資源簡介

3.1金屬鍵 金屬晶體(第2課時)
一、核心素養發展目標
1.能結合實例描述離子鍵的成鍵特征及其本質，能根據晶格能大小解釋和預測同類型離子化合物的某些性質；
2.能描述常見類型的離子化合物的晶體結構；
3.能運用模型和有關理論解釋不同類型離子化合物的晶胞構成。
二、教學重點及難點
重點 根據晶格能大小解釋和預測同類型離子化合物的某些性質
難點 晶體結構及相關計算
三、教學方法
講授法、討論法
四、教學工具
PPT、視頻、晶胞模型
五、教學過程
【導入】大多數活潑金屬的氯化物和一些鹽類在熔融狀態下能夠導電，說明這些化合物中存在
著帶正電荷的陽離子和帶負電荷的陰離子，這些陰、陽離子結合形成離子化合物。
鈉原子與氯原子是如何結合形成氯化鈉的？
【展示】氯化鈉形成過程動畫。
【問】靜電作用包括什么？
【生】靜電引力、靜電斥力。
【講述】靜電引力：陰、陽離子之間的靜電引力使陰、陽離子相互吸引。
靜電斥力：陰離子的核外電子與陽離子的核外電子之間、陰離子的原子核與陽離子的原子核之間的靜電斥力使陰、陽離子相互排斥。
【講述】當陰、陽離子之間的靜電引力和靜電斥力達到平衡時，陰、陽離子保持一定的平衡核間距，形成穩定的離子鍵，整個體系達到能量最低狀態。
【展示】鈉原子與氯原子是如何結合形成氯化鈉的電子式過程。
【講述】成鍵條件：成鍵元素的原子得、失電子的能力差別很大，電負性差值大于1.7。
存在：只存在于離子化合物中：大多數鹽、強堿、活潑金屬氧化物、氫化物等。
離子化合物中的化學鍵
表示方法：電子式
有的離子化合物中只含有離子鍵，如MgO、NaF、MgCl2等；
有的離子化合物中既含有離子鍵又含有共價鍵，如NaOH等。
【問】請寫出MgCl2和NaOH的電子式。
【生】獨立寫出MgCl2和NaOH的電子式。
【問】離子鍵有方向性和飽和性嗎？
【生】通常情況下，陰、陽離子可以看成是球形對稱的。陰、陽離子的電荷分布也是球形對稱的，它們在空間各個方向上的靜電作用相同，所以在各個方向上都可以與帶相反電荷的離子發生靜電作用，且在靜電作用能達到的范圍內，只要空間條件允許，一個離子可以同時吸引多個帶相反電荷的離子。
因此，離子鍵沒有方向性和飽和性。
二、離子晶體
【展示】常見離子晶體的圖片。
【講述】1、定義：由陰、陽離子按一定方式有規則地排列形成的晶體。
2、成鍵粒子：陰、陽離子
3、相互作用力：離子鍵
4、常見的離子晶體：強堿、活潑金屬氧化物、大部分的鹽類。
【問】離子晶體是否具有較好的延展性？
【展示】離子晶體形變的過程圖片。
【生】施加外力，發生滑動，同種電荷相互排斥，使晶面裂開。
【展示】食鹽晶體。
用手揉捏食鹽——硬度大
燒烤、爆炒等加入食鹽，未見其熔融——熔點較高（801 oC）
【講述】離子晶體中，陰、陽離子間有強烈的相互作用（離子鍵），要克服離子間的相互作用使物質熔化和沸騰，就需要較多的能量。
離子晶體中陰、陽離子間相互作用力的大小可用晶格能來衡量。
晶格能是指拆開1 mol離子晶體使之形成氣態陰離子和氣態陽離子時所吸收的能量。
符號為：U
NaCl(s)→ Na+(g)＋Cl－(g) U=786 kJ·mol－1
晶格能越大，離子晶體中的離子鍵越牢固，離子晶體的熔點越高、硬度越大。
【展示】氯化鈉、溴化鈉等的晶格能、離子電荷數、核間距、熔點、莫氏硬度數據。
【問】影響晶格能的因素有哪些？
【生】陰、陽離子的電荷數越多，離子半徑越小，晶格能越大。
離子晶體的結構
【講述】1、氯化鈉型
【展示】NaCl晶胞的模型
【講述】屬于氯化鈉型離子晶體的還有KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO、NiO、CaS等。
【問】每個NaCl晶胞中微粒數是多少？
【展示】計算過程
【生】每個NaCl晶胞中含有4個Na+和4個Cl－， 個數比1：1。
【講述】離子晶體中不存在單個分子，其化學式表示離子的個數比。
這幾個Na+在空間構成的幾何構型為正八面體。
【展示】NaCl晶胞配位數計算動畫。
【講述】每個Cl- 周圍與之最接近且距離相等的Na+共有6個，每個Cl- 周圍與它最近且等距的Cl- 有12個。
配位數：一個離子周圍最鄰近的異電性離子的數目。
氯化銫型
【展示】CsCl晶胞的模型
【講述】CsCl、CsBr、CsI、NH4Cl等晶體都屬于氯化銫型離子晶體。
每個CsCl晶胞中含有1個Cs+和1個Cl－， 個數比1：1。
【展示】NaCl晶胞配位數計算動畫。
【講述】Cs+和Cl- 配位數均為8。
【問】NaCl、CsCl都是AB型離子化合物，其中一種離子周圍緊鄰的帶相反電荷的離子數目卻不同。原因是什么？
【生】在NaCl晶體中，每個Na+的周圍有6個Cl－，而在CsCl晶體中，每個Cs+的周圍有8個Cl－。
兩者的數目之所以不同，主要在于離子半徑的差異。Cs+的半徑要大于Na+，因而可以吸引更多的Cl－。
可見，離子晶體中不同離子周圍異電性離子數目的多少主要取決于陰、陽離子的相對大小。
【講述】硫酸銨晶體的結構
實驗測得，圖中“H…O”原子間的距離為199 pm，小于H與O的范德華半徑之和272 pm，大于H—O共價鍵的鍵長96 pm，說明二者之間的作用力大小在范德華力和共價鍵之間，且N—H與H…O之間的角度為156°，也符合形成氫鍵的條件。
由此，可以判斷SO42-與NH4+之間形成的是氫鍵（N—H…O），而非離子鍵。
晶體相關計算
1、晶體化學式的確定
【講述】晶體的化學式表示的是晶體（也可以說是晶胞）中各類原子或離子數目的最簡整數比。
【展示】四種不同晶胞類型的圖片
【講述】四種不同晶胞類型的分子式相關計算過程。
2、晶體密度
【講述】根據晶胞結構確定各種粒子的數目求出晶胞質量，根據晶胞的邊長或微粒間的距離求出晶胞體積。
單位：g·cm-3
【問】若氯化鈉晶胞參數（晶胞正方形的邊長）為a pm，請計算其密度。
【生】獨立計算。
【問】若氯化銫晶胞參數（晶胞正方形的邊長）為a pm，請計算其密度。
【生】獨立計算。
【課堂小結】師生一起回顧和總結。
【課堂練習】
1、 氟在自然界中常以CaF2的形式存在，下列表述正確的是（ ）
A. Ca2＋與F－間僅存在靜電吸引作用
B. F－的離子半徑小于Cl－，則CaF2的熔點低于CaCl2
C. 陰、陽離子數目比為2∶1的物質，均具有與CaF2相同的晶胞結構
D. CaF2中的化學鍵為離子鍵，因此CaF2在熔融狀態下能導電
答案：D
3、下圖所示為某離子化合物的晶胞結構示意圖，X、Y、Z表示該晶胞中三種不同的微粒，該化合物的化學式可表示為　　　　　　　　。
答案：XY3Z
某離子化合物A3B的晶胞結構示意圖如上圖所示。晶胞中與一個B相緊鄰的A有　　　　個，與一個A相緊鄰的B有　　　　個。
答案：6 2

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