第3章 第2节 第1课时 金属晶体 离子晶体-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2五维课堂同步课件PPT（鲁科版2019）

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(5)同主族金属元素自上而下，金属单质的熔点逐渐降低，体现金属键逐渐减弱。(√) (3)离子晶体的化学式是表示真正的分子构成吗？ 提示：不是。离子晶体的化学式仅代表晶体中阴、阳离子个数比，并不代表分子构成，所以离子晶体中不存在分子。 2．[想一想] (1)金属在发生变形延展时，金属键断裂吗？ 提示：不断裂。 (2)金属在通常状况下都是晶体吗？金属晶体的性质与哪些因素有关？ 提示：不是，如汞；金属键和金属原子的堆积方式决定金属的性质。 　　　　金属晶体 [情境素材] 花丝工艺又称为细金工艺，是将金、银、铜等抽成细丝，以堆垒编织等技法制成。镶嵌则是把金银薄片打成器皿，然后錾出图案，或用锼弓锼出图案，并镶嵌宝石而成。由一根根花丝到成为一件完整的作品，要依靠堆、垒、编、织、掐、填、攒、焊八大工艺，而每种工艺细分起来又是千变万化。 [思考探究] (1)金属被压成薄片、拉丝、制成导线的过程中金属的化学性质有没有改变？ 提示：没有改变。金属被压成薄片、拉丝、制成导线的过程仅是改变金属形状的物理变化，其成分没有改变。 (2)金属为什么具有一定的导电、导热和延展性呢，从金属的结构应怎样理解这些性质？ 提示：金属中存在自由电子，自由电子被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起，当金属受到外力作用时，各原子层发生滑动而具有良好的延展性；在外加电场作用下，自由电子会发生定向移动而导电；自由电子在运动时会与金属原子发生碰撞而传递热量。 (3)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。 (4)金属键强弱的影响因素有哪些？ 提示：由于金属键是产生在自由电子(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。 [核心突破] 1．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。 2．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原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。 [典例示范] [典例1]　铁有δ、γ、α三种晶体结构，如图是δ、γ、α三种晶体不同温度下转化的示意图，下列有关说法不正确的是(　　) A．δ­Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有8个 B．γ­Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个 C．α­Fe晶胞边长若为a cm，γ­Fe晶胞边长若为b cm，则α­Fe和γ­Fe两种晶体的密度比为b3∶4a3 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 [解析]　D　[δ­Fe，中心Fe与8个顶点上的Fe距离相等且最近；γ­Fe，与每个铁原子距离相等且最近的铁原子数为8×3×eq \f(1,2)＝12，每个晶胞中含铁原子数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，α­Fe晶胞中含铁原子数为8×eq \f(1,8)＝1，则α­Fe和γ­Fe两种晶体的密度比为eq \f(1,a3)∶eq \f(4,b3)＝b3∶4a3；由三种晶体的转化温度关系可以看出急速冷却和缓慢冷却得到两种不同类型的晶体。] [学以致用] 1．下列有关金属晶体的说法中正确的是(　　) A．常温下都是晶体 B．最外层电子数少于3个的都是金属 C．任何状态下都有延展性 D．都能导电、传热 解析：D　[Hg常温下是液态，不是晶体，A项错误；H、He最外层电子数都少于3个，但它们不是金属，B项错误；金属的延展性指的是能抽成细丝、轧成薄片的性质，在液态时，由于金属具有流动性，不具备延展性，C项错误；金属晶体中存在自由电子，能够导电、传热，D项正确。] 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 解析：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。] 　　　　离子晶体的结构 [情境素材] 如图为加工的形态各异的腾冲火山石：据说，大旅行家徐霞客在临终之时，手中还把玩着一块石头，这块石头是从云南腾冲带回家的。 腾冲是火山区，在数亿年前的火山喷发过程中，高温形成熔岩，冷却后使许多名贵鉴赏石现身腾冲，如火山浮雕石、化石，金刚石、玉石、月石、彩石、水晶、蛋白石、蜡石、玛瑙等。如果不是火山喷发，我们可能永远无缘见到这些千奇百怪的火山石。 [思考探究] (1)这些火山石形成的原因是什么？这些火山石属于什么晶体类型？ 提示：火山石是火山喷发后的岩浆形成的岩石，主要成分为硅酸盐，属于离子晶体。 (2)含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗？ 提示：不一定。也可能是金属晶体；晶体中含有阳离子，不一定存在阴离子，如金属晶体由金属阳离子和自由电子构成。 (3)离子晶体中一定含有金属元素吗？由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗？ 提示：不一定。离子晶体中不一定含金属元素。如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3、FeCl3、BeCl3是分子晶体。 (4)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。 (5)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、配位键。如Na2O2、NaOH、Ba(OH)2、Na2SO4中均含离子键和共价键，NH4Cl中含有离子键、共价键、配位键。 [核心突破] 1．离子晶体的简单结构类型 晶体类型 晶胞示意图 结构特点 NaCl型(Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF，MgO等) ①Na＋、Cl－的配位数均为6 ②每个Na＋(Cl－)周围紧邻(距离最近且相等)的Cl－(Na＋)构成正八面体 ③每个Na＋(Cl－)周围紧邻的Na＋(Cl－)有12个 ④每个晶胞中含4个Na＋、4个Cl－ CsCl型(CsBr、CsI、NH4Cl等) ①Cs＋、Cl－的配位数均为8 ②每个Cs＋(Cl－)周围紧邻的Cl－(Cs＋)构成正六面体 ③每个Cs＋(Cl－)周围紧邻的Cs＋(Cl－)有6个 ④每个晶胞中含1个Cs＋、1个Cl－ ZnS型(BeO、BeS等) ①Zn2＋、S2－的配位数均为4 ②每个Zn2＋(S2－)周围紧邻的S2－(Zn2＋)构成正四面体 ③每个晶胞中有4个S2－、4个Zn2＋ ④Zn2＋与S2－之间的最短距离为晶胞体对角线长的eq \f(1,4) CaF2型 ①Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4，二者的配位数之比等于二者电荷(绝对值)之比 ②每个F－周围紧邻的4个Ca2＋构成正四面体，每个Ca2＋周围紧邻的8个F－构成立方体 ③每个晶胞中有4个Ca2＋、8个F－ ④Ca2＋与F－之间的最短距离为晶胞体对角线长的eq \f(1,4) 2.对离子晶体特性的理解 (1)离子晶体熔、沸点的比较：一般来说，阴、阳离子所带的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，如Al2O3＞MgO；NaCl＞CsCl等。 (2)对于离子晶体的熔、沸点，要注意“一般来说”和“较高”等字词。“一般来说”说明离子晶体的熔、沸点还有些特例；“较高”是与其他晶体类型比较的结果。 (3)离子晶体的一些特殊物理性质可用于确定晶体类型。如在固态时不导电，在熔融状态下能导电的晶体一定是离子晶体。 (4)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等溶于水时，由于浓度极小，故导电性极弱。通常情况下，它们的水溶液不导电。 [典例示范] [典例2]　有关晶体的结构如图所示，下列说法中不正确的是(　　) A．在NaCl晶体中，距Na＋最近的Cl－有6个 B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2＋ C．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数的比为1∶2 D．该气态团簇分子的分子式为EF或FE [思维建模] 解答有关离子晶体的结构问题的思维流程如下： 解析：D　[在NaCl晶体中，距Na＋最近的Cl－有6个，所以钠离子的配位数是6，故A正确，在CaF2晶体中，Ca2＋位于晶胞的顶点和面心，晶胞中含有Ca2＋的个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，故B正确；在金刚石晶体中，每个碳原子形成4个共价键，每两个碳原子形成一个共价键，则每个碳原子形成的共价键平均为4×eq \f(1,2)＝2，所以在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键数之比为1∶2，故C正确；气态团簇分子不同于晶胞，气态团簇分子中含有4个E原子，4个F原子，则分子式为E4F4或F4E4，故D错误。] [学以致用] 3．如图所示是从NaCl或CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是(　　) A．(1)和(3)　　　　 B．(2)和(3) C．(1)和(4) D．只有(4) 解析：C　[NaCl晶胞是立方体结构，每个Na＋周围有6个Cl－，每个Cl－周围有6个Na＋；与每个Na＋等距离的Cl－有6个，且构成正八面体，同理，与每个Cl－等距离的6个Na＋也构成正八面体，由此可知图(1)和(4)属于从NaCl晶体中分割出来的，C项正确。] 4．NaCl晶体模型如下图所示： (1)在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引　________　个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着　________　个Na＋，在NaCl晶胞中含有　________　个Na＋、　________　个Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有　________　个。 (2)对于氯化钠晶体，下列描述正确的是　________　。 A．相邻的正、负离子核间距等于正、负离子半径之和 B．与氯化铯晶体结构相同 C．每个Na＋与6个Cl－作为近邻 解析：(1)在氯化钠晶体中，一个Na＋位于晶胞的中心，12个Na＋分别位于晶胞的12条棱上，则属于该晶胞的Na＋相当于3个eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)×12＝3))，因此一个晶胞中共含有4个Na＋，8个Cl－分别位于晶胞的8个顶点上，则属于该晶胞的Cl－相当于1个eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,8)×8＝1))，6个Cl－分别位于晶胞的6个面心上，则属于该晶胞的Cl－相当于3个eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)×6＝3))，所以一个晶胞中共含有4个Cl－。可见NaCl晶体中Na＋、Cl－的个数比为1∶1。 图中位于晶胞中心的Na＋实际上共有3个平面通过它，通过中心Na＋的每个平面都有4个Na＋位于平面的四角，这4个Na＋与中心Na＋距离最近且距离相等。所以在NaCl晶体中，每个Na＋周围与它距离最近且距离相等的Na＋共有12个，按相似的方法可推出每个Cl－周围与它最近且距离相等的Cl－也共有12个。 (2)氯化铯晶体结构呈体心立方堆积，B错误；氯化钠晶体中以Na＋为中心向三维方向伸展，有6个Cl－近邻，C正确；相邻的正、负离子核间距不等于正、负离子半径之和，A错误。 答案：(1)6　6　4　4　12　(2)C 　　离子晶体的性质 [情境素材] 岩浆晶出：火山喷出的岩浆是一种复杂的混合物，冷却时，许多矿物相继析出，简称“岩浆晶出”。实验证明，岩浆晶出的次序与晶格能的大小有关。 硫化物矿物的晶出次序与晶格能 (2)岩浆晶出规则：矿物从岩浆中先后结晶的规律被称为岩浆晶出规则。 晶体从岩浆析晶难易不仅跟岩浆的组成有关，也与析出晶体的晶格能有关，晶格能高的晶体熔点较高，更容易在岩浆冷却过程中先结晶析出。 [思考探究] (1)根据离子晶体的形成，推测离子晶体具有怎样的特性？ 提示：离子晶体是由阴、阳离子间通过较强的离子键结合而形成的，所以离子晶体具有较高的熔、沸点，难挥发，硬度较大，离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电。大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。 (2)怎样判断某种物质属于离子晶体？ 提示：①根据晶体的性质；②可以根据物质的分类。 [核心突破] 1．离子晶体的性质 性质 原因 熔、沸点 离子晶体中有较强的离子键，熔化或汽化时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高 硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。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 导电性 不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力，成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子(或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电 溶解性 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、苯、CCl4)中。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子 延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无延展性 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，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。 (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。 [典例示范] [典例3]　下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是(　　) A．离子键：NaF>NaCl>NaBr B．硬度：MgO>CaO>BaO C．熔点：NaF>MgF2>AlF3 D．1个阴离子周围等距离且最近的阳离子数：CsCl>NaCl>CaF2 [思维建模]　解答有关离子晶体性质比较问题的思维流程如下： [解析]　C　[离子半径Br－>Cl－>F－，离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强，故A正确；原子半径Ba>Ca>Mg，原子半径越大，键能越小，硬度越小，故B正确；离子半径Na＋>Mg2＋>Al3＋，离子半径越小，电荷数越多，则熔点越高，故C错误；CsCl晶胞中1个Cl－周围有8个Cs＋；CaF2晶胞中1个F－周围有4个Ca2＋；NaCl晶胞中1个Cl－周围有6个Na＋，故D正确。] [学以致用] 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 解析：C　[氧化钙和氯化钠的离子间距离和晶体结构都类似，故熔点主要由阴、阳离子所带电荷数的多少决定。] 6．下列性质适合于离子晶体的是(　　) ①熔点1 070℃，易溶于水，水溶液能导电 ②熔点10.31℃，液态不导电，水溶液能导电 ③能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃ ④熔点97.81℃，质软，导电，密度0.97 g/cm3 ⑤熔点－218℃，难溶于水 ⑥熔点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，熔点高，固体不导电，熔化时导电 A．①⑧　　　　　 B．②③⑥ C．①④⑦ D．②⑤ 解析：A　[离子晶体液态时能导电，难溶于非极性溶剂，熔点较高、质硬而脆，固体不导电，故②③④⑤⑦均不符合离子晶体的特点；⑥中熔点达3 900℃，硬度很大，应是共价晶体。故只有①⑧符合题意。] 1．关于金属性质和原因的描述不正确的是(　　) A．金属一般具有银白色光泽，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”，在外加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 解析：A　[金属一般具有银白色的金属光泽，与金属键密切相关。由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光辐射到它的表面上时，自由电子可以吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，这就使得绝大多数金属呈现银灰色以至银白色光泽，故A项错误；B、C、D项均正确。] 2．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．合金的延展性比纯金属强，硬度比纯金属小 解析：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。] 3．离子晶体一般不具有的特征是(　　) A．熔点较高，硬度较大 B．易溶于水而难溶于有机溶剂 C．固体时不能导电 D．离子间距离较大，其密度较大 解析：D　[离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括A、B、C项所述。] 4．一种离子晶体的晶胞如图所示。其中阳离子A以●表示，阴离子B以表示。关于该离子晶体的说法正确的是(　　) A．A周围等距离且最近的B的个数为8，化学式为AB B．B周围等距离且最近的A的个数为4，化学式为A2B C．每个晶胞中含4个A D．每个A周围有4个与它等距且最近的A 解析：C　[该晶胞中阴离子B的个数为8、阳离子A的个数＝8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，则阴阳离子个数比＝8∶4＝2∶1，该物质化学式为AB2，根据图示，阳离子A周围距离最近的阴离子数为8，即阳离子的配位数为8，故A错误；根据A的分析，阴离子的配位数为4，化学式为AB2，故B错误；根据A的分析，每个晶胞中含4个阳离子A，故C正确；根据图示，A位于晶胞的顶点和面心，每个A周围有12个与它等距且最近的A，故D错误。] 5．金属铝晶体的结构如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示。若铝的原子半径为1.42×10－10 m，相对原子质量为27。 (1)晶胞中铝原子周围等距离且最近的铝原子个数为　________　，一个晶胞中金属铝原子的数目为　________　。 (2)试求金属铝晶体中的晶胞长度，即图丙中AB的长度为　________　m，一个金属铝晶胞的体积为　________　cm3。 (3)金属铝的密度为　________　。 解析：(1)根据金属铝晶胞结构，一个铝原子周围距离最近且等距离的铝原子共12个。一个晶胞中金属铝原子的数目为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4。(2)金属铝晶胞棱长(a)和铝原子的半径(r)的关系为eq \r(2)a＝4r，故a＝2eq \r(2)r，一个金属铝晶胞的体积为V＝a3＝16eq \r(2)×(1.42×10－10)3m3≈6.48×10－29m3。(3)ρ＝eq \f(4M,NA2\r(2)r3)＝eq \f(M,4\r(2)r3NA)≈2.77 g·m－3。 答案：(1)12　4　(2)4.02×10－10　6.48×10－23 (3)2.77 g·cm－3 [课堂小结] $$