第3章 第2节 第1课时 金属晶体和离子晶体（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（鲁科版）

本讲义聚焦金属晶体和离子晶体核心知识点，系统梳理金属晶体的三种原子堆积模型及其配位数、晶胞微粒数、实例，以及离子晶体的典型晶胞结构、配位数、晶格能概念，构建从结构到性质的学习支架。 资料通过表格对比、问题探究和例题解析，运用模型建构（科学思维）和数据分析（科学探究），强化物质结构决定性质的化学观念。课中辅助教师引导学生对比归纳，课后学生可通过习题巩固结构与性质联系，有效查漏补缺。

第2节　几种简单的晶体结构模型 第1课时　金属晶体和离子晶体 [素养目标]　1.能用金属键和离子键的理论解释金属晶体和离子晶体的物理性质。2.了解金属晶体的三种原子堆积模型和几种典型离子晶体的晶胞结构。3.了解晶格能的概念和意义。 知识点一　金属晶体 1．金属晶体 概念 金属原子通过金属键形成的晶体 成键微粒 金属阳离子和“自由电子” 作用力 金属键 物理性质 良好的导电性、导热性和延展性 2.常见金属晶体的结构 结构型式 最密堆积 密堆积 面心立方最密堆积 六方最密堆积 体心立方密堆积 结构示意图 配位数 12 12 8 晶胞中的微粒数 4 6 2 常见金属 Ca、Cu、Au、Al、Pd、Pt、Ag Mg、Zn、Ti Li、Na、K、Ba、W、Fe 3.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紧密堆积而成。 (2)平面堆积方式 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。 (3)密置层堆积方式 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。 4．金属具有良好延展性和可塑性的原因 金属晶体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，这种滑动不会破坏密堆积的排列方式，而且在滑动过程中“自由电子”能够维系整个金属键的存在，即各层之间始终保持着金属键的作用，因此金属晶体虽然发生了形变但不致断裂。 1．金属晶体的性质与哪些因素有关？ 提示：金属键的强弱与金属原子的堆积方式决定金属的性质。 2．影响金属键强弱的因素是什么？ 提示：金属阳离子的半径大小和“自由电子”数目(或金属阳离子所带电荷数)的多少。 3．晶体中，有金属阳离子是否一定有阴离子？ 提示：不一定，如金属晶体中有金属阳离子，但无阴离子。 4．钨和钼都属于体心立方结构，晶胞结构如图。 (1)假设晶胞边长为a nm，求原子的半径是__________________nm。 (2)设一个钼原子的质量为m g，钼晶胞的边长为a nm，则钼晶胞的密度是________ g·cm－3 (1 nm＝10－7 cm)。 提示：(1)。如果沿着某一面的对角线对晶胞作横切面，可得如图所示的结构，其中AB为晶胞的棱长，BC为晶胞的面对角线，AC为晶胞的体对角线。根据立方体的特点可知：BC＝a，结合AB2＋BC2＝AC2得r＝。 (2)ρ＝。由于一个钼晶胞中含有的钼原子的个数为8×＋1＝2，所以其密度为ρ＝ g·cm－3。 1．金属晶体熔点和硬度的影响因素 同类型的金属晶体的熔点和硬度由金属阳离子半径、离子所带的电荷决定，阳离子半径越小，所带电荷越多，金属键就越强，熔点就越高，硬度就越大。如熔点和硬度：Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，Na＜Mg＜Al。 2．不同类型金属晶体结构中a与r的关系 结构示意图 晶胞 a与r的关系 (a为晶胞棱 长，r为金属 原子半径) a＝2r(位于边上的两个原子相切) a＝4r(位于体对角线上的三个原子相切) a＝4r(位于面对角线上的三个原子相切) 设底边棱长为a，晶胞高为h，则a＝2r(底边上的两个原子相切)，h＝a 1．(2024·东莞高二检测)下列各组金属熔、沸点的高低顺序，其中正确的是(　　) A．Mg>Al>Ca　　　　 B．Al>Na>Li C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba> Al 解析　金属的熔、沸点高低取决于金属阳离子半径及价电子数，半径越小，价电子数越多，熔、沸点越高。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。 答案　C 2．如图是金属晶体内部自由电子运动示意图。自由电子可以用来解释金属的某些性质。下列说法正确的是(　　) 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．金属具有良好的延展性是因为在外力的作用下，金属晶体各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，而且自由电子可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用 D．合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，使电子数目增多，所以合金的延展性比纯金属强、硬度比纯金属小 解析　金属能导电是因为金属中自由移动的电子在外加电场作用下定向移动，A错误；金属能导热是因为自由电子在热的作用下运动加快，和金属阳离子相互碰撞频率增加，从而发生热的传导，B错误；金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属晶体各原子层间会出现相对滑动，但不改变原有的排列方式，自由电子可以起到“润滑”的作用，使金属不会断裂，C正确；合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，改变了金属原子原有规则的层状排列，一般情况下，使其层与层之间相对滑动变得困难，所以合金的延展性比纯金属差，硬度比纯金属大，D错误。 答案　C 3．Al的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞结构如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。 若已知Al的原子半径为d cm，NA代表阿伏加德罗常数，Al的相对原子质量为M g·mol－1，请回答： (1)一个晶胞中Al原子的数目为________。 (2)该晶体的密度为________________g·cm－3(用字母表示)。 (3)最近的Al原子之间的距离a＝________ cm。 解析　(1)一个晶胞中Al原子的数目为8×＋6×＝4。(2)把数据代入公式ρV＝M得ρ×(2d)3＝M，解得ρ＝。利用公式求金属晶体的密度，关键是找出晶胞正方体的棱长。本题中面对角线的长度为4d，然后根据棱长的倍等于面对角线的长度可求得晶胞正方体的棱长。(3)根据图乙可知，最近的两个Al之间的距离为面对角线的一半，即a＝2d。 答案　(1)4　(2)　(3)2d 知识点二　离子晶体 1．离子晶体 概念 阴、阳离子在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体 成键微粒 阴、阳离子 作用力 离子键 2.常见的离子晶体 晶体类型 NaCl型 CsCl型 ZnS型 CaF2型 晶胞 配位数 6 8 4 Ca2＋：8 F－：4 实例 Li、Na、K和Rb的卤化物，AgF、MgO等 CsBr、CsI、NH4Cl等 BeO、BeS等 BaF2、PbF2、CeO2等 3.晶格能 (1)将1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量；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)晶格能与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比，另外还与离子晶体的结构类型有关。 1．NaCl和CsCl的熔点较高的是________，原因是 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 提示：NaCl　由于钠离子半径小于铯离子半径，所以晶格能NaCl大于CsCl，故熔点NaCl大于CsCl 2．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，离子晶体中不存在分子。 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。 1．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 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，A、B正确；结合题图可知，NaCl晶体结构中，钠离子的配位数为6，CsCl晶体结构中，铯离子的配位数为8，C正确；NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，但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，D错误。 答案　D 2．(2025·北京八一学校月考)萤石是制作光学玻璃的原料之一，其主要成分氟化钙的晶胞结构如图所示。下列说法正确的是(　　) A．氟化钙的化学式为CaF B．每个晶胞中含有14个Ca2＋ C．氟化钙中只含有离子键 D．每个Ca2＋周围距离最近且等距的F－有4个 解析　由题图可知，Ca2＋位于晶胞的顶角和面心，数目为8×＋6×＝4，F－位于晶胞体内，数目为8。Ca2＋数目为4，F－数目为8，则氟化钙的化学式为CaF2，故A错误；每个晶胞中含有4个Ca2＋，故B错误；氟化钙是由钙离子和氟离子构成的化合物，只含有离子键，故C正确；以面心处Ca2＋为研究对象，每个Ca2＋周围距离最近且相等的F－有8个，故D错误。 答案　C 3．(2025·重庆川外附中月考)某荧光材料的晶胞结构如图所示，摩尔质量为M g·mol－1，NA为阿伏加德罗常数的值。下列叙述不正确的是(　　) A．该晶体的化学式是XY B．若晶胞参数为a nm，则其晶体密度ρ＝ g·cm－3 C．Xm＋的配位数是4，Yn－的配位数也是4 D．若A的原子分数坐标为，则B的原子分数坐标为 解析　由题给晶胞图可知，1个晶胞中含有Xm＋的个数为8×＋6×＝4，Yn－个数为4，Xm＋与Yn－个数比为1∶1，因此该晶体的化学式是XY，A项正确；1个晶胞中含有4个Xm＋与4个Yn－，即1个晶胞的质量为4× g，晶胞体积为(a×10－7 cm)3，因此晶体密度ρ＝ g·cm－3，B项错误；由题图可知，距离Xm＋最近且等距的Yn－有4个，距离Yn－最近且等距的Xm＋有4个，C项正确；若A的原子分数坐标为，则位于坐标原点的为左下前的Xm＋，B的原子分数坐标为，D项正确。 答案　B 4．根据表格数据回答下列有关问题： (1)已知NaBr、NaCl、MgO等离子间距和晶格能如下表所示： 类型 NaBr NaCl MgO 离子间距/pm 290 276 205 晶格能/(kJ·mol－1) 787 3 890 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________(填“>”“<”或“＝”)BF的熔点，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)①小　NaBr的离子间距比NaCl的大　②氧化镁晶体中的阴、阳离子所带电荷更多，并且离子间距更小　③MgO　(2)高　O2－半径小于S2－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，且阴、阳离子所带电荷数均为1，但后者离子半径大，离子键较弱，因此熔点较低 1．(2024·兰州一中高二期中)下列关于金属键的叙述中正确的是(　　) A．金属键是金属阳离子和自由电子之间强烈的静电吸引作用 B．金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子 C．金属具有导热性，是通过金属阳离子之间的碰撞来传导热量 D．构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动 解析　金属键是金属阳离子和自由电子之间强烈的相互作用，既有金属阳离子和自由电子间的静电吸引作用，也存在金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用，A错误；金属原子的最外层电子在金属晶体中是自由电子，B错误；金属具有导热性，是通过金属阳离子与自由电子之间的碰撞来传导热量，C错误；构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动，自由电子属于整块金属，D正确。 答案　D 2．X、Y都是ⅡA(Be除外)族的元素，已知它们的碳酸盐的热分解温度：T(XCO3)＞T(YCO3)，则下列判断不正确的是(　　) A．晶格能：XCO3＞YCO3 B．阳离子半径：X2＋＞Y2＋ C．金属性：X＞Y D．氧化物的熔点：XO＜YO 解析　碳酸盐的热分解温度与形成碳酸盐的金属元素的活泼性有关，金属越活泼，形成的盐越稳定，因此根据碳酸盐的热分解温度：T(XCO3)＞T(YCO3)，可判断出X的活泼性大于Y，即金属性：X＞Y，在周期表中，X位于Y的下面，阳离子半径：X2＋＞Y2＋，B、C正确；根据阳离子半径：X2＋＞Y2＋以及影响离子化合物晶格能、熔点、沸点的因素可知，晶格能：XCO3＜YCO3，氧化物的熔点：XO＜YO，A错误，D正确。 答案　A 3．(2024·湖北卷)黄金按质量分数分级，纯金为24K。Au­Cu合金的三种晶胞结构如图，Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列说法错误的是(　　) A．Ⅰ为18K金 B．Ⅱ中Au的配位数是12 C．Ⅲ中最小核间距Au­Cu<Au­Au D．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，Au与Cu原子个数比依次为1∶1、1∶3、3∶1 解析　纯金为24K，则18K金中金的质量分数为75%，Ⅰ中Au位于体心，个数为1，Cu位于顶点，个数为8×＝1，则Au的质量分数为×100%≈75%，为18K金，A正确；Ⅱ中Au位于顶点，个数为8×＝1，Cu位于面心，个数为6×＝3，晶体化学式为Cu3Au,1个Cu周围有4个Au，则1个Au周围有12个Cu，Au的配位数是12，B正确；Ⅲ中Au­Cu和Au­Au的最小核间距均为面对角线长度的，故最小核间距Au­Cu＝Au­Au，C错误；结合上述分析可知，Ⅰ中Au、Cu原子个数比为1∶1，Ⅱ中Au、Cu原子个数比为1∶3，Ⅲ中Au位于面心，个数为6×＝3，Cu位于顶点，个数为8×＝1，Au、Cu原子个数比为3∶1，D正确。 答案　C 4．同类晶体物质熔点的变化是有规律的，试分析下表所列两组物质熔点呈规律性变化的原因： 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) 317 923 933 晶体熔点的高低，决定于构成晶体微粒间的作用力的大小。A组是________晶体，晶体微粒之间通过________结合。B组晶体属________晶体，价电子数由少到多的顺序是____________，离子半径由大到小的顺序是____________，金属键强度由小到大的顺序是____________。 解析　A组中，NaCl、KCl、CsCl都是离子晶体，微粒之间通过离子键结合，从熔点数值来看，由1 074 K→1 049 K→918 K，熔点逐渐降低，这是因 为由Na＋→K＋→Cs＋，离子半径逐渐增大，离子键逐渐减弱，晶格能逐渐减小的缘故。B组中，Na、Mg、Al都是金属晶体，由于离子半径：r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)，价电子数：Na<Mg<Al，因此，从Na到Al，熔点逐渐升高。 答案　离子　离子键　金属　Na<Mg<Al r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)　Na<Mg<Al 5.已知二碳化钕(NdC2)的结构与氯化钠相似，即以钕离子替换钠离子，C替换氯离子，氯化钠晶体就变成二碳化钕晶体。C是棒状的，NdC2晶体局部结构如图所示。试根据上述信息回答下列问题。 (1)二碳化钕(NdC2)的结构与氯化钠相似，则每个C周围Nd2＋的个数是________个。 (2)NdC2晶体中含有的化学键类型有________。 (3)晶体中C的配位数与Nd2＋的配位数之比为________。 (4)已知NdC2晶胞边长为a pm，则NdC2的密度(单位是g·cm－3)为多少？(写出具体的计算过程，已知阿伏加德罗常数为NA，Nd的相对原子质量为144) 答案　(1)6　(2)离子键、共价键　(3)1∶1 (4)根据切割理论，二碳化钕晶胞中Nd2＋的个数为8×＋6×＝4，C个数为12×＋1＝4，则每个晶胞中含有4个NdC2，晶胞的质量为 g，二碳化钕的密度为 g·cm－3。 学科网（北京）股份有限公司 $