3.2 几种简单的晶体结构模型 第1课时（同步讲义）化学鲁科版选择性必修2

本讲义聚焦金属晶体与离子晶体核心知识点，系统梳理金属晶体的概念、堆积模型及晶胞微粒数，阐释物理性质与金属键的关系，同时解析离子晶体的结构（NaCl、CsCl、CaF₂晶胞）、晶格能及性质规律，构建“结构决定性质”的化学观念学习支架。 该资料以晶胞结构分析为特色，结合示意图与计算习题（如Cu晶胞密度、Fe同素异形体晶胞分析）培养科学思维，分层测评适配不同需求。课中辅助教师突破重难点，课后助力学生通过练习巩固知识，弥补薄弱环节。

教材知识解读·讲透重点难点·方法能力构建·同步分层测评 第3章 不同聚集状态的物质与性质 第2节 几种简单的晶体 第1课时 金属晶体、离子晶体 教习目标 1.知道金属晶体的概念和特征，能列举金属晶体的基本堆积模型，能用金属键理论解释金属晶体的物理性质。 2.知道离子晶体的概念，理解离子晶体类型与其性质的关系。 重点和难点 金属晶体的基本堆积模型，离子晶体类型与其性质。 ◆知识点一 金属晶体 1.概念 金属原子通过______形成的晶体。 2.结构 3.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 晶胞中的微粒数 4.金属晶体的结构与物理性质 （1）金属晶体具有良好的延展性、导电性、导热性。这些性质均与______有关。 （2）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______。 （3）金属晶体熔、沸点变化规律 ①同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷数决定，阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键就越强，晶体熔点就越高。例如熔点：Li>Na>K>Rb>Cs，Na<Mg<Al。 ②金属晶体的熔点差别较大，如Hg熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体密堆积方式、金属阳离子和“自由电子”的作用力不同造成的。 ③合金的熔点一般______其成分金属的熔点。 即学即练 1.金属铜的晶胞结构如图所示。晶胞中A、B两铜原子的核间距为d pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则铜晶体的密度为　　　　 g·cm-3（列出计算表达式）。  2.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，如图分别代表着三种晶体的晶体结构，其晶胞内金属原子个数比为 （　　） A.1∶2∶1 B.11∶8∶4 C.9∶8∶4 D.9∶14∶9 3.（1）将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层，在如图所示的半径相等的圆球的排列中，A属于　　　　层，配位数是　　　　；B属于　　　　层，配位数是　　　。  （2）辽宁号航母飞行甲板等都是由铁及其合金制造的。铁有δ、γ、α 三种同素异形体，其晶胞结构分别如图所示。 ①γ⁃Fe、δ⁃Fe晶胞中含有的铁原子数之比为　　　　　。  ②δ⁃Fe、α⁃Fe两种晶体中铁原子的配位数之比为　　　　　。  ③若α⁃Fe晶胞的边长为a cm， γ⁃Fe晶胞的边长为b cm，则两种晶体的密度之比为　　　　。  ◆知识点二 离子晶体 1.离子晶体 2.常见离子晶体的晶胞结构 晶体 晶胞 晶胞详解 NaCl ①每个晶胞中有______个Na+和______个Cl- ②在NaCl晶体中，Na+的配位数为______，Cl-的配位数为______ ③与Na+（Cl-）等距离且最近的Na+（Cl-）有______个 ④每个Cl-（Na+）周围的Na+（Cl-）构成______ CsCl ①每个晶胞中有______个Cs+和______个Cl- ②在CsCl晶体中，Cs+的配位数为8，Cl-的配位数为______ ③每个Cs+（Cl-）与______个Cs+（Cl-）等距离相邻 ④每个Cl-（Cs+）周围的Cs+（Cl-）构成______ CaF2 ①每个晶胞中有______个Ca2+、______个F- ②Ca2+的配位数为______，F-的配位数为______，二者的配位数之比等于二者电荷数（绝对值）之比 ③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______ ④Ca2+与F-之间的最短距离为晶胞体对角线长的______ 3.晶格能 （1）定义：将1 mol 离子晶体完全______为气态阴、阳离子所吸收的能量。 （2）意义：晶格能越大，表示离子间作用力越______，离子晶体越______。 （3）下表中是几种离子晶体的晶格能和熔点： 晶体 离子间距 /pm 晶格能/ （kJ·mol-1） 熔点/℃ NaCl 276 787 801 NaBr 290 736 750 NaI 311 686 662 MgO 205 3 890 2 800 4.离子晶体的一般性质 性质 规律 硬度、熔点 硬而脆，熔点较高，且______越大，熔点越高 溶解性 一般易溶于水，难溶于非极性溶剂 导电性 固态时______，熔融状态或在水溶液中______ 5.离子晶体的复杂性 构成离子晶体的离子可能不是单原子离子，如N、吡啶阳离子（）等阳离子，以及S、CH3COO-、苯甲酸根离子（）等阴离子。由这些离子构成的离子晶体中，随着离子体积的增大，阴、阳离子间的距离增大，离子间的作用力______，晶体的熔点也随之______。在许多离子晶体中，微粒间的相互作用不再是典型的离子键，而存在______、______等作用力。 即学即练 1.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 2.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 3.金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题： （1）NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点：NiO 　　　　（填“<”或“>”）FeO。  （2）NiO晶胞中Ni2+和O2-的配位数分别为　　　　、　　　　。  （3）已知FeO晶体密度为a g·cm-3，NA表示阿伏加德罗常数的值，则FeO晶胞体积为　　　 cm3（用字母表示）。  （4）金属镍与镧（La）形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构如图所示。该合金的化学式为　　　。  一、金属晶体的堆积模型 1.由于金属键没有方向性，因此金属晶体可以看成由直径相等的圆球在三维空间堆积而成。等径圆球在平面上的堆积方式很多，如图1给出了球堆积层的两种模式，其中最紧密堆积排列只有一种，称为密置层。层与层之间相互叠放在一起，便形成了晶体的堆积模型，如图2所示。 2.配位数 晶体学中，一个原子或离子周围距离相等且最近的原子或离子的数目，叫配位数。体心立方晶系中原子配位数为8，在面心立方最密堆积和六方紧密堆积结构中，配位数均为12。 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。 3.晶体密度的计算方法 （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为阿伏加德罗常数的值，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。 4.金属晶体熔、沸点变化规律 （1）同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷数决定，阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键就越强，晶体熔点就越高。例如熔点：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，Na＜Mg＜Al。 （2）金属晶体的熔点差别较大，如Hg熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体密堆积方式、金属阳离子和“自由电子”的作用力不同造成的。 （3）一般来说，同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐升高，同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐降低。 （4）合金的熔点一般低于其成分金属的熔点。 5.金属物理通性的解释 实践应用 1.金属的下列性质中和金属晶体无关的是 (　　) A.良好的导电性 B.反应中易失电子 C.良好的延展性 D.良好的导热性 2.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 3.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，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数的多少及半径大小相关。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逐渐升高 C.金属镁的熔点高于金属钠 D.金属镁的硬度小于金属钙 二、离子晶体的结构与性质 1.离子晶体的结构特点 （1）离子晶体微粒之间的作用力是阴、阳离子之间的静电作用，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，晶格能越大。 2.离子晶体的性质 性质 原因 熔、沸点 离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。且同种类型的离子晶体，离子半径越小，晶格能越大，熔、沸点越高 硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。但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 固态不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，阴、阳离子不能自由移动，离子晶体不导电。当熔融或溶于水时，变成自由移动的离子而导电 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 延展性 无延展性。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 实践应用 1.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 2.KO2的晶体结构和NaCl相似，可以看作是Na＋的位置用K＋代替，Cl－的位置用O代替，NaCl晶体的结构如图所示。下列对于KO2晶体结构的描述，正确的是 (　　) A.和K＋距离相同且最近的O共有8个 B.和K＋距离相同且最近的K＋有8个 C.和K＋距离相同且最近的O构成的多面体是正八面体 D.和K＋距离相同且最近的O构成的多面体是正六面体 3.如图为NaCl晶体的一个晶胞，测知氯化钠晶体中相邻的Na＋与Cl－的距离为a cm，该晶体密度为 d g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为 (　　) A. mol－1 B. mol－1 C. mol－1 D. mol－1 考点一 金属晶体的结构和性质 【例1】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 【变式1-1】下列四种性质的叙述，可能属于金属晶体的是 （　　） A.由分子间作用力结合而成，熔点低 B.固态或熔融态易导电，熔点在1 000 ℃左右 C.以共价键结合成空间网状结构，熔点高 D.固态时不导电，但溶于水或熔融后能导电 【变式1-2】金属晶体熔、沸点的高低和硬度的大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数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逐渐增大 C.金属镁的熔点大于金属钠 D.金属锂的硬度小于金属钠 【变式1-3】铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示（黑球代表Fe，白球代表Mg）。则下列说法错误的是 （　　） A.铁镁合金的化学式可表示为Mg2Fe B.晶胞中有14个铁原子 C.晶体中存在的化学键类型为金属键 D.晶胞中铁的配位数为8 考点二 离子晶体的结构和性质　 【例2】下列关于金属晶体和离子晶体的说法错误的是 （　　） A.都可采取“紧密堆积”结构 B.晶体中都含有阳离子 C.离子晶体的熔点不一定比金属晶体高 D.离子晶体都能导电 【变式2-1】离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子间离子键的强弱，据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是 （　　） A.KCl>NaCl>BaO>CaO B.NaCl>KCl>CaO>BaO C.CaO>BaO>KCl>NaCl D.CaO>BaO>NaCl>KCl 【变式2-2】已知CaF2是离子晶体，如果用“”表示F-；用“”表示Ca2+，在如图所示中，符合CaF2晶体结构的是 （　　） 【变式2-3】如图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是 （　　） A.NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体 B.NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同 C.NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8 D.NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，所以阳离子与阴离子的半径比相同 考点三 晶格能及其应用 【例3】下列有关晶格能的叙述正确的是 （　　） A.晶格能是气态离子形成1 mol离子晶体吸收的能量 B.晶格能通常取正值，但是有时也取负值 C.晶格能越大，形成的离子晶体越稳定 D.晶格能越大，物质的硬度反而越小 【变式3-1】下列关于晶格能的说法中正确的是 (　　) A.晶格能指形成1 mol离子键所放出的能量 B.晶格能指破坏1 mol离子键所吸收的能量 C.晶格能指1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量 D.晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关 【变式3-2】Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图中Born⁃Haber循环计算得到。下列说法错误的是 （　　） A.Li原子的第一电离能为520 kJ·mol-1 B.OO键的键能为249 kJ·mol-1 C.Li2O的晶格能为2 908 kJ·mol-1 D.1 mol Li（s）转变成Li（g）需要吸收的能量为159 kJ 基础达标 1.下列有关金属晶体的说法中正确的是 (　　) A.金属晶体所有性质均与金属键有关 B.最外层电子数都少于3个的原子一定都是金属 C.任何状态下都有延展性 D.都能导电、传热 2.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 3.下列叙述中错误的是 (　　) A.金属的熔点和硬度由金属晶体中金属阳离子跟“自由电子”间的作用强弱决定 B.由于金属晶体中“自由电子”的运动，使金属易导电、导热 C.金属键的实质是金属中的“自由电子”与金属阳离子形成的一种强烈的相互作用 D.金属晶体都有银白色的金属光泽 4.下面有关离子晶体的叙述中，不正确的是 (　　) A.1 mol氯化钠中有NA个NaCl分子 B.氯化钠晶体中，每个Na＋周围紧邻6个Cl－ C.氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－ D.平均每个NaCl晶胞中有4个Na＋、4个Cl－ 5.下列关于金属晶体的叙述正确的是 (　　) A.常温下，金属单质都以金属晶体形式存在 B.金属阳离子与“自由电子”之间的强烈作用，在一定外力的作用下，不因形变而消失 C.钙的熔、沸点低于钾 D.温度越高，金属的导电性越好 6.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.固态和熔融时易导电，熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体 C.Al、Na、Mg的熔点逐渐升高 D.金属晶体一定是无色透明的固体 7.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是 (　　) A.熔点：NaF＞MgF2＞AlF3 B.晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr C.阴离子的配位数：CsCl＞NaCl＞CaF2 D.硬度：MgO＞CaO＞BaO 8.下列图形是NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图，试判断属于NaCl晶体结构的图形是(　　) A.图（1）和图（3） B.图（2）和图（3） C.只有图（1） D.图（1）和图（4） 9.具有下列性质的物质可能属于离子晶体的是 (　　) A.熔点113 ℃，能熔于CS2 B.熔点44 ℃，液态时不导电 C.熔点1 124 ℃，易溶于水 D.熔点180 ℃，固态时能导电 10.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 11.MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体的熔点由高到低的顺序是 (　　) A.MgO>Rb2O>BaO>CaO B.MgO>CaO>BaO>Rb2O C.CaO>BaO>MgO>Rb2O D.CaO>BaO>Rb2O>MgO 12.AB、CD、EF均为1∶1型离子化合物，根据下列数据判断它们的熔点由高至低的顺序是 (　　) 化合物 AB CD EF 离子电荷数 1 1 2 键长(10－10m) 2.31 3.18 2.10 A.CD>AB>EF B.AB>EF>CD C.AB>CD>EF D.EF>AB>CD 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8个 14.金晶体的晶胞结构如图所示。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 C.一个晶胞的体积是16d3 D.金晶体的密度是 15.NaCl、CsCl分别代表常见的离子晶体结构模型，根据图示回答下列问题： （1）试写出两种结构分别对应的化学式：图甲______、图乙______。在这两种晶体中，每个阳离子周围的阴离子在空间构成的空间结构分别为_________。 （2）在NaCl、CsCl晶体中，每个Cl－的周围和它等距离且最近的Cl－分别有______个。 （3）NaCl、CsCl晶体的熔、沸点从高到低的顺序为________。 综合应用 16.下列说法正确的是 （　　） A.固态能导电的晶体一定是金属晶体 B.固态不能导电，水溶液能导电的晶体一定是离子晶体 C.熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体 D.固态不导电而熔融态能导电的晶体一定是离子晶体 17.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断错误的是 (　　) A.该晶体属于离子晶体 B.该晶胞中Zn2＋和S2－数目不相等 C.阳离子的配位数为4 D.氧化锌的熔点高于硫化锌 18.冰晶石（化学式为Na3AlF6）的晶体结构单元如图所示（位于大立方体的顶点和面心，位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心）。已知冰晶石熔融时的电离方程式为Na3AlF6===3Na++Al，则大立方体的体心处▽所代表的微粒为 （　　） A.Na+ B.Al3+ C.F- D.Al 19.超氧化钾被称为“化学氧自救剂”，主要用于煤矿井下急救。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞（该晶胞为立方晶胞，结构与NaCl晶胞相似）。则下列有关说法正确的是 （　　） A.固态超氧化钾可以导电 B.超氧化钾晶体中只存在离子键 C.超氧化钾的化学式为KO2，熔点高于NaO2 D.K+位于构成的八面体空隙中，晶体中K+的配位数是6 20.Ⅰ.同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因： A组物质 NaCl KCl CsCl 熔点/K 1 074 1 049 918 B组物质 Na Mg Al 熔点/K 370 922 933 晶体熔、沸点的高低，取决于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组物质是　　　　晶体，晶体中微粒之间通过　　　　相连。B组物质是　　　　晶体，价电子数由少到多的顺序是　　　　　，粒子半径由大到小的顺序是　　　　。  Ⅱ.镁、铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子。工业上从海水中提取镁时，先制备无水氯化镁，然后将其熔融电解，得到金属镁。 （1）以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时，常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物，其主要作用除了降低熔点之外还有　　　　。  （2）已知MgO的晶体结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构如图所示，请改正图中错误：　　　　。  （3）（4分）Mg是第3周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点见下表： 氟化物 NaF MgF2 熔点/K 1 266 1 534 解释表中氟化物熔点差异的原因：　　　 　　　 　　　　。  拓展培优 21.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。 （1）基态Fe原子核外电子占据最高电子层的符号为　　　　　，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2 800 ℃，CaO的熔点为2 572 ℃，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的原子分数坐标为（1，0，0），b的原子分数坐标为（，，0），则c的原子分数坐标为　　　　　　。  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）。  22.在离子晶体中，阴、阳离子按一定的规律进行排列，如图甲是NaCl的晶胞结构。在离子晶体中，阴、阳离子具有或近似具有球形对称结构，它们可以看作是不等径的刚性圆球，并彼此相切，如图乙。已知a为常数。 （1）在NaCl晶体中，每个Na＋同时吸引________个Cl－；而Na＋与Cl－的数目之比为________。 （2）Na＋半径与Cl－半径之比为________(已知＝1.414)。 （3）NaCl晶体中不存在分子，但在1.01×105 Pa、1 413 ℃时，NaCl晶体形成气体，并以分子形式存在。现有29.25 g NaCl晶体，在1.01 ×105 Pa时加强热使温度达到1 501.5 ℃，测得气体体积为5.6 L(已换算为标准状况)，试应用有关物理、化学知识计算此时氯化钠气体的分子式(化学式)为________(不写计算过程)。 （4）若a＝5.6×10－8 cm，NaCl晶体的密度为________(已知5.63＝175.6，NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol－1)。 23.元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成晶体的晶胞结构如图所示，请回答： （1）该晶体的阳离子与阴离子个数比为__________。 （2）该晶体中Xn＋中n＝_______。 （3）X元素的原子序数是________。 （4）晶体中每个N3－被____个等距离的Xn＋包围。 （5）该化合物的相对分子质量为M，NA为阿伏加德罗常数。若该晶胞的边长为a pm，则该晶体的密度是____________g·pm－3。 24.科学家通过X射线探明，KCl、MgO、CaO、NiO、FeO、CaC2的晶体结构与NaCl的晶体结构相似。 （1）某同学画出的MgO晶胞结构示意图如下图所示，请改正图中错误：_______________。 （2）MgO是优良的耐高温材料， MgO的熔点比CaO的高，其原因是_________。 （3）已知CaO晶体密度为a g·cm－3，NA表示阿伏加德罗常数的值，则CaO晶胞体积为______ cm3。 （4）CaC2晶体的晶胞结构如图所示， CaC2晶体中含有哑铃形C的存在，使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中1个Ca2＋周围距离最近的C数目为________。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 教材知识解读·讲透重点难点·方法能力构建·同步分层测评 第3章 不同聚集状态的物质与性质 第2节 几种简单的晶体 第1课时 金属晶体、离子晶体 教习目标 1.知道金属晶体的概念和特征，能列举金属晶体的基本堆积模型，能用金属键理论解释金属晶体的物理性质。 2.知道离子晶体的概念，理解离子晶体类型与其性质的关系。 重点和难点 金属晶体的基本堆积模型，离子晶体类型与其性质。 ◆知识点一 金属晶体 1.概念 金属原子通过金属键形成的晶体。 2.结构 3.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 晶胞中的微粒数 4 2 2 4.金属晶体的结构与物理性质 （1）金属晶体具有良好的延展性、导电性、导热性。这些性质均与金属键有关。 （2）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。 （3）金属晶体熔、沸点变化规律 ①同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷数决定，阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键就越强，晶体熔点就越高。例如熔点：Li>Na>K>Rb>Cs，Na<Mg<Al。 ②金属晶体的熔点差别较大，如Hg熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体密堆积方式、金属阳离子和“自由电子”的作用力不同造成的。 ③合金的熔点一般低于其成分金属的熔点。 即学即练 1.金属铜的晶胞结构如图所示。晶胞中A、B两铜原子的核间距为d pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则铜晶体的密度为　　　　 g·cm-3（列出计算表达式）。  【答案】 【解析】根据题意可知，晶胞边长为d pm，晶胞中铜原子个数为8×+6×=4，阿伏加德罗常数的值为NA，则铜晶体的密度为 g·cm-3。 2.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，如图分别代表着三种晶体的晶体结构，其晶胞内金属原子个数比为 （　　） A.1∶2∶1 B.11∶8∶4 C.9∶8∶4 D.9∶14∶9 【答案】A 【解析】根据“切割法”可推知，第一个为六方最密堆积的晶胞，此晶胞中有两个金属原子；第二个为面心立方最密堆积的晶胞，此晶胞中有4个金属原子；第三个为体心立方堆积的晶胞，此晶胞中有2个金属原子；所以原子个数比为2∶4∶2=1∶2∶1。 3.（1）将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层，在如图所示的半径相等的圆球的排列中，A属于　　　　层，配位数是　　　　；B属于　　　　层，配位数是　　　。  （2）辽宁号航母飞行甲板等都是由铁及其合金制造的。铁有δ、γ、α 三种同素异形体，其晶胞结构分别如图所示。 ①γ⁃Fe、δ⁃Fe晶胞中含有的铁原子数之比为　　　　　。  ②δ⁃Fe、α⁃Fe两种晶体中铁原子的配位数之比为　　　　　。  ③若α⁃Fe晶胞的边长为a cm， γ⁃Fe晶胞的边长为b cm，则两种晶体的密度之比为　　　　。  【答案】（1）非密置　4　密置　　6 （2）①2∶1　②4∶3　③b3∶4a3 【解析】（1）密置层的排列最紧密，靠的最近，空隙最少，在如图所示的半径相等的圆球的排列中，A中的排布不是最紧密，A属于非密置层，一个中心圆球周围有四个圆球，配位数是4；B中排布是最紧密的结构，B属于密置层，一个中心圆球周围有六个圆球，配位数是6。 （2）①γ⁃Fe晶胞中，Fe原子位于晶胞的8个顶点和6个面心，则含有的铁原子数为8×+6×=4；δ⁃Fe晶胞中，Fe原子位于晶胞的8个顶点和1个体心，则含有的铁原子数为8×+1=2。②δ⁃Fe晶体中铁原子的配位数为8，α⁃Fe晶体中铁原子的配位数为6，故二者铁原子的配位数之比为8∶6=4∶3。③若α⁃Fe晶胞的边长为a cm，其晶胞只含1个Fe原子，则晶体的密度为ρα=，若γ⁃Fe晶胞的边长为b cm，其晶胞中含有4个Fe原子，则晶体密度为ργ=，则两种晶体的密度之比ρα∶ργ=b3∶4a3。 ◆知识点二 离子晶体 1.离子晶体 2.常见离子晶体的晶胞结构 晶体 晶胞 晶胞详解 NaCl ①每个晶胞中有4个Na+和4个Cl- ②在NaCl晶体中，Na+的配位数为6，Cl-的配位数为6 ③与Na+（Cl-）等距离且最近的Na+（Cl-）有12个 ④每个Cl-（Na+）周围的Na+（Cl-）构成正八面体 CsCl ①每个晶胞中有1个Cs+和1个Cl- ②在CsCl晶体中，Cs+的配位数为8，Cl-的配位数为8 ③每个Cs+（Cl-）与6个Cs+（Cl-）等距离相邻 ④每个Cl-（Cs+）周围的Cs+（Cl-）构成立方体 CaF2 ①每个晶胞中有4个Ca2+、8个F- ②Ca2+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数（绝对值）之比 ③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 ④Ca2+与F-之间的最短距离为晶胞体对角线长的 3.晶格能 （1）定义：将1 mol 离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量。 （2）意义：晶格能越大，表示离子间作用力越强，离子晶体越稳定。 （3）下表中是几种离子晶体的晶格能和熔点： 晶体 离子间距 /pm 晶格能/ （kJ·mol-1） 熔点/℃ NaCl 276 787 801 NaBr 290 736 750 NaI 311 686 662 MgO 205 3 890 2 800 4.离子晶体的一般性质 性质 规律 硬度、熔点 硬而脆，熔点较高，且晶格能越大，熔点越高 溶解性 一般易溶于水，难溶于非极性溶剂 导电性 固态时不导电，熔融状态或在水溶液中导电 5.离子晶体的复杂性 构成离子晶体的离子可能不是单原子离子，如N、吡啶阳离子（）等阳离子，以及S、CH3COO-、苯甲酸根离子（）等阴离子。由这些离子构成的离子晶体中，随着离子体积的增大，阴、阳离子间的距离增大，离子间的作用力减弱，晶体的熔点也随之降低。在许多离子晶体中，微粒间的相互作用不再是典型的离子键，而存在氢键、范德华力等作用力。 即学即练 1.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。 2.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。 3.金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题： （1）NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点：NiO 　　　　（填“<”或“>”）FeO。  （2）NiO晶胞中Ni2+和O2-的配位数分别为　　　　、　　　　。  （3）已知FeO晶体密度为a g·cm-3，NA表示阿伏加德罗常数的值，则FeO晶胞体积为　　　 cm3（用字母表示）。  （4）金属镍与镧（La）形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构如图所示。该合金的化学式为　　　。  【答案】（1）>　（2）6　6　（3）　（4）LaNi5 【解析】（1）NiO、FeO都属于离子晶体，熔点高低受离子键强弱影响，离子半径越小，离子键越强，熔点越高。（2）因为NiO晶体结构与NaCl相同，而NaCl晶体中Na+、Cl-的配位数都是6，所以NiO晶体中Ni2+、O2-的配位数也都是6。（3）由于FeO与NaCl的晶胞结构相同，所以FeO晶胞中含有4个亚铁离子和4个氧离子，因此FeO晶胞体积为 cm3= cm3。（4）根据晶胞结构可计算，一个合金晶胞中，La的个数为8×=1，Ni的个数为1+8×=5，所以该合金的化学式为LaNi5。 一、金属晶体的堆积模型 1.由于金属键没有方向性，因此金属晶体可以看成由直径相等的圆球在三维空间堆积而成。等径圆球在平面上的堆积方式很多，如图1给出了球堆积层的两种模式，其中最紧密堆积排列只有一种，称为密置层。层与层之间相互叠放在一起，便形成了晶体的堆积模型，如图2所示。 2.配位数 晶体学中，一个原子或离子周围距离相等且最近的原子或离子的数目，叫配位数。体心立方晶系中原子配位数为8，在面心立方最密堆积和六方紧密堆积结构中，配位数均为12。 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。 3.晶体密度的计算方法 （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为阿伏加德罗常数的值，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。 4.金属晶体熔、沸点变化规律 （1）同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷数决定，阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键就越强，晶体熔点就越高。例如熔点：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，Na＜Mg＜Al。 （2）金属晶体的熔点差别较大，如Hg熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体密堆积方式、金属阳离子和“自由电子”的作用力不同造成的。 （3）一般来说，同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐升高，同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐降低。 （4）合金的熔点一般低于其成分金属的熔点。 5.金属物理通性的解释 实践应用 1.金属的下列性质中和金属晶体无关的是 (　　) A.良好的导电性 B.反应中易失电子 C.良好的延展性 D.良好的导热性 【答案】B 【解析】A、C、D都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体所决定的。金属易失电子是由金属原子的结构决定的，所以和金属晶体无关。 2.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＋＝Ba2＋>Li＋＝Na＋，金属阳离子半径：r(Ba2＋)>r(Ca2＋)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)>r(Li＋)，则C正确，A错误；B中Li＞Na，D中Al＞Mg＞Ba。 3.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，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数的多少及半径大小相关。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逐渐升高 C.金属镁的熔点高于金属钠 D.金属镁的硬度小于金属钙 【答案】C 【解析】镁离子比铝离子的半径大，而所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔、沸点低和硬度小；从Li到Cs，离子的半径逐渐增大，离子所带电荷数相等，金属键逐渐减弱，熔、沸点和硬度都逐渐降低；镁离子比钠离子的半径小而所带电荷多，金属键强，所以金属镁比金属钠的熔、沸点高和硬度都大；镁离子比钙离子的半径小，而所带电荷数相等，金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点高和硬度都大。 二、离子晶体的结构与性质 1.离子晶体的结构特点 （1）离子晶体微粒之间的作用力是阴、阳离子之间的静电作用，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，晶格能越大。 2.离子晶体的性质 性质 原因 熔、沸点 离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。且同种类型的离子晶体，离子半径越小，晶格能越大，熔、沸点越高 硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。但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 固态不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，阴、阳离子不能自由移动，离子晶体不导电。当熔融或溶于水时，变成自由移动的离子而导电 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 延展性 无延展性。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 实践应用 1.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 【答案】D 【解析】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；离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积方式等。 2.KO2的晶体结构和NaCl相似，可以看作是Na＋的位置用K＋代替，Cl－的位置用O代替，NaCl晶体的结构如图所示。下列对于KO2晶体结构的描述，正确的是 (　　) A.和K＋距离相同且最近的O共有8个 B.和K＋距离相同且最近的K＋有8个 C.和K＋距离相同且最近的O构成的多面体是正八面体 D.和K＋距离相同且最近的O构成的多面体是正六面体 【答案】C 【解析】由信息可知，KO2中存在的阴、阳离子为O和K＋，又与NaCl结构相似，我们可以依据熟悉的NaCl结构进行判断。K＋位于晶胞棱心，与K＋距离相同且最近的O共有6个，A项错误；K＋位于晶胞棱心，其横平面、竖平面和正平面与其距离相同且最近的K＋有4×3＝12个，B项错误；与K＋距离最近且相同的O有6个，构成正八面体，C项正确，D项错误。 3.如图为NaCl晶体的一个晶胞，测知氯化钠晶体中相邻的Na＋与Cl－的距离为a cm，该晶体密度为 d g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为 (　　) A. mol－1 B. mol－1 C. mol－1 D. mol－1 【答案】C 【解析】一个NaCl晶胞中含Na＋：8×＋6×＝4个，含Cl－：12×＋1＝4个，一个NaCl晶胞的体积为V＝8a3 cm3，由d×V×NA＝4×58.5 g·mol－1，得NA＝＝ mol－1。 考点一 金属晶体的结构和性质 【例1】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。 【变式1-1】下列四种性质的叙述，可能属于金属晶体的是 （　　） A.由分子间作用力结合而成，熔点低 B.固态或熔融态易导电，熔点在1 000 ℃左右 C.以共价键结合成空间网状结构，熔点高 D.固态时不导电，但溶于水或熔融后能导电 【答案】B 【解析】由分子间作用力结合而成，熔点低，为分子晶体的特点，A错误；以共价键结合成空间网状结构，熔点高，是共价晶体的特点，C错误；固态时不导电，不符合金属晶体的特征，D错误。 【变式1-2】金属晶体熔、沸点的高低和硬度的大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数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逐渐增大 C.金属镁的熔点大于金属钠 D.金属锂的硬度小于金属钠 【答案】C 【解析】镁离子比铝离子的半径大而所带电荷数少，金属键弱，所以金属镁比金属铝的熔、沸点和硬度都小，A项错误；从Li到Cs，阳离子所带电荷数相等，离子半径逐渐增大，金属键逐渐减弱，熔、沸点逐渐减小，B项错误；镁离子比钠离子的半径小且所带电荷数多，金属键强，所以金属镁比金属钠的熔、沸点和硬度都大，C项正确。 【变式1-3】铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示（黑球代表Fe，白球代表Mg）。则下列说法错误的是 （　　） A.铁镁合金的化学式可表示为Mg2Fe B.晶胞中有14个铁原子 C.晶体中存在的化学键类型为金属键 D.晶胞中铁的配位数为8 【答案】B 【解析】晶胞中含有铁原子的数目为8×+6×=4，含有镁原子的数目为8，B项错误。 考点二 离子晶体的结构和性质　 【例2】下列关于金属晶体和离子晶体的说法错误的是 （　　） A.都可采取“紧密堆积”结构 B.晶体中都含有阳离子 C.离子晶体的熔点不一定比金属晶体高 D.离子晶体都能导电 【答案】D 【解析】金属键和离子键均无方向性和饱和性，使金属晶体和离子晶体均能形成紧密堆积结构，A项正确；两类晶体都含有阳离子，B项正确；离子晶体熔、沸点较高，金属晶体的熔、沸点虽然有较大的差异，但大多数的熔、沸点是比较高的，C项正确；离子晶体在固态时不导电，D项错误。 【变式2-1】离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子间离子键的强弱，据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是 （　　） A.KCl>NaCl>BaO>CaO B.NaCl>KCl>CaO>BaO C.CaO>BaO>KCl>NaCl D.CaO>BaO>NaCl>KCl 【答案】D 【解析】对于离子晶体来说，离子所带电荷数越多，阴、阳离子间的核间距离越小，离子键越强，熔点越高。一般首先看离子所带电荷数，CaO、BaO所带电荷数都大于KCl、NaCl，所以CaO、BaO的熔点大于KCl、NaCl；其次在电荷数相当时，看阴、阳离子的核间距离，r（Ba2+）>r（Ca2+），熔点：CaO>BaO，r（K+）>r（Na+），熔点：NaCl>KCl。 【变式2-2】已知CaF2是离子晶体，如果用“”表示F-；用“”表示Ca2+，在如图所示中，符合CaF2晶体结构的是 （　　） 【答案】B 【解析】A项，Ca2+占据体心位置，个数为1，F-占据顶点位置，个数为4×=，Ca2+和F-个数比为2∶1，错误；B项，F-占据体心位置，个数为1，Ca2+占据顶点位置，个数为4× =，Ca2+和F-个数比为1∶2，正确；C项，Ca2+占据体心位置，个数为1，F-占据顶点位置，个数为8×=1，Ca2+和F-个数比为1∶1，错误；D项，Ca2+位于体心和棱上，个数为12×+1=4，F-占据顶点和面心位置，个数为8×+6×=4，Ca2+和F-个数比为1∶1，错误。 【变式2-3】如图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是 （　　） A.NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体 B.NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同 C.NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8 D.NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，所以阳离子与阴离子的半径比相同 【答案】D 【解析】NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体，阴、阳离子个数之比都为1∶1，则都属于AB型的离子晶体，故A、B正确；结合题图可知，NaCl中钠离子的配位数为6，CsCl中铯离子的配位数为8，故C正确；钠离子半径小于铯离子半径，则NaCl的阳离子与阴离子的半径比小于CsCl的，故D错误。 考点三 晶格能及其应用 【例3】下列有关晶格能的叙述正确的是 （　　） A.晶格能是气态离子形成1 mol离子晶体吸收的能量 B.晶格能通常取正值，但是有时也取负值 C.晶格能越大，形成的离子晶体越稳定 D.晶格能越大，物质的硬度反而越小 【答案】C 【解析】晶格能是1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量，A错误；晶格能通常取正值，而不取负值，B错误；晶格能越大，离子键越强，形成的离子晶体越稳定，C正确；晶格能越大，离子键越强，物质的硬度越大，D错误。 【变式3-1】下列关于晶格能的说法中正确的是 (　　) A.晶格能指形成1 mol离子键所放出的能量 B.晶格能指破坏1 mol离子键所吸收的能量 C.晶格能指1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量 D.晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关 【答案】C 【解析】晶格能指1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量，故A、B项错误，C正确；晶格能越大，离子晶体的熔沸点越高，硬度越大，故D错误。 【变式3-2】Li2O是离子晶体，其晶格能可通过图中Born⁃Haber循环计算得到。下列说法错误的是 （　　） A.Li原子的第一电离能为520 kJ·mol-1 B.OO键的键能为249 kJ·mol-1 C.Li2O的晶格能为2 908 kJ·mol-1 D.1 mol Li（s）转变成Li（g）需要吸收的能量为159 kJ 【答案】B 【解析】Li原子的第一电离能是由气态原子失去1个电子形成气态离子所需要的能量，应为520 kJ·mol-1，故A正确；OO键的键能为1 mol O2（g）分解为2 mol O（g）所吸收的能量，即249×2 kJ·mol-1=498 kJ·mol-1，故B错误。 基础达标 1.下列有关金属晶体的说法中正确的是 (　　) A.金属晶体所有性质均与金属键有关 B.最外层电子数都少于3个的原子一定都是金属 C.任何状态下都有延展性 D.都能导电、传热 【答案】D 【解析】金属键只影响金属的物理性质，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、压成薄片的性质，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.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项，离子晶体一般具有较高熔点，但具有较高熔点的不一定是离子晶体，错误；B项，有些分子晶体(如HCl)的水溶液也能导电，错误；C项，有些分子晶体也能溶于水，错误；D项，固态时不导电说明不是金属晶体，熔融状态可导电，则可说明含有离子键，即为离子晶体，正确。 3.下列叙述中错误的是 (　　) A.金属的熔点和硬度由金属晶体中金属阳离子跟“自由电子”间的作用强弱决定 B.由于金属晶体中“自由电子”的运动，使金属易导电、导热 C.金属键的实质是金属中的“自由电子”与金属阳离子形成的一种强烈的相互作用 D.金属晶体都有银白色的金属光泽 【答案】D 【解析】金属键的实质是“自由电子”与金属阳离子之间强烈的相互作用，而金属键的强弱决定金属的熔点、沸点、硬度等物理性质，故A、C正确。当金属受热时，“自由电子”与金属阳离子相互碰撞，把能量由温度高处向温度低处传递，使金属易于导热；在外加电场的作用下，金属晶体中的“自由电子”做定向移动而形成电流，表现出良好的导电性，故B正确。绝大多数金属都有银白色的金属光泽，而少数金属具有其他颜色，如Au呈金黄色，Cu呈紫红色，Cs略带金色，故D不正确。 4.下面有关离子晶体的叙述中，不正确的是 (　　) A.1 mol氯化钠中有NA个NaCl分子 B.氯化钠晶体中，每个Na＋周围紧邻6个Cl－ C.氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－ D.平均每个NaCl晶胞中有4个Na＋、4个Cl－ 【答案】A 【解析】A.氯化钠中不存在NaCl分子，A错误；B.由NaCl晶胞结构可知，钠离子在棱心和体心时，顶点和面心为氯离子，则每个Na＋周围距离最近且相等的Cl－共有6个，B正确；C.氯化铯晶体中，铯离子在体心，氯离子在顶点，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－，C正确；D.由NaCl晶胞结构可知，钠离子在棱心和体心时，顶点和面心为氯离子，平均每个NaCl晶胞中有4个Na＋、4个Cl－，D正确。 5.下列关于金属晶体的叙述正确的是 (　　) A.常温下，金属单质都以金属晶体形式存在 B.金属阳离子与“自由电子”之间的强烈作用，在一定外力的作用下，不因形变而消失 C.钙的熔、沸点低于钾 D.温度越高，金属的导电性越好 【答案】B 【解析】A项，Hg在常温下为液态，错误；C项，r(Ca2＋)<r(K＋)且电荷数Ca2＋>K＋，所以金属键Ca>K，故熔、沸点Ca>K，错误；D项，金属的导电性随温度升高而降低，错误。 6.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.固态和熔融时易导电，熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体 C.Al、Na、Mg的熔点逐渐升高 D.金属晶体一定是无色透明的固体 【答案】B 【解析】用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性，能用金属键理论解释，A错误；金属晶体在固态和熔融时能导电，其熔点差异很大，故题设条件下的晶体可能是金属晶体，B正确；一般来说，金属中单位体积内自由电子的数目越多，金属元素的原子半径越小，金属键越强，故金属键的强弱顺序为Al>Mg>Na，其熔点的高低顺序为Al>Mg>Na，C错误。 7.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是 (　　) A.熔点：NaF＞MgF2＞AlF3 B.晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr C.阴离子的配位数：CsCl＞NaCl＞CaF2 D.硬度：MgO＞CaO＞BaO 【答案】A 【解析】由于Na＋、Mg2＋、Al3＋的半径依次减小，所带电荷数依次增加，所以NaF、MgF2、AlF3的晶格能依次增大，熔点依次升高，A项错误；F－、Cl－、Br－的半径依次增大，NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小，B项正确；CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4，C项正确；Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋的半径依次增大，MgO、CaO、BaO的晶格能依次减小，硬度依次减小，D项正确。 8.下列图形是NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图，试判断属于NaCl晶体结构的图形是(　　) A.图（1）和图（3） B.图（2）和图（3） C.只有图（1） D.图（1）和图（4） 【答案】D 【解析】在NaCl晶体结构中，每个Na＋周围等距且最近的Cl－有6个，图（1）和图（4）能够满足；在CsCl晶体中，与每个Cs＋等距且最近的Cl－有8个，图（2）和图（3）符合。 9.具有下列性质的物质可能属于离子晶体的是 (　　) A.熔点113 ℃，能熔于CS2 B.熔点44 ℃，液态时不导电 C.熔点1 124 ℃，易溶于水 D.熔点180 ℃，固态时能导电 【答案】C 【解析】判断晶体属于哪一类时，可以根据晶体的性质进行判断。离子晶体的熔、沸点较高，一般离子晶体易溶于水，不溶于非极性溶剂，固态时不导电，在熔融状态下或水溶液中能够导电。 10.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项正确；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的，B项正确、D项错误；因Q、P中成键离子均为一价离子，电荷数相同，故晶格能的差异与离子间距离有关，则Q中成键离子核间距较小，C项正确。 11.MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体的熔点由高到低的顺序是 (　　) 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＋所带电荷数最少，Rb2O晶体中晶格能最小，故Rb2O的熔点最低。对Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，它们所带电荷数一样多，半径Mg2＋<Ca2＋<Ba2＋，与O2－形成的晶体中晶格能由强到弱的顺序是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，四种离子晶体的熔点由高到低的顺序是MgO>CaO>BaO>Rb2O。 12.AB、CD、EF均为1∶1型离子化合物，根据下列数据判断它们的熔点由高至低的顺序是 (　　) 化合物 AB CD EF 离子电荷数 1 1 2 键长(10－10m) 2.31 3.18 2.10 A.CD>AB>EF B.AB>EF>CD C.AB>CD>EF D.EF>AB>CD 【答案】D 【解析】离子所带电荷数越多，键长越短，则离子键越强，晶体的熔点越高，因EF化合物的键长短，电荷多，则熔点最高。 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8个 【答案】A 【解析】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、D不正确；该氧化物的1个晶胞中含有4个Ba2＋和4个O，则晶体的化学式应为BaO2，B不正确。 14.金晶体的晶胞结构如图所示。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 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，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，故晶胞的密度为＝，正确。 15.NaCl、CsCl分别代表常见的离子晶体结构模型，根据图示回答下列问题： （1）试写出两种结构分别对应的化学式：图甲______、图乙______。在这两种晶体中，每个阳离子周围的阴离子在空间构成的空间结构分别为_________。 （2）在NaCl、CsCl晶体中，每个Cl－的周围和它等距离且最近的Cl－分别有______个。 （3）NaCl、CsCl晶体的熔、沸点从高到低的顺序为________。 【答案】（1）CsCl　NaCl　立方体、正八面体 （2）12、6　（3）NaCl＞CsCl 【解析】在NaCl晶体中，阴、阳离子的配位数都为6，在Na＋周围的6个Cl－形成正八面体，每个Cl－周围和它等距离且最近的Cl－有12个；在CsCl晶体中，每个Cs＋周围的8个Cl－形成立方体，设定图甲中心离子为Cl－，每个Cl－周围和它等距离且最近的Cl－位于该立方体周围的6个立方体的体心。 综合应用 16.下列说法正确的是 （　　） A.固态能导电的晶体一定是金属晶体 B.固态不能导电，水溶液能导电的晶体一定是离子晶体 C.熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体 D.固态不导电而熔融态能导电的晶体一定是离子晶体 【答案】D 【解析】固态时能导电的晶体不一定是金属晶体，如硅和石墨，A不正确；固态不能导电，水溶液能导电的晶体不一定是离子晶体，如P2O5，B不正确；金属熔融状态也能导电，C不正确；离子晶体是由阴、阳离子组成的，固态时阴、阳离子不能自由移动，不导电，熔融状态时电离出自由移动的离子而导电。 17.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断错误的是 (　　) A.该晶体属于离子晶体 B.该晶胞中Zn2＋和S2－数目不相等 C.阳离子的配位数为4 D.氧化锌的熔点高于硫化锌 【答案】B 【解析】A项，该晶体含活泼金属元素Zn，则该晶体属于离子晶体，正确；B项，从晶胞图分析，属于该晶胞的Zn2＋数目为8×＋6×＝4，S2－数目也为4，所以化合物中Zn2＋与S2－个数之比为1∶1，Zn2＋与S2－的数目相等，错误；C项，在ZnS晶胞中，Zn2＋的配位数为4，正确；D项，ZnO和ZnS中，r(O2－)小于r(S2－)，所带的电荷数相等，所以ZnO的熔点高于ZnS，正确。 18.冰晶石（化学式为Na3AlF6）的晶体结构单元如图所示（位于大立方体的顶点和面心，位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心）。已知冰晶石熔融时的电离方程式为Na3AlF6===3Na++Al，则大立方体的体心处▽所代表的微粒为 （　　） A.Na+ B.Al3+ C.F- D.Al 【答案】A 【解析】该晶胞中个数为8×+6×=4，个数为12×+8=11，根据冰晶石的化学式可知，冰晶石中Na+和Al的个数之比为3∶1，据此可判断出大立方体的体心处▽所代表的微粒与相同，为Na+。 19.超氧化钾被称为“化学氧自救剂”，主要用于煤矿井下急救。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞（该晶胞为立方晶胞，结构与NaCl晶胞相似）。则下列有关说法正确的是 （　　） A.固态超氧化钾可以导电 B.超氧化钾晶体中只存在离子键 C.超氧化钾的化学式为KO2，熔点高于NaO2 D.K+位于构成的八面体空隙中，晶体中K+的配位数是6 【答案】D 【解析】固态超氧化钾没有可以自由移动的离子，不能导电，A错误；超氧化钾晶体中两个氧原子之间是共价键，B错误；两者都为离子晶体，其中钾离子半径大，故KO2晶格能小，熔点低，C错误；由晶胞结构可知，K+位于构成的八面体空隙中，晶体中K+的配位数是6，D正确。 20.Ⅰ.同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因： A组物质 NaCl KCl CsCl 熔点/K 1 074 1 049 918 B组物质 Na Mg Al 熔点/K 370 922 933 晶体熔、沸点的高低，取决于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组物质是　　　　晶体，晶体中微粒之间通过　　　　相连。B组物质是　　　　晶体，价电子数由少到多的顺序是　　　　　，粒子半径由大到小的顺序是　　　　。  Ⅱ.镁、铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子。工业上从海水中提取镁时，先制备无水氯化镁，然后将其熔融电解，得到金属镁。 （1）以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时，常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物，其主要作用除了降低熔点之外还有　　　　。  （2）已知MgO的晶体结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构如图所示，请改正图中错误：　　　　。  （3）（4分）Mg是第3周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点见下表： 氟化物 NaF MgF2 熔点/K 1 266 1 534 解释表中氟化物熔点差异的原因：　　　 　　　 　　　　。  【答案】Ⅰ.离子　离子键　金属　Na<Mg<Al　Na>Mg>Al Ⅱ.（1）增大熔融盐中的离子浓度，从而增强熔融盐的导电性　（2）⑧应为黑色　（3）NaF与MgF2为离子晶体，因为Mg2+的半径小于Na+的半径，且Mg2+所带的电荷数大于Na+的电荷数，所以MgF2的离子键强度大于NaF的离子键强度，故MgF2的熔点高于NaF的熔点 【解析】Ⅱ.（2）因为氧化镁与氯化钠的晶胞相似，所以在晶胞中每个Mg2+周围应该有6个O2-，每个O2-周围应该有6个Mg2+，所以⑧应该改为黑色。（3）在离子晶体中，离子半径越小，电荷数越多，则形成的离子键越强，所得物质的熔、沸点越高。 拓展培优 21.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。 （1）基态Fe原子核外电子占据最高电子层的符号为　　　　　，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2 800 ℃，CaO的熔点为2 572 ℃，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的原子分数坐标为（1，0，0），b的原子分数坐标为（，，0），则c的原子分数坐标为　　　　　　。  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ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能分别大于其相邻的ⅢA、ⅥA族元素，所以第一电离能：Mg>Al。 （3）NH3分子中N原子价电子对数为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。 22.在离子晶体中，阴、阳离子按一定的规律进行排列，如图甲是NaCl的晶胞结构。在离子晶体中，阴、阳离子具有或近似具有球形对称结构，它们可以看作是不等径的刚性圆球，并彼此相切，如图乙。已知a为常数。 （1）在NaCl晶体中，每个Na＋同时吸引________个Cl－；而Na＋与Cl－的数目之比为________。 （2）Na＋半径与Cl－半径之比为________(已知＝1.414)。 （3）NaCl晶体中不存在分子，但在1.01×105 Pa、1 413 ℃时，NaCl晶体形成气体，并以分子形式存在。现有29.25 g NaCl晶体，在1.01 ×105 Pa时加强热使温度达到1 501.5 ℃，测得气体体积为5.6 L(已换算为标准状况)，试应用有关物理、化学知识计算此时氯化钠气体的分子式(化学式)为________(不写计算过程)。 （4）若a＝5.6×10－8 cm，NaCl晶体的密度为________(已知5.63＝175.6，NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol－1)。 【答案】（1）6　1∶1　（2）0.414∶1　（3）Na2Cl2 （4）2.2 g·cm－3 【解析】（1）观察晶体的结构可知，每个Na＋同时吸引6个Cl－；在每个晶胞中含Na＋的个数为4，含Cl－的个数也为4，即Na＋与Cl－的数目之比为1∶1。（2）因为r(Cl－)＞r(Na＋)，则r(Cl－)＝，由图乙可知，2r(Na＋)＝a－2r(Cl－)＝a－2×，r(Na＋)＝，＝∶＝(－1)∶1＝0.414∶1。（3）题给条件下的M(NaCl)为＝117 g·mol－1。设氯化钠气体分子式为(NaCl)n，有58.5n＝117，n＝2。即氯化钠气体的分子式为Na2Cl2。（4）由NaCl晶体结构分析，每个晶胞中含有4个“NaCl”，则ρV＝，ρ＝ g·cm－3≈2.2 g·cm－3。 23.元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成晶体的晶胞结构如图所示，请回答： （1）该晶体的阳离子与阴离子个数比为__________。 （2）该晶体中Xn＋中n＝_______。 （3）X元素的原子序数是________。 （4）晶体中每个N3－被____个等距离的Xn＋包围。 （5）该化合物的相对分子质量为M，NA为阿伏加德罗常数。若该晶胞的边长为a pm，则该晶体的密度是____________g·pm－3。 【答案】（1）3∶1　（2）1　（3）29　（4）6 （5） 【解析】　（1）Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×＝3个，N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×＝1个，故其个数比为3∶1。 （2）由晶体的化学式X3N知X所带电荷数为1。（3）因为Xn＋电子刚好充满K、L、M三个电子层，故分别有2、8、18个电子，所以X的原子序数为29。（4）N3－位于晶胞顶角，故其被6个Xn＋从上、下、左、右、前、后包围。（5）该晶胞中含Xn＋和N3－分别为3个和1个，1个晶胞质量为 g，体积为a3 pm3，故晶体密度为 g·pm－3。 24.科学家通过X射线探明，KCl、MgO、CaO、NiO、FeO、CaC2的晶体结构与NaCl的晶体结构相似。 （1）某同学画出的MgO晶胞结构示意图如下图所示，请改正图中错误：_______________。 （2）MgO是优良的耐高温材料， MgO的熔点比CaO的高，其原因是_________。 （3）已知CaO晶体密度为a g·cm－3，NA表示阿伏加德罗常数的值，则CaO晶胞体积为______ cm3。 （4）CaC2晶体的晶胞结构如图所示， CaC2晶体中含有哑铃形C的存在，使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中1个Ca2＋周围距离最近的C数目为________。 【答案】（1）空心球应为O2－，实心球应为Mg2＋；8号空心球应改为实心球 （2）Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO的晶格能大 （3）　（4）4 【解析】（1）Mg2＋和O2－的半径是O2－>Mg2＋，故空心球应为O2－，实心球应为Mg2＋；图中应该黑白球交替出现，故8号球应为实心球。（2）MgO与CaO的离子电荷数相同，Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO晶格能大，熔点高。（3）由于CaO与NaCl的晶胞同为面心立方结构，所以CaO晶胞中也含有4个钙离子和4个氧离子，因此CaO晶胞体积为 cm3＝ cm3。（4）一个 Ca2＋吸引6个C，由于晶胞沿一个方向拉长，1个Ca2＋周围距离最近的C为4个。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $