3.3.1金属晶体与离子晶体学案高二化学人教版选择性必修2

3.3.1金属晶体与离子晶体——高二化学人教版（2019）选修二课堂速测一、金属键与金属晶体1．金属键(1)概念：“电子气理论”把金属键描述为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。(2)成键粒子是金属阳离子和自由电子。(3)金属键的强弱和对金属性质的影响①金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子数。原子半径越大、价电子数越少，金属键越弱；反之，金属键越强。②金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。如：熔点最高的金属是钨，硬度最大的金属是铬。特别提醒金属键没有方向性和饱和性。2．金属晶体(1)在金属晶体中，原子间以金属键相结合。(2)金属晶体的性质：优良的导电性、导热性和延展性。二、离子晶体1．离子键及其影响因素(1)概念：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。(2)影响因素：离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强。特别提醒离子键没有方向性和饱和性。2．离子晶体及其物理性质(1)概念：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。(2)离子晶体的性质①熔、沸点较高，硬度较大。②离子晶体不导电，但熔化或溶于水后能导电。③大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。3．常见离子晶体的结构(1)NaCl晶胞NaCl晶胞如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－有6个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体，每个Cl－周围距离最近的Na＋有6个，构成正八面体，由此可推知晶体的化学式为NaCl。回答下列问题：①每个Na＋(Cl－)周围距离相等且最近的Na＋(Cl－)是12个。②每个晶胞中实际拥有的Na＋数是4个，Cl－数是4个。③若晶胞参数为apm，则氯化钠晶体的密度为eq\f(234,NA·a3×10－30)g·cm－3。(2)CsCl晶胞CsCl晶胞如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－有8个，每个Cl－周围距离最近的Cs＋有8个，它们均构成正六面体，由此可推知晶体的化学式为CsCl。回答下列问题：①每个Cs＋(Cl－)周围距离最近的Cs＋(Cl－)有6个，构成正八面体。②每个晶胞中实际拥有的Cs＋有1个，Cl－有1个。③若晶胞参数为apm，则氯化铯晶体的密度为eq\f(168.5,NA·a3×10－30)g·cm－3。三、过渡晶体与混合型晶体1．过渡晶体(1)四类典型晶体是分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体。(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。离子键成分的百分数大，作为离子晶体处理，离子键成分的百分数小，作为共价晶体处理。(3)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七种氧化物中从左到右，离子键成分的百分数越来越小，其中作为离子晶体处理的是Na2O、MgO；作为共价晶体处理的是Al2O3、SiO2；作为分子晶体处理的是P2O5、SO3、Cl2O7。2．混合型晶体——石墨(1)结构特点——层状结构①同层内，碳原子采用sp2杂化，以共价键相结合形成平面六元并环结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。②层与层之间以范德华力相结合。(2)晶体类型石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合型晶体。(3)物理性质：①导电性，②导热性，③润滑性。四、晶体类型的比较1．四种晶体的比较晶体分子晶体离子晶体金属晶体共价晶体构成微粒分子阴、阳离子金属离子、自由电子原子微粒间作用力范德华力(少数有氢键)离子键金属键共价键性质熔、沸点较低较高一般较高很高硬度小略硬而脆一般较大很大溶解性相似相溶多数溶于水不溶，有些与水反应不溶机械加工性能不良不良良好不良导电性固态、液态均不导电，部分溶于水时导电固态时不导电，熔融时导电，能溶于水的溶于水时导电固态、熔融态时导电大部分固态、熔融时都不导电作用力大小规律组成和结构相似的分子，相对分子质量大的范德华力大离子所带电荷数多、半径小的离子键强金属原子的价电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强共价键键长短(电子云重叠多)、原子半径小的共价键稳定2.晶体类型的判断方法(1)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用判断分子间通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体；由原子通过共价键形成的晶体属于共价晶体；由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。(2)依据物质的分类判断①活泼金属的氧化物(如Na2O、MgO等)、强碱[如KOH、Ba(OH)2等]和绝大多数的盐类是离子晶体。②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硼、晶体硅等外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼、晶体硅等；常见的共价晶体化合物有碳化硅、SiO2等。④金属单质(除汞外)与合金均属于金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断离子晶体的熔点较高，常在数百至几千摄氏度；共价晶体的熔点高，常在一千至几千摄氏度；分子晶体的熔点较低，常在数百摄氏度以下至很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有熔点相当低的。(4)依据导电性判断离子晶体在水溶液中和熔融状态下都导电；共价晶体一般为非导体，但晶体硅能导电；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子，也能导电；金属晶体是电的良导体。(5)依据硬度和机械性能判断离子晶体硬度较大或略硬而脆；共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，但也有硬度较小的，且具有延展性。【针对训练】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.金属键中的自由电子属于整块金属D.金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关2.金属晶体的形成是因为晶体中存在()。A.金属离子间的相互作用 B.金属原子间的相互作用C.金属离子与自由电子间的相互作用 D.自由电子间的相互作用3.关于晶体的下列说法中，正确的是()。A.共价晶体中可能含有离子键B.离子晶体中可能含有共价键C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键D.任何晶体中，若含有阳离子就一定有阴离子4.下列叙述中正确的是()A.金属在通常情况下都是固体B.金属晶体中有阳离子，但没有阴离子C.Mg晶体中1个跟2个价电子有较强的作用D.金属晶体发生形变时，其内部金属离子与自由电子相互作用不再存在5.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6.关于金属性质和原因的描述不正确的是()A.金属具有金属光泽是因为金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光大部分反射出来B.金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动形成电流C.金属具有良好的导热性能，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，自由电子通过与金属原子发生碰撞，传递能量D.金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以通过破坏金属键以达到相对滑动7.下列物质中，含有极性共价键的离子晶体是()。A.NaCl B. C. D.NaOH8.铜和氧形成的一种离子化合物的晶体结构如图，则铜离子的电荷数为_______。9.如图所示，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中或所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。（1）请将其中代表的圆圈涂黑（不必考虑离子体积大小），以完成NaCl晶体的晶胞结构示意图。（2）晶体中，在每个的周围与它最近且距离相等的共有________个。（3）在NaCl晶胞的顶点上、面上、棱上的或为该晶胞和与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中的个数等于________，即________（填计算式）；的个数等于________，即________（填计算式）。（4）设NaCl的摩尔质量为，食盐晶体的密度为，阿伏加德罗常数的值为。则食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为______cm。10.回答下列问题：（1）石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成，如图甲所示，图中用虚线标出了石墨的一个晶胞。该晶胞中含有的碳原子数为________。（2）石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，如图乙所示。1mol石墨烯中含有的六元环个数为________，下列有关石墨烯的说法正确的是________（填序号）。a.晶体中碳原子间全部是碳碳单键b.石墨烯中所有碳原子处于同一个平面内c.从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力

答案以及解析1.答案：B解析：金属键是金属阳离子和自由电子之间的强的相互作用，自由电子为整个金属的所有阳离子所共有，所以金属键没有方向性和饱和性，而共价键有方向性和饱和性，A正确。金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈静电作用，既包括吸引作用也包括排斥作用，B错误。自由电子在金属中自由运动，为整个金属的所有阳离子所共有，C正确。金属晶体中的金属键决定了金属的性质和金属固体的形成，D正确。2.答案：C解析：A.金属晶体中存在金属离子和自由电子，金属离子和自由电子之间存在较强烈的相互作用叫做金属键，因此金属晶体形成是由于金属离子与自由电子形成的金属键，故A错误；B.金属晶体中存在金属离子和自由电子，金属离子和自由电子之间存在较强烈的相互作用叫做金属键，因此金属晶体形成是由于金属离子与自由电子形成的金属键，故B错误C.金属晶体中存在金属离子和自由电子，金属离子和自由电子之间存在较强烈的相互作用叫做金属键，因此金属晶体形成是由于金属离子与自由电子形成的金属键，故C正确；D.金属晶体中存在金属离子和自由电子，金属离子和自由电子之间存在较强烈的相互作用叫做金属键，因此金属晶体形成是由于金属离子与自由电子形成的金属键，故D错误；故答案：C。3.答案：B解析：共价晶体是原子通过共价键相结合形成的，不存在离子键，A错误；离子晶体中一定含离子键，可能含有共价键，如NaOH晶体等，B正确，C错误；晶体中含有阳离子，但不一定含有阴离子，如金属晶体中含金属阳离子和自由电子，不含阴离子，D错误。4.答案：B解析：金属在常温下一般都是固体，但汞在常温下为液态，A错误；金属晶体的构成粒子是金属离子和自由电子，所以金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，B正确；金属晶体中的金属阳离子在其电场力能“涉及”的条件下，与自由电子都有静电作用，“释出”的价电子不再属于某个金属离子，C错误；金属虽然发生形变，各层之间发生了相对滑动，但不致断裂，就是因为金属离子与自由电子之间的较强作用仍然存在，D错误。5.答案：B解析：金属晶体由金属阳离子和自由电子构成，在外加电场作用下，自由电子可发生定向移动而导电。6.答案：D解析：本题考查金属晶体的结构及性质。金属具有金属光泽是由于金属中的自由电子吸收可见光，并把大部分光再反射出来，A项正确；金属内部有自由电子，在外电场作用下电子定向移动形成电流，B项正确；金属中自由电子受热后运动速率增大，与金属原子碰撞频率增大，传递了能量，故金属有良好的导热性，C项正确；当金属晶体受到外力作用时，各原子层会发生相对滑动，表现出良好的延展性，但金属原子的排列方式不改变，不破坏金属键，D项错误。7.答案：D解析：NaCl、只含离子键，A、B错误；晶体由和构成，含有离子键和非极性共价键，C错误；NaOH晶体由和构成，含有离子键和极性共价键，D正确。8.答案：+1解析：晶胞内含有4个Cu原子，O原子处于晶胞的8个顶角和体心，则一个晶胞含有O原子个数为，Cu、O原子个数比为4：2=2：1，该晶体的化学式为，故铜离子的电荷数为+1。9.答案：（1）如图所示（答案不唯一，合理即可）（2）12（3）4；；4；[答案不唯一，只要与第（1）问对应即可]（4）解析：（2）从NaCl晶胞结构可以看出，与顶点最近且距离相等的在面心，每个晶胞中有3个面心上的与顶点最近且等距，而每个顶点为8个晶胞共有，每个面心为2个晶胞共有，则与顶点最近且等距的面心共有个。（3）根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法是均摊法。如（1）中所得NaCl晶胞中，含个数为，含个数为。（4）设与的最近距离为，则两个最近的间的距离为，根据可得，即，所以两个间的最近距离为。10.答案：（1）4（2）；bc解析：（1）