1、第三节第三节 金属晶体与离子晶体金属晶体与离子晶体 第第 1 1 课时课时 金属键与金属晶体金属键与金属晶体 离子晶体离子晶体 学业要求 核心素养建构 1.能利用金属键、“电子气理论”解释金属的一些物 理性质。 2.借助离子晶体模型认识离子晶体的结构和性质。 3.能利用离子键的有关理论解释离子晶体的物理性 质。 知识梳理 一、金属键与金属晶体 1.金属键 (1)定义：在金属晶体中金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。 (2)成键微粒：金属阳离子和自由电子。 (3)成键条件：金属单质或合金。 (4)成键本质 电子气理论：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所 有原子共用，
2、从而把所有金属原子维系在一起， 形成像共价晶体一样的“巨分子”。 2.金属晶体 (1)通过金属阴离子与自由电子之间的较强作用形成的晶体，叫做金属晶体。 (2)用电子气理论解释金属的物理性质 微自测 1.判断正误，正确的打“”；错误的打“”。 (1)常温下，金属单质都以晶体形式存在。( ) (2)金属键可以看作许多原子共用许多电子的相互作用，故也有方向性和饱和性。 ( ) (3)金属晶体的熔点一定比共价晶体低。( ) (4)晶体中有阳离子，必然含有阴离子。( ) (5)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。 ( ) (6)金属晶体除了纯金属还有大量合金。( ) (7
3、)金属晶体有导电性，但导电的物质不一定是金属，如石墨、有机高分子化合物 等( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 二、离子晶体 1.结构特点 (1)构成微粒：阳离子和阴离子。 (2)作用力：离子键。 特别提醒：大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子，有的还存在电中性 分子(如 H2O、NH3等)；在有些离子晶体中还存在共价键、氢键等；贯穿整个晶 体的主要作用力仍是阴、阳离子之间的作用力。 2.常见的离子晶体 晶体类型 NaCl CsCl 晶胞 晶胞中所 含离子数 Cl 4 Na 4 Cs 1 Cl 1 3.物理性质 (1)硬度较大，难以压缩。 (2)熔点和沸点
4、较高。 (3)固体不导电，但在熔融状态或水溶液时能导电。 4.离子液体 (1)离子液体的定义：离子晶体的熔点有的很高，有的很低，而且，引入有机基团 可降低离子化合物的熔点，在室温下或稍高于室温时呈液态的离子化合物被定义 为离子液体。 (2)构成微粒：大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子。 (3)作用力：主要是带电荷离子间的静电作用。 (4)特征性质：离子液体难挥发。 (5)应用 离子液体可作为溶剂：如溶解树木纤维素的离子液体分离出纤维素分子制取天 然纤维。 离子液体有良好的导电性：用作电化学研究的电解质，并被开发为原电池的电 解质。 离子液体被用于有机合成的溶剂和催化剂。 离子液体在生物化学
5、等科研领域也有广泛应用。 微自测 2.判断正误，正确的打“”；错误的打“”。 (1)“NaCl”是氯化钠的分子式。( ) (2)离子晶体一定含有金属阳离子。( ) (3)离子晶体中一定不存在共价键。( ) (4)离子晶体都能导电。( ) (5)金属晶体和离子晶体的导电实质是一样的。( ) (6)固态不导电、水溶液能导电，这一性质能说明某晶体一定是离子晶体。( ) (7)NaCl 晶体的晶胞中有 1 个 Cl 和 1 个 Na。( ) (8)离子化合物在常温下都呈固态。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 探究一、金属键对金属的物理性质的影响 从微观认识金
6、属键提高探析意识 探究素材 金属键 1.金属键的特征 金属键无方向性和饱和性。 晶体中的自由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“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。 2.金属键的强弱比较 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，价电子数越多，金属键越强。 3.金属键对物质性质的影响 (1)金属键越强，晶体的熔、沸点越高。 (2)金属键越强，晶体的硬度越大。 探究题目 1.下列关于金属键的叙述中，不正确
7、的是( ) A.金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用， 其实质与离子键类似，也是一种电性作用 B.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共 价键类似，也有方向性和饱和性 C.金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用，故金属键无饱和 性和方向性 D.构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动 解析 从基本构成微粒的性质看， 金属键与离子键的实质类似， 都属于电性作用， 特征都是无方向性和饱和性；自由电子是由金属原子提供的，并且在整个金属内 部的三维空间内运动，为整个金属的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键 与
8、共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。故 选 B。 答案 B 从微观探析金属晶体的性质建构“构性”模型 探究素材 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。 2.熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。 (1)同周期金属单质，从左到右(如 Na、Mg、Al)熔、沸点升高。 (2)同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。 (3)合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。 (4)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。 探究题目 2.下列物质的熔点依次升高的是( ) A.Mg、Na、K B.Na、Mg
9、、Al C.Na、Rb、Ca D.铝、铝硅合金 解析 A 项中 K、Na、Mg 的半径依次减小，Mg 的价电子数比 K、Na 的大，故 各物质熔点的顺序为 KNaMg；同理分析，B 项正确；C 项中各物质熔点的顺 序应为 RbNaCa；D 项中各物质熔点的顺序应为铝硅合金铝。 答案 B 从微观和宏观结合提高综合能力 探究素材 金属晶体物理特性分析 1.金属键没有方向性，当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层发生相对滑动 而不会破坏金属键，金属发生形变但不会断裂，故金属晶体具有良好的延展性。 2.金属材料有良好的导电性是由于金属晶体中的自由电子可以在外加电场作用下 发生定向移动。 3.金属的导热
10、性是自由电子在运动时与金属原子碰撞而引起能量的交换，从而使 能量从温度高的部分传到温度低的部分，使整块金属达到相同的温度。 探究题目 3.关于金属性质和原因的描述不正确的是( ) A.金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系 B.金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了 “电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流 C.金属具有良好的导热性，是因为自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能 量 D.金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金 属键 解析 金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光大部分再反射出来，
11、因而金属一般显银白色光泽；金属具有导电性是因为在外加电场作用下，自由电 子定向移动形成电流；金属具有导热性是因为自由电子受热后，与金属离子发生 碰撞，传递能量；良好的延展性是因为原子层滑动，但金属键未被破坏。 答案 A 探究二、离子晶体的结构与性质 从微观组成认识离子晶体的结构 探究素材 1.离子晶体的结构 (1)离子晶体微粒之间的作用力是离子键，由于离子键没有方向性和饱和性，故离 子晶体一般采取密堆积方式。 (2)离子晶体中存在的微粒是阳离子和阴离子，离子晶体的化学式只表示晶体中阴、 阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。 (3)离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷越多，离子键越强。 2.
12、常见离子晶体的晶胞结构 晶体 晶胞 晶胞详解 NaCl 在 NaCl 晶体中，Na 的配位数为 6，Cl的配位 数为 6 与 Na (Cl)等距离且最近的 Na(Cl)有 12 个 每个晶胞中有 4 个 Na 和 4 个 Cl 每个 Cl 周围的 Na构成正八面体 CsCl 在 CsCl 晶体中，Cs 的配位数为 8，Cl的配位 数为 8 每个 Cs 与 6 个 Cs等距离相邻，每个 Cs与 8 个 Cl 等距离相邻 探究题目 4.氧化钙在 2 973 K 时熔化，而氯化钠在 1 074 K 时熔化，二者的离子间距离和晶 体结构都类似，有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是( ) A.氧化钙
13、晶体中阴、阳离子所带的电荷数多 B.氧化钙中的离子键比氯化钠中的离子键强 C.氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同 D.在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下，离子键强弱主要由阴、阳离子 所带电荷数的多少决定 解析 氧化钙和氯化钠都属于离子晶体，熔点的高低可根据离子键键能的大小判 断。离子键键能的大小与离子所带电荷数多少、离子间距离、晶体结构类型等因 素有关。氧化钙和氯化钠的离子间距离和晶体结构都类似，故离子键键能主要由 阴、阳离子所带电荷数的多少决定。 答案 C 从微观探析离子晶体的性质建构“构性”模型 探究素材 离子晶体的性质 性质 原因 熔、沸点 离子晶体有较高的熔点、沸点和
14、难挥发性。离子晶体中有较强的离子 键，熔化或汽化时需消耗较多的能量。且同种类型的离子晶体，离子 半径越小，离子键越强，熔、沸点越高。 硬度 硬而脆：离子晶体表现出较高的硬度。但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。 导电性 不导电，但熔融或溶于水后能导电：离子晶体中，阴、阳离子不能自 由移动，离子晶体不导电。当升高温度或溶于水时，变成自由移动的 离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。 溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中，难溶于非极性溶剂(如汽 油、苯、CCl4)中。 延展性 离子晶体无延展性：离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如 果滑动，同性离子
15、相邻而使斥力增大导致不稳定。 探究题目 5.下列性质适合于离子晶体的是( ) A.熔点 1 070 ，易溶于水，水溶液能导电 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 离子晶体在液态(即熔融状态)导电； CS2是非极性溶剂， 根据相似相溶规律， C 不是离子晶体；离子晶体质硬易碎，且固态不导电，D 不是离子晶体。 答案 A 从多角度判断离子晶体提高综合能力 探究素材 离子晶体的判断 1.利用物质的分类 大多数盐(包括铵盐)、强碱，活泼金属的氧化物和过氧化物(
16、如 Na2O 和 Na2O2)， 氢化物(如 NaH)、硫化物等都是离子晶体。 2.利用元素的性质和种类 (1)利用电负性：如成键元素的电负性差值大于 1.7 的物质； (2)利用元素周期表中位置： 金属元素(如A、 A族元素等)与非金属元素(如A、 A 族元素等)组成的化合物。 3.利用物质的性质 离子晶体一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆；固体不导电，但熔融或溶 于水时能导电，大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。 探究题目 6.下列 7 种物质：白磷(P4)；水晶；氯化铵；氢氧化钙；氟化钠；过 氧化钠；石墨。固态下都为晶体，回答下列问题(填写序号)： (1)不含金属离子的离
17、子晶体是_，只含离子键的离子晶体是_，既 有离子键又有非极性键的离子晶体是_，既有离子键又有极性键的离子晶 体是_。 (2)既有范德华力，又有非极性键的晶体是_，熔化时既要克服范德华力， 又要破坏化学键的是_，熔化时只破坏共价键的是_。 答案 (1) (2) 1.下列叙述中，不正确的是( ) A.金属元素在化合物中一般显正价 B.金属元素的单质在常温下均为金属晶体 C.金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用，故金属键无饱和性和方向性 D.构成金属的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动 解析 因金属原子的最外层电子数很少，且原子核对外层电子的引力小，金属原 子一般只能失电子，不能得电子
18、，所以在化合物中一般显正价，A 项正确；Hg 在常温下为液态， B 项错误； 金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电 子气”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起，故金属键无方向 性和饱和性，C 项正确；自由电子是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的 三维空间内运动，属于整块固态金属，D 项正确。 答案 B 2.下列有关金属键的叙述错误的是( ) A.金属键没有饱和性和方向性 B.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 C.金属键中的电子属于整块金属 D.金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关 解析 金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，
19、被所有原子 所共用，从而把所有的金属原子维系在一起，故金属键无饱和性和方向性；金属 阳离子和自由电子之间的强烈作用， 既包括静电吸引作用， 也包括静电排斥作用； 金属键中的电子属于整块金属； 金属的性质及固体的形成都与金属键的强弱有关。 答案 B 3.离子晶体一般不具有的特征是( ) A.熔点较高，硬度较大 B.易溶于水而难溶于有机溶剂 C.固体时不能导电 D.离子间距离较大，其密度较大 解析 离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括 A、B、C 项所述；离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积方式等。 答案 D 4.如图所示是从 NaCl 或 CsCl 的晶体结构中分割
20、出来的部分结构图，其中属于从 NaCl 晶体中分割出来的结构图是( ) A.图(1)和(3) B.图(2)和(3) C.图(1)和(4) D.只有图(4) 解析 本题考查了离子晶体的代表物质 NaCl、CsCl 的晶体结构。NaCl 晶体中， 每个 Na 周围最邻近的 Cl有 6 个，构成正八面体，同理，每个 Cl周围最邻近的 6 个 Na 也构成正八面体，由此可知图(1)和(4)是从 NaCl 晶体中分割出来的结构 图，C 项正确。 答案 C 5.如图所示是钾、氧两元素形成的一种晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。 晶体中氧的化合价可看作是部分为 0 价，部分为2 价。 (1)该结构与_
21、的结构相似(填选项字母，下同)。 A.NaCl B.CsCl C.干冰 D.SiO2 (2)钾、氧两元素所形成化合物的化学式是_。 A.K2O B.K2O2 C.K2O3 D.KO2 (3)下列对此晶体结构的描述正确的是_。 A.晶体中与每个 K 距离最近的 K有 8 个 B.晶体中每个 K 周围有 8 个 O 2，每个 O 2周围有 8 个 K C.每个 O 2周围最近且等距离的 K 所围成的空间结构为正八面体 D.晶体中，0 价氧原子与2 价氧原子的数目比为 31 解析 (1)该结构与 NaCl 晶体的结构相似， 相当于 Na 被 K代替， Cl被 O 2代替。 (2)晶体中平均每个晶胞有 K ：81 86 1 24 个；有 O 2：1121 44 个，故 其化学式为 KO2。 (3)由题图可看出，晶体中与每个 K 距离最近的 K有 12 个，晶体中每个 K周围 有 6 个 O 2，每个 O 2周围有 6 个 K ，每个 O 2周围最近且等距离的 K 所围成的空 间结构为正八面体， 如图所示。 设 1 mol KO2中含有 x mol 0 价的氧原子， y mol 2 价的氧原子，则有 xy2 2y1 ，解得 x3 2，y 1 2，所以晶体中，0 价氧原子与2 价氧原子的数目比为 31。 答案 (1)A (2)D (3)CD