高一化学人教版选择性必修二金属晶体与离子晶体《讲义教师版》.docx

1、高一化学人教版选择性必修二金属晶体与离子晶体讲义教师版金属晶体与离子晶体 学习目标 入门测 情景导入 知识集结 知识元 金属键 知识讲解 一、金属键1金属键：在金属单质晶体中,使金属原子相互结合的强烈作用（金属离子与自由电子间的强烈的相互作用）叫金属键。2金属晶体:金属阳离子和自由电子之间通过金属键结合而形成的晶体 构成微粒：金属阳离子与自由电子； 微粒间的作用：金属键物性特点：大部分金属熔点较高、质硬（少数质软），难溶于水（K、 Na、Ca 等与水反应），能导电、导热、有延展性等 金属原子的电离能低，容易失去电子而形成阳离子和自由电子，阳离子整体共同整体吸引自由电子而结合在一起。这种金属离子

2、与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键，这种键既没有方向性也没有饱和性，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。注意：金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。二、电子气理论及其对金属通性的解释1电子气理论 经典的金属键理论叫做“电子气理论”。它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。2.金属通性的解释 金属共同的物理性质：容易

3、导电、导热、有延展性、有金属光泽等。 例题精讲 金属键 例1.物质结构理论推出：金属晶体中金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用，叫金属键金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高，且据研究表明，一般说来金属原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强由此判断下列说法错误的是（） A镁的硬度小于铝B镁的熔、沸点低于钙C镁的硬度大于钾D钙的熔、沸点高于钾【答案】B【解析】题干解析:A铝的原子半径比镁小，价电子数比镁多一个，因此铝的金属键较强，硬度较大，故A不符合题意；B镁原子半径小于钙原子，价电子数相等，因此镁的金属键较强，镁的熔沸点高于钙，故B符合题意；C镁原子半径小于钾，价电子数比钾多，因此镁

4、的金属键较强，镁的硬度大于钾，故C不符合题意；D钙原子半径小于钾，价电子数比钾多，因此钙的金属键较强，钙的熔沸点高于钾，故D不符合题意例2.下列关于金属及金属键的说法正确的是（）A金属键具有方向性与饱和性B金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用C金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子D金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光【答案】B【解析】题干解析:A、金属键不是存在于相邻原子之间的作用力，而是属于整块金属，因此没有方向性和饱和性，故A错误；B、金属键是存在于金属阳离子和“自由电子”之间的强的相互作用，这些“自由电子”为所有阳离子所共用，其本质也是电性作用，故B正确；C、金属键是存

5、在于金属阳离子和“自由电子”，当给金属通电时，“自由电子”定向移动而导电，故C错误；D、金属具有光泽是因为自由电子能够吸收可见光，但是并不能放出可见光，故D错误；例3.金属晶体具有延展性的原因是（）A金属键很微弱B金属键没有饱和性C密堆积层的阳离子容易发生滑动，但不会破坏密堆积的排列方式，也不会破坏金属键D金属阳离子之间存在斥力【答案】C【解析】题干解析:金属阳离子与自由电子间的较强作用（金属键）形成金属晶体，金属晶体具有延展性的原因是当金属受到外力作用时，密堆积层的阳离子容易发生相对滑动，但不会破坏密堆积的排列方式，也不会破坏金属键，例4.关于金属性质和原因的描述不正确的是（）A金属一般具有

6、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，是因为在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，所以金属易导电C金属具有良好的导热性能，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，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【答案】A【解析】题干解析:A、金属一般具有银白色光泽是由于金属键中的自由电子在吸收可见光以后，发生跃迁，成为高能态，然后又会回到低能态，把多余的能量以可见光的形式释放出来的缘故，所以金属一般具有银白色光泽与金属键有关系，故A错误；B、

7、金属内部有自由电子，当有外加电压时电子定向移动，故B正确；C、金属自由电子受热后运动速率增大，与金属离子碰撞频率增大，传递了能量，故金属有良好的导热性故C正确；D、当金属晶体受到外力作用时，金属正离子间滑动而不断裂，所以表现出良好的延展性，故D正确；例5.金属的下列性质中，不能用金属的电子气理论加以解释的是 ( ) A易导热B易导电C只能作还原剂D有延展性【答案】C【解析】题干解析:金属原子在反应中只能失去电子，表现出还原性，这与金属的“电子气”是无关系的，答案选C。 当堂总结 金属晶体的原子堆积模型 知识讲解 三、金属晶体内原子的空间排列方式 分子晶体中，分子间的范德华力使分子有序排列；原子

8、晶体中，原子之间的共价键使原子有序排列；金属晶体中，金属键使金属原子有序排列。（一）简单立方堆积1相邻非密置层原子在一条直线上2这种堆积方式空间利用率最低，只有金属钋采取这种堆积方式（二）钾型（体心立方）这种堆积方式的空间利用率显然比简单立方堆积的高多了，许多金属是这种堆积方式，如碱金属，简称为钾型。四、金属晶体性质1金属晶体性质及理论解释 导电性导热性延展性金属离子和自由电子自由电子在外加电场的作用下发生定向移动自由电子与金属离子碰撞传递热量晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用2金属晶体的熔点变化规律金属晶体熔点差别较大，汞在常温下是液体，熔点很低(389)，而钨的熔点高达3410这是由于金

9、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而造成的差别一般情况下(同类型的金属晶体)，金属晶体的熔点由金属阳离子半径、所带的电荷数、自由电子的多少而定金属离子半径越小，所带的电荷越多，自由电子越多，金属键越强，熔点就越高例如，熔点：NaMgNaKRbCs 例题精讲 金属晶体的原子堆积模型 例1.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（）A易导电B易导热C有延展性D易锈蚀【答案】D【解析】题干解析:A组成金属晶体的微粒为金属阳离子和自由电子，在外加电场作用下电子可发生定向移动，故能导电，能用金属晶体结构加以解释，故A正确；B金属晶体的导热是由于晶体内部，自由电子与金属阳离

10、子的碰撞，能用金属晶体结构加以解释，故B正确；C金属发生形变时，自由电子仍然可以在金属子离子之间流动，使金属不会断裂，能用金属晶体结构加以解释，故C正确；D金属的化学性质比较活泼，容易被空气中的氧气所氧化，故金属易腐蚀不能用金属晶体结构加以解释，故D错误，例2.某金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法中正确的是（）A只有金属钋原子采用这种堆积方式B这种堆积方式中，配位数为8C这是金属晶体的一种最密堆积方式D这种堆积方式的空间利用率较低【答案】C【解析】题干解析:APo采取简单立方堆积 ，故A错误；B在金属晶体的最密堆积中，对于每个原子来说，在其周围的原子有与之同一层上有六个原子和上一层的三个及下

11、一层的三个，故每个原子周围都有12个原子与之相连，配位数为12，故B错误；C金属的堆积模型有简单立方堆积，体心立方堆积和面心立方堆积，这是金属晶体面心立方最密堆积，空间利用率为74%，是金属晶体的一种最密堆积方式，故C正确；D简单立方堆积（Po型）空间利用率为52%，体心立方堆积，属于钾、钠和铁型，空间利用率68%；六方最密堆积，属于镁、锌、钛型，空间利用率为74%，面心立方最密堆积（Cu型）空间利用率为74%，这种堆积方式的空间利用率较高，故D错误；例3.下列有关金属晶体的堆积模型的说法正确的是() A金属晶体中的原子在二维平面有三种放置方式B金属晶体中非密置层在三维空间可形成两种堆积方式，

12、其配位数都是6C镁型堆积和铜型堆积是密置层在三维空间形成的两种堆积方式D金属晶体中的原子在三维空间的堆积有多种方式，其空间的利用率相同【答案】C【解析】题干解析:金属晶体中的原子在二维平面只有密置层和非密置层两种放置方式，A项错；非密置层在三维空间可形成简单立方堆积和体心立方堆积两种堆积方式，其配位数分别是6和8，B项错；金属晶体中的原子在三维空间有四种堆积方式，其中镁型和铜型堆积的空间利用率较高，C项正确，D项错。例4.铁有、三种同素异形体，如下图所示，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是()A-Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个B-Fe晶体中与每个铁原子等距离且

13、最近的铁原子有6个C若-Fe晶胞边长为acm，-Fe晶胞边长为bcm，则两种晶体密度比为2b3：a3D将铁加热到1500分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同【答案】D【解析】题干解析:由题图知，-Fe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有8个，A项正确；-Fe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有6个，B项正确；一个-Fe晶胞占有2个铁原子，一个-Fe晶胞中占有1个铁原子，故两者密度比为： =2b3：a3 ， C项正确；晶体加热后急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不同。例5.有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是()A为简单立方堆积，为六方最密堆积，为体心立方堆积，为面

14、心立方最密堆积B每个晶胞含有的原子数分别为：1个，2个，2个，4个C晶胞中原子的配位数分别为：6，8，8，12D空间利用率的大小关系为：。 当堂总结 离子晶体 知识讲解 （一）离子晶体的结构与性质：阴阳离子间通过离子键相互作用，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体叫做离子晶体。离子晶体以紧密堆积的方式排列，阴阳离子尽可能接近，向空间无限延伸，形成晶体。阴阳离子的配位数（指一个离子周围邻近的异电性离子的数目）都很大，故晶体中不存在单个的分子。离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用，要克服离子间的相互作用（离子键）使物质熔化或沸腾，就需要很高的能量。离子晶体具有较高的熔沸点，难挥发、硬度大，易脆等

15、物理性质。离子晶体在固态时不导电，在熔融状态或水溶液中由于电离而产生自由移动的离子，在外加电场的作用下定向移动而导电。大多数离子晶体易溶于水等极性溶剂，难溶于非极性溶剂。离子晶体的性质还取决于该晶体的结构，下面是几种常见的离子晶体的结构：（1）NaCl型晶体结构（面心立方）每个Na周围最邻近的Cl有6个，每个Cl周围最邻近的Na有6个，则Na、Cl的配位数都是6。因此整个晶体中， Na、Cl比例为1：1，化学式为NaCl，属于AB型离子晶体。同时，在NaCl晶体中，每个Cl周围最邻近的Cl有12个，每个Na周围最邻近的Na也有12个。（2）CsCl型晶体结构（体心立方）每个Cs周围最邻近的Cl

16、有8个，每个Cl周围最邻近的Na有8个，则Cs、Cl的配位数都是8。因此整个晶体中， Cs、Cl比例为1：1，化学式为CsCl也属于AB型离子晶体。在NaCl晶体中，每个Cl周围最邻近的Cl有8个，每个Cs周围最邻近的Cs也有8个。（3）CaF2型晶体结构：每个Ca 2周围最邻近的F有8个，表明Ca 2的配位数为8。每个F周围最邻近的Ca 2 有4个，表明F的配位数是4。由此可见，在CaF2晶体中，Ca 2 和F个数比为1：2，刚好与Ca 2 和F的电荷数之比相反。说明：1、离子键的实质是阴阳离子间的静电作用，它包括阴、阳离子间的静电引力和两种离子的核之间以及它们的电子之间的静电斥力两个方面，

17、当静电引力与静电斥力之间达到平衡时，就形成了稳定的离子化合物，它不再显电性。离子键不具有方向性和饱和性。2、离子化合物中不一定含金属元素，如铵盐；含金属元素的化合物也不一定是离子化合物，如氯化铝、氯化铍等。3、离子键只存在于离子化合物中，离子化合物中一定含有离子键，也可能含有共价键，如强碱、含氧酸盐等，共价化合物中肯定不含离子键。4、离子化合物受热熔化或溶于水时离子会被破坏，从水溶液中结晶形成离子化合物时会形成离子键，但它们都属于物理变化。因此，破坏化学键或形成化学键不一定发生化学变化，但化学变化过程一定有旧的化学键断裂和新的化学键的形成。5、离子键的强弱与阴、阳离子所带的电荷成正比，与半径成

18、反比。6、含有阳离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属阳离子；但含有阴离子的晶体肯定是离子晶体。7、离子晶体在水溶液中或熔融状态下由于电离产生自由移动的阴、阳离子，在外加电场的作用下而导电；而金属晶体则是晶体中的自由电子在外加电场作用下定向移动形成电流。8、离子晶体的结构有面心立方（如NaCl型）、体心立方（如CsCl型）等结构，决定离子晶体结构的因素有几何因素和电荷因素，除此以外还有键性因素。（1）几何因素：晶体中正负离子的半径比如下表中是AB型离子晶体的几何因素与配位数的关系（2）电荷因素：晶体中阴、阳离子电荷比（3）键性因素：离子键的纯粹程度9、离子晶体的熔沸点，取决于构成晶体

19、的阴、阳离子间离子键的强弱，而离子键的强弱，又可用离子电荷和离子半径衡量。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，电荷越大，离子键越强，熔沸点越高。 10、碳酸盐的分解温度与金属离子所带电荷和离子半径的大小有关。 例题精讲 离子晶体 例1.NaCl晶体的结构中，与每个钠离子距离最近且相等距离的Cl所围成的空间构型为（） A简单立方B正四面体C正八面体D三角锥形【答案】C【解析】题干解析:沿X、Y、Z三轴切割的方法知，X轴上有2个氯离子，Y轴上有2个氯离子，Z轴上有2个氯离子，所以钠离子的配位数是6，将6个氯离子连接后所围成的空间几何构型正八面体，例2.下列性质适合于离子晶体的是（）A熔点

20、218，难溶于水B熔点3 900，硬度很大，不导电C难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱D难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导电【答案】D【解析】题干解析:A熔点218，比较低，属于分子晶体的特点，故A错误；B熔点为3900，硬度很大，不导电，熔点高，硬度大，属于原子晶体的特点，故B错误；C难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱，属于金属晶体的特点，故C错误；D难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导电，属于离子晶体的特点，故D正确；例3.下列说法正确的是（）A含共价键的共价化合物一定是分子晶体，分子晶体一定含共价键B固态可以导电的是离子晶体和金属晶体C由原子构成的晶体一定是原子晶体，由

21、分子构成的晶体一定是分子晶体D判定晶体为离子晶体还是分子晶体的方法是看其熔融态是否能导电【答案】D【解析】题干解析:A含有共价键的共价化合物不一定是分子晶体，可能是原子晶体，如金刚石等，分子晶体中不一定含有共价键，如稀有气体，故A错误；B固态可以导电的是金属晶体或石墨，离子晶体固态没有自由移动的离子，所以不导电，故B错误；C原子晶体的构成微粒是原子，分子晶体的构成微粒是分子，分子都是由原子构成的，所以由原子构成的晶体不一定是原子晶体，故C错误；D分子晶体在熔融态以分子存在，离子晶体在熔融态以离子存在，所以熔融状态下，分子晶体不导电、离子晶体导电，故D正确；例4.在下列有关晶体的叙述错误的是（）

22、A离子晶体中，一定存在离子键B原子晶体中，只存在共价键C离子晶体中可能存在共价键D子晶体中有可能存在离子键【答案】D【解析】题干解析:A、因离子晶体的构成微粒为离子，则离子之间形成离子键，即离子晶体中，一定存在离子键，故A正确；B、原子晶体中为非金属元素之间形成的化学键，则原子晶体中只存在共价键，故B正确；C、离子晶体中一定有离子键，可能含共价键，如NaOH，故C正确；D、含离子键的化合物一定为离子晶体，则分子晶体中一定不含有离子键，故D错误；例5.下列叙述正确的是 （）A含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体B化合物硫氰化铁和氢氧化二氨合银中都存在配位键CKCl、HF、CH3CH2OH、SO2都

23、易溶于水，且原因相同DMgO的熔点比NaCl的高，主要是因为MgO的晶格能小于NaCl的晶格能【答案】B【解析】题干解析:A含有金属阳离子的晶体可能是金属晶体，如Fe、Cu等，故A错误；B硫氰化铁是铁离子和硫氰根离子形成的配位化合物，氢氧化二氨合银含有配位键、离子键和共价键，故B正确；CKCl、HF、CH3CH2OH、SO2都易溶于水，二氧化硫和水生成亚硫酸，氟化氢、乙醇和水形成氢键，氯化钠在水溶液里电离，所以其原因不同，故C错误；D决定晶格能的因素为：离子电荷、离子半径、离子的电子层构型，MgO所带电荷多，MgO的熔点高于NaCl，故D错误 当堂总结 晶格能 知识讲解 晶格能晶格能是指气态离

24、子形成1mol离子晶体释放的能量，或是指1mol离子化合物中，由相互远离的阴、阳离子结合成离子晶体时所放出的能量。放出的能量越多，晶格能的绝对值越大，表示离子键越强，晶体越稳定。如：1mol气态钠离子和1mol气态氯离子结合生成1mol氯化钠晶体释放的能量为氯化钠晶体的晶格能。Na （g） Cl（g） = NaCl （s）； H 对晶体构型相同的离子化合物，离子电荷数越多，核间距越小，晶格能越大；晶格能越大，离子键越强，晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。说明：1、晶格能是离子晶体中离子间结合力大小的一个量度。晶格能越大，表示离子晶体越稳定，破坏其晶体耗能越多。我们知道离子晶体间存在着离子间的静电

25、引力，因此，晶格能本质上是离子间静电引力大小的量度。2、晶格能与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子的核间距离成反比。3、离子化合物的晶格能一般都比较大，这是由于离子间有强烈的静电引力之故。较大的晶格能意味着离子间结合紧密，这样的离子化合物其熔点和硬度必定很高。事实上，高熔点、高硬度就是离子化合物的显著特征。 4、既然是静电引力，可以想象，正负离子的电荷越高，核间距离越小，静电引力就越大，晶格能就越大。相应地，其熔点、硬度就越大，这就是如MgO、CaO以及Al2O3常被用来作高温材料和磨料的原因。5、晶格能也影响了岩浆结晶析出的次序，晶格能越大，岩浆中的矿物越易结晶析出 例题精讲 晶格

26、能 例1.有关晶格能的叙述正确的是() A晶格能是气态原子形成1摩尔离子晶体释放的能量B晶格能通常取正值，但有时也取负值C晶格能越大，形成的离子晶体越稳定D晶格能越大，物质的硬度反而越小【答案】C【解析】题干解析:晶格能是气态离子形成1摩尔离子晶体时所释放的能量，晶格能取正值，且晶格能越大，晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。例2.离子化合物NaCl、CaO、NaF、MgO中，晶格能从小到大顺序正确的是 （）ABCD【答案】B【解析】题干解析:这几种物质都是离子晶体，离子晶体熔沸点与晶格能成正比，晶格能与离子半径成反比、与电荷成正比，镁离子、钙离子、氧离子电荷大于钠离子、氟离子和氯离子，钙离子的半

27、径大于镁离子，而钠离子半径大于镁离子，氯离子半径大于氧离子和氟离子的半径，氧离子的半径大于氟离子的半径，所以晶格能从小到大顺序是，例3.下面的排序不正确的是（）A金属Cu中Cu原子堆积方式为面心立方最密堆积，每个Cu原子的配位数均为12B晶体的熔点：SiCCCl4P4SO2C酸性：HClO4HClO3HClOD晶格能由大到小：NaFNaClNaBrNaI【答案】B【解析】题干解析:A在金属晶体的最密堆积中，对于每个原子来说，在其周围的原子有与之同一层上有六个原子和上一层的三个及下一层的三个，故每个原子周围都有12个原子与之相连，对于铜原子也是如此，故A正确；B一般来说晶体的熔点：原子晶体离子晶

28、体分子晶体，碳化硅为原子晶体，故熔点最高，白磷常温下为固体，四氯化碳为液体，二氧化硫为气体，则晶体的熔点SiCP4CCl4SO2 ， 故B错误；C同一种元素的含氧酸，非羟基氧越多，酸性越强；HClO4、HClO3、HClO非羟基氧分别为3、2、0故酸性顺序为：HClO4HClO3HClO，故C正确；D、离子半径FClBrI ， 故离子键强度NaFNaClNaBrNaI，故晶格能NaFNaClNaBrNaI，故D正确；例4.离子晶体熔点的高低决定于阴、阳离子核间距离、离子电荷数和晶格能的大小，据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是（） AKClNaClBaOCaOBNaClKClCaOBaOCCaOBaONaClKClDCaOBaOKClNaCl【答案】C【解析】题干解析:KCl、NaCl、CaO、BaO均为离子化合物，KCl、NaCl阴离子相同，电荷数相同，阳离子的半径越小，晶格能越大，熔点越高，阳离子半径K+Na+ ， 则熔点NaClKCl，BaO、CaO阴离子相同，电荷数相同，阳离子的半径越小，晶格能越大，熔点越高，阳离子半径Ca2+Ba2+ ， 则熔点CaOBaO，阴、阳离子所带电荷越多，晶体的熔点越高；而且电荷的影响大于半径的影响，所以四种化合物熔点的