第十四讲金属晶体与离子晶体Word格式.docx
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昂内斯在研究低温条件下汞的导电性能时,发现当温度降到约4K(即—269、)时汞的电阻“奇异”般地降为零,表现出超导电性。
后又发现还有几种金属也有这种性质,人们将具有超导性的物质叫做超导体。
2.合金
两种和两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质,叫做合金,合金属于混合物,对应的固体为金属晶体。
合金的特点①仍保留金属的化学性质,但物理性质改变很大;
②熔点比各成份金属的都低;
③强度、硬度比成分金属大;
④有的抗腐蚀能力强;
⑤导电性比成分金属差。
3.金属的物理性质由于金属晶体中存在大量的自由电子和金属离子(或原子)排列很紧密,
使金属具有很多共同的性质。
(1)状态:
通常情况下,除Hg外都是固体。
(2)金属光泽:
多数金属具有光泽。
但除Mg、Al、Cu、Au在粉末状态有光泽外,其他金属在块状时才表现出来。
(3)易导电、导热:
由于金属晶体中自由电子的运动,使金属易导电、导热。
(4)延展性
(5)熔点及硬度:
由金属晶体中金属离子跟自由电子间的作用强弱决定。
金属除有共同的物理性质外,还具有各自的特性。
①颜色:
绝大多数金属都是银白色,有少数金属具有颜色。
如Au金黄色Cu紫红色Cs银白略带金色。
②密度:
与原子半径、原子相对质量、晶体质点排列的紧密程度有关。
最重的为锇(Os)铂(Pt)最轻的为锂(Li)
③熔点:
最高的为钨(W),最低的为汞(Hg),Cs,为28.4℃ Ca为30℃
④硬度:
最硬的金属为铬(Cr),最软的金属为钾(K),钠(Na),铯(Cs)等,可用小刀切割。
⑤导电性:
导电性能强的为银(Ag),金(Au),铜(Cu)等。
导电性能差的为汞(Hg)
⑥延展性:
延展性最好的为金(Au),Al
三、金属晶体内原子的空间排列方式
分子晶体中,分子间的范德华力使分子有序排列;
原子晶体中,原子之间的共价键使原子有序排列;
金属晶体中,金属键使金属原子有序排列。
(一)简单立方堆积
1相邻非密置层原子在一条
直线上
2这种堆积方式空间利用率最低,只有金属钋采取这种堆积方式
(二)钾型(体心立方)
这种堆积方式的空间利用率
显然比简单立方堆积的高多了,许多金属是这种堆积方式,如碱金属,简称为钾型。
方法点拨
1.金属晶体性质及理论解释
导电性
导热性
延展性
金属离子和自由电子
自由电子在外加电场的作用下发生定向移动
自由电子与金属离子碰撞传递热量
晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用
2.金属晶体的熔点变化规律
①金属晶体熔点差别较大,汞在常温下是液体,熔点很低(-38.9℃),而钨的熔点高达3410℃.这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子的作用力不同而造成的差别.
②一般情况下(同类型的金属晶体),金属晶体的熔点由金属阳离子半径、所带的电荷数、自由电子的多少而定.金属离子半径越小,所带的电荷越多,自由电子越多,金属键越强,熔点就越高.例如,熔点:
Na<
Mg<
Al;
熔点:
Li>
Na>
K>
Rb>
Cs.
典例剖析:
例1.金属的下列性质中和金属晶体无关的是( )
A.良好的导电性B.反应中易失电子
C.良好的延展性D.良好的导热性
解析:
备选答案A、C、D都是金属共有的物理性质,这些性质都是由金属晶体所决定的,备选答案B,金属易失电子是由原子的结构决定的,所以和金属晶体无关.
答案:
B
例2.关于晶体的下列说法正确的是( )
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
只有认识四类晶体物理性质差异的本质原因才能对此题进行正确判断。
在四类晶体中,金属晶体的结构及物理性质最特殊,应予重视。
金属晶体中,构成晶体的微粒既有金属原子,又有金属阳离子,且二者不断转换,晶体中自由电子与金属离子间的电性作用形成了金属键。
因此晶体中有阳离子,不一定有阴离子,如金属晶体。
金属键强弱相差很大(主要由阳离子半径大小决定),因此金属晶体的熔、沸点、硬度等物理性质相差极大,它与其他类晶体相比很特殊,有的晶体熔沸点很低,甚至小于分子晶体如金属汞、碱金属等;
有的金属熔沸点很高,甚至高于原子晶体如金属钨。
A
例3.下列有关金属元素特征的叙述正确的是( )
A、金属元素的原子只有还原性,离子只有氧化性
B、金属元素在一般化合物中只显正价
C、金属元素在不同的化合物中的化合价均不同
D、金属元素的单质在常温下均为金属晶体
解析:
A、对于变价金属中,较低价态的金属离子既有氧化性,又有还原性,如Fe2+。
B、金属元素的原子只具有还原性,故在化合物中只显正价。
C、金属元素有的有变价,有的无变价,如Na+。
D、金属汞常温下为液体。
B。
例4.物质结构理论推出:
金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用,叫金属键.金属键越强,其金属的硬度越大,熔沸点越高,且据研究表明,一般说来金属原子半径越小,价电子数越多,则金属键越强.由此判断下列说法错误的是()
A.镁的硬度大于铝B.镁的熔沸点低于钙
C.镁的硬度大于钾D.钙的熔沸点高于钾
价电子数Al>Mg,原子半径Al<Mg,所以Al的金属键更强,所以A的说法错误.Mg和Ca的价电子数相同,而原子半径Mg<Ca,所以金属键的强弱Mg>Ca,所以B的说法错误.价电子数Mg>K,原子半径Mg<Ca<K,所以C的说法正确.价电子数Ca>K,原子半径Ca<K,所以D的说法也正确.
AB
巩固练习
1.下列有关金属元素的特征叙述正确的是()
A.金属元素的原子具有还原性,离子只有氧化性B.金属元素的化合价一定显正价
C.金属元素在不同化合物中的化合价均不相同
D.金属元素的单质在常温下均为金属晶体
2.下列有关金属元素特征的叙述中正确的是()
A.金属元素的原子只有还原性,离子只有氧化性B.金属元素在化合物中一定显正价
C.金属元素在不同化合物中的化合价均不同D.金属单质在常温下都是金属晶体
3.金属的下列性质中,不能用金属的电子气理论加以解释的是()
A.易导电B.易导热C.有延展性D.易锈蚀
4.下列晶体中由原子直接构成的单质有()
A.白磷B.氦C.金刚石D.金属镁
5.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
6.下列说法不正确的是()
A.金属单质的熔点一定比非金属单质高B.离子晶体中不一定含有金属元素
C.在含有阳离子的晶体中,一定含有阴离子D.含有金属元素的离子不一定是阳离子
7.金属晶体的形成是因为晶体中存在()
A.金属离子间的相互作用B.金属原子间产生相互作用
C.金属离子与自由电子间的相互作用D.金属原子与自由电子间的相互作用
8.关于金属元素的特征,下列叙述正确的是()
①金属元素的原子只有还原性,离子只有氧化性 ②金属元素在化合物中一般显正价 ③金属性越强的元素相应的离子氧化性越弱 ④金属元素只有金属性,没有非金属性 ⑤价电子越多的金属原子的金属性越强
A.①②③B.②③C.①⑤D.全部
9.金属的下列性质中,与自由电子无关的是()
A.密度大小B.容易导电C.延展性好D.易导热
10.下列有关金属的叙述正确的是()
A.金属元素的原子具有还原性,其离子只有氧化性
B.金属元素的化合价—般表现为正价
C.熔化状态能导电的物质—定是金属的化合物
11.下列叙述正确的是()
A.原子晶体中可能存在离子键B.分子晶体中不可能存在氢键
C.在晶体中可能只存在阳离子不存在阴离子D.金属晶体导电是金属离子所致
12.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相互作用较弱
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
13.下列叙述正确的是()
A.任何晶体中,若含有阳离子也一定含有阴离子
B.原子晶体中只含有共价键
C.离子晶体中只含有离子键,不含有共价键
D.分子晶体中只存在分子间作用力,不含有其他化学键
14.在核电荷数1~18的元素中,其单质属于金属晶体的有 ,属于分子晶体的有 ,属于原子晶体的有 .
15.简要填空:
(1)金属导电是____________________的结果.
(2)金属导热是____________________的结果.
(3)金属抽成丝或压成薄板是金属受到外力作用,紧密堆积的原子(离子)层发生了________________,而金属离子和自由电子之间的____________________没有改变.
一、离子晶体
1、离子晶体定义:
由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体
注:
(1)结构微粒:
阴、阳离子
(2)相互作用:
离子键
(3)种类繁多:
含离子键的化合物晶体:
强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐
(4)理论上,结构粒子可向空间无限扩展
二、晶格能
1、定义:
气态离子形成1mol离子晶体时释放的能量。
2、规律:
(1)离子电荷越大,离子半径越小的离子晶体的晶格能越大。
(2)晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越高,硬度越大。
总结归纳:
1.离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体的比较
晶体类型
原子晶体
分子晶体
金属晶体
离子晶体
晶体质点
(粒子)
原子
分子
金属阳离子、自由电子
粒子间作用(力)
共价键
分子间作用力
复杂的静电作用
熔沸点
很高
很低
一般较高,少部分低
较高
硬度
很硬
一般较软
一般较硬,少部分软
较硬
溶解性
难溶解
相似相溶
难溶(Na等与水反应)
易溶于极性溶剂
导电情况
不导电
(除硅)
一般不导电
良导体
固体不导电,熔化或溶于水后导电
实例
金刚石、水晶、碳化硅等
干冰、冰、纯硫酸、H2(S)
Na、Mg、Al等
NaCl、CaCO3
NaOH等
2.物质熔沸点的比较
⑴不同类晶体:
一般情况下,原子晶体>
离子晶体>
⑵同种类型晶体:
构成晶体质点间的作用大,则熔沸点高,反之则小。
四种晶体熔、沸点对比规律
①离子晶体:
结构相似且化学式中各离子个数比相同的离子晶体中,离子半径小(或阴、阳离子半径之和越小的),键能越强的熔、沸点就越高。
如NaCl、NaBr、Nal;
NaCl、KCl、RbCl等的熔、沸点依次降低。
离子所带电荷大的熔点较高。
如:
MgO熔点高于NaCl
②分子晶体:
在组成结构均相似的分子晶体中,式量大的分子间作用力就大熔点也高。
F2、Cl2、Br2、I2和HCl、HBr、HI等均随式量增大。
熔、沸点升高。
但结构相似的分子晶体,有氢键存在熔、沸点较高。
③原子晶体:
在原子晶体中,只要成键原子半径小,键能大的,熔点就高。
如金刚石、金刚砂(碳化硅)、晶体硅的熔、沸点逐渐降低。
④金属晶体:
在元素周期表中,主族数越大,金属原子半径越小,其熔、沸点也就越高。
如ⅢA的Al,ⅡA的Mg,IA的Na,熔、沸点就依次降低。
而在同一主族中,金属原子半径越小的,其熔沸点越高。
⑶常温常压下状态
①熔点:
固态物质>
液态物质
②沸点:
液态物质>
气态物质
3.均摊法确定晶体的化学式
在学习晶体时和在一些考试中,我们会遇到这样一类试题:
题目中给出晶体的—部分(称为晶胞)的图形,要求我们确定晶体的化学式.求解这类题,通常采用均摊法.
均摊法是先求出给出的图形(晶胞)中平均拥有的各种粒子(离子或原子)的数目,再计算各种粒子数目的比值,从而确定化学式.
均摊法有如下规则,以NaCl的晶胞为例:
①处于顶点的粒子,同时为8个晶胞所共有,所以,每个粒子只分摊1/8给该晶胞.
②处于棱上的粒子,同时为4个晶胞所共有,所以,每个粒子只分摊1/4给该晶胞.
③处于面上的粒子,同时为2个晶胞所共有,所以,每个粒子只分摊1/2给该晶胞.
④处于晶胞内部的粒子,则完全属于该晶胞.
由此算出在NaCl的晶胞中:
含
数:
故NaCl晶体中,
和
数目之比为1∶1.
例题解析
例1.下列性质中,可以证明某化合物内一定存在离子键的是()
A、可溶于水B、具有较高的熔点
C、水溶液能导电D、熔融状态能导电
本题考查对化学键------离子键的判断。
只要化合物中存在离子键必为离子晶体,而离子晶体区别其它晶体的突出特点是:
熔融状态下能导电,故D正确;
至于A可溶于水,共价化合物如:
HCl也可以;
B具有较高熔点,也可能为原子晶体,如SiO2;
C水溶液能导电,可以是共价化合物如硫酸等。
答案:
D
例2.参考下表中物质的熔点,回答下列问题。
物质
NaF
NaCl
NaBr
NaI
KCl
RbCl
CsCl
熔点(℃)
995
801
755
651
776
715
646
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
GeCl4
SbCl4
PbCl4
-90.4
-70.2
5.2
120
-49.5
-36.2
-15
(1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的__有关,随着增大,熔点依次降低.
(2)硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物熔点与有关,随着增大,增强,熔点依次升高.
(3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多,这与有关,因为一般比熔点高.
本题主要考查物质溶沸点的高低与晶体类型和晶体内部微粒之间作用力的关系以及分析数据进行推理的能力。
(1)表中第一栏的熔点明显高于第二栏的熔点,第一栏为IA元素与ⅦA元素组成的离子晶体,则第二栏为分子晶体。
(2)分析比较离子晶体熔点高低的影响因素:
物质熔化实质是减弱晶体内微粒间的作用力,而离子晶体内是阴、阳离子,因此离子晶体的熔化实际上是减弱阴、阳离子间的作用力--------离子键,故离子晶体的熔点与离子键的强弱有关。
从钠的卤化物进行比较:
卤素离子半径是r(F-)<
r(Cl-)<
r(Br-)<
r(I-),说明熔点随卤素阴离子半径的增大而减小。
又从碱金属的氯化物进行比较:
碱金属阳离子半径是r(Na+)<
r(K+)<
r(Rb+)<
r(Cs+),说明熔点随碱金属阳离子半径的增大而减小。
(3)分析比较分子晶体熔点高低的影响因素:
分子晶体内的微粒是分子,因此分子晶体的熔点与分子间的作用力有关。
从硅的卤化物进行比较:
硅的卤化物分子具有相似的结构,从SiF4到SiI4相对分子量逐步增大,说明熔点随化学式的式量的增加而增大。
由从硅、锗、锡、铅的氯化物进行比较:
这些氯化物具有相似的结构,从SiCl4到PbCl4相对分子质量逐步增大,说明熔点随化学式的式量的增加而增大。
第一问半径,半径
第二问:
相对分子质量,相对分子质量,分子间作用力。
第三问:
晶体类型,离子晶体,分子晶体。
巩固练习:
1.由钾和氧组成的某种离子晶体中含钾的质量分数为78/126,其阴离子只有过氧离子(O22-)和超氧离子(O2-)两种。
在此晶体中,过氧离子和超氧离子的物质的量之比为
A.2︰1B.1︰1C.1︰2D.1︰3
2.下列物质中,含有共价键的离子晶体是()
A.NaClB.NaOH
C.NH4ClD.I2
3.实现下列变化,需克服相同类型作用力的是()
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
4.下列性质中,能较充分说明某晶体是离子晶体的是()
A.具有高的熔点B.固态不导电,水溶液能导电
C.可溶于水D.固态不导电,熔化状态能导电
5.下列叙述中正确的是()
A.离子晶体中肯定不含非极性共价键
B.原子晶体的熔点肯定高于其他晶体
C.由分子组成的物质其熔点一定较低
D.原子晶体中除去极性共价键外不可能存在其他类型的化学键
6.实现下列变化,需克服相同类型作用力的是()
A.碘和干冰升华B.二氧化硅和生石灰熔化
C.氯化钠和铁熔化D.苯和乙烷蒸发
7.下列各组物质的晶体中,化学键类型相同,晶体类型也相同的是()
A.SO2和SiO2B.CO2和H2O
C.NaCl和HClD.CCl4和KCl
第三节金属晶体参考答案
1.B 2.B 3.D 4.BC 5.B 6.AC 7.C 8.B 9.A 10.B11.C
12.B13.B
14.答案:
Li、Be、Na、Mg、Al;
H2、He、N2、O2、F2、Ne、P4、S、Cl2、Ar ;
C、Si、B
15.答案
(1)自由电子在电场作用下定向移动
(2)自由电子碰撞金属离子而将能量传给金属离子
(3)相对滑动较强烈的相互作用(金属键)
1.C2.BC3.CD4.D5.D6.AD7.B
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- 第十四讲 金属晶体与离子晶体 第十四 金属 晶体 离子