2024-2025學年高二化學(人教版)選擇性必修2 第三章 第三節(jié) 第1課時 金屬晶體 離子晶體

第三節(jié)金屬晶體與離子晶體第1課時金屬晶體離子晶體［核心素養(yǎng)發(fā)展目標］1.能辨識常見的金屬晶體，能從微觀角度分析金屬晶體中構成微粒及微粒間作用，并解釋金屬的物理性質。2.能辨識常見的離子晶體，能從微觀角度理解離子鍵對離子晶體性質的影響，能從宏觀角度解釋離子晶體性質的差異。3.通過對離子晶體模型的認識，理解離子晶體的結構特點，預測其性質。一、金屬鍵與金屬晶體1.金屬鍵(1)概念：金屬陽離子與自由電子之間的強烈的相互作用。(2)成鍵粒子：金屬鍵的成鍵粒子是金屬陽離子和自由電子。(3)本質：金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。(4)特征：電子氣被所有的金屬原子所共用，所以金屬鍵沒有(填“有”或“沒有”)方向性和飽和性。(5)影響因素①金屬元素的原子半徑：一般而言，金屬元素的原子半徑越小，金屬鍵越強。②金屬原子價電子數(shù)：一般而言，金屬元素的價電子數(shù)越多，金屬鍵越強。(6)對物質性質的影響：金屬鍵強弱不同，所以金屬的性質差異很大。如金屬鈉的熔點較低、硬度較小，而鎢是熔點最高的金屬、鉻是硬度最大的金屬。2.金屬晶體(1)概念金屬(除汞外)在常溫下都是晶體，稱其為金屬晶體。它們的結構就好像很多硬球一層一層很緊密地堆積，每一個金屬原子的周圍有較多相同的原子圍繞著。在金屬晶體中，原子間以金屬鍵相互結合。(2)用“電子氣理論”解釋金屬的性質3.金屬晶體熔點的變化規(guī)律(1)金屬晶體熔點的變化規(guī)律金屬晶體熔點差別較大，一般熔點較高，但有部分熔點較低，如Cs、Hg等。汞在常溫下是液體，熔點很低(-38.87℃)，而鎢的熔點為3410℃。(2)金屬鍵的強弱對堿金屬單質物理性質的影響元素3Li(鋰)11Na(鈉)19K(鉀)37Rb(銣)55Cs(銫)熔點/℃180.597.8163.6538.8928.40沸點/℃1347882.9774688678.4金屬硬度的大小，熔、沸點的高低與金屬鍵的強弱有關。金屬鍵越強，金屬晶體的熔、沸點越高，硬度越大。(3)一般合金的熔點比各組分的熔點低。1.試用金屬鍵解釋Na、Mg、Al的熔點逐漸升高的原因。提示Na、Mg、Al的原子半徑逐漸減小，價電子數(shù)逐漸增多，金屬鍵逐漸增強，熔點逐漸升高。2.純鋁硬度不大，形成硬鋁合金后，硬度很大，金屬形成合金后為什么有些物理性質會發(fā)生很大的變化？提示金屬晶體中摻入不同的金屬或非金屬原子時，影響了金屬的延展性和硬度。3.為什么金屬在粉末狀態(tài)時，失去金屬光澤而呈暗灰色或黑色？提示金屬在粉末狀態(tài)時，金屬的晶面分布在各個方向，非常雜亂，晶格排列也不規(guī)則，吸收可見光后輻射不出去，所以金屬粉末常呈暗灰色或黑色。1.正誤判斷(1)不存在只有陽離子，而沒有陰離子的物質()(2)金屬晶體在外力作用下，各層之間發(fā)生相對滑動，金屬鍵也被破壞()(3)金屬原子半徑越小，價電子數(shù)越多，其金屬單質熔、沸點越高，硬度越大()(4)共價晶體的熔點一定比金屬晶體的高，分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低()答案(1)×(2)×(3)√(4)×2.(2023·濟南高二檢測)下列有關金屬的說法正確的是()A.金屬原子的核外電子在金屬晶體中都是自由電子B.金屬晶體有導電性，能導電的物質一定是金屬C.金屬原子在化學變化中失去的電子數(shù)越多，其還原性越強D.金屬晶體的堆積方式會影響金屬的性質答案D解析因金屬的價電子受原子核的吸引力小，則金屬原子中的價電子在金屬晶體中為自由電子，而不是所有的核外電子，A錯誤；金屬原子在化學變化中失去電子越容易，其還原性越強，C錯誤；金屬晶體中原子的堆積方式會影響金屬的性質，如延展性，D正確。3.金屬晶體熔、沸點的高低和硬度大小一般取決于金屬鍵的強弱，而金屬鍵的強度與金屬陽離子所帶電荷的多少及半徑大小有關。由此判斷下列說法正確的是()A.金屬鎂的熔點大于金屬鋁B.堿金屬單質的熔、沸點從Li到Cs是逐漸增大的C.金屬鋁的硬度大于金屬鈉D.金屬鎂的硬度小于金屬鈣答案C解析金屬陽離子所帶電荷數(shù)越多，半徑越小，金屬鍵越強，據此判斷。金屬晶體的常見堆積方式(1)金屬原子在二維空間中排列的兩種方式金屬晶體中的原子可看成直徑相等的球體。把它們放置在平面上(即二維空間)，可有兩種排列方式——a：非密置層，b：密置層(如圖所示)。特別提醒密置層排列時，平面的利用率比非密置層的高。(2)金屬晶體的原子在三維空間里的3種常見堆積方式(圖中不同顏色的小球都代表同一種金屬原子)堆積方式圖式實例簡單立方堆積釙體心立方堆積鈉、鉀、鉻、鉬、鎢等面心立方堆積金、銀、銅、鉛等二、離子晶體1.離子晶體(1)定義：離子晶體是由陽離子和陰離子相互作用形成的晶體。(2)成鍵粒子：大量離子晶體的陰離子或陽離子不是單原子離子，有的還存在電中性分子(如H2O、NH3等)。(3)相互作用：陽離子、陰離子之間以離子鍵結合，有些離子晶體中可能存在共價鍵、氫鍵等，如CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等。(4)物理性質：硬度較大，難壓縮；熔點和沸點較高；固體不導電，但在熔融狀態(tài)或水溶液中能導電。2.典型離子晶體(1)NaCl晶體NaCl晶胞如圖所示，每個Na+周圍距離最近的Cl-有6個(上、下、左、右、前、后各1個)，構成正八面體，每個Cl-周圍距離最近的Na+有6個，構成正八面體，由此可推知晶體的化學式為NaCl。①每個Na+(Cl-)周圍距離相等且最近的Na+(Cl-)是12個。②每個晶胞中實際擁有的Na+數(shù)是4個，Cl-數(shù)是4個。③若晶胞參數(shù)為apm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則氯化鈉晶體的密度為234NA×(2)CsCl晶體CsCl晶胞如圖所示，每個Cs+周圍距離最近的Cl-有8個，每個Cl-周圍距離最近的Cs+有8個，它們均構成正六面體，由此可推知晶體的化學式為CsCl。①每個晶胞中實際擁有的Cs+數(shù)是1個，Cl-數(shù)是1個。②每個Cs+(Cl-)周圍距離最近的Cs+(Cl-)有6個，構成正八面體。③若晶胞參數(shù)為apm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則氯化銫晶體的密度為168.5NA×1.含有陰離子的晶體一定含有金屬陽離子嗎？提示含有陰離子的晶體，一定含有陽離子，但不一定是金屬陽離子，如銨鹽。2.NaCl、CsCl表示的是分子式嗎？提示不是，NaCl、CsCl是離子晶體，只表示晶體中陰、陽離子個數(shù)比，為化學式。3.NaCl的熔點為801℃，CsCl的熔點為645℃，試解釋其原因。提示Na+、Cs+所帶電荷一樣，但Na+的半徑小于Cs+的半徑，NaCl中的離子鍵強于CsCl中的離子鍵，所以NaCl的熔點高于CsCl的熔點。1.正誤判斷(1)離子晶體一定是離子化合物()(2)離子晶體中只含離子鍵()(3)由金屬與非金屬形成的晶體一定屬于離子晶體()(4)離子晶體的熔點一定低于共價晶體的熔點()(5)離子晶體受熱熔化，破壞化學鍵，吸收能量，屬于化學變化()答案(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×2.自然界中的CaF2又稱螢石，是一種難溶于水的固體，屬于典型的離子晶體。下列一定能說明CaF2是離子晶體的是()A.CaF2難溶于水，其水溶液的導電性極弱B.CaF2的熔、沸點較高，硬度較大C.CaF2固體不導電，但在熔融狀態(tài)下可以導電D.CaF2在有機溶劑(如苯)中的溶解度極小答案C解析離子晶體中含有離子鍵，離子鍵在熔融狀態(tài)下被破壞，電離出自由移動的陰、陽離子，所以離子晶體在熔融狀態(tài)下能夠導電，這是判斷某晶體是否為離子晶體的依據。3.下列性質中適合離子晶體的是()①熔點為1070℃，易溶于水，水溶液能導電②熔點為10.31℃，液態(tài)不導電，水溶液能導電③能溶于CS2，熔點為-7.25℃，沸點為59.47℃④熔點為97.81℃，質軟，導電，密度為0.97g·cm-3⑤熔點為-218℃，難溶于水⑥熔點為3900℃，硬度很大，不導電⑦難溶于水，固體時導電，升溫時導電能力減弱⑧難溶于水，熔點較高，固體不導電，熔化時導電A.①⑧B.②③⑥C.①④⑦D.②⑤答案A解析離子晶體固體時不導電，熔融態(tài)時能導電，易溶于水的離子晶體的水溶液能導電，一般難溶于非極性溶劑，熔點較高、質硬而脆，故②③④⑤⑦均不符合離子晶體的特點；⑥所表示的物質熔點達3900℃，硬度很大，不導電，應是共價晶體，故只有①⑧符合題意。4.根據CsCl的晶胞結構分析，CsCl晶體中兩個距離最近的Cs+間距離為a。(1)則每個Cs+周圍與其距離為a的Cs+數(shù)目為。

(2)每個Cs+周圍距離相等且次近的Cs+數(shù)目為，距離為。

(3)每個Cs+周圍距離相等且第三近的Cs+數(shù)目為，距離為。

(4)每個Cs+周圍緊鄰且等距的Cl-數(shù)目為。

答案(1)6(2)122a(3)83a(4)8解析以題圖的一個Cs+為基準，與其最近的Cs+分別位于其上、下、前、后、左、右六個方位，有6個；與其次近的Cs+的距離為2a，在1個晶胞中有3個，而1個Cs+為8個晶胞共有，故有8×3×12=12個；與其第三近的Cs+的距離為3a，每個晶胞中有1個，故有8個；與其緊鄰且等距的Cl-有8課時對點練［分值：100分］(選擇題1~12題，每小題6分，共72分)題組一金屬鍵及金屬晶體1.(2023·鄭州高二月考)如圖是金屬晶體內部的“電子氣理論”示意圖。電子氣理論可以用來解釋金屬的性質，下列說法正確的是()A.金屬能導電是因為金屬陽離子在外加電場作用下定向移動B.金屬能導熱是因為自由電子在熱的作用下相互碰撞，從而發(fā)生熱的傳導C.金屬具有延展性是因為在外力的作用下，金屬中各原子層間會出現(xiàn)相對滑動，而自由電子可以起到潤滑劑的作用，使金屬不會斷裂D.合金與純金屬相比，由于增加了不同的金屬或非金屬，使電子數(shù)目增多，所以合金的延展性比純金屬強，硬度比純金屬小答案C解析金屬能導電是因為自由電子在外加電場作用下定向移動，A項錯誤；金屬能導熱是因為自由電子在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞，從而發(fā)生熱的傳導，B項錯誤；合金與純金屬相比，由于增加了不同的金屬或非金屬，相當于填補了金屬陽離子之間的空隙，所以一般情況下合金的延展性比純金屬弱，硬度比純金屬大，D項錯誤。2.物質結構理論提出：金屬鍵越強，金屬的硬度越大，熔、沸點越高。一般來說，金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，則金屬鍵越強，由此判斷下列說法錯誤的是()A.硬度：Mg>Al B.熔點：Be>MgC.硬度：Mg>K D.熔點：Ca>K答案A解析Mg、Al的電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)大的離子半徑小，價電子數(shù)：Al>Mg，離子半徑：Al3+<Mg2+，所以Al的金屬鍵強于Mg，Al的硬度大于Mg，A錯誤；離子半徑：Mg2+<Na+<K+，所以Mg的金屬鍵強于K，故硬度：Mg>K，C正確；Ca、K位于同一周期，價電子數(shù)：Ca>K，離子半徑：K+>Ca2+，Ca的金屬鍵強于K，故熔點：Ca>K，D正確。題組二離子晶體及其性質3.下列給出了幾種氯化物的熔點和沸點：氯化物NaClMgCl2AlCl3SiCl4熔點/℃801714190(5×101kPa)-70沸點/℃1413141218057.57下列敘述與表中相吻合的是()A.NaCl的沸點比SiCl4高得多是因為二者晶體類型不同B.SiCl4晶體屬于共價晶體C.AlCl3晶體是典型的離子晶體D.MgCl2中含有離子鍵和非極性共價鍵答案A解析由題表可知，SiCl4的熔點和沸點都比較低，屬于分子晶體，B項錯誤；AlCl3的熔點和沸點都不高，不屬于典型的離子晶體，C項錯誤；MgCl2中只含離子鍵，不含非極性共價鍵，D項錯誤。4.離子晶體熔點的高低取決于陰、陽離子間離子鍵的強弱，據所學知識判斷KCl、NaCl、CaO、BaO四種晶體熔點的高低順序是()A.KCl>NaCl>BaO>CaOB.NaCl>KCl>CaO>BaOC.CaO>BaO>KCl>NaClD.CaO>BaO>NaCl>KCl答案D解析對于離子晶體來說，離子所帶電荷數(shù)越多，陰、陽離子間的核間距離越小，離子鍵越強，熔點越高。一般在陰、陽離子的核間距離相當時首先看離子所帶電荷數(shù)，CaO、BaO所帶電荷數(shù)都大于KCl、NaCl，所以CaO、BaO的熔點大于KCl、NaCl；其次在電荷數(shù)相當時，看陰、陽離子的核間距離，r(Ba2+)>r(Ca2+)，熔點：CaO>BaO，r(K+)>r(Na+)，熔點：NaCl>KCl。5.(2024·青海高二月考)如圖為NaCl和CsCl的晶體結構，下列說法錯誤的是()A.NaCl和CsCl都屬于AB型的離子晶體B.NaCl和CsCl晶體中陰、陽離子個數(shù)比相同C.NaCl和CsCl晶體中陽離子的配位數(shù)分別為6和8D.NaCl和CsCl都屬于AB型的離子晶體，所以陽離子與陰離子的半徑比相同答案D解析NaCl和CsCl都是由陰、陽離子通過離子鍵構成的晶體，陰、陽離子個數(shù)之比都為1∶1，則都屬于AB型的離子晶體，故A、B正確；結合題圖可知，NaCl中鈉離子的配位數(shù)為6，CsCl中銫離子的配位數(shù)為8，故C正確；鈉離子半徑小于銫離子半徑，則NaCl的陽離子與陰離子的半徑比小于CsCl的，故D錯誤。題組三金屬晶體、離子晶體晶胞的分析6.鐵有δ?Fe、γ?Fe、α?Fe三種同素異形體，三種晶體在不同溫度下可以發(fā)生轉化。如圖是三種晶體的晶胞，下列說法正確的是()δ?Feγ?Feα?FeA.三種同素異形體的性質相同B.γ?Fe晶胞中與每個鐵原子距離最近且相等的鐵原子有6個C.α?Fe晶胞中與每個鐵原子距離最近且相等的鐵原子有6個D.將鐵加熱到1500℃分別急速冷卻和緩慢冷卻，得到的晶體類型相同答案C解析由于三種同素異形體的結構不同，所以三者的性質不同，A項錯誤；γ?Fe晶胞中與每個鐵原子距離最近且相等的鐵原子數(shù)為12，B項錯誤；α?Fe晶胞中與每個鐵原子距離最近且相等的鐵原子數(shù)為6，C項正確；將鐵加熱到1500℃分別急速冷卻和緩慢冷卻，會得到晶體類型不同的鐵，D項錯誤。7.某離子晶體DxEC6的晶胞結構如圖1所示，圖2表示晶胞的一部分，陽離子D+位于晶胞棱的中點和晶胞內部，陰離子EC6x-位于晶胞的頂角和面心。則DxEC6中x的值為(A.1B.2C.3D.4答案C解析1個晶胞中，N(D+)=12×14+9=12，N(EC6x-)=8×18+6×12=4，故N(D+)∶N(EC6x-)8.已知某離子晶體的晶胞結構如圖所示，其摩爾質量為Mg·mol-1，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，晶體的密度為dg·cm-3。下列說法正確的是()A.晶胞中M、N的個數(shù)都為1B.該晶胞中兩個距離最近的同種離子的核間距為34C.與M距離最近且相等的M的個數(shù)為6D.該晶胞可能是NaCl晶體的晶胞答案D解析晶胞中N、M的個數(shù)分別為8×18+6×12=4、12×14+1=4，A項錯誤；因為晶胞中含有4個M和4個N，則晶胞的體積為4MdNAcm3，進而計算出晶胞的邊長為34MNAdcm，兩個距離最近的同種離子的核間距為晶胞面對角線長的一半，即為22×34MN9.鋇在氧氣中燃燒時得到一種晶體，其晶胞的結構如圖所示，下列有關說法正確的是()A.該晶體屬于離子晶體B.晶體的化學式為Ba2O2C.該晶體的晶胞結構與CsCl相似D.與每個Ba2+距離相等且最近的Ba2+共有8個答案A解析晶體中含有Ba2+和O22-，則該晶體屬于離子晶體，A正確；該晶體的晶胞結構與NaCl的晶胞結構相似，所以與每個Ba2+距離相等且最近的Ba2+共有12個，C、D不正確；該物質的1個晶胞中含有4個Ba2+和4個O22-，則晶體的化學式為BaO10.下列關于晶體的說法正確的組合是()①金剛石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶體的熔點依次降低；②離子晶體中只有離子鍵沒有共價鍵，分子晶體中肯定沒有離子鍵；③硬度由大到小的順序：NaF>NaCl>NaBr>NaI；④SiO2晶體中每個硅原子與兩個氧原子以共價鍵相結合；⑤分子晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定。A.①②③ B.①②④C.③⑤ D.①③答案D解析金剛石、SiC是共價晶體，原子半徑越小，晶體熔點越高，金剛石的熔點高于碳化硅，NaF、NaCl是離子晶體，熔點比共價晶體的低，熔點：NaF>NaCl，H2O、H2S為分子晶體，但水分子之間存在氫鍵，熔點比硫化氫的高，所以晶體的熔點依次降低，故①正確；離子晶體中可能含有共價鍵，如氫氧化鈉，分子晶體中肯定沒有離子鍵，故②錯誤；F-、Cl-、Br-、I-的離子半徑逐漸增大，所以離子鍵強度由大到小的順序：NaF>NaCl>NaBr>NaI，硬度由大到小的順序：NaF>NaCl>NaBr>NaI，故③正確；SiO2晶體中每個硅原子與4個氧原子以共價鍵相結合，每個氧原子與2個硅原子以共價鍵相結合，故④錯誤；共價鍵鍵能越大，分子越穩(wěn)定，與分子間作用力大小無關，故⑤錯誤。11.已知冰晶石(Na3［AlF6］)熔融時的電離方程式為Na3［AlF6］===3Na++［AlF6］3-?，F(xiàn)有冰晶石的晶胞結構如圖所示，位于大立方體頂角和面心，位于大立方體的12條棱的中點和8個小立方體的體心，▽是圖中、中的一種。下列說法正確的是(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)()A.冰晶石是共價晶體B.大立方體的體心處▽代表［AlF6］3-C.與Na+距離相等且最近的Na+有6個D.冰晶石晶體的密度為840NA答案D解析由冰晶石熔融時能發(fā)生電離，可知冰晶石是離子晶體，A項錯誤；每個晶胞中含有的個數(shù)為8×18+6×12=4，的個數(shù)為12×14+8=11，根據冰晶石的化學式可知，［AlF6］3-與Na+的個數(shù)比為1∶3，故▽為Na+，B項錯誤；與Na+距離相等且最近的Na+有8個，C項錯誤；晶胞的質量為4×210NAg，晶胞的體積為a3cm3，則晶體的密度為4×210NA·12.有一種藍色晶體，化學式可表示為Mx［Fey(CN)6］，經X射線衍射實驗發(fā)現(xiàn)，它的結構特征是Fe3+和Fe2+分別占據立方體互不相鄰的頂點，而CN-位于立方體的棱上。其晶體中陰離子的基本結構單元如圖所示。下列說法正確的是()A.該晶體的化學式為M2［Fe2(CN)6］B.該晶體屬于離子晶體，M呈+1價C.該晶體屬于離子晶體，M呈+2價D.晶體中與每個Fe3+距離最近且相等的CN-有3個答案B解析由題圖可得，晶體中陰離子的基本結構單元中Fe2+的個數(shù)為4×18=12，F(xiàn)e3+的個數(shù)也為12，CN-的個數(shù)為12×14=3，因此陰離子的化學式為［Fe2(CN)6］-，則該晶體的化學式為M［Fe2(CN)6］，A錯誤；由陰、陽離子形成的晶體為離子晶體，M的化合價為+1價，B正確、C錯誤；晶體中與每個Fe3+距離最近且相等的CN-有13.(8分)氫氣的安全貯存和運輸是氫能應用的關鍵。鐵鎂合金是目前已發(fā)現(xiàn)的儲氫密度較高的儲氫材料之一，其晶胞結構如圖所示。(1)鐵鎂合金的化學式為。

(2)距離Mg原子最近的Fe原子個數(shù)是。

(3)若該晶體儲氫時，H2分子在晶胞的體心和棱心位置，則含Mg96g的該儲氫合金可儲存標準狀況下H2的體積約為L。

(4)若該晶胞的晶胞參數(shù)為dnm，則該合金的密度為g·cm-3(列表達式，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)。

答案(1)Mg2Fe(2)4(3)44.8(4)416解析(1)該晶胞中Fe的個數(shù)為8×18+6×12=4，Mg的個數(shù)為8，故鐵鎂合金的化學式為Mg2Fe。(3)Mg的物質的量為96g24g·mol-1=4mol，故儲存H2為4mol×48=