第3章 第3节 金属晶体与离子晶体-【优学精讲】2024-2025学年高中化学选择性必修2教用Word(人教版)

第三节　金属晶体与离子晶体 【学习目标】　1.能说明金属晶体中粒子间的相互作用，解释金属的导电性、导热性、延展性等宏观性质。 2．知道离子键的特点，能解释典型离子化合物的某些性质。 3．知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。 知识点一　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 ____________和____________ 本质 金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“____________”，被所有原子所共用，从而把所有的____________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____________(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越大、价电子数越少，金属键越弱；反之，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。如钠的熔点______________、硬度____________，而钨是熔点最高的金属、____________是硬度最大的金属 　1.试用金属键解释Na、Mg、Al的熔点逐渐升高的原因。 提示：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．金属晶体 (1)金属(除汞外)在常温下都是晶体，称其为金属晶体。在金属晶体中，原子间以____________相互结合。 (2)用“电子气理论”解释金属的物理性质 　2.纯铝硬度不大，形成硬铝合金后，硬度很大，金属形成合金后为什么有些物理性质会发生很大的变化？ 提示：当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，影响了金属的延展性和硬度。 3．为什么金属在粉末状态时，失去金属光泽而呈暗灰色或黑色？ 提示：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。 [答案自填] 金属阳离子　自由电子　电子气 金属原子　没有　较低　较小　铬 金属键　相对滑动　排列方式　定向移动 (1)金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子(　　) (2)金属的导电能力随温度的升高而降低(　　) (3)金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键也被破坏(　　) (4)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高，分子晶体的熔点一定比金属晶体的低(　　) (5)锂、钠、钾的熔点依次降低，钠、镁、铝的熔点依次升高(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√ 金属晶体熔点比较的规律 (1)金属晶体的熔点取决于金属键的强弱，一般金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部的金属键越强，晶体熔点越高。 (2)金属晶体的熔点差别较大，如汞的熔点很低，碱金属的熔点较低，铁、钨等金属的熔点很高，这是由金属键的强弱不同造成的。 (3)一般来说，同一周期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)一般合金的熔点低于各成分金属的熔点。　 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 解析：选B。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，故金属键没有饱和性和方向性；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，又包括静电排斥作用；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．金属能导电的原因是(　　) A．金属晶体中金属阳离子与自由电子间的作用较弱 B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 C．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动 D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子 解析：选B。金属晶体内部是由金属阳离子和自由电子构成的，在外加电场作用下自由电子定向移动，产生电流，这就是金属导电的原因。 3．金属钾、铜的部分结构和性质的数据见下表。下列说法错误的是(　　) 金属 K Cu 原子价层电子排布 4s1 3d104s1 原子半径/pm 255 128 原子化热/(kJ·mol－1) 90.0 339.3 熔点/℃ 63.4 1 083 A.单位体积内自由电子数目为K<Cu B．金属键强弱顺序为K<Cu C．金属的硬度大小顺序为K<Cu D．二者最外层电子数目相等，因此金属钾和铜的金属键强弱取决于原子半径大小 解析：选D。A.金属单位体积内自由电子的数目取决于金属的价层电子数目，Cu的价电子比K的多，故单位体积内自由电子数目：K<Cu，故A正确；B.决定金属键强弱的因素是价电子数目和原子半径的大小，Cu的原子半径比K的小，单位体积内自由电子数目比K的多，故金属键强弱顺序为K<Cu，故B正确；C.金属键强弱顺序为K<Cu，金属的硬度大小顺序为K<Cu，故C正确；D.决定金属键强弱的因素是价电子数目和原子半径的大小，而不是金属原子的最外层电子数目，故D错误。 知识点二　离子晶体 1．离子晶体的组成及性质 定义 离子晶体是由______________和____________相互作用而形成的晶体 成键粒子 阴、阳离子 作用 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，在这些离子晶体中还存在共价键、氢键等。然而，贯穿整个晶体的主要作用力仍是阴、阳离子之间的作用力 物理性质 熔、沸点 较高，难挥发 硬度 较大，难于压缩 导电性 固态时不导电，熔融状态或在水溶液中都能导电 　(1)含有阴离子的晶体一定含有金属阳离子吗？ (2)NaCl的熔点为801 ℃，CsCl的熔点为645 ℃，试解释二者熔点差异的原因。 提示：(1)含有阴离子的晶体，一定含有阳离子，但不一定是金属阳离子，如铵盐。 (2)Na＋、Cs＋所带电荷一样，但Na＋的半径小于Cs＋的半径，NaCl中的离子键强于CsCl中的离子键，所以NaCl的熔点高于CsCl的熔点。 2．常见的离子晶体 典型离子晶体 NaCl CsCl 晶胞 阳离子的配位数 ____________ ______ 阴离子的配位数 ____________ ______ 晶胞中所 含离子数 Cl－__；Na＋__ Cs＋__； Cl－__ [答案自填] 阳离子　阴离子　6　8　6 8　4　4　1　1 (1)含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体　(　　) (2)离子晶体中一定含有金属元素(　　) (3)由金属元素和非金属元素形成的晶体一定是离子晶体(　　) (4)有些离子晶体中除含离子键外还存在共价键(　　) (5)离子晶体的熔点一定低于共价晶体的熔点　(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)× 1．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到低的顺序是(　　) 离子化合物 AB CD EF 离子所带电荷数 1 1 2 核间距/(10－10 m) 2.31 3.18 2.10 A.CD>AB>EF　　 B．AB>EF>CD C．AB>CD>EF D．EF>AB>CD 解析：选D。离子所带电荷数越多，核间距越小，离子键越强，晶体的熔点越高。 2．下图为NaCl和CsCl的晶胞结构，下列说法错误的是(　　) A．NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体 B．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数之比相同 C．NaCl和CsCl晶胞中所含阳离子数分别为4和1 D．NaCl和CsCl晶体中阳离子与阴离子的半径之比相同 解析：选D。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，均属于AB型离子晶体，故A、B正确；NaCl晶胞中所含Na＋数为12×＋1＝4，CsCl晶胞中所含Cs＋数为1，故C正确；钠离子半径小于铯离子半径，因此NaCl和CsCl晶体中阳离子与阴离子的半径之比：NaCl＜CsCl，故D错误。 3．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 解析：选C。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。 知识点三　过渡晶体与混合型晶体 1．过渡晶体 (1)常见典型晶体是分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体。事实上，纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。 (2)离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。若离子键成分的百分数大，则作为____________处理；若离子键成分的百分数小，则作为____________处理。 [特别提醒]　离子键的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键的百分数越大。 (3)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七种氧化物，从左到右，离子键成分的百分数越来越小，其中当作离子晶体处理的是____________；当作共价晶体处理的是______________；当作分子晶体处理的是________________。 2．混合型晶体——石墨 (1)结构模型 (2)结构特点——层状结构 ①同层内，碳原子采用____________杂化，以____________结合形成________________结构(如图1)。每个碳原子的配位数为________________，有一个未参与杂化的____________电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面(如图3)。由于所有碳原子的p轨道相互平行而且相互重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。 ②层内的碳原子的核间距为142 pm，层间距离为335 pm，说明层间没有化学键相连，是靠____________维系的(如图2)。 (3)晶体类型 石墨晶体中，既有________________，又有____________，且有类似金属晶体的导电性，属于____________。 (4)物理性质：导电性(只能沿石墨平面的方向)、导热性、润滑性。 　石墨晶体中，层内C—C的键长为142 pm，而金刚石中C—C的键长为154 pm。 (1)熔点：石墨________(填“＞”“＜”或“＝”)金刚石。 (2)石墨中C—C的键长小于金刚石中C—C的键长的原因是什么？ 提示：(1)＞ (2)金刚石中只存在C—C间的σ键，而石墨中层内的C—C间不仅存在σ键，还存在大π键，原子轨道重叠程度大，所以石墨中C—C的键长小于金刚石中C—C的键长。 [答案自填] 离子晶体　共价晶体　Na2O、MgO Al2O3、SiO2　P2O5、SO3、Cl2O7　sp2 共价键　平面六元并环　3　2p　范德华力　共价键　范德华力　混合型晶体 (1)在共价晶体中可以认为共价键贯穿整个晶体，而在分子晶体中共价键仅限于晶体微观空间的一个个分子中(　　) (2)石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3(　　) (3)石墨的导电性只能沿石墨平面的方向(　　) (4)石墨晶体层与层之间距离较大，所以石墨的熔点不高(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)× 1．下列氧化物中，所含离子键的百分数最小的是　(　　) A．N2O3　　　　　　 B．P2O3 C．As2O3 D．Bi2O3 解析：选A。化合物中两元素电负性的差值越大，离子键的百分数就越大。 2．石墨晶体是层状结构(如下图)。下列有关石墨晶体的说法正确的一组是(　　) ①石墨中存在两种作用力　 ②石墨是混合型晶体　③石墨中的C为sp2杂化　④石墨中碳原子数和C—C数目之比为1∶2　⑤石墨和金刚石的硬度相同　⑥石墨层内导电性和层间导电性不同 A．①②③④⑤⑥ B．①②③⑤ C．②③⑥ D．①②③④ 解析：选C。①不正确，石墨中存在三种作用力，分别是范德华力、共价键、类似金属键的作用力；④不正确，石墨中碳原子数和C—C数目之比为2∶3；⑤不正确，石墨质软，金刚石的硬度大。 3．(2024·泰安高二质检)下列关于过渡晶体的说法正确的是(　　) A．离子晶体和共价晶体存在过渡晶体，其余两种晶体不存在过渡晶体 B.SiO2属于过渡晶体，但当作共价晶体来处理 C．绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体 D．Na2O晶体中离子键的百分数为100% 答案：B 1．下列生活中的问题，不能用电子气理论知识解释的是(　　) A．用铁制品做炊具 B．铁易生锈 C．用铂金做首饰 D．金属铝制成导线 解析：选B。A.用铁制品做炊具利用了金属的导热性，金属容易导热是因为自由电子在热的作用下与金属原子碰撞而引起热传递进行能量交换，能用电子气理论解释，故A不符合题意；B.铁易生锈，是由于Fe易失去电子，与金属键无关，故B符合题意；C.用铂金做首饰是因为有金属光泽，金属有金属光泽是因为自由电子能够吸收可见光，能用电子气理论解释，故C不符合题意；D.金属铝制成导线是利用金属的导电性，金属中存在金属阳离子和自由电子，当给金属通电时，自由电子发生定向移动产生电流而导电，能用电子气理论解释，故D不符合题意。 2．下列性质适合于离子晶体的是(　　) A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 B．熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电 C．能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃ D．熔点97.81 ℃，质软，固态导电，密度0.97 g·cm－3　 答案：A 3．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的熔点 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐增大 C．金属铝的硬度大于金属钠的硬度 D．金属镁的硬度小于金属钙的硬度 解析：选C。金属阳离子所带电荷数越多，半径越小，金属键越强。 4．泽维尔研究发现，当用激光脉冲照射NaI，使Na＋和I－两核间距为1.0～1.5 nm时，呈离子键；当两核靠近约距0.28 nm时，呈共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是(　　) A．NaI晶体是过渡晶体 B．离子晶体中可能含有共价键 C．NaI晶体中既有离子键，又有共价键 D．共价键和离子键有明显的界线 答案：A 5．石墨烯(图甲)是一种由单层碳原子构成的具有平面结构的新型碳材料，石墨烯中部分碳原子被氧化后，其平面结构会发生改变，转化为氧化石墨烯(图乙)。 (1)图甲中，1号C与相邻C形成σ键的个数为____________。 (2)图乙中，1号C的杂化方式是__________，该C与相邻C形成的键角______________(填“＞”“＜”或“＝”)图甲中1号C与相邻C形成的键角。 (3)若将图乙所示的氧化石墨烯分散在H2O中，则氧化石墨烯中可与H2O形成氢键的原子有____________(填元素符号)。 解析：(1)题图甲中1号C与相邻C形成3个C—C，形成σ键的个数为3。(2)题图乙中，1号C形成3个C—C及1个C—O，故1号C的杂化方式为sp3，为四面体结构，键角为109°28′，而石墨烯中C原子的杂化方式均为sp2，为平面结构，键角为120°，故题图乙中1号C与相邻C形成的键角小于题图甲中1号C与相邻C形成的键角。(3)H2O中 O的电负性较大，易与氧化石墨烯中 O—H上的H形成氢键，氧化石墨烯中的O易与H2O中的H形成氢键。 答案：(1)3　(2)sp3　＜　(3)O、H 学科网（北京）股份有限公司 $