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(共59張PPT)
第三節
金屬晶體與離子晶體
第1課時
金屬晶體
第三章　晶體結構與性質
金屬物理通性：有金屬光澤、導電性、導熱性、延展性等
金 Au
鋁 Al
銅 Cu
鎢 W
那么，金屬晶體中的原子是通過什么作用力結合在一起的？
：觀察金屬置換反應中金屬的生長過程，可知：金屬具有較為規則的幾何外形，是一種晶體，我們稱其為金屬晶體。
金屬陽離子和自由電子之間的強烈的相互作用
金屬陽離子和自由電子
1.概念：
2.成鍵粒子：
5.金屬鍵的本質--電子氣理論:
3.金屬鍵的存在：
存在于金屬單質和合金中
一、金屬鍵
①電子氣理論(最簡單理論)
②能帶理論
4.描述金屬鍵的理論:
金屬陽離子與自由電子之間的強烈的相互作用
由于金屬原子的最外層電子數較少,容易失去電子成為金屬離子。該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價電子(自由電子)形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有金屬原子維系在一起，形成像共價晶體一樣的“巨分子”，所以金屬晶體和共價晶體一樣，是一種“巨分子”，不存在單個分子。
自由電子
金屬陽離子
靜電作用
6.金屬鍵的特征:
金屬鍵無方向性和飽和性。(金屬晶體中的自由電子不專屬于某個特定的金屬陽離子，而是幾乎均勻地分布在整個晶體里，把所有金屬原子維系在一起，自由電子可以在整塊金屬中自由移動，所以金屬鍵無方向性和飽和性。)
陽離子所帶電荷越多、半徑越小,金屬鍵越強
7.影響金屬鍵強弱的因素:
如：熔點最高的金屬是____，硬度最大的金屬是____。
①原子半徑大小：
②價電子數多少：
價電子數越多，金屬鍵越強，熔沸點越高，硬度越大。
原子半徑越小，金屬鍵越強，熔沸點越高，硬度越大。
思考：對比鋰、鈉、鎂、鋁、鉀的原子結構和熔沸點的數據，分析金屬晶體的熔沸點(金屬鍵的強弱)與哪些因素有關？
晶體 原子半徑/pm 價電子數 熔點/℃ 沸點/℃
Li 76 1 180 1340
Na 102 1 97.72 883
K 138 1 63.65 759
Mg 72 2 651 1107
Al 53.5 3 660 2324
1) 判斷鈉、鎂、鋁熔沸點和硬度的大小
2) 判斷鈉、鉀、銣、銫熔沸點和硬度的大小
鈉、鎂、鋁原子半徑減小，價電子數增多，則單質中所形成金屬鍵依次增強，故鈉、鎂、鋁熔沸點和硬度的大小順序是;鈉<鎂<鋁
鈉、鉀、銣、銫價電子數相同，隨原子序數的遞增，原子半徑依次增大，則單質中所形成金屬鍵依次減弱，故鈉、鉀、銣、銫熔沸點和硬度的大小順序是:鈉>鉀>銣>銫
【思考與討論】
知識回顧
金屬有哪些物理通性？
延展性
導電性
導熱性
銀白色金屬光澤(銅紫紅色，金是金黃色)
常溫下是固體(汞是液體)
如何應用電子氣理論，解釋金屬的物理通性？
金屬晶體內部存在自由電子，當光線投射到金屬表面時，自由電子吸收可見光，然后又把各種波長的光大部分再反射出來，這就使絕大多數金屬呈現銀灰色或銀白色光澤。（某些金屬因易吸收某些頻率光而呈特殊顏色）
8、用“電子氣理論”解釋金屬的通性
(1)金屬光澤
金屬在粉末狀態時，金屬原子的取向雜亂，排列不規則，吸收可見光后不能再反射出來，所以金屬粉末常呈暗灰色或黑色。(鋁粉為銀白色，俗稱“銀粉”)。
銀白色的純鐵塊
黑色的鐵粉
總結：因而整塊金屬具有金屬光澤而金屬粉末常呈暗灰色或黑色。
導電性
(2)金屬的導電性
外加電場
在金屬晶體中，充滿著帶負電的“電子氣”（自由電子），這些電子氣的運動是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下，自由電子定向運動形成電流，所以金屬容易導電。
不同的金屬導電能力不同，導電性最強的三中金屬是：Ag、Cu、Al。
(金屬在固態或液體都有導電性)
①金屬晶體具有導電性，但能導電的物質不一定是金屬
②石墨具有導電性，屬于非金屬。
還有一大類能導電的有機高分子化合物（如聚乙炔），也不屬于金屬。
③當溫度升高時，陽離子的振動加劇，對自由電子的定向移動產生了阻礙作用，金屬的電阻隨溫度升高而增大，故導電能力下降。
類型 電解質 金屬晶體
導電時的狀態
導電粒子
導電時發生的變化
導電本質
導電能力隨溫度的升高
水溶液/熔融狀態
固體或液體
自由移動的離子
自由電子
思考：電解質在熔化狀態或溶于水能導電，這與金屬導電的本質是否相同
化學變化
物理變化
增強
減弱
電解過程
電子定向移動
導熱性
(3)金屬的導熱性
當金屬晶體的某一端在受熱時，其附近內部的自由電子做劇烈的無序運動，從而與金屬陽離子發生碰撞。在碰撞過程中，引起兩者能量交換，能量高的自由電子將自己的能量傳遞給金屬陽離子。使能量從溫度高的區域傳到溫度低的區域，從而使整塊金屬達到同樣的溫度。
在冬天我們感覺金屬制品比木制品更涼，原因是當人接觸到金屬時，金屬很快將人體的熱量傳遞出去，因為木制品不易導熱所以當人接觸到木制品時，身體的熱量不易散失。
延展性
(4)金屬的延展性
金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層會發生相對滑動，但原來的排列方式不變，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，所以金屬有良好的延展性。
提示 : 當向金屬晶體中摻入不同的原子時，就像在滾珠之間摻入了細小的碎石一樣，因此形成合金會使金屬的延展性變差、硬度增大。
1、概念：通過金屬陽離子與__________之間的較強作用形成的晶體，叫做金屬晶體。
二、金屬晶體
自由電子
2、金屬晶體中的粒子及粒子間的相互作用：
金屬陽離子和自由電子
金屬鍵（靜電作用）
構成微粒
金屬晶體
微粒間的作用力
◆在常溫下，金屬(除汞外)都是晶體，其中除鍺、灰錫外都是金屬晶體。
◆金屬晶體中，除了純金屬，還有大量的合金。大多數合金是以一種金屬為主要組成，如以鐵為主要成分的碳鋼、錳鋼、不銹鋼等，以銅為主要成分的黃銅、青銅、白銅等。
判斷方法：金屬陽離子半徑越小，所帶電荷數越多，金屬鍵越強，熔沸點就相應越高，硬度也越大。
3、金屬晶體的物理性質
(2)熔、沸點及硬度相差較大
(1)具有延展性、導電性、導熱性、金屬光澤等物理通性
汞常溫為液體，熔點很低(-38.9℃)，而鐵等金屬熔點很高(1535℃)。不同金屬中金屬鍵的強度差別很大。例如，金屬鈉的熔點較低、硬度較小，而鎢是熔點最高的金屬、鉻是硬度最大的金屬，這是由于形成的金屬鍵強弱不同的緣故。
晶體類型 共價晶體 分子晶體 金屬晶體
構成微粒
微粒間 作用力
物 理 性 質 熔沸點
硬度
導電性
實例 金剛石、二氧化硅、 晶體硅、碳化硅 C60、S8、 白磷等 Ag、Cu、Fe、
鋼鐵等
分子
原子
金屬陽離子和自由電子
共價鍵
分子間作用力
金屬鍵
很高
較低
差別較大
很大
較小
差別較大
無（硅為半導體）
無
易導電
【歸納對比】
熔點最低的金屬是--------
汞 [-38.87℃]
熔點最高的金屬是--------
鎢 [3410℃]
密度最小的金屬是--------
鋰 [0.53g/cm3]
密度最大的金屬是--------
鋨 [22.57g/cm3]
硬度最小的金屬是--------
銫 [0.2]
硬度最大的金屬是--------
鉻 [9.0]
最活潑的金屬是----------
銫
最穩定的金屬是----------
金
延性最好的金屬是--------
鉑[鉑絲直徑： mm]
展性最好的金屬是--------
金[金箔厚： mm]
金屬之最
【思考與討論】
(1)含有陽離子的晶體中一定含有陰離子嗎
(2)純鋁硬度不大，形成硬鋁合金后，硬度很大，金屬形成合金后為什么有些物理性質會發生很大的變化
不一定。如金屬晶體中含有金屬陽離子和自由電子，但沒有陰離子；但晶體中有陰離子時，一定有陽離子。
金屬晶體中摻入不同的金屬或非金屬原子時，影響了金屬的延展性和硬度。
1、正誤判斷
(1)金屬在常溫下都是晶體( )
(2)金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電吸引作用( )
(3)金屬晶體在外力作用下，各層之間發生相對滑動，金屬鍵被破壞( )
(4)共價晶體的熔點一定比金屬晶體的高，分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低( )
(5)金屬晶體除了純金屬，還有大量的合金( )
(6)金屬的電導率隨溫度的升高而降低( )
×
×
×
×
√
√
3、下列敘述正確的是( )
A. 任何晶體中，若含有陽離子，就一定含有陰離子
B. 金屬晶體的形成是因為晶體中存在金屬陽離子間的相互作用
C. 價電子數越多，金屬元素的金屬性越強
D. 含有金屬元素的離子不一定是陽離子
D
2、下列有關金屬晶體中說法中正確的( )
A. 常溫下都是晶體
B. 最外層電子數少于3個的都是金屬
C. 任何狀態下都具有延展性
D. 都能導電和傳熱
D
5、下列對于金屬熔、沸點、硬度的判斷正確的是(　 )
A. 金屬鎂的熔點高于金屬鋁
B. 堿金屬單質的熔、沸點從Li到Cs是逐漸升高的
C. 金屬鋁的硬度大于金屬鈉
D. 金屬鎂的硬度小于金屬鈣
C
4、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. 金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下可發生定向移動
C. 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
D. 金屬晶體在外加電場作用下可失去電子
B
第三節
金屬晶體與離子晶體
第2課時
離子晶體
第三章　晶體結構與性質
下列晶體構成微粒有什么共同點？
膽礬(藍礬)
CuSO4·5H2O
螢石
CaF2
重晶石
BaSO4
燒堿
NaOH
它們都是由陽離子和陰離子構成的離子化合物。
陰、陽離子之間通過靜電作用形成的化學鍵。
離子所帶電荷數越多，離子半徑越小，離子鍵越強。
一、離子鍵
4、影響因素：
1、定義：
靜電引力和斥力
5、形成條件：
活潑的金屬元素和非金屬元素間容易形成離子鍵;形成化合物的元素的電負性之差>1.7
2.本質：靜電作用（靜電吸引力和靜電排斥力）
3、成鍵過程：陰陽離子接近到某一定距離時，吸引和排斥達到平衡，就形成了離子鍵。
離子鍵沒有方向性和飽和性。
6、特征：
沒有方向性： 陰陽離子是球形對稱的，電荷的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，都可以和帶不同電荷的離子發生作用。
沒有飽和性：在靜電作用能達到的范圍內，只要空間條件允許，一個離子可與多個離子發生作用。
以離子鍵結合的化合物傾向于形成緊密堆積，使每個離子周圍盡可能多地與帶相反電荷的離子接觸，從而達到穩定的目的。
二、離子晶體
1、定義：由陰離子和陽離子相互作用而形成的晶體
2、構成微粒及微粒間作用力
陰、陽離子
離子鍵
離子晶體
構成粒子
粒子間的作用力
【注意】
有的離子晶體中還存在電中性分子(如H2O、NH3等)，所以這些離子晶體中還存在共價鍵、分子間作用力、氫鍵等。
氯化鈉晶胞結構
(靜電作用)
離子晶體無單個分子存在，無分子式，化學式表示離子最簡整數比。如NaCl不表示分子式
3、常見的離子晶體
由離子化合物(強堿、活潑金屬氧化物、絕大部分鹽)結晶形成。
③離子晶體不導電，但在水溶液或熔融狀態下能導電。
①熔、沸點較高，難揮發。
②硬度較大，難壓縮。
離子晶體中，陰、陽離子之間通過離子鍵結合，一般離子鍵的強度較大，要使物質熔化或沸騰，就需要較多的能量。
離子晶體中有較強的離子鍵，所以硬度較大，當晶體受到沖擊力作用時，部分離子鍵發生斷裂，導致晶體破碎。
離子晶體中離子鍵較強，離子不能自由移動，即無自由移動的離子。離子晶體熔化可以形成自由移動的離子; 或溶于水時，陰、陽離子受到水分子作用變成了自由移動的離子(實質上是水合離子)，能夠導電。
4、離子晶體的性質
④大多數離子晶體易溶于極性溶劑(如水)，難溶于非極性溶劑(如汽油、苯等)，遵循“相似相溶”規律。
當把離子晶體放入水中時，極性水分子對離子晶體中的離子產生吸引作用，使晶體中的離子克服了離子間的相互作用而電離，變成在水中自由移動的離子。
規律：一般離子半徑越小，所帶電荷數越多，離子鍵越強，熔、沸點就越高，硬度也越大。離子晶體的熔沸點相差很大，有的比共價(分子)晶體高，有的也比共價(分子)晶體低。
◆物質的狀態，一般情況下是固體>液體>氣體；
◆晶體類型，一般是共價晶體>離子晶體>分子晶體
(注意：不是絕對的，如氧化鋁的熔點大于晶體硅)。
◆同類晶體比較思路：
共價晶體→共價鍵鍵能→鍵長→原子半徑；
分子晶體→分子間作用力→相對分子質量、極性、氫鍵、支鏈；
離子晶體→離子鍵強弱→離子所帶電荷數、離子半徑；
金屬晶體→金屬鍵強弱→金屬陽離子所帶電荷、金屬陽離子半徑。
比較不同晶體熔、沸點的基本思路
(1)根據物質的分類
金屬離子和酸根離子、OH-形成的大多數鹽、強堿,活潑金屬的氧化物和過氧化物(如Na2O和Na2O2),活潑金屬的氫化物(如NaH),活潑金屬的硫化物等都是離子晶體。
(2)根據元素的性質和種類
如成鍵元素的電負性差值大于1.7的物質、金屬元素(特別是活潑的金屬元素，第ⅠA、ⅡA族元素)與非金屬元素(特別是活潑的非金屬元素,第ⅥA、ⅦA族元素)組成的化合物。
5、離子晶體的判斷
(3)根據物質的性質
離子晶體一般具有較高的熔、沸點,難揮發,硬而脆;固體不導電,但熔融或溶于水時能導電;大多數離子晶體易溶于極性溶劑而難溶于非極性溶劑。
注：判斷離子晶體，可根據其熔融狀態能否導電進行
6.常見離子晶體的結構
【歸納對比】
晶體 分子晶體 離子晶體 共價晶體 金屬晶體
構成微粒 分子 陰、陽離子 原子 金屬離子、自由電子
微粒間 作用力 范德華力 (少數有氫鍵) 離子鍵 共價鍵 金屬鍵
性質 熔、沸點 較低 較高 很高 差別較大
硬度 較小 較大 很大 差別較大
溶解性 相似相溶 多數溶于水 不溶 不溶，有些與水反應
導電性 固態、液態均不導電，部分溶于水時導電 固態時不導電，熔融時導電，能溶于水的溶于水時導電 多數在固態、熔融時都不導電，少數為半導體 固態、熔融態時導電
離子液體
離子晶體的熔點，有的很高，如CaO的熔點為2613 ℃，有的較低，如NH4NO3、Ca(H2PO4)2的熔點分別為170℃、109℃。早在1914年就有人發現，引入有機基團可降低離子化合物的熔點，如C2H5NH3NO3的熔點只有12℃，比NH4NO3低了158℃!
到20世紀90年代，隨著室溫或稍高于室溫時呈液態的離子化合物的優異性質不斷被開發利用，才意識到它們的巨大價值，并將它們定義為離子液體。
2、下列物質中，含有極性共價鍵的離子晶體是( )
A. NaCl　　　B. Na2O C. Na2O2　　　　　 D. NaOH
D
3、下列各物質的晶體中，晶體類型相同的是( )
A. CO2和SiO2 B. NaCl和HCl
C. CO2和CS2 D.CCl4和MgCl2
C
1、下列物質的晶體一定屬于離子晶體的是( )
A. 在水中能電離出離子的物質
B. 在水中能電離出SO42-的化合物
C. 在水中能電離出Na+的化合物
D. 熔化時化學鍵無變化的化合物
C
4、關于晶體的下列說法中，正確的是( )
A. 共價晶體中可能含有離子鍵
B. 離子晶體中可能含有共價鍵
C. 離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價鍵
D. 任何晶體中，若含有陽離子就一定有陰離子
B
5、下面排序不正確的是( )A. 晶體的熔點由高到低排列SiO2 > CaCl2 > CCl4 > CF4
B. 硬度由大到小：金剛石 > 碳化硅 > 晶體硅
C. 熔點由高到低：Na > Mg > Al
D. 熔點由高到低：NaF > NaCl > NaBr > NaI
C
第三節
金屬晶體與離子晶體
第3課時
過渡晶體與混合型晶體
第三章　晶體結構與性質
：我們已經學習了分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體等四類典型晶體。
那么，晶體類型之間存在絕對的界限嗎？
共價晶體
金屬晶體
離子晶體
分子晶體
CO2
NaCl
SiO2
Cu
純粹的典型晶體是不多的！大多數晶體是它們之間的過渡晶體。
離子鍵、共價鍵、金屬鍵等都是化學鍵的典型模型，但是，原子間形成的化學鍵往往是介于典型模型之間的過渡狀態，由于微粒間的作用存在鍵型過渡，即使組成簡單的的晶體，也可能介于離子晶體、共價晶體、分子晶體和金屬晶體之間的過渡狀態，形成過渡晶體。
一、過渡晶體
介于某兩種晶體類型之間的晶體。
1、定義：
①四種典型晶體類型都存在過渡晶體。
②離子晶體和共價晶體的過渡標準是化學鍵中離子鍵成分的百分數。離子鍵成分的百分數大，作為離子晶體處理，離子鍵成分的百分數小，作為共價晶體處理。
2、過渡晶體要點：
幾種氧化物的化學鍵中離子鍵成分的百分數 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7
離子鍵的 百分數/% 62 50 41 33 離子鍵的百分數更小，共價鍵不再貫穿整個晶體。是分子晶體。 離子鍵的百分數大于等于50%，當作離子晶體處理，離子鍵的百分數小于50%，偏向共價晶體，當作共價晶體處理
提示：離子鍵的百分數是依據電負性的差值計算出來的，電負性差值越大，離子鍵成分的百分數越大。
電負性差值大于1.7通常形成離子鍵。
電負性差值小于1.7通常形成共價鍵。
◆表中4種氧化物晶體中的化學鍵既不是純粹的離子鍵，也不是純粹的共價鍵，這些晶體只是離子晶體與共價晶體之間的__________。
◆偏向離子晶體的過渡晶體在許多性質上與純粹的離子晶體接近，因而通常當作離子晶體來處理，如上表中的__________等。同樣，偏向共價晶體的過渡晶體則當作共價晶體來處理，如上表中的____________、__________等。
◆第三周期后幾種元素的氧化物如P2O5、SO3、Cl2O7等都是______晶體，表明離子鍵成分的百分數更小，而且共價鍵也不再貫穿整個晶體。
過渡晶體
Na2O
Al2O3
SiO2
分子
③晶體性質偏向某一晶體類型的過渡晶體通常當作該晶體類型處理。
二、混合型晶體——石墨晶體
有一些晶體，晶體內粒子間可能同時存在著若干種不同的作用力，因而具有若干種晶體的結構和性質，這類晶體稱為混合型晶體。
石墨晶體中既存在共價鍵又存在范德華力，同時還存在類似金屬鍵的作用力，兼具共價晶體、分子晶體、金屬晶體的特征，因此石墨晶體是一種典型的混合型晶體。
1.概念：
2、結構特點——層狀結構
①同層內，碳原子采用 雜化，形成三個sp2雜化軌道，分別與相鄰的三個碳原子的sp2雜化軌道重疊形成σ鍵。六個碳原子在同一平面內形成正六邊形的環，伸展形成無限的平面網狀結構。
sp2
石墨晶體中的二維平面結構
sp2雜化
平面六元并環
石墨層狀結構
石墨結構中未參與雜化的p軌道
每個碳原子還有1個未參與雜化的2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面。由于所有的2p軌道相互平行，所以2p電子相互重疊，p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運動。這些網狀的平面結構以范德華力結合形成層狀結構，層與層之間的距離較大。
②層與層之間以 相結合。
范德華力
3、石墨的物理性質
①導電性：石墨有導電性，而且由于相鄰碳原子平面相隔較遠，電子不能從一個平面跳躍到另一個平面，所以石墨的導電性只能沿著石墨平面的方向。
②潤滑性：石墨晶體層與層之間存在范德華力，結合力弱，層與層之間可發生相對滑動，使之具有潤滑性。可用作潤滑劑、鉛筆筆芯等。
③高熔、沸點：石墨的熔、沸點很高，石墨的熔點高于金剛石，更穩定。
①石墨中所有碳原子均采取_______，形成___________結構
②石墨中C與C-C個數比為________。
sp2雜化
平面六元并環
金剛石中碳原子均采取_______，形成____________結構
sp3雜化
三維骨架
2︰3
金剛石中C與C-C個數比為________。
1︰2
石墨與金剛石的比較：
金剛石的晶體結構
石墨晶體中的二維平面結構
③質量相同的金剛石與石墨，
兩者碳原子的個數比為_______兩者碳碳鍵的個數______。
1︰1
4︰3
石墨中每個C原子參與了 個C-C和 個六元環（ ６個原子共平面）的形成；石墨晶體中最小環為六元環，每個鍵被 個C原子共用，每一個六元環平均占6×1/3=2個C原子，6×1/2=3個C-C鍵 ； 所以石墨中C與C-C個數比為________
2︰3
3
3
2
一種結晶形碳,灰黑色，成葉片狀、鱗片狀和致密塊狀。質軟,具滑膩感，能導電。化學性質不活潑，耐腐蝕，在空氣或氧氣中強熱可以燃燒生成CO2。石墨可用作潤滑劑，可用于制造坩堝、電極、鉛筆芯等。
鉛筆
石墨電極
石墨坩堝
4、石墨用途
1、下列氧化物中所含離子鍵成分的百分數最小的是(　 )A．N2O3 B．P2O3 C．As2O3 D．Bi2O3
2、以下有關石墨晶體的說法中，其中錯誤的有(　 )①石墨中僅存在分子間作用力 ②石墨是混合型晶體 ③石墨中的C原子為sp2雜化 ④石墨熔點、沸點都比金剛石低 ⑤石墨中碳原子數和C－C數之比為1: 2 ⑥石墨和金剛石的硬度相同 ⑦石墨層內導電性和層間導電性不同 ⑧每個六元環完全占有的碳原子數是2A．①③⑤⑧ B．②③⑦⑧
C．①④⑤⑥ D．③④⑤⑥
A
C

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