動二：
1. (1) 金屬離子、自由電子。金屬的價電子受原子核束縛較弱，很容易從金屬原子上“脫落”下來變成自由電子，同時金屬原子變成金屬離子。
(2) 金屬鍵無飽和性和方向性。
(3) 金屬原子和單位體積內自由電子的數目(金屬離子半徑大小和金屬離子所帶電荷的多少)。
2. (1) 在外力作用下，金屬晶體中的各原子層就會發生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用。
(2) 在外電場作用下，自由電子發生定向移動產生電流。電子氣中的自由電子在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞，故金屬的電導率隨溫度升高而降低。
(3) 在熱的作用下，自由電子能量升高，運動速率加快，與金屬原子碰撞頻率增加，把能量傳遞給金屬離子。
活動三：
1. (1) NaCl晶體中氯離子、鈉離子的配位數均為6；CsCl晶體中氯離子、銫離子的配位數均為8。NaCl晶胞中所含的氯離子、鈉離子數均為4；CsCl晶胞中所含的氯離子、銫離子數均為1。
(2) 12、12、6、6。
(3) 離子鍵無方向性和飽和性。
2. (1) ZnS晶體中硫離子、鋅離子的配位數均為4。CaF2晶體中鈣離子和氟離子的配位數分別為8、4。ZnS晶胞中所含的鋅離子、硫離子數目均為4。CaF2晶胞中所含鈣離子和氟離子的數目分別為4、8。
(2) 12。
3. (1) 離子晶體的熔點總體較高，但差異很大。
(2) NaCl、NaBr、NaI隨著陰離子半徑的增大，晶體的熔點隨之降低。
(3) 離子晶體的熔點與陰、陽離子所帶的電荷數有關，一般電荷數多的，熔點高。
(4) 構成離子晶體的離子不是簡單離子時，隨著離子體積的增大，其熔點呈降低的趨勢。
【課堂反饋】
1. C　根據“電子氣理論”，金屬晶體由金屬陽離子與自由電子(電子氣)通過金屬鍵形成，自由電子在電場中能夠定向移動而具有導電性。
2. D　構成金屬晶體的基本微粒為陽離子和自由移動的電子，D符合題意。
3. B　金屬鍵沒有方向性和飽和性，A錯誤；金屬鍵是金屬陽離子與自由電子(電子氣)之間的相互作用，B正確；金屬晶體中的自由電子本來就有，而不是在外加電場作用下產生的，金屬導電是由于自由電子在外加電場作用下發生了定向移動，C錯誤；很多過渡金屬在化學反應中不僅能失去最外層電子，還能失去次外層電子，例如Fe，既可失去最外層的2個電子變為Fe2+，也可失去最外層的 2個電子和次外層的1個電子變為Fe3+，D錯誤。
4. D　金屬晶體和離子晶體都可采取不同的緊密堆積，A正確；金屬晶體由金屬陽離子和自由電子組成，離子晶體由陽離子和陰離子組成，所以二者都含有離子，B正確；離子晶體的熔、沸點較高，金屬晶體的熔、沸點雖然有較大的差異，但是大多數的熔、沸點比較高，C正確；金屬晶體中有自由電子，可以在外加電場的作用下定向移動，而離子晶體的陰、陽離子不能自由移動，因此不具有導電性，D錯誤。
5. D　熔點高、硬度大的晶體還可能是共價晶體，A錯誤；難溶于苯的晶體還可能是極性較大的分子晶體，B錯誤；水溶液能導電的還可能是因為在水中發生了電離的共價分子，C錯誤；熔融狀態下能導電，說明氯化鈉晶體由陰、陽離子組成，D正確。
6. C　離子晶體中的陽離子還可能是其他陽離子，例如NH，A錯誤；例如MgCl2、Na2O中陽離子和陰離子的數目都不相等，B錯誤；例如膽礬(CuSO4·5H2O)中就含有共價鍵和氫鍵，C正確；有的離子晶體熔點較低，甚至常溫下呈液態，例如離子液體，D錯誤。
7. (1) 4　4　(2) 4　2　(3) 135或234
解析：(1) ZnS的兩種類型的晶胞中，Zn2+和S2-的“配位數”都是4，它們分別位于對方構成的四面體空隙中。(2) 立方ZnS晶胞中，S2-位于頂角和面心，數目為8×＋6×＝4；六方ZnS晶胞雖然不是立方體，仍然可以用類似的方法計算，Zn2+位于體內和4個棱上(注意不是體心和棱心)，數目為1＋4×＝2。(3) 立方ZnS晶胞中，S2-與Zn2+的最短核間距離為晶胞邊長的倍。
8. (1) 體心　　(2) 2
解析：(1) 頂角與頂角鈉原子間的距離為a，頂角與體心鈉原子間的距離為a，所以頂角與體心的鈉原子是緊鄰的，即2r(Na)＝a。(2) 晶胞中Na原子的數目＝8×＋1＝2。

展開更多......

收起↑