3.3.1金属晶体　离子晶体 讲义 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

Chemistry 不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海 金属晶体　离子晶体 ( 钠及其化合物 ) 一、金属键与金属晶体 1．金属键 概念 金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用 成键粒子 金属键的成键粒子是金属阳离子和自由电子 本质 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 特征 电子气被所有的金属原子所共用，所以金属键没有(填“有”或“没有”)方向性及饱和性 影响因素 金属元素的原子半径 一般而言，金属元素的原子半径越小，金属键越强 金属原子价电子数 一般而言，金属元素的价电子数越多，金属键越强 对物质性质的影响 金属键强弱不同，所以金属的性质差异很大。如金属钠的熔点较低、硬度较小，而钨是熔点最高的金属、铬是硬度最大的金属 2．金属晶体 概念 金属原子通过金属键形成的晶体叫做金属晶体。 构成微粒 金属离子和自由电子 微粒间的相互作用 金属键 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)硬度：金属键越强，晶体的硬度越大。 3．用电子气理论解释金属的性质 【应用】 (1)Na、Mg、Al的熔点逐渐升高的原因： Na、Mg、Al的原子半径逐渐减小，价电子数逐渐增多，金属键逐渐增强，熔点逐渐升高。 (2)金属形成合金后物理性质发生变化的原因： 纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整。而合金中加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难。因此合金比纯金属延展性要差。 (3)金属在粉末状态时，失去金属光泽而呈暗灰色或黑色的原因： 金属在粉末状态时，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。 4．金属晶体导电与电解质溶液导电的比较 物质类别 电解质 金属晶体 导电时的状态 水溶液或熔融状态下 晶体状态 导电粒子 自由移动的离子 自由电子 导电时发生的变化 化学变化 物理变化 导电能力随温度的变化 温度升高导电能力增强 温度升高导电能力减弱 5．金属晶体的常见堆积方式 (1)金属原子在二维空间中排列的两种方式 金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即二维空间)，可有两种排列方式——a：非密置层，b：密置层(如图所示)。 (2)金属晶体的原子在三维空间里的3种常见堆积方式(图中不同颜色的小球都代表同一种金属原子) 堆积方式 图式 实例 简单立方堆积 钋 体心立方堆积 钠、钾、铬、钼、钨等 面心立方堆积 金、银、铜、铅等 【课堂小练1】 1．下列关于金属键的叙述中，不正确的是(　　) 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．金属中的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动 2．下列有关金属的说法正确的是(　　) A．金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子 B．金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动 C．金属原子在化学变化中失去的电子数越多，其还原性越强 D．金属晶体的堆积方式会影响金属的性质 3．在金属晶体中，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，金属的熔、沸点越高。由此判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中正确的是(　　) A．Mg>Al>Ca　 B．Al>Na>Li C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>Al 二、离子晶体 1．离子晶体 定义 离子晶体是由阳离子和阴离子相互作用形成的晶体 成键粒子 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)。例如CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等 相互作用 阳离子、阴离子之间以离子键结合，复杂离子内可能含有共价键，甚至存在氢键 物理性质 硬度较大，难压缩；熔点和沸点较高；固体不导电，但在熔融状态或水溶液中能导电 【特别提醒】 (1)离子晶体的熔、沸点和硬度与离子键的强弱有关，离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。 (2)离子键的强弱与离子半径和离子所带电荷数有关，离子半径越小，离子所带的电荷数越多，离子键越强。 2．离子晶体的判断 (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，ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素，ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物形成的晶体。 (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。 3．典型离子晶体 典型离子晶体 NaCl CsCl 晶胞 阳离子的配位数 6 8 阴离子的配位数 6 8 晶胞中所含离子数 Cl－ 4 Na＋ 4 Cs＋ 1 Cl－ 1 晶胞密度 （晶胞参数为a pm） g·cm－3 g·cm－3 【课堂小练2】 4．下列性质中，可以较充分说明某晶体是离子晶体的是(　　) A．具有较高的熔点 B．固态不导电，水溶液能导电 C．可溶于水 D．固态不导电，熔融状态能导电 5．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 6．为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物，可以进行下列实验，其中叙述正确的是 (　　) A．观察常温下物质的状态，SbCl5是微黄色液体，SnCl4为无色液体。结论：SbCl5和SnCl4都是离子化合物 B．测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为73.5 ℃、2.8 ℃、-33 ℃。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物 C．将SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中，滴入HNO3酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物 D．测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液的导电性，发现它们都可以导电。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物 7．根据CsCl的晶胞结构分析，CsCl晶体中两个距离最近的Cs＋间距离为a，则每个Cs＋周围与其距离为a的Cs＋数目为________；每个Cs＋周围距离相等且次近的Cs＋数目为________，距离为____________；每个Cs＋周围距离相等且第三近的Cs＋数目为________，距离为________；每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为________。 【课时对点练习】 题组一　金属键及金属晶体 1．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 2．金属晶体熔、沸点的高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强度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．金属镁的熔点大于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的 C．金属铝的硬度大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙 3．物质结构理论提出：金属键越强，金属的硬度越大，熔、沸点越高。一般来说，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是(　　) A．硬度：Mg>Al B．熔点：Be>Mg C．硬度：Mg>K D．熔点：Ca>K 4．下列有关金属的叙述正确的是(　　) A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，是由于金属离子之间有较强的作用 B．通常情况下，金属中的自由电子会发生定向移动，而形成电流 C．金属是借助金属离子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分 D．金属的导电性随温度的升高而降低 5．金属的下列性质中，不能用金属键解释的是 A．易传热 B．加工易变性但不碎 C．易锈蚀 D．有特殊的金属光泽 6．根据下列晶体的相关性质，判断可能属于金属晶体的是(　　) 选项 晶体的相关性质 A 由分子间作用力结合而成，熔点低 B 固态或熔融态时易导电，熔点在1 000 ℃左右 C 由共价键结合成空间网状结构，熔点高 D 固体不导电，但溶于水或熔融后能导电 题组二　离子晶体及其性质 7．下列叙述正确的是(　　) A．带相反电荷的离子之间的相互吸引称为离子键 B．金属元素和非金属元素化合时不一定形成离子键 C．原子最外层只有1个电子的主族元素与卤素所形成的化学键一定是离子键 D．非金属元素形成的化合物中不可能含有离子键 8．自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2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、沸点较高，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 9．下列性质中适合离子晶体的是(　　) ①熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 ②熔点为10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电 ③能溶于CS2，熔点为－7.25 ℃，沸点为59.47 ℃ ④熔点为97.81 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm－3 ⑤熔点为－218 ℃，难溶于水 ⑥熔点为3 900 ℃，硬度很大，不导电 ⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱 ⑧难溶于水，熔点较高，固体不导电，熔化时导电 A．①⑧ B．②③⑥ C．①④⑦ D．②⑤ 10．NaF、NaI、和MgO均为离子晶体，有关数据如下表： 物质 ①NaF ②NaI ③MgO 离子电荷数 1 1 2 键长(10－10m) 2.31 3.18 2.10 试判断，这三种化合物的熔点由高到低的顺序是(　　) A．①＞②＞③　　　　　 B．③＞①＞② C．③＞②＞① D．②＞①＞③ 题组三　金属晶体、离子晶体晶胞的分析 11．(2025·安徽省部分学校高三开学考试)Cu、Ni、Sb组成的金属互化物是重要的合金超导体，其晶胞结构如下图所示，若该晶胞的空间几何构型为正方体，其晶胞密度为ρg· cm-3，下列说法正确的是( ) A．该晶胞中含有8个Cu原子、4个Ni原子、2个Sb原子 B．Cu和Ni都位于周期表中ds区 C．基态Cu、Ni、Sb原子中未成对电子数目：Cu>Ni>Sb D．相邻Cu和Ni的最短距离(L)为 12．铁有δ-Fe、γ-Fe、α-Fe三种同素异形体，三种晶体在不同温度下可以发生转化。如图是三种晶体的晶胞，下列说法正确的是(　　) δ-Fe　　γ-Fe　　α-Fe A．三种同素异形体的性质相同 B．γ-Fe晶胞中与每个铁原子距离最近且相等的铁原子有6个 C．α-Fe晶胞中与每个铁原子距离最近且相等的铁原子有6个 D．将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同 13．钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，其晶胞的结构如图所示，下列有关说法中正确的是(　　) A．该晶体属于离子晶体 B．晶体的化学式为Ba2O2 C．该晶体的晶胞结构与CsCl相似 D．与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有4个 14．已知冰晶石(Na3[AlF6])熔融时的电离方程式为Na3[AlF6]===3Na＋＋[AlF6]3－。现有冰晶石的晶胞结构如图所示，位于大立方体顶点和面心，位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心，是图中、中的一种。下列说法正确的是(　　) A．冰晶石是共价晶体 B．大立方体的体心处代表[AlF6]3－ C．与Na＋距离相等且最近的Na＋有6个 D．冰晶石晶体的密度约为 g·cm－3 15．铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝，广泛地应用于电气、机械制造、国防等领域。回答下列问题： (1)铜原子基态电子排布式为__________________________________________。 (2)用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，边长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm－3，则铜晶胞的体积是________cm3，晶胞的质量是________g，阿伏加德罗常数为____________________[列式计算，已知Mr(Cu)＝63.6 g/mol]。 (3)氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物，这两种化合物都可用于催化乙炔聚合，其阴离子均为无限长链结构(如下图)，a位置上Cl原子的杂化轨道类型为________。已知其中一种化合物的化学式为KCuCl3，另一种的化学式为________。 (4)金属铜单独与氨水或单独与过氧化氢都不能反应，但可与氨水和过氧化氢的混合溶液反应，其原因是_______________________________，反应的化学方程式为______________________________。 16．中国冶金报指出，钢铁行业作为国民经济重要的基础产业，碳排放量在国内占比13-15%，因此钢铁行业应承担起碳减排的主体责任，努力成为碳减排的先行者。已知，铁有α、γ、δ三种晶体结构，并且在一定条件下可以相互转化(如图)，请回答相关的问题： (1)铁元素在元素周期表中的位置_______，Fe2+的外围电子排布式_______，铁的三种晶体之间的转化属于_______变化(填“物理”或“化学”)，理由是：_______。 (2)铁的α、γ、δ三种晶体结构中，Fe原子的配位数之比为： _______。 (3)设α-Fe晶胞边长为a cm，δ-Fe晶胞边长为b cm， 计算确定：两种晶体的密度比为：_______。(用a、b的代数式表示) (4)Fe3C是工业炼铁生产过程中产生的一种铁的合金，在Fe3C晶体中，每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围，成八面体结构，即碳原子配位数为6，那么，铁原子配位数为_______。 (5)事实上，Fe3C是C与铁的晶体在高温下形成的间隙化合物(即碳原子填入铁晶体中的某些空隙)，根据相关信息，你认为形成碳化铁的铁的三种晶体结构中，最有可能的是：_______，(选填“α-Fe”、“γ-Fe”或“δ-Fe”) (6)摩尔盐[ (NH4)2 SO4·FeSO4·6H2O]是一种复盐， 它易溶于水，不溶于乙醇，性质比一般亚铁盐稳定，不易被氧化，试分析该晶体中亚铁离子可稳定存在的原因_______。 17．中科院大连化物所化学研究团队在化学链合成NH3研究方面取得新进展，该研究中涉及的物质有Ni-BaH2/Al2O3、Fe-K2O-Al2O3、Cs-Ru/MgO等，相关研究成果发表于《自然》上。 请回答下列问题： (1)基态Fe原子核外电子占据最高能层的符号为__________，Ni位于元素周期表中的__________区。 (2)元素的第一电离能：Mg________(填“>”或“<”)Al。H、N、O的电负性由大到小的顺序为________________(用元素符号表示)。 (3)NH3分子中中心原子的杂化方式为_____________________________________________。 (4)已知MgO的熔点为2 852 ℃，CaO的熔点为2 614 ℃，二者的晶体类型为________，MgO的熔点高于CaO的原因是_________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (5)研究发现，只含Ni、Mg和C三种元素的晶体竟然也具有超导性，该晶体的晶胞结构如图所示： ①与C原子紧邻的Ni原子有________个。 ②已知该晶胞中a原子的坐标参数为(1,0,0)，b原子的坐标参数为(，，0)，则c原子的坐标参数为____________。 ③已知该晶体的密度为d g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶胞中Ni原子、Mg原子之间的最短距离为________________ pm(用含d、NA的代数式表示)。 【参考答案】 【课堂小练1】 1．下列关于金属键的叙述中，不正确的是(　　) 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．金属中的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动 【答案】B 【解析】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。 2．下列有关金属的说法正确的是(　　) A．金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子 B．金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动 C．金属原子在化学变化中失去的电子数越多，其还原性越强 D．金属晶体的堆积方式会影响金属的性质 答案　D 解析　因金属的价电子受原子核的吸引力小，则金属原子中的价电子在金属晶体中为自由电子，而不是所有的核外电子，A错误；金属导电的实质是在外电场作用下自由电子定向移动而产生电流的结果，B错误；金属原子在化学变化中失去电子越容易，其还原性越强，C错误；金属晶体中原子的堆积方式会影响金属的性质，如延展性，D正确。 3．在金属晶体中，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，金属的熔、沸点越高。由此判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中正确的是(　　) A．Mg>Al>Ca　 B．Al>Na>Li C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>Al 【答案】C 【解析】电荷数：Al3＋＞Mg2＋＝Ca2＋＞Li＋＝Na＋；而金属阳离子半径：r(Ba2＋)＞r(Ca2＋)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)＞r(Li＋)，则A中熔、沸点Al＞Mg，B中熔、沸点Li＞Na，D中熔、沸点Al＞Mg＞Ba，都不符合题意。 【课堂小练2】 4．下列性质中，可以较充分说明某晶体是离子晶体的是(　　) A．具有较高的熔点 B．固态不导电，水溶液能导电 C．可溶于水 D．固态不导电，熔融状态能导电 【答案】D 【解析】A选项，SiO2晶体熔点也较高，但不是离子晶体；B选项，HCl晶体的水溶液也能导电，也不是离子晶体；C选项，有些晶体如固体氨溶于水，不属于离子晶体；D选项，离子晶体固态时不能导电，在熔融时可导电。 5．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 【答案】C 【解析】氧化钙和氯化钠的离子间距离和晶体结构都类似，故熔点主要由阴、阳离子所带电荷数的多少决定。 6．为了确定SbCl3、SbCl5、SnCl4是否为离子化合物，可以进行下列实验，其中叙述正确的是 (　　) A．观察常温下物质的状态，SbCl5是微黄色液体，SnCl4为无色液体。结论：SbCl5和SnCl4都是离子化合物 B．测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为73.5 ℃、2.8 ℃、-33 ℃。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物 C．将SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中，滴入HNO3酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物 D．测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液的导电性，发现它们都可以导电。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物 【答案】B 【解析】离子化合物一般熔点较高，熔融状态下可导电；某些分子晶体溶于水后也可以发生电离而导电。 7．根据CsCl的晶胞结构分析，CsCl晶体中两个距离最近的Cs＋间距离为a，则每个Cs＋周围与其距离为a的Cs＋数目为________；每个Cs＋周围距离相等且次近的Cs＋数目为________，距离为____________；每个Cs＋周围距离相等且第三近的Cs＋数目为________，距离为________；每个Cs＋周围紧邻且等距的Cl－数目为________。 答案　6　12　a　8　a　8 解析　以题图的一个Cs＋为基准，与其最近的Cs＋分别位于其上、下、前、后、左、右六个方位，有6个；与其次近的Cs＋的距离为a，在1个晶胞中有3个，而1个Cs＋为8个晶胞共有，故有8×3×＝12个；与其第三近的Cs＋的距离为a，每个晶胞中有1个，故有8个；与其紧邻且等距的Cl－有8个。 【课时对点练习】 题组一　金属键及金属晶体 1．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 答案　B 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”，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；金属的性质及金属固体的形成都与金属键的强弱有关。 2．金属晶体熔、沸点的高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强度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．金属镁的熔点大于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的 C．金属铝的硬度大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙 答案　C 解析　金属阳离子所带电荷数越多，半径越小，金属键越强，据此判断。 3．物质结构理论提出：金属键越强，金属的硬度越大，熔、沸点越高。一般来说，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是(　　) A．硬度：Mg>Al B．熔点：Be>Mg C．硬度：Mg>K D．熔点：Ca>K 答案　A 解析　Mg、Al的电子层数相同，核电荷数大的离子半径小，价电子数：Al>Mg，离子半径：Al3＋<Mg2＋，所以Al的金属键强于Mg，Al的硬度大于Mg，A错误；离子半径：Mg2＋<Na＋<K＋，所以Mg的金属键强于K，故硬度：Mg>K，C正确；Ca、K位于同一周期，价电子数：Ca>K，离子半径：K＋>Ca2＋，Ca的金属键强于K，故熔点：Ca>K，D正确。 4．下列有关金属的叙述正确的是(　　) A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，是由于金属离子之间有较强的作用 B．通常情况下，金属中的自由电子会发生定向移动，而形成电流 C．金属是借助金属离子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分 D．金属的导电性随温度的升高而降低 【答案】D 【解析】金属受外力作用时变形而不易折断是因为金属晶体中各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，故A项不正确；自由电子要在外电场作用下才能发生定向移动形成电流，B项不正确；金属的导热性是由于自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞将能量进行传递，故C项不正确。温度升高，金属离子振动频率加大，阻碍了电子的移动，电阻增大，导电性减弱，故D项正确。故选D。 5．金属的下列性质中，不能用金属键解释的是 A．易传热 B．加工易变性但不碎 C．易锈蚀 D．有特殊的金属光泽 【答案】C 【解析】A项，金属晶体的导热是由于晶体内部，自由电子与金属阳离子的碰撞，能用金属晶体结构，即能用金属键理论解释加以解释，故A正确；B项，金属有延展性，加工易变形，发生形变时，自由电子仍然可以在金属于离子之间流动，使金属不会断裂破碎，能用金属晶体结构，即能用金属键理论解释加以解释，故B正确；C项，金属易锈蚀与金属晶体结构无关、与化学性质有关，金属的化学性质比较活泼，容易被空气中的氧气所氧化，故金属易锈蚀不能用金属晶体结构加以解释，故C错误；D项，自由电子很容易被激发，所以它们可以吸收许多光并发射各种可见光，所以大部分金属为银白色，能用金属晶体结构加以解释，即能用金属键理论解释加以解释，故D正确；故选C。 6．根据下列晶体的相关性质，判断可能属于金属晶体的是(　　) 选项 晶体的相关性质 A 由分子间作用力结合而成，熔点低 B 固态或熔融态时易导电，熔点在1 000 ℃左右 C 由共价键结合成空间网状结构，熔点高 D 固体不导电，但溶于水或熔融后能导电 【答案】B 【解析】A项，由分子间作用力结合而成的晶体属于分子晶体，错误；B项，金属晶体中有自由移动的电子，能导电，绝大多数金属在常温下为固体，熔点较高，所以固态或熔融态时易导电，熔点在1 000 ℃左右的晶体可能属于金属晶体，正确；C项，相邻原子之间通过共价键结合形成的空间网状结构的晶体属于共价晶体，错误；D项，固体不导电，说明晶体中无自由移动的带电微粒，则不可能为金属晶体，错误。 题组二　离子晶体及其性质 7．下列叙述正确的是(　　) A．带相反电荷的离子之间的相互吸引称为离子键 B．金属元素和非金属元素化合时不一定形成离子键 C．原子最外层只有1个电子的主族元素与卤素所形成的化学键一定是离子键 D．非金属元素形成的化合物中不可能含有离子键 答案　B 解析　离子键的本质是阴、阳离子之间的静电作用，静电作用包括静电引力和静电斥力，A项不正确；活泼金属与活泼非金属容易形成离子键，但AlCl3和BeCl2中金属与非金属原子之间形成共价键，B项正确；原子最外层只有1个电子的主族元素包括H元素和碱金属元素，H元素与卤素形成共价键，C项不正确；由非金属元素形成的化合物中可能含有离子键，如铵盐中NH与阴离子之间形成离子键。 8．自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2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、沸点较高，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 解析　离子晶体中含有离子键，离子键在熔融状态下被破坏，电离出自由移动的阴、阳离子，所以离子晶体在熔融状态下能够导电，这是判断某晶体是否为离子晶体的依据。 9．下列性质中适合离子晶体的是(　　) ①熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 ②熔点为10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电 ③能溶于CS2，熔点为－7.25 ℃，沸点为59.47 ℃ ④熔点为97.81 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm－3 ⑤熔点为－218 ℃，难溶于水 ⑥熔点为3 900 ℃，硬度很大，不导电 ⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱 ⑧难溶于水，熔点较高，固体不导电，熔化时导电 A．①⑧ B．②③⑥ C．①④⑦ D．②⑤ 答案　A 解析　离子晶体固体时不导电，熔融态时能导电，易溶于水的离子晶体的水溶液能导电，一般难溶于非极性溶剂，熔点较高、质硬而脆，故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点；⑥所表示的物质熔点达3 900 ℃，硬度很大，不导电，应是共价晶体，故只有①⑧符合题意。 10．NaF、NaI、和MgO均为离子晶体，有关数据如下表： 物质 ①NaF ②NaI ③MgO 离子电荷数 1 1 2 键长(10－10m) 2.31 3.18 2.10 试判断，这三种化合物的熔点由高到低的顺序是(　　) A．①＞②＞③　　　　　 B．③＞①＞② C．③＞②＞① D．②＞①＞③ 【答案】B 【解析】NaF、NaI、MgO均为离子晶体，它们的熔点高低由离子键的强弱决定，而离子键的强弱与离子半径和离子电荷数有关，MgO中键长最短，离子电荷数最高，故离子键最强，熔点最高。 题组三　金属晶体、离子晶体晶胞的分析 11．(2025·安徽省部分学校高三开学考试)Cu、Ni、Sb组成的金属互化物是重要的合金超导体，其晶胞结构如下图所示，若该晶胞的空间几何构型为正方体，其晶胞密度为ρg· cm-3，下列说法正确的是( ) A．该晶胞中含有8个Cu原子、4个Ni原子、2个Sb原子 B．Cu和Ni都位于周期表中ds区 C．基态Cu、Ni、Sb原子中未成对电子数目：Cu>Ni>Sb D．相邻Cu和Ni的最短距离(L)为 【答案】D 【解析】A项，根据均摊原则，该晶胞含有1个Cu、1个Ni、2个Sb，故A错误；B项，Cu位于周期表中ds区，Ni位于周期表中d区，故B错误；C项，基态Cu、Ni、Sb原子中未成对电子数目分别是1、2、3，Sb>Ni>Cu，故C错误；D项，该晶胞含有1个Cu、1个Ni、2个Sb，设晶胞边长为a pm，该晶胞，，Cu和Ni的最短距离为晶胞边长的一半，Cu和Ni的最短距离，故D正确；故选D。 12．铁有δ-Fe、γ-Fe、α-Fe三种同素异形体，三种晶体在不同温度下可以发生转化。如图是三种晶体的晶胞，下列说法正确的是(　　) δ-Fe　　γ-Fe　　α-Fe A．三种同素异形体的性质相同 B．γ-Fe晶胞中与每个铁原子距离最近且相等的铁原子有6个 C．α-Fe晶胞中与每个铁原子距离最近且相等的铁原子有6个 D．将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同 答案　C 解析　由于三种同素异形体的结构不同，所以三者的性质不同，A项错误；γ-Fe晶胞中与每个铁原子距离最近且相等的铁原子数为12，B项错误；α-Fe晶胞中与每个铁原子距离最近且相等的铁原子数为6，C项正确；将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却，会得到晶体类型不同的铁，D项错误。 13．钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，其晶胞的结构如图所示，下列有关说法中正确的是(　　) A．该晶体属于离子晶体 B．晶体的化学式为Ba2O2 C．该晶体的晶胞结构与CsCl相似 D．与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有4个 【答案】A 【解析】图示晶体中含有Ba2＋和O，则该晶体属于离子晶体，A正确。该晶体的晶胞结构与NaCl的晶胞结构相似，所以与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有12个，C不正确，D不正确。该氧化物的1个晶胞中含有4个Ba2＋和4个O，晶体的化学式应为BaO2，B不正确。 14．已知冰晶石(Na3[AlF6])熔融时的电离方程式为Na3[AlF6]===3Na＋＋[AlF6]3－。现有冰晶石的晶胞结构如图所示，位于大立方体顶点和面心，位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心，是图中、中的一种。下列说法正确的是(　　) A．冰晶石是共价晶体 B．大立方体的体心处代表[AlF6]3－ C．与Na＋距离相等且最近的Na＋有6个 D．冰晶石晶体的密度约为 g·cm－3 答案　D 解析　由冰晶石熔融时能发生电离，可知冰晶石是离子晶体，A项错误；每个晶胞中含有的个数为8×＋6×＝4，的个数为12×＋8＝11，根据冰晶石的化学式可知，[AlF6]3－与Na＋的个数比为1∶3，故为Na＋，B项错误；与Na＋距离相等且最近的Na＋有8个，C项错误；晶胞的质量为 g，晶胞的体积为(a×10－8 cm)3，则晶体的密度为 g·cm－3 ≈ g·cm－3，D项正确。 15．铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝，广泛地应用于电气、机械制造、国防等领域。回答下列问题： (1)铜原子基态电子排布式为__________________________________________。 (2)用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，边长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm－3，则铜晶胞的体积是________cm3，晶胞的质量是________g，阿伏加德罗常数为____________________[列式计算，已知Mr(Cu)＝63.6 g/mol]。 (3)氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物，这两种化合物都可用于催化乙炔聚合，其阴离子均为无限长链结构(如下图)，a位置上Cl原子的杂化轨道类型为________。已知其中一种化合物的化学式为KCuCl3，另一种的化学式为________。 (4)金属铜单独与氨水或单独与过氧化氢都不能反应，但可与氨水和过氧化氢的混合溶液反应，其原因是_______________________________，反应的化学方程式为______________________________。 【答案】(1)1s22s22p63s23p63d104s1　 (2)4.70×10－23　4.23×10－22 NA＝＝6.01×1023mol－1 (3)sp3　K2CuCl3　 (4)过氧化氢为氧化剂，氨与Cu2＋形成配离子，两者相互促进使反应进行　Cu＋H2O2＋4NH3===[Cu(NH3)4](OH)2 16．中国冶金报指出，钢铁行业作为国民经济重要的基础产业，碳排放量在国内占比13-15%，因此钢铁行业应承担起碳减排的主体责任，努力成为碳减排的先行者。已知，铁有α、γ、δ三种晶体结构，并且在一定条件下可以相互转化(如图)，请回答相关的问题： (1)铁元素在元素周期表中的位置_______，Fe2+的外围电子排布式_______，铁的三种晶体之间的转化属于_______变化(填“物理”或“化学”)，理由是：_______。 (2)铁的α、γ、δ三种晶体结构中，Fe原子的配位数之比为： _______。 (3)设α-Fe晶胞边长为a cm，δ-Fe晶胞边长为b cm， 计算确定：两种晶体的密度比为：_______。(用a、b的代数式表示) (4)Fe3C是工业炼铁生产过程中产生的一种铁的合金，在Fe3C晶体中，每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围，成八面体结构，即碳原子配位数为6，那么，铁原子配位数为_______。 (5)事实上，Fe3C是C与铁的晶体在高温下形成的间隙化合物(即碳原子填入铁晶体中的某些空隙)，根据相关信息，你认为形成碳化铁的铁的三种晶体结构中，最有可能的是：_______，(选填“α-Fe”、“γ-Fe”或“δ-Fe”) (6)摩尔盐[ (NH4)2 SO4·FeSO4·6H2O]是一种复盐， 它易溶于水，不溶于乙醇，性质比一般亚铁盐稳定，不易被氧化，试分析该晶体中亚铁离子可稳定存在的原因_______。 【答案】(1) 第四周期第VIII族     3d6     物理     没有新物质生成或没有化学键变化或金属键不变 (2)4：6：3 (3)2b3：a3 (4)2 (5)γ-Fe (6)摩尔盐中的N、O、H可形成空间网络化氢键，将亚铁离子包围起来，避免其与氧化性物质接触，所以比较稳定 17．中科院大连化物所化学研究团队在化学链合成NH3研究方面取得新进展，该研究中涉及的物质有Ni-BaH2/Al2O3、Fe-K2O-Al2O3、Cs-Ru/MgO等，相关研究成果发表于《自然》上。 请回答下列问题： (1)基态Fe原子核外电子占据最高能层的符号为__________，Ni位于元素周期表中的__________区。 (2)元素的第一电离能：Mg________(填“>”或“<”)Al。H、N、O的电负性由大到小的顺序为________________(用元素符号表示)。 (3)NH3分子中中心原子的杂化方式为_____________________________________________。 (4)已知MgO的熔点为2 852 ℃，CaO的熔点为2 614 ℃，二者的晶体类型为________，MgO的熔点高于CaO的原因是_________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (5)研究发现，只含Ni、Mg和C三种元素的晶体竟然也具有超导性，该晶体的晶胞结构如图所示： ①与C原子紧邻的Ni原子有________个。 ②已知该晶胞中a原子的坐标参数为(1,0,0)，b原子的坐标参数为(，，0)，则c原子的坐标参数为____________。 ③已知该晶体的密度为d g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶胞中Ni原子、Mg原子之间的最短距离为________________ pm(用含d、NA的代数式表示)。 答案　(1)N　d　(2)>　O>N>H　(3)sp3　(4)离子晶体　Mg2＋的半径小于Ca2＋，MgO的离子键强度大于CaO　(5)①6　②(，0，)　③××1010 解析　(2)同一周期主族元素第一电离能随着原子序数的增大而呈增大的趋势，但第ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能分别大于其相邻的第ⅢA、ⅥA族元素，所以第一电离能：Mg>Al。 (3)NH3分子中N原子价层电子对数为3＋＝4，N原子的杂化方式为sp3。 (5)③设晶胞中Ni原子、Mg原子之间的最短距离为a pm，则晶胞棱长为a pm，晶胞体积为(a×10－10)3 cm3，该晶胞中Mg原子个数为8×＝1，Ni原子个数为6×＝3，C原子个数是1，晶体的密度为d g·cm－3＝g·cm－3，所以a＝××1010 pm。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$