高中化學(xué)人教版 (2019)選擇性必修2第三節(jié) 金屬晶體與離子晶體優(yōu)秀學(xué)案設(shè)計-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

1.知道金屬晶體的結(jié)構(gòu)特點，能辨識常見的金屬晶體，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)。
2.能借助金屬晶體模型說明金屬晶體中的粒子及粒子間的相互作用。
3.借助NaCl、CsCl的晶胞模型認識離子晶體的結(jié)構(gòu)特點，能辨識常見的離子晶體。
4.能說明離子鍵的形成，并能從微觀角度理解離子鍵對離子晶體性質(zhì)的影響，從宏觀角度解釋離子晶體性質(zhì)的差異，促進“宏觀辨識與微觀探析”化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。
重點：金屬晶體與離子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。
難點：金屬晶體與離子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。
1.金屬鍵
(1)概念：金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的相互作用稱為金屬鍵。
(2)本質(zhì)：金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子共用，從而把所有的金屬原子維系在一起，形成一種“巨分子”。
(3)描述金屬鍵本質(zhì)的最簡單理論是“電子氣理論”。
2.金屬晶體
(1)通過金屬陽離子與自由電子之間的較強作用形成的晶體，叫做金屬晶體，包括純金屬和合金。
(2)用電子氣理論解釋金屬的物理性質(zhì)
3.離子晶體
(1)定義：由陽離子和陰離子相互作用而形成的晶體。
(2)微粒間的作用力：離子鍵。
(3)離子晶體的性質(zhì)
1．判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。
(1)常溫下，金屬晶體都以晶體形式存在。( )
(2)金屬鍵在一定外力作用下，不因形變而消失。( )
(3)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。( )
(4)金屬晶體單指純金屬。( )
(5)金屬晶體都有很高的熔點和很大的硬度。( )
(6)能導(dǎo)電的物質(zhì)一定是金屬。( )
(7)離子晶體中一定含金屬陽離子。( )
(8)只要含有金屬陽離子的晶體就一定是離子晶體。( )
(9)離子晶體中只存在離子鍵，不可能存在其他化學(xué)鍵。( )
(10)某晶體溶于水后，可電離出自由移動的離子，該晶體一定是離子晶體。( )
(11)可通過某一晶體的離子鍵成分來判斷該晶體屬于離子晶體還是共價晶體。(
【答案】 (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)×(7)× (8)× (9)× (10)× (11)√
【解析】 (1)常溫下，汞為液態(tài)。
(4)金屬晶體除了純金屬還有大量合金。
(5)金屬晶體的熔點和硬度差別較大，如堿金屬晶體一般熔點都較低，硬度很小。
(6)石墨能導(dǎo)電卻屬于非金屬。
(7)離子晶體中不一定含金屬陽離子，如NH4Cl。
(8)含有金屬陽離子的晶體不一定是離子晶體，如金屬晶體。
(9)離子晶體中一定存在離子鍵，可能含共價鍵，如氯化銨晶體中既有離子鍵又有共價鍵。
(10)某些分子晶體溶于水也可電離出自由移動的離子，如HCl，熔融狀態(tài)能電離產(chǎn)生離子的化合物一定是離子晶體。
2．下列有關(guān)敘述正確的是( )
A．金屬晶體中含有陽離子和陰離子
B．金屬鍵越強，則該金屬的金屬性越強
C．金屬鎢的熔點高于金屬鈉的熔點，是因為鎢的金屬鍵比鈉的金屬鍵強
D．金屬導(dǎo)電的過程實質(zhì)上就是金屬鍵被破壞的過程，不能用“電子氣理論”來解釋
【答案】 C
【解析】金屬晶體由金屬離子和自由電子構(gòu)成，含有陽離子，但不含陰離子，A錯誤；金屬性的強弱與金屬鍵的強弱沒有直接關(guān)系，B錯誤；金屬晶體的金屬鍵越強，其熔點越高，C正確；組成金屬晶體的微粒為金屬離子和自由電子，在外加電場作用下電子可發(fā)生定向移動，故金屬能導(dǎo)電，能用“電子氣理論”來解釋，D錯誤。
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)電是因為金屬陽離子在外加電場作用下定向移動
B．金屬能導(dǎo)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(dǎo)
C．金屬具有延展性是因為在外力的作用下，金屬各原子層間會出現(xiàn)相對滑動，但自由電子可以起到潤滑的作用，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(dǎo)電是因為自由電子在外加電場作用下定向移動，A錯誤；金屬能導(dǎo)熱是因為自由電子在熱的作用下與金屬原子碰撞，從而發(fā)生熱的傳導(dǎo)，B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錯誤。
4．某新型“防盜玻璃”為多層結(jié)構(gòu)，每層中間嵌有極細的金屬線。當玻璃被擊碎時，與金屬線相連的警報系統(tǒng)就會立即報警。“防盜玻璃”能報警是利用了金屬的( )
A．延展性 B．導(dǎo)電性
C．彈性 D．導(dǎo)熱性
【答案】 B
考點1金屬鍵與金屬晶體
1.對金屬晶體的組成、性質(zhì)的正確理解
(1)金屬單質(zhì)和合金都屬于金屬晶體。
(2)金屬晶體中含有金屬陽離子，但沒有陰離子。
(3)金屬導(dǎo)電的微粒是自由電子，電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的微粒是自由移動的陽離子和陰離子；前者導(dǎo)電過程中不生成新物質(zhì)，為物理變化，后者導(dǎo)電過程中有新物質(zhì)生成，為化學(xué)變化。因而，兩者導(dǎo)電的本質(zhì)不同。
2.金屬晶體熔、沸點的比較
金屬晶體熔點變化差別較大。如汞在常溫下是液體，熔點很低(－38.9 ℃)，而鐵(1535 ℃)等金屬熔點很高。這是由于金屬陽離子與自由電子的靜電作用(金屬鍵)不同而造成的差別。
金屬晶體的熔、沸點高低和金屬鍵的強弱有關(guān)。金屬原子價電子數(shù)越多，離子半徑越小，金屬離子與自由電子的作用力就越強，晶體的熔、沸點就越高，反之越低。
例如：元素周期表中堿金屬單質(zhì)的熔、沸點從上到下逐漸降低——價電子數(shù)相同，離子半徑逐漸增大。
下列關(guān)于金屬鍵的敘述中，不正確的是( )
A．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子這兩種帶異性電荷的微粒間的強烈相互作用，其實質(zhì)與離子鍵類似，也是一種靜電作用
B．金屬鍵可以看作是許多原子共用許多電子所形成的強烈的相互作用，所以與共價鍵類似，也有方向性和飽和性
C．金屬鍵是帶異性電荷的金屬陽離子和自由電子間的相互作用，故金屬鍵無飽和性和方向性
D．構(gòu)成金屬鍵的自由電子在整個金屬內(nèi)部的三維空間中做自由運動
【答案】 B
【解析】從基本構(gòu)成微粒的性質(zhì)看，金屬鍵與離子鍵的實質(zhì)類似，都屬于靜電作用，特征都是無方向性和飽和性；自由電子是由金屬原子提供的，并且在整個金屬內(nèi)部的三維空間內(nèi)運動，為整個金屬的所有陽離子所共有，從這個角度看，金屬鍵與共價鍵有類似之處，但兩者又有明顯的不同，如金屬鍵無方向性和飽和性。
下列關(guān)于金屬性質(zhì)和原因的描述不正確的是( )
A．金屬一般具有銀白色光澤，是物理性質(zhì)，與金屬鍵沒有關(guān)系
B．金屬具有良好的導(dǎo)電性，是因為金屬晶體中共享了金屬原子的價電子，形成了“電子氣”，在外電場的作用下自由電子定向移動便形成了電流
C．金屬具有良好的導(dǎo)熱性能，是因為自由電子通過與金屬原子發(fā)生碰撞，傳遞了能量
D．Na、Mg、Al的沸點依次升高，是因為半徑依次減小，價電子數(shù)依次增多
【答案】 A
【解析】金屬中的自由電子吸收了可見光，又把各種波長的光大部分反射出來，因而金屬一般顯銀白色光澤
考點2離子晶體
1．離子晶體的結(jié)構(gòu)特點
(1)離子晶體微粒之間的作用力是離子鍵，由于離子鍵沒有方向性和飽和性，故離子晶體一般采取密堆積方式。
(2)離子晶體中存在的微粒是陽離子和陰離子，離子晶體的化學(xué)式只表示晶體中陰、陽離子的個數(shù)比，而不是表示其分子組成。
(3)離子晶體中，離子半徑越小，離子所帶電荷越多，離子鍵越強。
2．離子晶體的性質(zhì)
3.常見離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)
(1)NaCl型
如圖所示，每個Na＋周圍距離最近的Cl－是6個(上、下、左、右、前、后各1個，即配位數(shù)是6)，構(gòu)成正八面體；每個Cl－周圍距離最近的Na＋也是6個(即配位數(shù)是6)，構(gòu)成正八面體。由此可推知該晶體的化學(xué)式為NaCl。
每個Na＋周圍距離最近的Na＋是12個(上層4個，同層4個，下層4個)，每個Cl－周圍距離最近的Cl－也是12個。
每個晶胞中實際擁有的Na＋數(shù)是4，Cl－數(shù)是4。由此也可推知該晶體的化學(xué)式為NaCl。
(2)CsCl型
如圖所示，每個Cs＋周圍距離最近的Cl－是8個(即配位數(shù)是8)，構(gòu)成正六面體；每個Cl－周圍距離最近的Cs＋也是8個(即配位數(shù)是8)，構(gòu)成正六面體。由此可推知該晶體的化學(xué)式為CsCl。
每個Cs＋周圍距離最近的Cs＋是6個(上、下、左、右、前、后各1個)，構(gòu)成正八面體；每個Cl－周圍距離最近的Cl－也是6個，構(gòu)成正八面體。
每個晶胞中實際擁有的Cs＋數(shù)是1，Cl－數(shù)是1。由此也可推知該晶體的化學(xué)式為CsCl。
(3)CaF2型
如圖所示，每個Ca2＋周圍距離最近的F－是8個(即配位數(shù)是8)，構(gòu)成正六面體；每個F－周圍距離最近的Ca2＋是4個(即配位數(shù)是4)，構(gòu)成正四面體。由此可推知該晶體的化學(xué)式為CaF2。
每個Ca2＋周圍距離最近的Ca2＋是12個(上層4個，同層4個，下層4個)；每個F－周圍距離最近的F－是6個(上、下、左、右、前、后各1個)。
每個晶胞中實際擁有的Ca2＋數(shù)是4，F(xiàn)－數(shù)是8。由此也可推知該晶體的化學(xué)式為CaF2。
下列描述符合離子晶體性質(zhì)的是( )
A．熔點1070 ℃，易溶于水，水溶液能導(dǎo)電
B．熔點10.31 ℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電
C．能溶于CS2，熔點112.8 ℃，沸點444.6 ℃
D．熔點97.81 ℃，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度0.97 g·cm－3
【答案】 A
【解析】離子晶體在液態(tài)(即熔融態(tài))時能導(dǎo)電，所以B項描述的不是離子晶體的性質(zhì)；CS2是非極性溶劑，根據(jù)“相似相溶”規(guī)律知，C項描述的應(yīng)是非極性分子晶體的性質(zhì)；由于離子晶體質(zhì)硬易碎，且固態(tài)不導(dǎo)電，所以D項描述的不是離子晶體的性質(zhì)。
如圖為NaCl和CsCl的晶體結(jié)構(gòu)，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8
D．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(gòu)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(jié)合題圖可知，NaCl晶體中鈉離子的配位數(shù)為6，CsCl晶體中銫離子的配位數(shù)為8，故C正確；NaCl和CsCl都屬于AB型的離子晶體，但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。
一、選擇題(每小題只有1個選項符合題意)
1.下列有關(guān)金屬元素特征的敘述正確的是( )
A．金屬元素的原子只有還原性，離子只有氧化性
B．一般情況下，金屬元素在化合物中顯正價
C．金屬元素在不同的化合物中的化合價均不同
D．金屬元素的單質(zhì)在常溫常壓下均為金屬晶體
【答案】 B
【解析】 A項，對于變價金屬，較低價態(tài)的金屬離子既有氧化性，又有還原性，如Fe2＋；C項，有的金屬元素只有一種正化合價，如Mg；D項，金屬汞在常溫常壓下為液體。
2.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)時都能導(dǎo)電
B．離子晶體具有較高的熔、沸點，較大的硬度
C．離子晶體中陰、陽離子個數(shù)比為1∶1
D．氯化鈉溶于水時離子鍵被破壞
【答案】 C
3.銀是導(dǎo)電性最好的金屬材料，銀能導(dǎo)電的原因是( )
A．金屬銀晶體中銀離子與自由電子間的相互作用力較大
B．銀晶體中的自由電子在外加電場的作用下可發(fā)生定向移動
C．銀晶體中的銀離子在外加電場的作用下可發(fā)生定向移動
D．銀晶體在外加電場作用下可失去電子
【答案】 B
【解析】組成金屬晶體的微粒為金屬離子和自由電子，在外加電場的作用下自由電子可發(fā)生定向移動，故金屬能導(dǎo)電，B正確。
4.下列關(guān)于金屬鍵或金屬的性質(zhì)說法正確的是( )
①金屬的導(dǎo)電性是由金屬陽離子和自由電子的定向移動實現(xiàn)的 ②金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電吸引作用 ③第三周期金屬元素Na、Mg、Al的沸點依次升高 ④金屬鍵沒有方向性和飽和性，金屬中的電子在整個三維空間運動，屬于整個金屬
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
【答案】 C
5.氟在自然界中常以CaF2的形式存在。下列關(guān)于CaF2的表述正確的是( )
A．CaF2中的化學(xué)鍵為離子鍵，因此CaF2在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電
B．F－的半徑小于Cl－，則CaF2的熔點低于CaCl2
C．陰、陽離子數(shù)目之比為2∶1的物質(zhì)，均與CaF2晶體結(jié)構(gòu)相同
D．Ca2＋與F－間只存在靜電吸引
【答案】 A
【解析】 F－的半徑小于Cl－，則CaF2的離子鍵強度大于CaCl2，CaF2的熔點高于CaCl2，故B錯誤；陰、陽離子數(shù)目之比為2∶1的物質(zhì)與CaF2晶體結(jié)構(gòu)可能相同，也可能不同，故C錯誤；Ca2＋與F－間既存在靜電吸引，又存在電子與電子、原子核與原子核之間的同性電荷產(chǎn)生的排斥力，故D錯誤。
6.下列敘述正確的是( )
A．金屬受外力作用時常常發(fā)生變形而不易折斷，這是由于金屬原子之間有較強的作用
B．通常情況下，金屬里的自由電子會發(fā)生定向移動而形成電流
C．金屬導(dǎo)熱是借助自由電子的運動，把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分
D．金屬的導(dǎo)電性隨溫度的升高而減弱
【答案】 D
【解析】金屬受外力作用時常常發(fā)生變形而不易折斷，這是因為金屬晶體中各原子層會發(fā)生相對滑動，故A錯誤；金屬里的自由電子在外加電場作用下才能發(fā)生定向移動而形成電流，故B錯誤；金屬導(dǎo)熱是自由電子在熱的作用下與金屬原子碰撞將能量進行傳遞，故C錯誤。
7.利用反應(yīng)CCl4＋4Naeq \(=====,\s\up10(973 K),\s\d8(催化劑))C(金剛石)＋4NaCl可實現(xiàn)人工合成金剛石。下列有關(guān)說法錯誤的是( )
A．C(金剛石)具有很高的熔、沸點
B．該反應(yīng)利用了Na的強還原性
C．CCl4和C(金剛石)中C的雜化方式不同
D．Na屬于金屬晶體
【答案】 C
【解析】 CCl4和C(金剛石)中的C原子的價層電子對數(shù)都是4，根據(jù)價層電子對互斥模型知CCl4和C(金剛石)中C的雜化方式都是sp3，故C錯誤。
8.氯化鈉晶胞的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。已知氯化鈉的密度為ρ g·cm－3，摩爾質(zhì)量為M g·ml－1，阿伏加德羅常數(shù)為NA ml－1，則在氯化鈉晶胞中Na＋和Cl－的最小間距大約是( )
A.eq \r(3,\f(2M,ρNA)) cm B.eq \r(3,\f(M,2ρNA)) cm
C.eq \r(3,\f(2NA,ρM)) cm D.eq \r(3,\f(M,8ρNA)) cm
【答案】 B
【解析】 1個氯化鈉晶胞中含有4個Na＋和4個Cl－，每個晶胞的體積為eq \f(M,ρNA)×4 cm3，設(shè)氯化鈉晶胞中Na＋和Cl－的最小間距為x cm，所以可得(2x)3＝eq \f(M,ρNA)×4，解得x＝eq \r(3,\f(M,2ρNA))，即在氯化鈉晶胞中Na＋和Cl－的最小間距大約是eq \r(3,\f(M,2ρNA)) cm。
9.下列關(guān)于金屬晶體的敘述中，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)或熔融態(tài)能導(dǎo)電，熔點在1000 ℃左右的晶體可能為金屬晶體
C．Li、Na、Mg的熔點逐漸升高
D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好
【答案】 B
【解析】 A項，用鉑金做首飾用到了金屬晶體的延展性，能用金屬鍵理論解釋，錯誤。C項，一般來說，金屬晶體熔點高低與金屬鍵的強弱有關(guān)，金屬鍵的強弱與金屬陽離子所帶電荷數(shù)和金屬離子半徑有關(guān)，所帶電荷數(shù)越多，金屬鍵越強，金屬離子半徑越小，金屬鍵越強，金屬鍵：Li>Na，則熔點：Li>Na，錯誤。D項，金屬的導(dǎo)電性隨溫度的升高而減弱，溫度越高，其導(dǎo)電性越差，錯誤。
10.下列有關(guān)Na、Mg、Al三種金屬元素的說法中正確的是( )
A．金屬鍵由強到弱的順序為Na>Mg>Al
B．金屬性由強到弱的順序為Na>Mg>Al
C．第一電離能由小到大的順序為Na

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