第三章 第三节 金属晶体与离子晶体-【新课程能力培养】2025-2026学年高中化学选择性必修2学习手册（人教版）

>m第二节分子晶体与共价晶体 知识梳理 知识点1 1.分子分子间作用力 2.较低较小 4.(1)范德华力分子密堆积12(2)方向性 224sp3氢键四面小于 知识点2 1.共价键空间立体网状 2.高大不较难 4.(1)sp34共价键(2)sp34共价键2 共价键1：2 要点精析 变式训练 1.B2.B ●“第三节金属晶体与离子晶体 知识梳理 知识点1 1.金属原子金属键 2.小价电子价电子电子气强烈的共价键 饱和性方向性 3.电性金属阳离子的半径自由电子数金属阳 离子所带的正电荷数小多小大强 4.高大减羽降低减小增多减小增强 升高增大 5.(1)银白钢灰黑(2)金属阳离子自由 电子自由电子阻碍频繁增大下降温度 (3)获得加快频繁碰撞高低相同很好 (4)方向性排列方式金属键电子气 知识点2 1.阴、阳离子阴离子阳离子离子键 2.高大 参考答案与解析。 4.（1)饱和性方向性（2)不存在组成 最简个数比 知识点3 1.离子晶体 2.sp23g120°六网状12p较大 范德华力 要点精析 变式训练 1.C2.C 3.铝合金中含有原子半径较大的原子，各原子层之 间谁于发生相对滑动，故铝合金硬度大于金属铝 4.C 5.(1)0.31512(2)体心棱心 第四节配合物与超分子 知识梳理 知识点1 1.孤电子对空轨道孤电子对饱和性方向性 OH H0—B0H OH 2.(1)配位键(2)[Cu(NH)4]2+S0Cu24 NH,N 4 [Fe(CN)]K*Fe"CN C 6 空轨道孤电子对提供孤电子对配位原子 知识点2 1.两种或两种以上分子间相互作用 要点精析 变式训练 1.B2.D3.B 31N 高中化学选择性必修2（人教版） 第三节 金属 学习目标 1.知道金属晶体的结构特点和微粒间的相 互作用，知道影响金属键强弱的因素， 能从微观视角解释金属晶体的导电性、 导热性、延展性等宏观性质。 2.知道离子晶体的结构特点和微粒间的相 互作用，能以NaCl和CsCl为例解释典 型离子化合物的某些性质，能解释不同 离子晶体的熔点差异。 3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体和混 合型晶体是普遍存在的。 知识梳理 l知识点1 金属键与金属晶体 1.金属晶体 由 组成的单质晶体称为金属 晶体。 在金属晶体中，金属原子之间通过 相互结合。 2. 金属键的电子气理论 金属中 由于金属元 + ++ + 素的电负性 (+ 和电离能较 ++++ ，金属 原子容易失去部分或全部 成为金属 阳离子（部分金属阳离子也可能会在某一瞬 间获得电子，再次成为金属原子，这应该是 42)学 N 晶体与离子晶体 一个动态过程)，失去的 不再专属 于原来的金属原子或金属阳离子，而是被所 有金属原子和金属阳离子所共用，并在其间 自由运动形成“ ”,金属原子和金 属阳离子就好像“浸泡”在“电子气”的 “海洋”之中。这些不停运动的“自由电 子”与金属阳离子之间存在着 相互 作用，这种相互作用称为金属键（metallic bond)o 金属键可以看成是由许多金属原子或离 子共用许多电子形成的，从这个角度上，可 以将金属键视为特殊的 ，因此，电 子气理论也称改性共价键理论。但与共价键 不同的是，金属键没有共价键所具有的 和 所有金属单质或者它们的合金都存在金 属键。 3.影响金属键强弱的因素 金属键本质上是金属阳离子与自由电子 之间的 作用，因此，金属键的强弱 可参照库仑定律F=,） 来理解，金属键 的强弱与 呈负相关，与 及 呈正相 关。即金属的原子半径越 价电子 数越 所形成的金属阳离子的半径 就越 电荷数就越 ，金属 键就越 4.金属键的强弱对金属的熔点和硬度的影 响规律 金属键越强，金属晶体的熔点就越 硬度就越 同主族金属元素 从上到下，价电子数相同，原子半径依次增 大，金属键依次 导致熔点 硬度 。如第IA族元素单质： Li>Na>K>Rb>Cs;同周期主族金属元素从 左到右，价电子数依次 原子半径 依次 金属键依次 ，导致 熔点 硬度 。如第三周期 金属单质熔点：Al>Mg>Na。 上述规律仅适用于主族元素的金属单 质，对于过渡金属，因有d电子等参与成 键，情况较为复杂，高中不作要求。 5.电子气理论对金属物理通性的解释 金属晶体都不透明，有金属光泽及良好 的导电性、导热性和延展性，金属的这些性 质都与金属键密切相关。 (1)金属光泽 金属中的自由电子很容易被激发，所以 它们可以吸收所有频率的光，并重新反射放 出，因此，金属不透明，绝大多数具有 色或 色光泽。而某些金属，如 铜、金、铯、铅等，由于较易吸收某些频率 的光而呈现较为特殊的颜色。当金属为粉末 状时，金属晶体的晶面取向杂乱、晶格排列 不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以呈 色。 (2)导电性 ⊕⊕⊕⊕⊕ ⊕⊕⊕⊕⊕ ⊕⊕ ⊕⊕⊕ e e+ 第三章晶体结构与性质。 金属晶体由金属原子、 和 构成，其中，带负电的自由电 子可以自由移动，它们的运动没有一定方 向，而金属原子或金属阳离子只能做很小范 围的振动。有外加电场时， 能 发生定向移动，形成电流，所以金属能导 电；当金属温度升高时，一方面金属原子或 金属阳离子的振动加剧，会 自由电 子的定向移动，另一方面，温度升高也会使 自由电子的运动速率加快，与金属原子或金属 阳离子的碰撞会更加 使自由电子定 向移动的阻力 ，导电能力 因而金属的电阻率一般和 呈正相关。 (3)导热性 金属受热时，受热区域里的自由电子 能量，运动速率 ，与金属 原子或金属阳离子的碰撞更加 ，并通 过 交换能量，把能量从温度 的区域传到温度 的区域，从而使整 块金属达到 的温度。 温度是物质粒子平均动能的量度。金属 中自由电子与金属原子或金属阳离子的碰撞 很容易一个接一个地传导，所以金属的导热 性能一般 (4)延展性 在金属晶体中，由于金属键没有 当金属受到锻压或捶打等外力作用而变形 时，尽管晶体的各原子层发生了相对滑动， 但原来的 并没有变， 没有 被破坏，弥散在金属中的“ ”起 了类似轴承中滚珠的润滑剂作用，因此金属 43 N 高中化学选择性必修2（人教版） 都有良好的延展性。 ④④○④○④④④ ④④○④○④④ 错位○X X+ 4C+C○X4 O4C+XXC④ 。自由电子 ①金属离子○金属原子 川知识点2离子晶体 1.定义 由 在空间周期性重复排列 所形成的晶体称为离子晶体。 在离子晶体中， 和 通 过 相结合。 2.离子晶体的物理特性 常见的离子晶体一般熔、沸点较 硬度较 无延展性，固态时不 导电，但熔融时或溶于水后能导电。 3.常见的离子晶体 (1)强碱，如NaOH等。 (2)活泼金属氧化物，如K0等。 (3)大部分盐，如Na,S0,等。 4.离子晶体的结构特征 (1)因为离子键没有 和 所以，离子晶体中的阴、阳离子尽可 能采取最密堆积。 (2)离子晶体中 单独的分子，化 学式代表的是晶体的 及阴、 阳离子 0 5.几种典型离子晶体的晶胞 NaCl CsCl 44学 N ZnS CaF, 知识点3过渡晶体与混合型晶体· 1.过渡晶体 在大多数晶体中，构成晶体微粒间相互 作用的化学键很少是纯粹的金属键、离子键 或共价键等，往往介于它们之间的过渡状 态。由于晶体中相互作用的微粒间存在键型 过渡，导致纯粹的典型分子晶体、共价晶 体、金属晶体和离子晶体很少，大多数晶体 属于介于它们之间的过渡晶体。如NaCl晶 体中，离子键成分的百分数约为71%，所以 NaCl主要表现 的性质。 2.混合型晶体 石墨是典型的混合型晶体。在石墨晶体 中，每个碳原子采取 杂化与邻近的 个碳原子以 键结合，形成 由无数个键角为 、 相邻原子间距离 为142pm的 元碳环连接起来的平 面 结构：每个碳原子剩余的 个未参与杂化的 电子的轨道则垂 直于杂化轨道平面，互相平行且相互重叠， 共同形成同一层内碳原子之间的共轭π键 (也叫离域π键或非定域键)。 由于共轭π键中的电子为同一层内的碳 原子共用（与金属中的自由电子有某些类 似)，可以在层内自由运动，因此石墨沿层 面方向的电导率 ；而相邻两层之间 的距离为335pm,相对较远，层与层之间 只能通过 相结合，电子不能跃迁， 所以石墨的导电性只能沿着石墨层面方向。 当石墨晶体受到与石墨层相平行的力的 作用时，由于范德华力较弱，各层较易滑动， 裂成鳞状薄片，故石墨除了可以用于制造电 极外，还可以用于制造铅笔芯和润滑剂等。 由于石墨晶体内既有定域共价键，又有 类似于金属键那样的非定域键（成键电子不 定域于两个原子之间)，同时还存在分子间 作用力，因此，石墨属于混合型晶体。 要点精析 川要点1金属晶体的性质 金属晶体通过金属键结合，而金属键没 有饱和性和方向性，所以，金属晶体具有良 好的导电性、导热性和延展性。 金属的熔点和硬度取决于金属键的强 弱，而金属键的强弱由金属的原子半径和价 电子数决定：金属的原子半径越小、价电子 数越多，金属键就越强，金属的熔点就越 高，硬度就越大；反之，金属的原子半径越 大、价电子数越少，金属键就越弱，金属的 熔点就越低，硬度就越小。 典例1金属的下列性质中，与自由电子无 关的是() A.密度大小 B.易导电 C.延展性好 D.易导热 第三章晶体结构与性质⊙ 解析：易导电、传热，有良好的延展性属于 金属共有的物理性质，均与自由电子及金属 键有关；密度与金属的相对原子质量、原子 半径、晶体中原子排列的紧密程度有关，与 自由电子无关。 答案：A B变式训练① 下列性质体现了金属通性的是() A.铁能够被磁铁磁化 B.铝在常温下不溶于浓硝酸 C.铜有良好的延展性、导热性和导电性 D.钠与水剧烈反应放出氢气 典例2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，半径越小，金 属键越强。据此判断，下列金属熔点逐渐升 高的是（) A.Li、Na、K B.Na、Mg、Al C.Li、Be、Mg D.Li、Na、Mg 解析：A选项，价电子数均为1，半径：Li< Na<K,熔，点：Li>Na>K;B选项，价电子数 分别为1、2、3，半径：Na>Mg>Al,熔，点： Na<Mg<Al;C选项，价电子数分别为1、2、 2,半径：Li>Be、Mg>Be,熔点：Li、Mg均 小于Be;D选项，价电子数分别为1、1、 2,半径：Li<Na、Mg<Na,熔点：Li、Mg 均大于Na。 答案：B B变式训练2 要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。 金属晶体熔点的高低和硬度的大小一般取决 学 45 高中化学选择性必修2（人教版） 于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳 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.碱金属的熔点从Li到Cs是逐渐增大的 C.金属铝的硬度大于金属钠 D.金属钙的硬度小于金属钡 典例3某晶体具有金属光泽，熔点较高，能 否由此判断该晶体属于金属晶体： (填“是”或“否”)。判断该晶体是否属于 金属晶体的最简单的实验方法是 解析：具有金属光泽、熔点较高的晶体不一 定是金属晶体，有些非金属晶体也具有此性 质，但金属晶体固态时能导电，而非金属晶 体固态时不导电（石墨除外）。 答案：否测试该晶体在固态时能否导电 B变式训练③ 金属铝和铝合金的原子结构排列图如下所示： 8888888888 0XXXXXXO 金属铝 铝合金 请说明铝合金硬度大于金属铝的原因： 川要点2金属晶体的结构 常见的金属晶体主要有以下四种结构： 46)学 典例4钨是熔点最高的金属，如图是 金属钨晶体的晶胞结构模型图 (原子间实际是相互接触的)， 它是一种体心立方结构。实验 测得金属钨的密度为pg/cm3,钨的相对原子 质量为M,N为阿伏加德罗常数。假定钨原 子为直径相等的刚性圆球，请回答下列问题： (1)每一个晶胞中分摊到 个钨原子。 (2)计算晶胞的边长a: (3)计算钨的原子半径： (提示：只有体对角线上的各个球才是 彼此接触的)。 (4)计算金属钨原子采取的体心立方结构 的空间利用率。 解析：(1)晶胞中钨原子位于晶胞的顶点 和体心，每个晶胞中分摊到8×。+1=2个钨 原子。 (2)每个晶胞中含有2个钨原子，则每个晶 2M 胞的质量为m= N:每个晶胞的体积为 p 32M 3> 故a= cm √NP (3)晶胞体对角线的长度为4r,若以其为 直角三角形的斜边，则两条直角边的长度分 别为a和2a,故有3a2=(4r,=5a √332M -cm。 4N (4)空间利用率，顾名思义，指构成晶体 的原子体积占晶胞体积的百分比。每个钨原 子的依积为m=5 4 =16a,每个晶胞的依积 为，每个晶胞中有2个钨原子，故体心立 2x Ta 16 方结构的空间利用率为 √3 -×100%= 8 ×T×100%=68%。 2M 答案：（1)2 (2) cm (3) √332M cm (4)68% 4NAP 要点3离子晶体的性质 离子晶体一般熔、沸点较高，硬度较 大，无延展性，但也有一些熔点较低，常温 下为液态；离子晶体固态时不导电，但熔融 时或溶于水后能导电。 典例5下列离子晶体中，熔点最低的是 A.NaCl B.KCI C.Ca0 D.MgO 解析：离子晶体熔点的高低取决于晶体中离 子键的强弱，而离子键的强弱则取决于离子 所带的电荷数及离子半径的大小。对比A、 B选项，两者的电荷数均为1，r(K)> r(Na),则NaCl熔，点高于KCl;同理，MgO 熔，点高于CaO。因为KCl电荷数为1，CaO 电荷数为2，且r(K)>r(Ca2+),r(Cl)> r(O2),故KCl的熔点最低。 答案：B 典例6干燥剂的干燥性能可用干燥效率 (1m3空气中实际余留水蒸气的质量)来衡 量。某些干燥剂的干燥效率数据如下： 物质 Mgo Cao ZnCL ZnBr, 干燥效率 0.008 0.2 0.8 1.1 第三章晶体结构与性质。 分析以上数据，下列有关叙述错误的是 A.MgO的干燥性能比CaO好 B.干燥效率可能与干燥剂的阴、阳离子的 半径大小有关 C.MgCl2可能是比CaCl2更好的干燥剂 D.上述干燥剂中阳离子对干燥性能的影响 比阴离子小 解析：千燥效率是1m3空气中实际余留水 蒸气的质量，所以千燥效率越小，干燥效果 就越好。Mg0的千燥效率为0.008<0.2 (CaO的千燥效率)，所以MgO0的千燥性能 比Ca0好，A正确；Mg、Ca是同一主族的 元素，Cl、Br也是同一主族的元素，原子半 径Ca>Mg,Br>Cl,而千燥效率CaO>MgO, ZnBr2>ZnCl2,可见原子半径越大，千燥效 率越大，B正确；根据表格中的数据可以推 知：千燥效率CaCl2>MgCl2,所以MgCl2可 能是比CaCl2更好的千燥剂，C正确；根据表 格数据可看出在上述干燥剂中阳离子和阴离 子都会对千燥效率产生较大的影响，D错误。 答案：D D变式训练④ 下列关于离子晶体的说法正确的是() A.离子晶体中阴、阳离子间只有静电引力 B.在熔融状态下能导电的晶体一定是离子 晶体 C.离子晶体的延展性较差 D.离子晶体在常温下都以固态存在 要点4离子晶体的结构 离子晶体种类繁多，结构多样。常见的 47 N 高中化学选择性必修2（人教版） 有NaCl型、CsCl型、ZnS型、CaF,型等。 Ca 7n9 CaF 典例7在冰晶石(Na,AlF。)的晶胞中， AIF占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl占据 的位置，则冰晶石晶胞中含有的原子数与 NaCl晶胞中含有的原子数之比为（) A.2:1 B.3:2 C.5:2 D.5:1 解析：每个NaCl晶胞中含4个Cl和4个 Na,根据题意，则每个冰晶石晶胞中含4 个AlF和12个Na*（保持电中性，若4个 Na不能保证晶体的电中性)，故原子数比为 (7×4+12):(4+4)=5:1。 答案：D 典例8(1)下图为NaCl的晶体结构示意 图。NiO（氧化镍)晶体的结构与NaCl相似， N2+与最邻近02的核间距离为a×108cm,计 算Ni0晶体的密度（已知NiO的摩尔质量 为74.7g/mol)。 (2)天然的和绝大部分人工制备的晶体都 存在各种缺陷，例如在某种N0晶体 48)学 中就存在如图所示的缺陷：一个N2+空 缺，另两个被两个N3+所取代，但晶体 仍呈现电中性，只是化合物中Ni和O 的比值发生了变化。某氧化镍样品组 成为Ni。,0,试计算该晶体中N3+与 N2+的离子数之比。 02 02 )2 （N 解析：(1)根据题给信息，每个Ni0晶胞 中含4个N2+和4个02,4个Ni0的质量m =4x 602X10,品胞的体积为V=(2xax 4x_ 74.7g m 10-8cm)3,则密度p= 6.02×1023 V(2xax10°cm)3 62.0 a3g/cm3。 (2)设1 mol Ni,0中含Ni3+xmol,则含 Ni2+(0.97-x)mol,根据电荷守恒，有 3.xmol+2×(0.97-x)mol=2×1mol. 解得x=0.06,则Ni2+为(0.97-x)mol= 0.91mol, 离子数之比为Ni3+:Ni2+=0.06:0.91= 6:91。 62.0 答案：()。gm (2)6:91 B变式训练5 KIO,晶体是一种性能良好的非线性光学材 料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a= 0.446nm。晶胞中K、I、0分别处于顶角、 体心、面心位置，如下图所示。 OI ●0 OK (1)K与0间的最短距离为 nm, 与K紧邻的0个数为 (2)在KIO,晶胞结构的另一种表示中，1 处于各顶角位置，则K处于 位置，0处于 位置。 川要点5过渡晶体与混合型晶体 分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子 晶体是四种典型晶体，但纯粹的典型晶体很 少，大多数晶体由于化学键性质介于典型晶 体之间，往往是它们之间的过渡晶体。如离 子一共价过渡型的Na,0偏向离子晶体，离 子一共价过渡型的AL,03偏向共价晶体，它 们的化学键中离子键与共价键成分共存。 第三章晶体结构与性质。 混合型晶体，如石墨，层内为共价键和 金属键，层间为范德华力，因此，石墨兼具 共价晶体、金属晶体和分子晶体的特性 典例9石墨的片层结构如图所示。在片层 结构中，碳原子数、C一C键数、六元环数 之比为（) A.1:1:1 B.2:2:3 C.1:2:3 D.2:3:1 解析：在石墨的片层结构中，每个碳原子为 3个六元环共用，即属于每个六元环的碳原 子数为6x=2(个：每个G-C键为2个 六元环共用，即属于每个六元环的C一C键 教为6x了3（个。 答案：D 学(49