第3章 第2节 第1课时 金属晶体与离子晶体-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（鲁科版2019）

化学　选择性必修2 导学案 L 第2节　几种简单的晶体结构模型 第1课时　金属晶体与离子晶体 核心素养 学业要求 1.能从金属原子、离子等不同角度认识物质结构特点及其与物质性质之间的关系。 2.能描述晶体结构的典型模型，说明模型表示的具体含义，并能认识到模型的典型性与真实物质结构的复杂性 1.知道金属晶体的概念和特征，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。 2.知道金属晶体几种典型的晶胞结构。 3.知道离子晶体的概念及结构特点，理解离子晶体类型与其性质的关系。 4.了解晶格能对离子晶体性质的影响 一、金属晶体 1．(1)概念：金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。 (2)特征：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，导致金属键没有方向性和饱和性，因此金属晶体可以看作等径圆球的堆积。 2．金属晶体具有良好的延性、展性和可塑性。由于金属通常采用密堆积方式，在锻压或锤打时，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。 3．金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，如具有最密堆积结构的金属的延展性往往比具有其他结构的金属的延展性好。 二、离子晶体 1．概念及结构特点 (1)概念：阴、阳离子在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体。 (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．晶格能是指将1__mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量。 (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)晶格能的大小与离子间距有关，随着离子间距的增大，晶格能减小；也与阴、阳离子所带电荷数有关，电荷数越多，晶格能越大；还与离子晶体的结构类型有关。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)金属晶体只有还原性。(　　) (2)金属发生形变时，金属键发生变化。(　　) (3)金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质。(　　) (4)离子晶体中不一定含有金属阳离子。(　　) (5)离子晶体一定导电。(　　) (6)晶格能越小，离子键越强，离子晶体的熔点越高。(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)× 解析：(2)金属键在整个晶体的范围内起作用，当金属发生形变时，金属键没有变化。 (5)离子晶体不导电，但在熔融状态下或水溶液中能导电。 2．下列关于金属晶体的叙述正确的是(　　) A．用铂金做首饰不能用金属键理论解释 B．固体或熔融后易导电、熔点在1000 ℃左右的晶体可能是金属晶体 C．Li、Na、Mg的熔点逐渐升高 D．温度越高，金属的导电性越好 答案：B 解析：用铂金做首饰是利用了金属晶体具有延展性的性质，能用金属键理论解释，故A错误；一般地，金属键的强弱与金属价电子数的多少有关，价电子数越多金属键越强，与金属阳离子的半径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱，金属键的强弱为Mg>Li>Na，其熔点也为Mg>Li>Na，故C错误；金属的导电性随温度升高而降低，温度越高，导电性越差，故D错误。 3．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．溶于极性溶剂 D．坚硬而易粉碎 答案：B 解析：离子晶体是阴、阳离子通过离子键结合而成的，在固态时，阴、阳离子受到彼此的束缚不能自由移动，因而不导电。离子晶体只有在溶于水或熔融时，电离出可以自由移动的阴、阳离子才可以导电。 4．下列有关NaCl晶体的热化学方程式中，能直接表示出氯化钠晶体的晶格能的是(　　) A．2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)　ΔH1 B．NaCl(s)===Na(s)＋Cl2(g)　ΔH2 C．NaCl(s)===Na＋(g)＋Cl－(g)　ΔH3 D．NaCl(g)===Na＋(g)＋Cl－(g)　ΔH4 答案：C 解析：晶格能是指将1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量，可知C表示氯化钠晶体的晶格能。 探究一　金属晶体 1．常见金属晶体的结构 金属晶体可看作是金属原子在三维空间(一层一层地)堆积而成。根据每一层中金属原子的二维放置方式不同分为两类：非密置层堆积(包括简单立方堆积和体心立方密堆积)、密置层堆积(包括六方最密堆积和面心立方最密堆积)。 典型结构 常见金属 空间利用率 晶胞 面心立方最密堆积(A1) Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt 74% 体心立方密堆积(A2) Li、Na、K、Ba、W、Fe 68% 六方最密堆积(A3) Mg、Zn、Ti 74% 2.金属晶体的堆积原理 组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性和饱和性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。 3．金属熔、沸点的变化规律 金属单质是以金属键结合的，金属键越强，熔、沸点越高，金属键的强弱则与金属阳离子的半径和离子所带电荷数有关。具体说，金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，金属键越强，金属单质的熔、沸点越高。 (1)同周期主族元素的金属单质，从左到右，阳离子半径逐渐减小，离子所带电荷数逐渐增多，金属键逐渐增强，熔、沸点逐渐升高，如Na、Mg、Al。 (2)同主族元素的金属单质，从上到下，由于原子的电子层数逐渐增加，阳离子半径逐渐增大，离子所带电荷数相同，金属键逐渐减弱，熔、沸点逐渐降低，如碱金属。 4．与晶胞计算有关的常用公式 (1)对角线、半径与棱长的关系 金属晶体中体心立方堆积、面心立方最密堆积中的几组公式(设棱长为a，原子半径为r) ①面对角线长＝a。 ②体对角线长＝a。 ③体心立方堆积4r＝a。 ④面心立方最密堆积4r＝a。 (2)晶胞密度的计算方法 ①以晶胞为研究对象，运用切割法分析每个晶胞中含有的微粒数，计算一个晶胞的质量m＝(NA为阿伏加德罗常数，N为晶胞中所含微粒个数，M为所含微粒的摩尔质量)。 ②结合晶胞中的几何关系，计算一个晶胞的体积，用m＝ρ·V的关系计算。 1．金属键越强金属的硬度越大，熔、沸点越高，研究表明，一般来说，金属离子半径越小，离子所带电荷数越多，则金属键越强，由此判断下列各组金属熔点高低顺序正确的是(　　) A．Mg>Al>Ca B．Al>Na>Li C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>Al 答案：C 解析：A项中Al>Mg；B项中Li>Na；D项中Al>Mg>Ba。 2．金晶体采取面心立方最密堆积。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是(　　) A．金晶体每个晶胞中含有4个金原子 B．金属键无方向性，金属原子尽可能采取紧密堆积 C．一个晶胞的体积是16d3 D．金晶体的密度是 答案：C 解析：A项，Au原子处于立方体的顶点与面心上，故晶胞中含有的Au原子数目为8×＋6×＝4，正确；B项，金属晶体中，金属键无方向性，金属原子采取紧密堆积，正确；C项，在立方体的各个面的对角线上有3个金原子，金原子的直径为d，故面对角线长度为2d，晶胞棱长为×2d＝d，故晶胞的体积为(d)3＝2d3，错误；D项，晶胞中含有4个原子，故晶胞的质量为，晶胞的体积为2d3，故晶体的密度为＝，正确。 探究二　离子晶体 1．离子晶体 (1)离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。 (2)离子晶体微粒之间的作用力是离子键。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。 (3)离子晶体中不存在单个分子，晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不表示分子的组成。 2．晶格能的影响因素 (1)离子电荷数的影响：电荷数越多，晶格能越大，离子键越牢固，离子晶体的熔点越高、硬度越大。 (2)离子半径的影响：半径越大，导致离子核间距越大，晶格能越小，离子键越易断裂，离子晶体的熔点越低、硬度越小。 3．离子晶体的判断方法 (1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。 (2)依据物质类别判断。活泼金属氧化物、强碱和绝大多数盐是离子晶体。 (3)依据导电性判断。离子晶体溶于水或熔融状态下能够导电。 (4)依据熔、沸点和溶解性判断。离子晶体熔、沸点较高，多数能溶于水，难溶于有机溶剂。 4．常见离子晶体分析 晶体类型 晶胞 晶胞详解 NaCl型(Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF、MgO等) (1)每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Na＋(Cl－)有12个； (2)每个晶胞中含有4个Na＋和4个Cl－； (3)阴、阳离子的配位数为6 CsCl型(CsBr、CsI、NH4Cl等) (1)每个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有6个； (2)每个晶胞中含有1个Cs＋、1个Cl－； (3)阴、阳离子的配位数为8 CaF2型(BaF2、PbF2、CeO2等) (1)每个晶胞中含有8个F－、4个Ca2＋； (2)Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4 说明：离子晶体中，配位数指一个离子周围距离相等且最近的异电性离子的数目。 [知识拓展]　影响离子晶体配位数的因素 (1)离子半径因素：值的不同，晶体中离子的配位数不同，其晶体结构不同。数值越大，离子的配位数越大。 (2)电荷因素：AB型离子晶体的阴、阳离子的配位数相等；ABn型A、B离子的配位数比为n∶1。如CaF2中Ca2＋的配位数是8，F－的配位数是4。 3．(2024·济南市高三摸底)普鲁士蓝的晶体结构如图所示(K＋未表示出来，图中所示结构为晶胞的)。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是(　　) A．C、N的杂化方式均为sp B．一个晶胞中有2个Fe2＋ C．每个Fe3＋周围有6个Fe2＋ D．该晶体的密度为×1021 g·cm－3 答案：B 解析：CN－中C、N之间形成三键，故C、N杂化方式均为sp，A正确；题图所示结构为晶胞的，该结构中Fe2＋的个数为4×＝，则一个晶胞中有4个Fe2＋，B错误；以顶点处Fe3＋为研究对象，每个Fe3＋周围有6个Fe2＋，分别位于其上、下、左、右、前、后，C正确；该结构中含有0.5个Fe2＋、0.5个Fe3＋、3个CN－，根据电荷守恒知，该结构还含有0.5个K＋，该结构的质量为 g＝ g，则该晶体的密度为 g÷(a×10－7 cm)3＝×1021 g·cm－3，D正确。 4．根据表格数据回答下列有关问题： (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 3890 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________KCl的熔点(填“>”“<”或“＝”)，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)①小　NaBr比NaCl的离子核间距大 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 本课小结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 对点 离子晶体的性质 金属晶体的构成微粒 金属晶体的性质 金属晶体的堆积原理 金属晶体的相关计算 离子晶体的性质、晶格能 离子晶体熔点高低的比较 题号 8 9 10 11 12 13 14 难度 ★ ★★ ★★ ★★★ ★★ ★★ ★★★ 对点 离子晶体的性质与结构 离子晶体的相关计算 离子晶体的相关计算 金属晶体的相关计算 金属晶体的性质、离子晶体的结构与性质 离子晶体的相关计算 金属晶体的相关计算 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 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 答案：C 2．下列关于金属晶体的说法正确的是(　　) A．金属晶体中只有金属原子 B．金属晶体中存在单个分子 C．金属晶体由金属阳离子和阴离子构成 D．金属晶体中有金属阳离子，没有阴离子 答案：D 解析：金属晶体是金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体，不存在单个的分子，只有金属阳离子，没有阴离子，故D正确。 3．金属的下列性质中，与自由电子无关的是(　　) A．密度大小 B．容易导电 C．延展性好 D．易导热 答案：A 4．金属晶体堆积密度大，能充分利用空间的原因是(　　) A．金属原子价电子数少 B．金属晶体中有自由电子 C．金属原子的半径大 D．金属键没有饱和性和方向性 答案：D 5．体心立方密堆积、面心立方最密堆积和六方最密堆积是金属晶体中金属原子常见的堆积方式，这三种堆积方式的结构单元分别如图甲、乙、丙所示，则甲、乙、丙三种结构单元中，金属原子个数比为(　　) A．1∶2∶3 B．2∶4∶17 C．4∶5∶6 D．9∶14∶17 答案：A 解析：甲结构单元中所含金属原子数目为8×＋1＝2，乙结构单元中所含金属原子数目为8×＋6×＝4，丙结构单元中所含金属原子数目为12×＋2×＋3＝6。 6．已知金属钠与两种卤族元素形成的化合物Q、P，它们的晶格能分别为923 kJ·mol－1、786 kJ·mol－1，下列有关说法不正确的是(　　) A．Q的熔点比P的高 B．若P是NaCl，则Q一定是NaF C．Q中成键离子核间距较小 D．若P是NaCl，则Q可能是NaBr 答案：D 解析：Q的晶格能大于P的晶格能，故Q的熔点比P的高，A正确；因F－的半径比Cl－的小(其他卤素离子的半径比Cl－的大)，故NaF的晶格能大于NaCl，B正确，D错误；因Q、P中成键离子电荷数相同，故晶格能的差异与离子间距离有关，离子核间距越小，晶格能越大，C正确。 7．MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体熔点的高低顺序是(　　) A．MgO>Rb2O>BaO>CaO B．MgO>CaO>BaO>Rb2O C．CaO>BaO>MgO>Rb2O D．CaO>BaO>Rb2O>MgO 答案：B 解析：四种离子晶体所含阴离子相同，所含阳离子不同。对Mg2＋、Rb＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，Rb＋所带电荷最少，其与O2－形成的离子键最弱，故Rb2O的熔点最低。对Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，它们所带电荷一样多，半径Mg2＋<Ca2＋<Ba2＋，与O2－形成的离子键由强到弱的顺序是MgO>CaO>BaO，相应离子晶体的熔点由高到低的顺序为MgO>CaO>BaO。综上所述，四种离子晶体熔点的高低顺序是MgO>CaO>BaO>Rb2O。 8．下列关于离子晶体的描述不正确的是(　　) A．离子晶体是阳离子和阴离子通过静电吸引力结合而成的晶体 B．晶格能：NaF>NaCl>NaBr>NaI C．硬度：MgO>CaO>BaO D．在氯化钠晶体中，与Na＋距离最近的Cl－数为6 答案：A 解析：离子晶体是阳离子和阴离子通过静电作用力结合而成的晶体，A错误；r(F－)<r(Cl－)<r(Br－)<r(I－)，所以晶格能：NaF>NaCl>NaBr>NaI，B正确；r(Mg2＋)<r(Ca2＋)<r(Ba2＋)，所以硬度：MgO>CaO>BaO，C正确；在氯化钠晶体中，与Na＋距离最近的Cl－数为6，D正确。 9．(2024·广东省河源中学高三调研)某种新型储氢材料的立方晶胞如图所示，该晶体由[Fe(NH3)6]n＋和[BH4]－形成，晶胞参数为a pm。 下列说法中不正确的是(　　) A．[Fe(NH3)6]n＋中n＝2 B．晶胞中[Fe(NH3)6]n＋和[BH4]－的配位数分别为8和4 C．晶胞中距离最近的2个[Fe(NH3)6]n＋之间的距离为 pm D．[BH4]－中心原子的杂化方式为sp3杂化 答案：C 解析：由题图可知，每个晶胞中含有8个[BH4]－和8×＋6×＝4个[Fe(NH3)6]n＋，根据电荷守恒可知n＝2，A正确；由图可知，晶胞中[Fe(NH3)6]n＋和[BH4]－的配位数分别为8和4，B正确；由题图可知，晶胞中距离最近的2个[Fe(NH3)6]n＋之间的距离为面对角线的一半，为 pm，C错误；[BH4]－的中心原子价电子对数为4，故中心原子的杂化方式为sp3杂化，D正确。 10．已知某离子晶体的晶胞如图所示，其摩尔质量为M g/mol，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为d g/cm3。下列关于该晶体的说法正确的是(　　) A．晶胞中L、R离子的个数都为1 B．L离子周围与它距离最近的R离子数是4 C．该晶胞可能是NaCl的晶胞 D．该晶体中两个距离最近的R的核间距为 cm 答案：C 解析：R位于晶胞顶点及面心，R的数目为8×＋6×＝4，L位于晶胞棱心及体心，L的数目为12×＋1＝4，A错误；L离子周围与它距离最近的R离子数为6，B错误；设该晶胞边长为a cm，两个距离最近的R的核间距相当于晶胞中某一面对角线的一半，即为a cm，晶胞中含有4个R和4个L，则晶胞的质量为4× g，所以晶体的密度为 g/cm3＝d g/cm3，所以a＝，两个距离最近的R的核间距为a cm＝× cm，D错误。 11．金属钼的一种晶胞为体心立方堆积(图1)，以晶胞参数为单位长度建立坐标系(图2)，该晶胞沿其体对角线方向上的投影如图3所示，若晶胞参数为a pm。下列说法错误的是(　　) A．若图1中原子1的分数坐标为(0，0，0)，则图1中原子2的分数坐标为 B．若晶胞参数为a pm，则图3中原子3和原子4的连线长度为a pm C．图3中原子3和原子4在晶胞的同一平面上 D．1 mol该晶胞含有的钼原子数为9NA(NA表示阿伏加德罗常数的值) 答案：D 解析：1个晶胞中，位于顶点的钼原子个数为8×＝1，位于体心的钼原子个数为1，故1个晶胞中含有2个钼原子，则1 mol晶胞含有钼原子个数为2NA，D错误。 二、非选择题 12．原子序数逐渐增大的A、B、C、D、E五种短周期主族元素的部分信息如下表： 元素代号 信息 A 原子的最外层电子数为内层电子总数的3倍 B 金属性最强的短周期元素 C 原子的最外层电子数是次外层的 D 原子的最外层电子数是A原子的最外层电子数的一半 E 最高价氧化物对应的水化物是最强的无机酸 请根据以上信息回答问题。 (1)C的氧化物的化学式为________，A原子结构示意图为________。 (2)B、C、D形成的单质的熔点从低到高的顺序为__________(填元素符号)。 (3)A、C所形成的化合物的晶体结构与氯化钠晶体结构相似，则晶胞中每个阳离子周围等距且紧邻的阴离子数目为________，晶体中阴、阳离子个数比为________。 (4)A、D所形成晶体的熔点比C、E所形成晶体的熔点________(填“高”或“低”)，原因是______________________________________________________________________________________________。 答案：(1)MgO　　(2)Na<Mg<Al　 (3)6　1∶1　 (4)高　离子半径：Al3＋<Mg2＋、O2－<Cl－，且Al2O3中离子所带电荷比MgCl2中多，故Al2O3中的离子键更强，晶格能更大 解析：由题意可推知：A为O，B为Na，C为Mg，D为Al，E为Cl。 (2)Na、Mg、Al属于金属晶体，其对应的金属阳离子的半径逐渐减小，且所带电荷逐渐增多，所以形成的金属键逐渐增强，熔点逐渐升高。 13．氮化钛晶体的晶胞结构如图所示，则氮化钛晶体化学式为________，该晶体结构中与N原子距离最近且相等的N原子有________个；该晶胞的密度为d g·cm－3，则晶胞结构中两个氮原子之间的最近距离为________pm。(设NA为阿伏加德罗常数的值，只列计算式) 答案：TiN　12　××1010 解析：晶胞中N原子位于立方体的顶点和面心，个数为8×＋6×＝4；Ti位于晶胞的棱心和体心，个数为12×＋1＝4，化学式可写为TiN；以晶胞顶点的N原子为研究对象，距离氮原子最近的氮原子位于晶胞三个面的面心，每一个顶点为8个晶胞所共用，每一个面心上的N原子为两个晶胞所共用，所以晶体结构中与N原子距离最近且相等的N原子数目为＝12；该晶胞中有4个钛原子和4个氮原子，所以晶胞的质量为 g，所以该晶胞的边长为×1010 pm，晶胞结构中两个氮原子之间的最近距离为面对角线长度的一半，所以两个氮原子之间的最近距离为××1010 pm。 14．Ni和La的合金是目前广泛使用的储氢材料，具有容量大、寿命长、耐低温等特点，在我国已实现了产业化。该合金的晶胞结构如图所示。 (1)已知该晶体的摩尔质量为M g·mol－1，密度为d g·cm－3。设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的体积为________cm3(用含M、d、NA的代数式表示)。 (2)该晶胞的内部具有空隙，且每个晶胞的空隙中储存6个氢原子时比较稳定。已知：a＝511 pm，c＝397 pm；标准状况下氢气的密度为8.98×10－5 g·cm－3；储氢能力＝。若忽略吸氢前后晶胞的体积变化，则该储氢材料的储氢能力为________(结果保留整数)。 答案：(1)　(2)1236 解析：(1)一个晶胞的质量m＝ g，根据m＝ρ×V，可得V＝ cm3。 (2)LaNi5合金储氢后氢的密度 ρ＝ ＝ g·cm－3≈0.111 g·cm－3，该储氢材料的储氢能力＝≈1236。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$