第三章 第2节 金属晶体与离子晶体选修3鲁科版.docx

1、第三章 第2节 金属晶体与离子晶体选修3鲁科版第2节 金属晶体与离子晶体 精彩图文导入金属铜受外力作用易发生形变，而常见的食盐颗粒是正方体，食盐受外力作用易破碎，生成的小的食盐微粒。那么它们的结构和组成是怎样的？如何从根本上解释上述现象？让我们带着上述疑问，走进金属晶体和离子晶体的世界，探究它们的奥秘吧。一 细品教材一、金属晶体1.定义：金属晶体是指金属原子通过金属键形成的晶体。2.金属键：金属晶体中金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用。金属键的特征：由于自由电子为整个金属所共有，所以金属键没有方向性和饱和性。金属原子的外层电子数比较少，容易失去电子变成金属离子和电子，金属离子间存在反性电

2、荷的维系-带负电荷的自由移动的电子（运动的电子使体系更稳定），这些电子不是专属于某几个特定的金属离子这就是金属晶体的形成的原因。总结：尽管每个电子的运动都是随机的，但是大量的价电子运动统计的结果是均匀地分布在整个晶体中，每个金属离子都均等的享用所有价电子，但都不可能独占，这就是金属键的核心思想。【例1】金属晶体的形成是因为晶体中存在（ ）金属原子 金属离子 自由电子 阴离子A.只有 B.只有 C. D.3.金属晶体的结构型式：（1）特点：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。总结：在学习结构前先了解以下概念：紧密堆积：微粒间的作用力，使微粒间尽可能地相互接近，使它

3、们占有最小的空间。空间利用率：空间被晶格质点占据的百分数。用来表示紧密堆积的程度。配位数：在晶体中，原子配位数是指某一个原子周围所接触到的同种原子的数目。（2）分类：Ca、Al、Cu、Ag、Au等金属晶体属于A1型最密堆积，Mg、Zn等金属晶体属于A3型最密堆积，A2型密堆积又称为体心立方密堆积，Li、Na、K、Fe等金属晶体属于A2型密堆积。A1型配位数为12，A2型配位数为8，A3型配位数为 12。总结：对金属晶体的认识要抓住金属晶体中存在微粒和微粒间的相互作用，并能由此来分析金属晶体的特性。熟悉常见三种结构模式中的配位数、晶胞中所含有的原子数、晶胞名称及是否是密堆积等。4.金属晶体中的金

4、属键和原子的堆积方式与金属晶体的物理性质的关系（1）金属晶体具有良好的导电性：金属中有自由移动的电子，金属晶体中的自由电子在没有外加电场存在时是自由运动的，当有外加电场存在的情况下，电子发生了定向移动形成了电流，呈现良好的导电性。总结：金属受热后，金属晶体中离子的振动加剧，阻碍着自由电子的运动。所以温度升高导电性下降。（2）金属晶体具有良好的导热性：自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，从而引起两者能量的交换。当金属某一部分受热时，在那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，于是通过碰撞，自由电子把能量传给金属离子。金属容易导热就是由于自由电子运动时，把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而

5、使整块金属达到相同的温度。总结：金属具有良好的导电性、导热性都与自由电子有关。自由电子通过运动把能量从高温区传到低温区自由电子在运动过程中通过碰撞进行能量传递，使金属具有良好的导热性。（3）金属晶体具有良好的延展性：金属有延性，可以抽成细丝，例如最细的白金丝直径不过1/5000 mm。金属又有展性，可以压成薄片，例如最薄的金箔只有1/10000 mm厚。金属晶体的延展性可以从金属晶体的结构特点加以解释。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，由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性，滑动以后，各层之间仍保持着这种相互作用，在外力作用下，金属虽然发生了变形，但不会导致断裂。

6、总结：金属的堆积方式和金属键共同决定金属晶体是否具有良好的延展性。注意金属的延展性是有限度的；同时有少数金属，如锑、锇、锰等性质较脆，没有延展性。（4）金属的熔点、硬度等取决于金属晶体内部作用力的强弱。一般来说金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部作用力越强。因而晶体熔点越高、硬度越大。金属晶体的熔点变化差别较大。如：Hg在常温下为液态，熔点低（38.9）,而铁等金属熔点高（1355），这是由于金属晶体紧密堆积方式，金属阳离子与自由电子的作用力不同造成的。同类型金属金属晶体，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，相互作用力就越大，熔点就越

7、高。如：熔点：LiNaKRbCs，NaMg B、 C、 D、5.离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性：（1）离子晶体具有较高的熔点、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力使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。 总结：一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，如Al2O3MgO；NaClCsCl等。【例6】离子晶体熔点的高低决定于晶体中阳离子与阴离子之间的静电引力，静电引力大则熔点高，引力小则反之。试根据你学到的电学知识，判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序（ ）AKClNa

8、ClBaOCaO BNaClKClCaOBaOCCaOBaONaClKCl DCaOBaOKClNaCl（2）离子晶体硬而脆。离子晶体中，阴阳离子间有较强的离子键，离子键表现出较强的硬度，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。 （3）离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量，克服了离子间的相互作用，成了自由移动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而导电。离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子（或水合离子），在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。总

9、结：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，由于浓度极小，故导电性极差。通常情况下，我们说它们的水溶液不导电。（4）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、煤油）中。当把离子晶体放在水中时，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离子间的作用而电离，变成在水中自由移动的离子。总结： 离子晶体的一些特殊物质性质可用于确定晶体构型。如在水溶液中和在熔融状况下能导电的晶体一定是离子晶体。对于离子晶体的熔、沸点，要注意“一般地说”和“较高”等字词。“一般地说”说明离子晶体的熔、沸点还有些特例；“

10、较高”是与其他晶型比较的结果。【例7】下列性质中，可以证明某化合物形成的晶体一定是离子晶体的是（ ）A.可溶于水 B.具有较高的熔点C.水溶液能导电 D.熔融状态能导电二 综合探究1.银是一种银白色的金属，但是在氯化银的分解实验中却观察到生成灰黑色的固体粉末，这是为什么？ 对于这个问题的思考，应首先考虑金属晶体为什么呈现金属光泽，它源于金属晶体的结构：金属离子紧密堆积、规则排列且存在自由移动的电子。由于金属晶体中金属原子以最紧密堆积状态排列，且存在可以自由移动的电子，所以，当光线照射到金属晶体表面时，自由电子可以吸收所有频率的射光，然后又很快辐射出各种频率的光，这就使得绝大多数金属呈现银灰色以

11、至银白色光泽。粉末状态的金属由许许多多微小的晶体组成，微小晶体的晶面取向杂乱，晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。氯化银分解时，得到的是粉末状的银，所以看上去是灰黑色的。总结：大块金属晶体和金属粉末在结构上不同，金属晶体规则排列而金属粉末由许多小晶体构成，排列杂乱无章，这也就找到了两者存在性质差异的本质原因。2.金属晶体具有延展性，为什么离子晶体硬而脆不具有延展性？金属晶体中层与层之间发生滑动过程中自由电子能够维系整个金属键的存在。离子晶体中阴、阳离子通过离子键结合在一起，半径大的离子采用等径圆球的紧密堆积，半径小的离子填充在空隙中。受力时发生错位，使正正离子

12、“相切”、负负离子“相切”，彼此排斥，离子键失去作用，故离子晶体无延展性，如CaCO3可用于雕刻，而不可用于锻造，即不具有延展性。总结：首先要清楚金属晶体具有延展性的原因：层与层之间发生滑动过程中自由电子是否能够维系整个金属键的存在。3.金属无论在固态还是液态都可以导电，而离子晶体却不能导电，它只有溶于水后或者在熔融状态下才可以导电。如何来解释这一事实？ 物质导电是因为物质中具有可自由移动的电荷。金属晶体是由金属离子和自由电子组成的，在固态时，金属离子不能自由移动，但自由电子是分布于整块金属晶体可以自由移动，因此在外加电场的作用下定向移动，产生电流；在熔融状态，除了自由电子外，金属离子变得也可

13、以自由移动，因此可以导电。离子晶体是阳离子和阴离子组成的，在固态时，阴、阳离子只能在各自的位置作轻微的振动，不能改变位置，因此不能发生带电微粒的定向移动，所以固态的离子化合物不能导电；溶于水或者在熔融状态，阴、阳离子离解成可以自由移动的离子，可以传递电荷，因此具有导电性。总结：对于这个问题的探究，首先要清楚物质能导电必须具备的条件。带电微粒在外加电场的作用下定向移动形成电流，即为物质的导电过程，因此物质具有自由移动的带电微粒这是物质导电必须具备的条件。离子晶体的导电过程是化学变化而金属晶体的导电过程是物理变化。三 典题例析【例1】下列不属于金属晶体共性的是（ ）A.易导电 B.易导热 C.有延

14、展性 D.高熔点【例2】要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是（ ）A、金属镁的硬度大于金属铝 B、碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的C、金属镁的熔点大于金属钠 D、金属镁的硬度小于金属钙【例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【例4】如图是CsCl晶体的晶胞（晶体中最小重复单元），已知晶体中两个最近的Cs+ 核间距为a cm

15、，氯化铯的式量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为（ ）A. B. C. D. 【例5】下列各类化合物中，固态时只能形成离子晶体的是（ ）A、非金属氧化物 B、非金属单质 C、强酸 D、强碱【例6】同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：A组物质NaClKClCsClB组物质NaMgAl熔点（K）10741049918熔点（K）317923933 四 思考发现1.离子晶体和金属晶体熔点高低比较离子晶体的熔沸点与离子键有关，离子键与阴、阳离子所带电荷多少及半径大小有关，一般来说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔沸点越

16、高，如熔沸点：Al2O3MgO；NaClCsCl等。金属晶体的熔沸点与金属键的强弱有关，金属键与金属离子所带电荷多少及半径大小有关，一般来说，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部作用力越强，晶体的熔沸点越高。2.常见的金属晶体和离子晶体举例常见的离子晶体有：强碱-KOH、Ca(OH)2 、NaOH、Ba(OH)2等；大部分盐类-NaCl、CaF2、Na2SO4、CH3COONa、NH4Cl等；某些金属氧化物-CaO、K2O等。 常见的金属晶体有：金属和合金五 体验成功基础强化：1.（2004上海）离子晶体不可能具有的性质是（ ）A.较高的熔、沸点 B.良好的导电性 C.溶于极性溶

17、剂 D.坚硬而易粉碎2.由短周期元素构成的离子化合物中，一个阳离子和一个阴离子的核外电子数之和为20，下列说法正确的是A晶体中阳离子和阴离子个数不一定相等 B晶体中一定只有离子键而没有共价键C所含元素一定不在同一周期也不在第一周期 D晶体中阳离子半径一定大于阴离子半径3.离子晶体通常具有的性质是（ ）A、熔点、沸点都较高，难于挥发 B、硬度很小，容易变形C、都能溶于有机溶剂而难溶于水 D、密度很小4.下列物质容易导电的是（ ）A熔融的氯化钠 B.硝酸钾溶液 C硫酸铜晶体 D.无水乙醇5.下列说法中，不正确的是（ ）A、离子晶体中不一定含有金属离子 B、在含有阳离子的化合物的晶体中，一定含有阴离

18、子C、含有金属元素的离子不一定是阳离子 D、金属晶体中原子的堆积方式都是A3或A1型最密堆积6.关于金属晶体的六方最密堆积的结构型式的叙述正确的是（ ）。A、晶胞是六棱柱 B、晶胞是六面体 C、每个晶胞中含4个原子 D、每个晶胞中含17个原子7.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8.氯化铯晶胞（晶体中重复的结构单元）如图（1）所示，该晶体中Cs+与Cl-的个数比为1:1，化学式为CsCl。若某晶体晶胞结构简式如

19、图（2）所示，其中含有A、B、C三种元素的微粒，则该晶体中A、B、C的微粒个数比为（ ）A、8:6:1 B、4:3:1 C、1:6:1 D、1:3:1（1） （2）9.下列各指定微粒的数目之比不是11的是（ ）A.Na2O2晶体中的阴离子和阳离子 B.NaHCO3晶体中的钠离子和碳酸氢根离子C.2412Mg2+离子中的质子和中子 D.常温下，pH7的氯化铵溶液中的铵根离子和氯离子10.如图所示，食盐晶体由钠离子和氯离子构成。已知食盐的M58.5 gmol-1 ，食盐的密度是2.2 gcm-3 ，阿伏加德罗常数为6.01023 mol-1 ，在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近下列

20、哪个数据（ ）A3.010-8cm B3.510-8cm C4.010-8cm D5.010-8cm11.1986年，在瑞士苏黎世工作的两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体，使超导研究工作取得了突破性进展，为此两位科学家也获得了1987年的诺贝尔物理学奖，该化合物被称为苏黎世化合物。实验测定表明，其晶胞结构如右图所示，根据晶胞结构，推算晶体化学式 。综合应用：12.（2005滨州）某固体仅有一种元素组成，其密度为5.0 gcm-3。用X射线研究该固体的结构时得知：在边长为10-7cm的正方体中含有20个原子，则此元素的相对原子质量最接近于下列数据中的（ ）A.32 B.120 C.15

21、0 D.18013.（2005海淀）萤石(CaF2)晶体属于立方晶系，萤石中每个Ca2+被8个F-所包围，则每个F-周围最近距离的Ca2+数目为（ ）A、2 B、4 C、6 D、814.下面列出的是一些离子晶体空间结构示意图（阴离子，阳离子）：用M和N分别代表阳离子和阴离子，分别写出各离子晶体的化学式：A： B： C： D： 15.下图所示是三种常见AB型离子晶体的晶胞设三个立方体的边长分别为a、b、c（单位为cm），请计算三种晶体密度。Cs+Cl- Na+Cl- Zn2+S2- CsCl型 NaCl型 立方ZnS型创新拓展：16.最近发现一种由钛（Ti）原子和碳原子构成的气态团簇分子，分子模

22、型如图所示，其中圆圈表示钛原子，黑点表示碳原子，则它的化学式为（ ）A.TiC B. C. D. 17、910以下铁为型体心立方晶胞，910以上铁转变为型面心立方晶胞。两种晶体中最相邻的铁原子间距离相同。求转变温度时两者的密度比。18.研究离子晶体，常考查1个离子为中心时其周围不同距离的离子对它的吸引和排斥的静电作用力。设NaCl晶体中Na+与 离它最近的Cl-之间的距离为d,以其中1个Na+为中心，其他离子可看做围绕此Na+分层排布，则：（1）第二层离子是 离子，有 个，离中心离子的距离为 。（2）纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它具有许多特殊性质的根本原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好和NaCl晶胞的相同，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比。（3）假设某氯化钠颗