1、第三节 金属晶体与离子晶体 第1课时 金属晶体 离子晶体 学习目标 1.认识金属晶体的结构和性质。认识金属晶体的结构和性质。 2.能利用金属键、能利用金属键、“电子气理论电子气理论”解释金属的一些物理性质。解释金属的一些物理性质。 3.借助离子晶体模型认识离子晶体的结构和性质。借助离子晶体模型认识离子晶体的结构和性质。 一、金属键 1.金属键 金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键。金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键。 成键微粒：成键微粒：金属阳离子、自由电子金属阳离子、自由电子 成键本质：成键本质：金属阳离子与自由电子之间的强烈的静电作用金属阳离子与自由电子之间的强烈
2、的静电作用 特征：特征：无方向性和饱和性，成键电子可以在金属中自由流动无方向性和饱和性，成键电子可以在金属中自由流动 晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子，而几乎是均匀地晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子，而几乎是均匀地 分布在整块晶体中，因此晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间分布在整块晶体中，因此晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间 “弥漫弥漫”的电性作用，这就是金属键，因此金属键没有方向性和饱和性。的电性作用，这就是金属键，因此金属键没有方向性和饱和性。 基础梳理 金属键金属键的强弱取决于金属阳离子所带电荷及阳离子半径的大小。的强弱取决于金属阳离子所
3、带电荷及阳离子半径的大小。 金属键的影响因素 一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子 数。原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；原子半径越小，数。原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；原子半径越小， 价电子数越多，金属键越强。价电子数越多，金属键越强。 2.电子气理论 由于由于金属原子的最外层电子数较少金属原子的最外层电子数较少,容易失去电子成为容易失去电子成为 金属离子金属离子,金属原子释放出的价电子不专门属于某个特金属原子释放出的价电子不专门属于某个特 定的金属离子定的金属离子,而为许多金属离子所共有而为许多
4、金属离子所共有,并在整个金属并在整个金属 中自由运动中自由运动,这些电子又称为自由电子。这些电子又称为自由电子。金属脱落下来金属脱落下来 的价电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金的价电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金 属的“电子气”，从而把所有金属原子维系在一起属的“电子气”，从而把所有金属原子维系在一起。 二、金属晶体 1.定义：金属原子之间通过定义：金属原子之间通过金属键金属键相互结合形成的晶体，叫做金属晶体。相互结合形成的晶体，叫做金属晶体。 2.组成粒子：金属阳离子和自由电子。组成粒子：金属阳离子和自由电子。 3.微粒间的作用力：金属键微粒间的作用力：金属键 点拨点拨：在
5、金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有：在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有 阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。 在金属晶体中，不存在单个分子或原子，金属单质或合金在金属晶体中，不存在单个分子或原子，金属单质或合金(晶体锗、晶体锗、 灰锡除外灰锡除外)属于金属晶体。属于金属晶体。 金属晶体是一个金属晶体是一个“巨分子巨分子”。 4.金属晶体的性质 (1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。 (2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。熔、沸点：金属键越强，熔、
6、沸点越高。 同周期金属单质，从左到右同周期金属单质，从左到右(如如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。熔、沸点升高。 同主族金属单质，从上到下同主族金属单质，从上到下(如碱金属如碱金属)熔、沸点降低。熔、沸点降低。 合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。 金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁 常温下为固体，熔点很高。常温下为固体，熔点很高。 延展性延展性当金属受到外力作用时,晶体中的各原子层就会发生相对滑动,但 排列方式不变,金属原子与自由电子形成的电子气没有被破坏,所以金
7、属有 良好的延展性 导电性导电性在外加电场的作用下,金属晶体中的“电子气”在电场中定向移动 而形成电流,呈现良好的导电性 导热性导热性“电子气”中的自由电子在运动时与金属原子发生碰撞,从而引起 两者能量的交换除金属晶体能导电外,非金属中的石墨也能导电。 在在金属晶体中金属晶体中,充满着带负电荷的充满着带负电荷的“电子气电子气”（自由电子）（自由电子）,“电子气电子气”的运的运 动是没有方向的动是没有方向的,但在外加电场的作用下但在外加电场的作用下“电子气电子气”会发生会发生定向移动定向移动,从而从而 形成电流形成电流,所以金属容易导电所以金属容易导电,如下图所示如下图所示: 5.“电子气理论”
8、对金属性质的解释 (1)金属的导电性金属的导电性 高温下热运动剧烈，电子的高温下热运动剧烈，电子的 定向移动程度减弱，随着温度定向移动程度减弱，随着温度 的升高，金属的导电性减弱的升高，金属的导电性减弱 。 不同的金属导电能力不同，导不同的金属导电能力不同，导 电性最强的三种金属是：电性最强的三种金属是：Ag、 Cu、Al 晶体类型晶体类型 电解质电解质 金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态 导电粒子导电粒子 导电时发生的变化导电时发生的变化 导电能力随温度的变化导电能力随温度的变化 水溶液或熔融状态下水溶液或熔融状态下 晶体状态晶体状态 自由移动的离子自由移动的离子 自由电子自由电子
9、思考与讨论：思考与讨论：电解质在熔化状态或溶于水能导电，这与金属导电电解质在熔化状态或溶于水能导电，这与金属导电 的本质是否相同？的本质是否相同？ 化学变化化学变化 物理变化物理变化 增强增强 减弱减弱 “电子气”“电子气”（自由电子）在运动时与发生金属离子（自由电子）在运动时与发生金属离子频繁频繁碰撞，引起两者碰撞，引起两者能能 量的交换量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的“电子气”（自由电子）。当金属某部分受热时，那个区域里的“电子气”（自由电子） 能量增加，运动速度加快，通过能量增加，运动速度加快，通过频繁频繁碰撞，把能量传给金属离子。“电子碰撞，把能量传给金属离子。“电子 气”（
10、自由电子）在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而把能量从温度高气”（自由电子）在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而把能量从温度高 的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 (2)金属的导热性金属的导热性 当当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动相对滑动，但不，但不 会改变原来的排列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴会改变原来的排列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴 承中滚珠之间润滑剂的作用，所以在各原子层之间发生相对滑动以后，承中滚珠之间润滑剂的作用，所
11、以在各原子层之间发生相对滑动以后， 仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变不易断裂。仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变不易断裂。 因此，金属都有良好的延展性。因此，金属都有良好的延展性。如下图所示如下图所示: 自由电子 + 金属离子 错位 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + (3)金属的延展性金属的延展性 (4)颜色颜色 由于由于金属内部原子以最
12、紧密堆积状态排列，且存在自由电子，所以当光线金属内部原子以最紧密堆积状态排列，且存在自由电子，所以当光线 照射到金属表面时，自由电子可以吸收所有频率的光并很快放出，使金属照射到金属表面时，自由电子可以吸收所有频率的光并很快放出，使金属 不透明且具有金属光泽。而金属在粉末状态时，晶格排列不规则，吸收可不透明且具有金属光泽。而金属在粉末状态时，晶格排列不规则，吸收可 见光后反射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。见光后反射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。 金属键越强，晶体熔、沸点越高，硬度越大。金属键越强，晶体熔、沸点越高，硬度越大。 6.金属键对晶体性质的影响 例如：同周期金属单质，从左
13、到右，如：例如：同周期金属单质，从左到右，如：Na、Mg、Al熔、沸点依次熔、沸点依次 升高；升高； 同主族金属单质，从上至下，如碱金属同主族金属单质，从上至下，如碱金属Li、Na、K等熔、沸点依次等熔、沸点依次 降低；降低； 一般地，合金的熔、沸点比各成分金属都低。一般地，合金的熔、沸点比各成分金属都低。 强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类。强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类。 1定义定义： ： 由 由阳离子阳离子和和阴离子阴离子通过通过离子键离子键结合而成的晶体。结合而成的晶体。 2成键成键粒子：粒子： 阴、阳离子阴、阳离子 3相互作用相互作用力：力： 离子键离子键 4常见常见的离子晶体：
14、的离子晶体： 二、离子晶体 5离子晶体离子晶体的物理性质的物理性质 具有具有较高的熔、沸点，难挥发：离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互较高的熔、沸点，难挥发：离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互 作用（离子键），要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较作用（离子键），要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较 多的能量。因此，离子晶体具有多的能量。因此，离子晶体具有较高的熔、沸点较高的熔、沸点和和难挥发难挥发的性质。一般说的性质。一般说 来，来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的 熔、沸点越高
15、。熔、沸点越高。 离子晶体离子晶体的硬度较大，难于压缩。阴阳离子间有较强的离子键，使离子晶的硬度较大，难于压缩。阴阳离子间有较强的离子键，使离子晶 体的硬度较大，当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体的硬度较大，当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶 体破碎。体破碎。 离子晶体离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移 动的离子，因此，离子晶体动的离子，因此，离子晶体不导电不导电。 大多数大多数离子晶体易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如汽离子晶体易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如汽
16、油、苯等），遵循“油、苯等），遵循“相似相溶相似相溶”规律。当把离子晶体放入水中时，极”规律。当把离子晶体放入水中时，极 性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服了性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服了 离子间的作用而电离，变成在水中自由移动的离子。离子间的作用而电离，变成在水中自由移动的离子。 6晶胞类型：晶胞类型： NaCl的晶胞示意图 CsCl的晶胞示意图 CaF2的晶胞示意图 思考：氯化钠晶体中钠离子和氯离子氯化钠晶体中钠离子和氯离子 分别处于晶胞的什么位置？分别处于晶胞的什么位置？ 顶点和面心是顶点和面心是钠钠离子离子 棱上和体心是棱上和体心是
17、氯氯离子离子 每个晶胞含钠离子和氯离子的个数：每个晶胞含钠离子和氯离子的个数： 钠离子和氯离子的个数比为钠离子和氯离子的个数比为 4、4 11 (1) 氯化钠晶体氯化钠晶体 3 1 5 6 2 4 1 5 4 2 3 6 每个Cl- 周围与之最接近且距 离相等的Na+共有6个，每个 Cl-周围与它最近且等距的Cl- 有12个。 这几个这几个Na+在空间构成的几何构型为在空间构成的几何构型为 正八面体正八面体 NaCl晶体中离子的配位数 配位数 配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子的数目 离子离子 晶体晶体 晶胞晶胞 阴离子周围阴离子周围 距离最近的距离最近的 阳离子数阳离子数 阳离子周围阳离
18、子周围 距离最近的距离最近的 阴离子数阴离子数 晶胞均摊晶胞均摊 离子数目离子数目 NaCl 6 6 Na+数目数目 4 Cl-数目数目 4 铯离子 氯离子 氯化铯晶胞中氯氯化铯晶胞中氯 离子和铯离子分别离子和铯离子分别 处于晶胞的什么位处于晶胞的什么位 置？置？ 氯离子位于顶点，氯离子位于顶点， 铯离子位于体心。铯离子位于体心。 (2)氯化铯晶体氯化铯晶体 CsCl晶体的结构 离子 晶体 晶胞 阴离子周围 距离最近的 阳离子数 阳离子周围 距离最近的 阴离子数 晶胞均摊 离子数目 CsCl 8 8 Cs+数目 1 Cl-数目 1 三、四类晶体的比较 比较项目 晶体类型 离子晶体 共价晶体 分
19、子晶体 金属晶体 构成晶体 的粒子 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子 和自由电子 粒子间 的作用 离子键 共价键 范德华力(有 的含有氢键) 金属键 作用力大小 (一般而言) 较强 很强 弱 有的较强,有 的较弱 比较项目 晶体类型 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 判断作用 力大小的 参考数据 离子电荷 数、离子 半径 键能、键长 (与原子半 径相关) 组成和结构相似 时,比较相对分 子质量 离子半径、离子 所带电荷数 熔点 较高 高 低 差别较大(汞常 温下为液态,钨 熔点为3 410 ) 硬度 略硬而脆 大 较小 差别较大 比较项目 晶体类型 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶
20、体 导热和 导电性 不良导体 (熔融后或溶于 水导电) 不良导体 不良导体(部分 溶于水发生电 离后导电) 良导体 溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水 ,少数与水反 应 机械加工 性能 不良 不良 不良 优良 延展性 差 差 差 优良 (1)离子晶体中除含有离子键外离子晶体中除含有离子键外,是否含有共价键是否含有共价键? 提示:离子晶体中除含有离子键外,可能含有共价键。如Na2O2、NaOH、 Ba(OH)2、NH4Cl、Na2SO4中均含离子键和共价键。 (2)离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗? 提示:不一定。离子晶体的熔点不一定低于共价晶体。
21、如MgO是离子晶 体,SiO2是共价晶体,但MgO的熔点高于SiO2的熔点。 思考与讨论思考与讨论 (3)碳化硅、二氧化碳、碳酸钠均为含碳化合物碳化硅、二氧化碳、碳酸钠均为含碳化合物,分别属于哪类晶体分别属于哪类晶体?三者的三者的 熔点由低到高的顺序如何熔点由低到高的顺序如何? 提示:碳化硅是共价晶体,二氧化碳是分子晶体,碳酸钠是离子晶体。熔点由 低到高的顺序是二氧化碳碳酸钠碳化硅。 1判断正误判断正误(对的在括号内打对的在括号内打“”“”，错的在括号内打，错的在括号内打“”。) (1)常温下，金属单质都以金属晶体的形式存在常温下，金属单质都以金属晶体的形式存在 ( ) (2)金属阳离子与自由
22、电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形 变而消失变而消失 ( ) (3)金属晶体的构成粒子为金属原子金属晶体的构成粒子为金属原子 ( ) (4)同主族金属元素自上而下，金属单质的熔点逐渐降低，体现金属键逐同主族金属元素自上而下，金属单质的熔点逐渐降低，体现金属键逐 渐减弱。渐减弱。 ( ) 当堂过关 2.金属晶体的下列性质中金属晶体的下列性质中,不能用金属晶体结构加以解释的是不能用金属晶体结构加以解释的是( ) A.易导电易导电 B.易导热易导热 C.有延展性有延展性 D.易锈蚀易锈蚀 3.下列关于金属及金属键的说法正确的是下列
23、关于金属及金属键的说法正确的是( ) A.金属键具有方向性和饱和性金属键具有方向性和饱和性 B.金属键是金属阳离子与自由电子之间的相互作用金属键是金属阳离子与自由电子之间的相互作用 C.金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子 D.金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光 D B 4.下列有关金属键的叙述错误的是下列有关金属键的叙述错误的是( ) A.金属键不同于共价键金属键不同于共价键,没有饱和性和方向性没有饱和性和方向性 B.金属键中的电子属于整块金属金属键中的电子属于整块金属,具有流动性具有流动性
24、 C.金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用 D.金属的导电性、导热性和延展性都与金属键有关金属的导电性、导热性和延展性都与金属键有关 解析:金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电作用, 包括静电引力和静电斥力。金属键影响物质的物理性质,如导电性、 导热性和延展性等。 C 5.为了确定为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物是否为离子化合物,进行下列实验。进行下列实验。 其中合理、可靠的是其中合理、可靠的是( ) A.观察常温下的状态观察常温下的状态,SbCl5是苍黄色液体是苍黄色液体,SnC
25、l4为无色液体。结为无色液体。结 论论:SbCl5和和SnCl4都是离子化合物都是离子化合物 B.测定测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为的熔点依次为73.5 、2.8 、-33 。 结论结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物都不是离子化合物 C.将将SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中溶解于水中,滴入滴入HNO3酸化的酸化的AgNO3溶液溶液, 产生白色沉淀。结论产生白色沉淀。结论:SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物都是离子化合物 D.测定测定SbCl3、SbCl5、SnCl4水溶液的导电性水溶液的导电性,发现它们都可以导电。发现它们都可以导电。 结论结论:SbCl3、bCl5、SnCl4都是离子化合物都是离子化合物 答案：B 解析:离子晶体中含有离子键,离子键是阴、阳离子之间强烈的相互作用, 故离子晶体往往有较高的熔点,A项错而B项正确;滴入HNO3酸化的 AgNO3溶液,产生白色沉淀,只能说明这些物质溶于水时产生了Cl-,有的共 价化合物溶于水时也能产生Cl-(如HCl),C错;有些共价化合物的水溶液也 能导电,如HCl,D错。