第3章 第2节 第1课时 金属晶体 离子晶体（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修2（鲁科版2019）

第2节　几种简单的晶体结构模型 第1课时　金属晶体　离子晶体 课程内容标准 1.借助金属晶体模型认识金属晶体的结构特点。 2．能利用金属键、“电子气理论”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。 一、金属晶体 1．金属晶体与金属键 金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。金属键可看作金属阳离子和“自由电子”之间的强的相互作用，而且“自由电子”为整个金属所共有，导致金属键没有饱和性和方向性，因此金属晶体可以看作等径圆球的堆积。 2．常见金属晶体的结构 常见金属 Ca、Al、Cu、Ag、 Au、Pd、Pt Li、Na、K、 Ba、W、Fe Mg、Zn、Ti 结构示意图　 Ca、Al、Cu、Ag、Au等金属晶体的晶胞具有相似性，都为立方体；除其顶点各处有一个微粒外，在立方体的每个面的中心还各有一个微粒。Li、Na、K、Ba、W等金属晶体的晶胞也是立方体，但这种晶胞除了其顶点处各有一个微粒外，在晶胞中心还有一个微粒。Mg、Zn等金属晶体则不同，其晶胞并非立方体或者长方体，底面中棱的夹角不是直角。 3．用电子气理论解释金属的延展性 金属晶体具有良好的延展性。由于金属通常采用密堆积方式，在锻压或捶打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，但金属密堆积层之间始终保持着金属键的作用。 二、离子晶体 1．概念及结构特点 (1)概念：阴、阳离子通过离子键结合而形成的晶体。 (2)结构特点： ①构成微粒：阴离子和阳离子，离子晶体中不存在单个分子。 ②微粒间的作用力：离子键。 2．典型离子晶体的结构模型 晶胞 物质 Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF、MgO等 CsBr、CsI、NH4Cl等 晶胞 物质 BeO、BeS等 BaF2、PbF2、CeO2等 3.晶格能是指将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。 (1)吸收的能量越多，晶格能越大，表示离子间作用力越强，离子晶体越稳定。 (2)晶格能通常取正值，单位：kJ·mol－1。 (3)晶格能大小的影响因素 晶格能与阴、阳离子所带电荷数有关；与离子晶体的结构类型有关。 1．巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (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)离子晶体中含有阴、阳离子，在固态时导电。(×) (6)离子晶体中不存在共价键。(×) (7)氯化钠、氟化钙晶体我们通常写为NaCl、CaF2，说明晶体中存在组成为NaCl、CaF2的分子。(×) (8)氯化钠的熔点大于氯化钾的熔点。(√) 2．金属键的实质是(　　) A．自由电子与金属阳离子之间的相互作用 B．金属原子与金属原子间的相互作用 C．金属阳离子与阴离子的吸引力 D．自由电子与金属原子之间的相互作用 A　[金属键就是金属中金属阳离子与自由电子间的相互作用，其本质上是一种电性作用。] 3．(1)已知NaBr、NaCl、MgO等离子晶体的核间距离和晶格能如下表所示： NaBr NaCl MgO 离子的核间距/pm 290 276 205 晶格能/kJ·mol－1 787 3 890 ①NaBr晶体比NaCl晶体晶格能________(填“大”或“小”)，主要原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②MgO晶体比NaCl晶体晶格能大，主要原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③NaBr、NaCl和MgO晶体中，熔点最高的是________。 (2)Cu2O的熔点比Cu2S的_________(填“高”或“低”)，请解释原因： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)NaF的熔点______BF(填“>”“<”或“＝”)的熔点，其原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)①小　NaBr比NaCl离子的核间距大 ②氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大，并且离子的核间距小　③MgO (2)高　O2－半径小于S2－的半径， Cu2O的离子键强于Cu2S的离子键，所以Cu2O的熔点比Cu2S的高 (3)＞　两者均为离子化合物，且电荷数均为1，但后者离子半径大，离子键较弱，因此熔点较低 学习任务一　探究金属键与金属物理性质的关系 金属晶体的电子气理论示意图 1．含有阳离子的晶体中一定含有阴离子吗？ 提示　不一定。如金属晶体中只有阳离子和自由电子，没有阴离子，但有阴离子时，一定有阳离子。 2．纯铝硬度不大，形成硬铝合金后，硬度很大，金属形成合金后为什么有些物理性质会发生很大变化？ 提示　金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，影响了金属的延展性和硬度。 3．金属键强弱的影响因素有哪些？ 提示　由于金属键是自由电子(带负电)和金属阳离子(带正电)之间的电性作用，所以金属阳离子电荷越多，半径越小，则金属键越强。由于堆积方式影响空间利用率，所以它也是金属键强弱的影响因素之一。 1．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。 2．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。 3．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)金属的导热性是自由电子在运动时与金属阳离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。 1．下图是金属晶体内部电子气理论图，电子气理论可以用来解释金属的性质，其中正确的是(　　) A．金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动 B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导 C．金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属阳离子各层间会出现相对滑动，但自由电子可以起到润滑的作用，使金属不会断裂 D．合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，使电子数目增多，所以合金的延展性比纯金属强，硬度比纯金属小 C　[金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动，A项错误；金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属阳离子碰撞，从而发生热的传导，B项错误；合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，相当于填补了金属阳离子之间的空隙，所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱，硬度比纯金属大，D项错误。] 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 C　[镁离子比铝离子的半径大且所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔、沸点和硬度都小；从Li到Cs，离子的半径是逐渐增大的，所带电荷相同，金属键逐渐减弱，熔、沸点和硬度都逐渐减小；因镁离子的半径小且所带电荷多，使金属镁比金属钠的金属键强，所以金属镁比金属钠的熔、沸点和硬度都大；因镁离子的半径小而所带电荷相同，使金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬度都大。] 学习任务二　离子晶体的结构与性质 在我们周围广泛存在着离子化合物，常温下，许多离子化合物以晶体形态存在，如碳酸钙等。 1．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，如MgO是离子晶体，SiO2是共价晶体，MgO的熔点高于SiO2的熔点。 2．离子晶体中除含有离子键外，是否含有共价键？ 提示　离子晶体中除含有离子键外，还有可能含有共价键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键。 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．离子晶体的判断 判断一种物质是不是离子晶体，我们可以根据物质的分类、组成和性质等方面进行判断。 (1)利用物质的分类 金属离子和酸根离子、OH－形成的大多数盐、强碱、活泼金属的氧化物和过氧化物(如Na2O和Na2O2)、活泼金属的氢化物(如NaH)，活泼金属的硫化物等都是离子晶体。 (2)利用元素的性质和种类 如成键元素的电负性差值大于1.7的物质，金属元素(特别是活泼的金属元素，第ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素，第ⅥA、ⅦA族元素)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。 1．萤石(CaF2)是一种难溶于水的固体。下列实验事实能说明CaF2一定是离子晶体的是(　　) A．CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱 B．CaF2的熔点较高，硬度较大 C．CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电 D．CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小 C　[化合物中存在离子键则必为离子晶体，而离子晶体区别于其他晶体的突出特点是固体不导电，熔融状态下能导电。] 2．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．氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多 B．氧化钙中氧离子与钙离子之间的作用力更强 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，熔点主要由阴、阳离子所带电荷数的多少决定 C　[氧化钙和氯化钠的离子间距离和晶体结构都类似，故熔点能主要由阴、阳离子所带电荷数的多少决定。] 有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6]，经X射线研究发现，它的结构特征是Fe3＋和Fe2＋互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立方体棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。 (1)根据信息分析该晶体的化学式是怎样的？ 提示　由题图可推出，晶体的最小结构单元中含Fe2＋的个数为4×＝，含Fe3＋的个数也为，CN－的个数为12×＝3，因此阴离子的化学式为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6。 (2)确定该晶体的类型及M的化合价。 提示　由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为＋1价。 (1)在金属晶体里有阳离子，但没有阴离子，所以晶体中有阳离子不一定有阴离子，但若有阴离子，则一定有阳离子。 (2)有金属光泽的晶体不一定是金属晶体，如晶体硅有金属光泽。 (3)离子晶体中没有分子，其化学式只能表示阴、阳离子的个数比，不是分子式。 (4)离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键。 学科网（北京）股份有限公司 $$