第2节 几种简单的晶体结构模型第1课时 金属晶体 离子晶体必备知识·素养奠基一、金属晶体1.概念金属原子通过_______形成的晶体称为金属晶体。2.特点金属键没有_____性和方向性,金属晶体可以看作是_________的堆积。金属键饱和等径圆球3.金属晶体的结构【巧判断】(1)含有阳离子的晶体中就一定含有阴离子。( )提示:×。金属由金属阳离子和电子构成,没有阴离子。(2)金属晶体绝大多数采用密堆积方式。( )提示:√。由于金属键没有饱和性和方向性,金属原子能从各个方向相互靠近,彼此相切,紧密堆积成晶体,密堆积能充分利用空间,使晶体能量降低。4.物理通性(1)通性:金属晶体具有金属光泽,有良好的_____、_____和_______。(2)原因:金属键在整个_____内部起作用。在锻压或锤打时,密堆积层的金属原子之间比较容易产生相对的_____,这种滑动不会破坏密堆积的排列方式,而且在滑动过程中“_________”可以维系整个金属键的存在,因此金属之间虽然发生形变但不断裂。延性展性可塑性晶体自由电子滑动【微思考】(1)金属在发生变形延展时,金属键断裂吗?提示:不断裂。(2)金属在通常状况下都是晶体吗?金属晶体的性质与哪些因素有关?提示:不是,如汞。金属键和金属原子的堆积方式决定金属的性质。二、离子晶体1.概念阴、阳离子通过_____键结合,在空间呈现有规律的排列而形成的晶体。离子2.晶体类型3.晶格能(1)概念:将1mol离子晶体中的阴、阳离子完全_____而远离所吸收的能量。(2)意义:衡量离子键的强弱。晶格能越大,
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示离子键越___,离子晶体越_____。(3)影响因素:①晶格能与阴、阳离子所带_____以及阴、阳离子间的_____有关。②与离子晶体的_________有关。气化强稳定电荷距离结构类型4.特性(1)_____、_____较高,而且随着离子电荷的增加,离子间距的缩短,_______增大,熔点升高。(2)一般___溶于水,而难溶于_______溶剂。(3)在固态时不导电,_____状态或在_______中能导电。熔点沸点晶格能易非极性熔融水溶液【微思考】火山喷出的岩浆中含有多种硫化物,冷却时ZnS比HgS先析出?提示:二者均为离子晶体,ZnS晶格能大于HgS,因此ZnS先析出。关键能力·素养形成
知识点
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一 金属晶体的性质【重点释疑】1.金属物理通性的解释2.金属晶体熔点的影响因素同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷决定,阳离子半径越小,所带电荷越多,相互作用力就越强,熔点就越高。例如熔点:Li>Na>K>Rb>Cs,Na
Na>K>Rb>Cs,Na
案例
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示范】【典例】(2020·武汉高二检测)下列有关金属的说法正确的是( )A.金属原子的核外电子在金属中都是自由电子B.金属不透明且具有金属光泽与自由电子有关C.金属原子在化学变化中失去的电子数越多,其还原性越强D.金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动【解
题
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指南】解答本题应注意以下两点:(1)金属键的成键微粒是金属原子和自由电子;(2)金属的还原性是指金属失电子的能力,它与金属失电子的个数无关。【解析】选B。A中金属原子脱落下来的电子是自由电子,其导电的实质是自由电子的定向移动,故A、D错。C中金属原子失电子越容易,还原性越强,其还原性的强弱与失去电子的数目多少无关,故C错。金属中自由电子能够吸收所有频率的光并很快放出,使得金属不透明且具有金属光泽,故B正确。【误区警示】金属键与金属晶体的易错点(1)金属晶体的组成决定了晶体中只有阳离子没有阴离子。(2)金属晶体受到挤压或者拉伸的时候金属原子发生滑动但是金属键并没有受到破坏。【迁移·应用】1.(2020·东莞高二检测)判断下列各组金属熔沸点高低顺序,其中正确的是( )A.Mg>Al>Ca B.Al>Na>LiC.Al>Mg>CaD.Mg>Ba>Al【解析】选C。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。2.(2020·九江高二检测)金属钠晶体的晶胞如下,晶胞的棱长为a。假定金属钠原子为等径的刚性球,且晶胞中处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r为( )A. B. C. D.2a【解析】选B。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=。【补偿训练】(2020·徽州高二检测)下列物质的熔点依次升高的是( )A.Mg、Na、K B.Na、Mg、AlC.Na、Rb、CaD.铝、铝硅合金【解析】选B。A项中K+、Na+、Mg2+的半径依次减小,Mg2+的电荷数比K+、Na+的大,故各物质熔点的顺序为KMgO;NaCl>CsCl等。(2)对于离子晶体的熔、沸点,要注意“一般来说”和“较高”等字词。“一般来说”说明离子晶体的熔、沸点还有些特例;“较高”是与其他晶体类型比较的结果。(3)离子晶体的一些特殊物理性质可用于确定晶体类型。如在固态时不导电,在熔融状态下能导电的晶体一定是离子晶体。(4)离子晶体导电的前提是先电离出自由移动的阴、阳离子。难溶于水的强电解质如BaSO4、CaCO3等溶于水时,由于浓度极小,故导电性极弱。通常情况下,认为它们的水溶液不导电。【易错提醒】(1)因为离子晶体中没有分子,离子晶体的化学式仅表示晶体中阴阳离子的个数比,并不代表其分子组成。(2)推断离子晶体的性质要从离子键的强弱入手,而判断离子键的强弱一般要从离子半径入手,所以掌握离子半径的比较方法是解决这类问题的前提条件。(3)离子晶体中不一定含有金属阳离子,如NH4Cl为离子晶体,不含有金属阳离子,但一定含有阴离子。(4)离子键被破坏的过程不一定是化学反应,如食盐熔化破坏离子键,析出食盐晶体形成化学键,都不是化学反应。【思考·讨论】(1)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。(2)在熔融状态下能导电的化合物形成的晶体一定是离子晶体吗?提示:一定是离子晶体。只有金属单质和离子化合物在熔融状态导电。【案例示范】【典例】(2020·长沙高二检测)下列说法中正确的是( )A.固态能导电的晶体一定是金属晶体B.固态不能导电,水溶液能导电的晶体一定是离子晶体C.熔融状态能导电的晶体一定是离子晶体D.固态不导电而熔融态能导电的晶体一定是离子晶体【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)离子晶体的特点;(2)离子晶体的性质。【解析】选D。固态时能导电的晶体不一定是金属晶体,如硅和石墨等不是金属晶体,A不正确;固态不能导电,水溶液能导电的晶体不一定是离子晶体,如P2O5等不是离子晶体,B不正确;金属熔融状态也能导电,C不正确;离子晶体是阴、阳离子组成的,固态时阴、阳离子不能自由移动,不导电,熔融状态时电离出自由移动的离子而导电。【规律方法】离子晶体的判断方法(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。(2)依据物质类别判断。活泼金属氧化物、强碱和绝大多数盐类是离子晶体。(3)依据导电性判断。离子晶体溶于水和熔融状态下均导电。(4)依据熔、沸点和溶解性判断。离子晶体熔、沸点较高,多数能溶于水,难溶于有机溶剂。【迁移·应用】1.(2020·浏阳高二检测)一种金属晶体与一种离子晶体相比较,正确的是( )A.金属晶体一定比离子晶体微粒堆积更密集B.金属晶体一定比离子晶体硬度大C.金属晶体一定比离子晶体熔点高D.金属晶体固态时一定能导电,但离子晶体不能【解析】选D。一般来说,金属晶体和离子晶体的微粒堆积方式均为密堆积,但具体到某一种金属晶体或离子晶体,就很难说谁的微粒堆积更密集了。离子晶体的熔点和硬度普遍较高;金属晶体的熔点和硬度有的很高,也有的很低。金属晶体都有导电性,离子晶体熔融态时都能导电,固态时不导电。2.离子晶体熔点的高低取决于阴、阳离子之间的核间距离和晶格能的大小,根据所学知识判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序是( )A.KCl>NaCl>BaO>CaO B.NaCl>KCl>CaO>BaOC.CaO>BaO>KCl>NaClD.CaO>BaO>NaCl>KCl【解析】选D。对于离子晶体来说,离子所带电荷数越多,阴、阳离子间的核间距离越小,晶格能越大,离子键越强,熔点越高。阳离子半径大小顺序为Ba2+>K+>Ca2+>Na+,阴离子半径:Cl->O2-,比较可得只有D项正确。【补偿训练】1.氯化铯晶体具有立方体结构,如图所示,立方体中的圆圈是Cs+或Cl-所处位置,在该晶体中,每个Cs+周围与它最接近的且距离相等的Cs+的个数共有( )A.6个 B.8个 C.12个 D.16个【解析】选A。根据氯化铯的晶体结构可以看出每个Cs+的正上、正下、左、右、前、后各有一个Cs+与之等距离且最近,故每个Cs+周围与它最接近的且距离相等的Cs+共有6个。2.(2020·武汉高二检测)已知金属钠能与两种卤族元素形成化合物Q、P,它们的晶格能分别为923kJ·mol-1、786kJ·mol-1,下列有关说法中不正确的是( )A.Q的熔点比P的高B.若P是NaCl,则Q一定是NaFC.Q中成键离子核间距较小D.若P是NaCl,则Q可能是NaBr【解析】选D。本题主要涉及晶格能的大小与物质性质及影响晶格能大小的内部因素之间的关系问题,解答时应从晶格能的大小对物质性质的影响以及影响晶格能大小的因素等角度进行分析。Q的晶格能大于P的晶格能,故Q的熔点比P高,A项正确;因F-的半径比Cl-的小(其他卤素离子的半径比Cl-的大),故NaF的晶格能大于NaCl的,故B项正确,D项错误;因Q、P中成键离子均为一价离子,电荷数相同,故晶格能的差异是由成键离子核间距决定的,晶格能越大,表明核间距越小,C项正确。【素养提升】超氧化钾又称为“化学氧自救器”,主要用于煤矿井下救急。它能够和人呼出的二氧化碳接触产生氧气,此反应的化学方程式为4KO2+2CO2====2K2CO3+3O2。高温下,超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价可看作部分为0价,部分为-2价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中基本的重复单元)。据此回答:(1)该晶胞的晶胞类型是什么?提示:根据题给信息,该晶胞是面心立方晶胞。(2)在该超氧化钾的晶胞中含有的K+和的个数是多少?晶胞中与每个K+距离最近的有几个?提示:作为面心立方晶胞,每个晶胞中含有4(即)个K+,4(即1+×12)个,晶胞中与每个K+距离最近的有6个。(3)超氧化钾晶体中含有的化学键类型有哪些?提示:超氧化钾晶体(KO2)是离子化合物,阴、阳离子分别为、K+,晶体中K+与以离子键相结合,中O—O键为共价键。【课堂回眸】课堂检测·素养达标1.(2020·惠州高二检测)金属的下列性质中,与自由电子无关的是( )A.密度大小 B.容易导电 C.延展性好 D.易导热【解析】选A。密度大小与自由电子无关,A符合题意;容易导电,是由于自由电子的定向移动形成电流,B不符合题意;金属发生形变时自由电子仍然可以在金属离子之间流动,使金属键不会断裂,C不符合题意;金属内自由电子和金属阳离子发生碰撞,所以易导热,D不符合题意。2.下列关于晶格能的叙述中正确的是( )A.晶格能是气态原子形成1mol离子晶体所释放的能量B.晶格能仅与形成晶体的离子半径有关C.晶格能是指相邻的离子间的静电作用D.晶格能越大的离子晶体,其熔点越高、硬度越大【解析】选D。晶格能是将1mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量,晶格能与离子所带电荷的多少成正比,与阴、阳离子核间距离成反比。晶格能越大,晶体的熔、沸点越高,硬度也越大,所以D项正确。3.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断正确的是( )A.该晶体属于分子晶体B.该晶胞中Zn2+和S2-数目不相等C.阳离子的配位数为6D.氧化锌的晶格能大于硫化锌【解析】选D。A项,该晶体属于离子晶体;B项,从晶胞图分析,属于该晶胞的Zn2+数目为8×+6×=4,S2-数目也为4,所以化合物中Zn2+与S2-个数之比为1∶1,Zn2+与S2-的数目相等;C项,在ZnS晶胞中,Zn2+的配位数为4;D项,ZnO和ZnS中,O2-半径小于S2-,所带的电荷数又相等,所以ZnO的晶格能大于ZnS。4.(2020·三明高二检测)碱金属和卤素形成的化合物大多具有的性质是( )①固态时不导电,熔融状态导电 ②能溶于水,其水溶液导电 ③低熔点 ④高沸点 ⑤易升华A.①②③ B.①②④ C.①④⑤ D.②③④【解析】选B。卤素与碱金属形成的化合物大多为典型的离子化合物,具备离子晶体的性质。5.金属晶体熔、沸点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相关。由此判断下列说法正确的是( )A.金属镁的硬度大于金属铝B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐增大C.金属镁的熔点大于金属钠D.金属镁的硬度小于金属钙【解析】选C。镁离子比铝离子的半径大,而所带的电荷少,所以金属镁比金属铝的金属键弱,熔、沸点和硬度都小;从Li到Cs,离子的半径逐渐增大,金属键逐渐减弱,熔、沸点和硬度都逐渐减小;金属镁离子比金属钠离子的半径小而所带电荷多,金属键强,所以金属镁比金属钠的熔、沸点和硬度都大;镁离子比钙离子的半径小,金属键强,所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬度都大。6.A、B、C、D分别代表四种不同的短周期元素。A元素的原子最外层电子排布为ns1,B元素的原子价电子排布为ns2np2,C元素的最外层电子数是其电子层数的3倍,D元素原子的M电子层的p轨道中有1个电子。(1)C原子的电子排布式为___________________________, 若A元素的原子最外层电子排布为1s1,则按原子轨道的重叠方式,A与C形成的化合物中的共价键属于________键。 (2)当n=2时,B的原子结构示意图为________,B与C形成的化合物微粒间的作用力为________。当n=3时,B与C形成的化合物的晶体中微粒间的作用力是________________。 (3)若D元素与Fe形成某种晶体,该晶体的晶胞结构如图所示,则晶体的化学式是________(用元素符号表示);若晶胞的边长为anm,则合金的密度为________g·cm-3。 【解析】A元素位于第ⅠA族,B元素位于第ⅣA族,C元素为氧,D元素为铝。(1)氧原子和氢原子形成的键为σ键。(2)n=2,B元素为碳元素,与氧元素形成二氧化碳,分子间是范德华力;n=3,B元素为硅元素,与氧元素形成二氧化硅,内部存在共价键。(3)根据Al与Fe形成的某种合金晶体的晶胞结构,晶体中Al与Fe的原子个数比=,因此晶体的化学式是AlFe2;合金的密度为
答案
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:(1)1s22s22p4 σ(2) 范德华力 共价键(或极性共价键)(3)AlFe2 
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