2022-2022学年高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第2节金属晶体与离子晶体学案鲁科版选修.doc

第2节　金属晶体与离子晶体

1．能用金属键和离子键的理论解释金属晶体和离子晶体的物理性质。(重点)
2．了解金属晶体的三种原子堆积模型和几种典型离子晶体的晶胞结构。(难点)
3．了解晶格能的概念和意义。

金 属 晶 体
[基础·初探]
1．概念
金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。
2．特点
由于金属键没有饱和性和方向性，从而导致金属晶体最常见的结构型式具有堆积密度大、原子配位数高、能充分利用空间等特点。
3．常见堆积方式
三种典型结构型式
面心立方最密堆积A1
体心立方密堆积A2
六方最密堆积A3
常见金属
Ca，Cu，Au，Al，Pd，Pt，Ag
Li，Na，K，Ba，W，Fe
Mg，Zn，Ti
结构示意图

配位数
12
8
12
晶体结构
面心立方晶胞
体心立方晶胞
六方晶胞
4.物理通性
金属晶体具有金属光泽，有良好的导电、导热和延展性。

1．金属在发生变形延展时，金属键断裂吗？
【提示】　不断裂。
2．金属在通常状况下都是晶体吗？金属晶体的性质与哪些因素有关？
【提示】　不是，如汞；金属键和金属原子的堆积方式决定金属的性质。
[核心·突破]
1．金属物理通性的解释

2．金属晶体熔点的影响因素
同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷决定，阳离子半径越小，所带电荷越多，相互作用力就越强，熔点就越高。例如熔点：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，Na＜Mg＜Al。
[题组·冲关]
1．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
【解析】　金属原子失去电子后变为金属离子，失去的电子称为自由电子，自由电子可以在金属晶体中自由移动，在外加电场的作用下，自由电子就会定向移动而形成电流。
【答案】　B
2．关于金属晶体的体心立方密堆积的结构型式的叙述中，正确的是(　　)
A．晶胞是六棱柱 B．属于A2型最密堆积
C．每个晶胞中含4个原子 D．配位数为12
【解析】　金属晶体的体心立方密堆积的晶胞是平行六面体，体心立方密堆积的堆积方式为立方体的顶点和体心各有1个原子，属于A2型最密堆积，每个晶胞中含有8×＋1＝2个原子，A2型的配位数为8。
【答案】　B
3．金属晶体堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因是(　　)
A．金属原子的价电子数少
B．金属晶体中有自由电子
C．金属原子的原子半径大
D．金属键没有饱和性和方向性
【解析】　这是因为借助于没有方向性的金属键形成的金属晶体的结构中，都趋向于使原子吸引尽可能多的原子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。
【答案】　D
4．下列关于金属晶体的叙述正确的是(　　)
A．常温下，金属单质都以金属晶体形式存在
B．金属离子与自由电子之间有强烈的相互作用，在一定外力作用下，不因形变而消失
C．钙的熔点低于钾
D．温度越高，金属的导电性越好
【解析】　A项，汞在常温下为液态；C项，由于原子半径r(Ca)＜r(K)且价电子数Ca＞K，所以金属键Ca＞K，故熔点Ca＞K。
【答案】　B

离 子 晶 体
[基础·初探]
1．概念
由阳离子和阴离子通过离子键结合，在空间呈现有规律的排列而形成的晶体。
2．常见AB型的离子晶体
晶体类型
NaCl型
CsCl型
ZnS型
晶体结构模型

配位数
6
8
4
晶胞中微粒数
Na＋　4
Cl－　4
Cs＋　1
Cl－　1
Zn2＋　4
S2－　4
符号类型
Li、Na、K、Rb的卤化物、AgF、MgO等
CsBr、CsI、NH4Cl等
BeO、BeS等
3.晶格能
(1)概念：将1 mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量。
(2)意义：衡量离子键的强弱。晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体越稳定。
(3)影响因素：
①晶格能∝，即与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比。
②与离子晶体的结构型式有关。
4．特性
(1)熔点、沸点较高，而且随着离子电荷的增加，离子间距的缩短，晶格能增大，熔点升高。
(2)一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂。
(3)在固态时不导电，熔融状态或在水溶液中能导电。

离子晶体的化学式是表示真正的分子构成吗？
【提示】　不是。离子晶体的化学式仅代表晶体中阴、阳离子个数比，并不代表分子构成，所以离子晶体中不存在分子。
[核心·突破]
对离子晶体特性的理解
1．离子晶体熔、沸点的比较：一般来说，阴、阳离子所带的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，如Al2O3>MgO；NaCl>CsCl等。
2．对于离子晶体的熔、沸点，要注意“一般来说”和“较高”等字词。“一般来说”说明离子晶体的熔、沸点还有些特例；“较高”是与其他晶体类型比较的结果。
3．离子晶体的一些特殊物理性质可用于确定晶体类型。如在固态时不导电，在熔融状态下能导电的晶体一定是离子晶体。
4．离子晶体导电的前提是先电离出自由移动的阴、阳离子。难溶于水的强电解质如BaSO4、CaCO3等溶于水时，由于浓度极小，故导电性极弱。通常情况下，它们的水溶液不导电。
[题组·冲关]
1．下列物质的晶体属于离子晶体的是(　　)
A．苛性钾 B．碘化氢
C．硫酸 D．醋酸
【解析】　苛性钾含有离子键，故属于离子晶体；碘化氢、硫酸、醋酸均含有分子间作用力，故三者均为分子晶体。
【答案】　A
2．下列性质适合于离子晶体的是(　　)
A．熔点1 070 ℃，固态不导电，液态能导电
B．熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电
C．能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃
D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3
【解析】　离子晶体的性质是熔点较高，固态不导电，液态和水溶液能导电，质脆。
【答案】　A
3．下列说法正确的是(　　)
A．晶体中若存在阴离子，就一定存在阳离子
B．离子晶体不一定是化合物
C．离子晶体都易溶于水
D．离子晶体一定是由活泼金属和活泼非金属形成的
【解析】　离子晶体的构成微粒是阴离子与阳离子，A项正确。离子晶体中存在离子键，存在电子得失，一定是化合物，B项错。CaCO3、BaSO4等离子晶体难溶于水，C项错。NH4Cl晶体全部由非金属元素组成，D项错。
【答案】　A
4． NaCl晶体模型如下图所示：
【导学号：66240026】

(1)在NaCl晶体中，每个Cl－周围同时吸引着________个Na＋；在NaCl晶胞中含有________个Na＋、________个Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有________个。
(2)对于氯化钠晶体，下列描述正确的是________。
A．它是六方紧密堆积
B．相邻的正负离子核间距等于正负离子半径之和
C．与氯化铯晶体结构相同
D．每个Na＋与6个Cl－邻近
【解析】　(1)在氯化钠晶体中，一个Na＋位于晶胞的中心，12个Na＋分别位于晶胞的12条棱上，则属于该晶胞的Na＋相当于3个(×12＝3，棱边上的每个Na＋同时被4个晶胞共用，属于该晶胞的Na＋仅占)，因此一个晶胞中共含有4个Na＋；
8个Cl－分别位于晶胞的8个顶点上，则属于该晶胞的Cl－相当于1个(×8＝1，顶点上的每个Cl－同时被8个晶胞共用，属于该晶胞的Cl－仅占)，6个Cl－分别位于晶胞的6个面心上，则属于该晶胞的Cl－相当于3个(×6＝3，面心上的每个Cl－同时被2个晶胞共用，属于该晶胞的Cl－仅占)，所以一个晶胞中共含有4个Cl－。
可见NaCl晶体中Na＋、Cl－的个数比为1∶1。图中位于晶胞中心的Na＋实际上共有3个平面通过它，通过中心Na＋的每个平面都有4个Na＋位于平面的四角，这4个Na＋与中心Na＋距离最近且距离相等。所以在NaCl晶体中，每个Na＋周围与它距离最近且距离相等的Na＋共有12个，按相似的方法可推出每个Cl－周围与它最近且距离相等的Cl－也共有12个。
(2)氯化钠晶体是面心立方最密堆积，故A错；氯化铯晶体结构呈体心立方密堆积A2，所以C不正确；氯化钠晶体中以Na＋为中心向三维方向伸展，有6个Cl－近邻，所以D正确；相邻的正、负离子核间距不等于正、负离子半径之和，B错。
【答案】　(1)6　4　4　12　(2)D