第三節(jié)　金屬晶體與離子晶體
第1課時(shí)　金屬晶體　離子晶體
?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(gòu)成微粒及微粒間作用，并解釋金屬的物理性質(zhì)。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(zhì)的影響，能從宏觀角度解釋離子晶體性質(zhì)的差異。3．通過對離子晶體模型的認(rèn)識，理解離子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，預(yù)測其性質(zhì)。
1．金屬鍵(1)本質(zhì)：“電子氣理論”把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的____________形成遍布整塊晶體的“____________”，被所有原子所共用，從而把所有的_______________維系在一起。(2)金屬鍵的強(qiáng)弱和對金屬性質(zhì)的影響①金屬鍵的強(qiáng)弱主要決定于金屬元素的原子半徑和價(jià)電子數(shù)。原子半徑越大、價(jià)電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；反之，金屬鍵越強(qiáng)。②金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。如：熔點(diǎn)最高的金屬是______，硬度最大的金屬是______。
2．金屬晶體(1)在金屬晶體中，原子間以____________相結(jié)合。(2)金屬晶體的性質(zhì)：優(yōu)良的____________、____________和____________。(3)金屬晶體中，除了純金屬，還有大量的合金。合金的組成和結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜多樣。大多數(shù)合金以一種金屬為主要組成。
1.金屬在常溫下都是晶體。(　 　)2．金屬晶體在外力作用下，各層之間發(fā)生相對滑動，金屬鍵被破壞。(　 　)3．共價(jià)晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的高，分子晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的低。(　 　)4．有機(jī)高分子一定不能導(dǎo)電。(　 　)5．金屬的電導(dǎo)率隨溫度的升高而降低。(　 　)
1.試用“電子氣理論”解釋為什么金屬具有良好的①延展性、②導(dǎo)電性、③導(dǎo)熱性。提示：①當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動，但原來的排列方式不變，而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，并且電子氣沒有被破壞，所以金屬有良好的延展性；②金屬晶體中的自由電子在電場中定向移動而形成電流，呈現(xiàn)良好的導(dǎo)電性；③電子氣中的自由電子在熱的作用下運(yùn)動時(shí)頻繁與金屬原子碰撞，從而引起能量傳遞，呈現(xiàn)良好的導(dǎo)熱性。
2．試用金屬鍵解釋Na、Mg、Al的熔點(diǎn)逐漸升高的原因。提示：Na、Mg、Al的原子半徑逐漸減小，價(jià)電子數(shù)逐漸增多，金屬鍵逐漸增強(qiáng)，熔點(diǎn)逐漸升高。3．金屬鍵可以看成是許多原子共用許多電子所形成的強(qiáng)烈相互作用，和共價(jià)鍵類似。金屬鍵有飽和性和方向性嗎？提示：沒有。金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用，自由電子為整個(gè)金屬的所有陽離子所共有，故金屬鍵沒有方向性和飽和性。
4．金屬晶體與金屬粉末的光澤為何不同？提示：在金屬晶體中，金屬離子以最緊密堆積狀態(tài)排列，內(nèi)部存在自由電子，當(dāng)光線投射到它的表面時(shí)，自由電子可以吸收所有頻率的光，然后很快放出各種頻率的光，這就是絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)銀灰色或銀白色光澤的原因。而金顯黃色、銅顯紫紅色，是由于它們能吸收某些頻率的光。在粉末狀態(tài)時(shí)，金屬的晶面取向雜亂，排列不規(guī)則，吸收可見光后輻射不出去，所以金屬粉末大多為暗灰色或黑色(鋁粉為銀白色，俗稱“銀粉”)。因而整塊金屬具有金屬光澤而金屬粉末常呈暗灰色或黑色。
1.下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是(　 　)A．用鉑金做首飾不能用金屬鍵理論解釋B．固態(tài)和熔融時(shí)易導(dǎo)電，熔點(diǎn)在1 000 ℃左右的晶體可能是金屬晶體C．Al、Na、Mg的熔點(diǎn)逐漸升高D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好
解析：用鉑金做首飾利用了金屬晶體的延展性，能用金屬鍵理論解釋，A錯(cuò)誤；金屬晶體在固態(tài)和熔融時(shí)能導(dǎo)電，其熔點(diǎn)差異很大，故題設(shè)條件下的晶體可能是金屬晶體，B正確；一般來說，金屬中單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目越多，金屬元素的原子半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)，故金屬鍵的強(qiáng)弱順序?yàn)锳l>Mg>Na，其熔點(diǎn)的高低順序?yàn)锳l>Mg>Na，C錯(cuò)誤；金屬的導(dǎo)電性隨溫度的升高而降低，溫度越高，其導(dǎo)電性越差，D錯(cuò)誤。故選B。
2．要使金屬晶體熔化必須破壞其中的金屬鍵。金屬晶體熔點(diǎn)的高低和硬度的大小一般取決于金屬鍵的強(qiáng)弱，而金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬陽離子所帶電荷的多少及半徑大小有關(guān)。由此判斷下列說法正確的是(　 　)A．金屬鎂的熔點(diǎn)大于金屬鋁B．堿金屬的熔點(diǎn)從Li到Cs是逐漸增大的C．金屬鋁的硬度大于金屬鈉D．金屬鈣的硬度小于金屬鋇
解析：鎂離子的半徑比鋁離子大且所帶電荷數(shù)少，所以金屬鎂的金屬鍵比金屬鋁弱，熔點(diǎn)和硬度都小，A錯(cuò)誤；從Li到Cs，離子的半徑是逐漸增大的，所帶電荷數(shù)相同，金屬鍵逐漸減弱，熔點(diǎn)和硬度都逐漸減小，B錯(cuò)誤；因離子的半徑小而所帶電荷數(shù)多，故金屬鋁的金屬鍵比金屬鈉強(qiáng)，所以金屬鋁的熔點(diǎn)和硬度比金屬鈉都大，C正確；鈣離子的半徑比鋇離子小而所帶電荷數(shù)相同，則金屬鈣的金屬鍵比金屬鋇強(qiáng)，所以金屬鈣的熔點(diǎn)和硬度比金屬鋇都大，D錯(cuò)誤。故選C。
3．下圖是金屬晶體內(nèi)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(zhì)，其中正確的是(　 　)A．金屬能導(dǎo)電是因?yàn)榻饘訇栯x子在外加電場作用下定向移動B．金屬能導(dǎo)熱是因?yàn)樽杂呻娮釉跓岬淖饔孟孪嗷ヅ鲎玻瑥亩l(fā)生熱的傳導(dǎo)C．金屬具有延展性是因?yàn)樵谕饬Φ淖饔孟?，金屬中各原子層間會出現(xiàn)相對滑動，但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(qiáng)，硬度比純金屬小
解析：金屬能導(dǎo)電是因?yàn)樽杂呻娮釉谕饧与妶鲎饔孟露ㄏ蛞苿?，故A錯(cuò)誤；金屬能導(dǎo)熱是因?yàn)樽杂呻娮釉跓岬淖饔孟屡c金屬陽離子發(fā)生碰撞，從而發(fā)生熱的傳導(dǎo)，故B錯(cuò)誤；金屬具有延展性是因?yàn)樵谕饬Φ淖饔孟?，金屬中各原子層間會出現(xiàn)相對滑動，而自由電子起到潤滑劑的作用，使得金屬不會斷裂，故C正確；合金與純金屬相比，由于增加了不同的金屬或非金屬，相當(dāng)于填補(bǔ)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，故D錯(cuò)誤。故選C。
4．下列關(guān)于金屬性質(zhì)的說法不正確的是(　 　)A．金屬一般具有銀白色光澤，是物理性質(zhì)，與電子氣理論沒有關(guān)系B．金屬具有良好的導(dǎo)電性，是因?yàn)榻饘倬w中的自由電子可在整塊晶體中運(yùn)動，在外加電場的作用下，自由電子發(fā)生定向移動形成了電流C．金屬具有良好的導(dǎo)熱性，是因?yàn)榻饘俨糠质軣岷?，該區(qū)域的自由電子的能量增加，運(yùn)動速率加快，自由電子通過與金屬陽離子發(fā)生頻繁碰撞，傳遞了能量D．金屬晶體具有良好的延展性，是因?yàn)楫?dāng)金屬受到外力作用時(shí)，金屬晶體中的各原子層可以發(fā)生相對滑動而不改變原來的排列方式，也不破壞金屬鍵
解析：金屬一般具有銀白色光澤，與電子氣理論密切相關(guān)。由于大多數(shù)金屬原子以最緊密堆積方式排列，內(nèi)部存在自由電子，所以當(dāng)光線投射到它的表面時(shí)，自由電子可以吸收可見光，然后又把各種波長的光大部分再反射出來，這就使絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)銀灰色或銀白色光澤，A錯(cuò)誤；金屬具有良好的導(dǎo)電性原因是金屬晶體中的自由電子可在整塊晶體中運(yùn)動，在外加電場的作用下，自由電子發(fā)生定向移動形成了電流，B正確；金屬具有良好的導(dǎo)熱性的原因是金屬部分受熱后，該區(qū)域的自由電子的能量增加，運(yùn)動速率加快，自由電子通過與金屬陽離子發(fā)生頻繁碰撞，傳遞了能量，C正確；金屬晶體具有良好的延展性原因是當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，金屬晶體中的各原子層可以發(fā)生相對滑動而不改變原來的排列方式，也不破壞金屬鍵，D正確。故選A。
1．金屬晶體熔點(diǎn)的變化規(guī)律金屬晶體熔點(diǎn)差別較大，一般熔、沸點(diǎn)較高，但有少部分熔點(diǎn)較低，如Cs、Hg等。汞在常溫下是液體，熔點(diǎn)很低(－38.9 ℃)，而鎢的熔點(diǎn)高達(dá)3 000 ℃以上。這是由于金屬晶體緊密堆積方式、金屬離子與自由電子的作用力強(qiáng)度不同。2．金屬晶體導(dǎo)電與電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的比較
3.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(shí)，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4種常見堆積方式：
1．離子鍵及其影響因素(1)概念：陰、陽離子之間通過靜電作用形成的化學(xué)鍵。(2)影響因素：離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)。
離子鍵沒有方向性和飽和性。
2．離子晶體及其物理性質(zhì)(1)概念：由____________和____________相互作用而形成的晶體。(2)離子晶體的性質(zhì)①熔、沸點(diǎn)較______，硬度較______。②離子晶體不導(dǎo)電，但熔化或溶于水后能導(dǎo)電。③大多數(shù)離子晶體能溶于水，難溶于有機(jī)溶劑。
3．常見離子晶體的結(jié)構(gòu)(1)NaCl晶胞NaCl晶胞如圖所示，每個(gè)Na＋周圍距離最近的Cl－有______個(gè)(上、下、左、右、前、后各1個(gè))，構(gòu)成正八面體，每個(gè)Cl－周圍距離最近的Na＋有______個(gè)，構(gòu)成正八面體，由此可推知晶體的化學(xué)式為_______________?；卮鹣铝袉栴}：
①每個(gè)Na＋(Cl－)周圍距離相等且最近的Na＋(Cl－)是_________個(gè)。②每個(gè)晶胞中實(shí)際擁有的Na＋數(shù)是______個(gè)，Cl－數(shù)是______個(gè)。③若晶胞參數(shù)為a pm，則氯化鈉晶體的密度為__________g·cm－3。
(2)CsCl晶胞CsCl晶胞如圖所示，每個(gè)Cs＋周圍距離最近的Cl－有______個(gè)，每個(gè)Cl－周圍距離最近的Cs＋有______個(gè)，它們均構(gòu)成正六面體，由此可推知晶體的化學(xué)式為_______________?；卮鹣铝袉栴}：①每個(gè)Cs＋(Cl－)周圍距離最近的Cs＋(Cl－)有______個(gè)，構(gòu)成_______________。②每個(gè)晶胞中實(shí)際擁有的Cs＋有______個(gè)，Cl－有______個(gè)。③若晶胞參數(shù)為a pm，則氯化銫晶體的密度為__________g·cm－3。
1.離子晶體中一定含有金屬元素。(　 　)2．由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體。(　 　)3．有些離子晶體中除含離子鍵外還存在共價(jià)鍵。(　 　)4．離子晶體的熔點(diǎn)一定低于共價(jià)晶體的熔點(diǎn)。(　 　)5．離子晶體受熱熔化，破壞化學(xué)鍵，吸收能量，屬于化學(xué)變化。(　 　)6．某些離子晶體受熱失去結(jié)晶水，屬于物理變化。(　 　)
1.含金屬陽離子的晶體一定是離子晶體嗎？提示：不一定。也可能是金屬晶體。2．含有陰離子的晶體一定含有金屬離子嗎？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。3．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(gè)數(shù)比，為化學(xué)式。
4．NaCl的熔點(diǎn)為801 ℃，CsCl的熔點(diǎn)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(qiáng)于CsCl中的離子鍵，所以NaCl的熔點(diǎn)高于CsCl的熔點(diǎn)。
1.下列敘述正確的是(　 　)A．離子鍵只有飽和性沒有方向性B．離子化合物中只含有離子鍵C．離子鍵的強(qiáng)弱可用離子半徑和所帶的電荷來衡量D．離子鍵就是離子間的吸引作用
解析：離子鍵是帶相反電荷的離子之間的相互作用，它是一種靜電作用，沒有方向性和飽和性，A錯(cuò)誤；離子化合物也可含有共價(jià)鍵，如氫氧化鈉中含H—O共價(jià)鍵，B錯(cuò)誤；離子鍵的強(qiáng)弱可以用離子半徑以及所帶的電荷來衡量，離子半徑越小，所帶電荷越多，離子鍵越強(qiáng)，C正確；離子鍵不僅僅是吸引作用也有排斥作用，D錯(cuò)誤。故選C。
2．下列有關(guān)離子晶體的說法正確的是(　 　)A．離子晶體中一定含有金屬元素，含有金屬元素的化合物一定是離子晶體B．離子鍵只存在于離子晶體中，離子晶體中一定含有離子鍵C．離子晶體中不可能含有共價(jià)鍵D．離子晶體受熱熔化破壞化學(xué)鍵，吸收熱量，屬于化學(xué)變化
解析：離子晶體中不一定含有金屬元素，含有金屬元素的化合物不一定是離子晶體，A錯(cuò)誤；含有離子鍵的化合物一定是離子晶體，離子晶體中一定含有離子鍵，B正確；離子晶體中可能含有共價(jià)鍵，如過氧化鈉，C錯(cuò)誤；離子晶體受熱熔化時(shí)，雖然離子鍵被破壞，但沒有生成新的物質(zhì)，不屬于化學(xué)變化，如氯化鈉晶體熔化，D錯(cuò)誤。故選B。
3．離子晶體熔點(diǎn)的高低取決于晶體中陽離子與陰離子之間的靜電作用，靜電作用大則熔點(diǎn)高，靜電作用小則熔點(diǎn)低。試根據(jù)學(xué)過的知識，判斷KCl、NaCl、CaO、BaO四種晶體熔點(diǎn)的高低順序是(　 　)A．KCl>NaCl>BaO>CaOB．NaCl>KCl>CaO>BaOC．CaO>BaO>NaCl>KClD．CaO>BaO>KCl>NaCl解析：離子晶體中，離子鍵越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高，而離子所帶電荷數(shù)越多，半徑越小，離子鍵越強(qiáng)。Ca2＋、O2－、Ba2＋都帶2個(gè)電荷，Na＋、Cl－、K＋都帶1個(gè)電荷，r(Ca2＋)NaCl>KCl，故選C。
1．物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論推出：金屬鍵越強(qiáng)，其金屬的硬度越大，熔、沸點(diǎn)越高。且研究表明，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(qiáng)，由此判斷下列說法錯(cuò)誤的是(　 　)A．硬度：Mg＞AlB．熔、沸點(diǎn)：Mg＞CaC．硬度：Mg＞KD．熔、沸點(diǎn)：Ca＞K
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(jià)電子數(shù)Al＞Mg，離子半徑A13＋＜Mg2＋，所以金屬鍵Al＞Mg，故Al的硬度大于Mg，A錯(cuò)誤；Mg、Ca價(jià)電子數(shù)相同，Ca的電子層數(shù)多，離子半徑Ca2＋＞Mg2＋，所以金屬鍵Mg＞Ca，故熔點(diǎn)Mg＞Ca，B正確；離子半徑Mg2＋＜Na＋＜K＋，所以金屬鍵Mg＞K，故硬度Mg＞K，C正確；Ca、K位于同一周期，價(jià)電子數(shù)Ca＞K，離子半徑K＋＞Ca2＋，金屬鍵Ca＞K，故熔點(diǎn)Ca＞K，D正確。故選A。
2．下列敘述錯(cuò)誤的是(　 　)A．構(gòu)成金屬的粒子是金屬陽離子和自由電子B．金屬晶體內(nèi)部都有自由電子C．金屬晶體內(nèi)自由電子分布不均勻，專屬于某個(gè)特定的金屬離子D．同一類晶體間熔點(diǎn)(或沸點(diǎn))相差最大的是金屬晶體解析：金屬晶體是由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成的，A正確；金屬晶體是由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成的，則金屬晶體內(nèi)部都有自由電子，B正確；自由電子幾乎均勻分布在金屬晶體內(nèi)，不專屬于某一個(gè)或幾個(gè)特定的金屬離子，C錯(cuò)誤；由于金屬鍵的強(qiáng)度差別很大，不同金屬晶體的熔、沸點(diǎn)相差較大，D正確。故選C。
3．有關(guān)離子晶體的下列說法不正確的是(　 　)A．離子晶體在熔融狀態(tài)時(shí)都能導(dǎo)電B．離子晶體具有較高的熔、沸點(diǎn)，較大的硬度C．離子晶體中陰、陽離子個(gè)數(shù)比為11D．氯化鈉溶于水時(shí)離子鍵被破壞
解析：離子晶體在熔融狀態(tài)時(shí)含有自由離子，能導(dǎo)電，故A正確；由正、負(fù)離子或正、負(fù)離子基團(tuán)按一定比例通過離子鍵結(jié)合形成的晶體稱作離子晶體，離子晶體一般硬而脆，具有較高的熔沸點(diǎn)，故B正確；離子晶體如Na2O2晶體中陽離子為Na＋、陰離子為過氧根離子，所以Na2O2晶體中陰陽離子個(gè)數(shù)之比為12，故C錯(cuò)誤；NaCl溶于水時(shí)，NaCl在水分子作用下發(fā)生電離生成鈉離子、氯離子，所以離子鍵被破壞，故D正確。故選C。
4．已知某離子晶體的晶胞示意圖如圖所示，其摩爾質(zhì)量為M g/ml，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，晶體的密度為d g/cm3，下列說法中正確的是(　 　)
5．鐵有δ、γ、α三種同素異形體，如下圖所示，三種晶體在不同溫度下能發(fā)生轉(zhuǎn)化。下列說法不正確的是(　 　)
A．將鐵加熱到1 500 ℃分別急速冷卻和緩慢冷卻，得到的晶體類型相同B．α－Fe晶體中與每個(gè)鐵原子等距離且最近的鐵原子有6個(gè)C．若δ－Fe晶胞邊長為a cm，α－Fe晶胞邊長為b cm，則兩種晶體密度比為2b3a3D．δ－Fe晶體中與每個(gè)鐵原子等距離且最近的鐵原子有8個(gè)
6．金屬鎢晶體中晶胞的結(jié)構(gòu)模型如圖所示。它是一種體心立方結(jié)構(gòu)。實(shí)際測得金屬鎢的密度為ρ，鎢的相對原子質(zhì)量為M，假定鎢原子為等直徑的剛性球，請回答下列問題：
(1)每一個(gè)晶胞分?jǐn)偟絖_____個(gè)鎢原子。(2)晶胞的邊長a為_________。(3)鎢的原子半徑r為_______________(只有體對角線上的各個(gè)球才是彼此接觸的)。

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