新教材适用2024-2025学年高中化学第3章晶体结构与性质第3节金属晶体与离子晶体第1课时金属晶体离子晶体学案新人教版选择性必修2

第三节金属晶体与离子晶体第1课时金属晶体离子晶体核心素养发展目标1．能辨识常见的金属晶体，能从微观角度分析金属晶体中构成微粒及微粒间作用，并说明金属的物理性质。2．能辨识常见的离子晶体，能从微观角度理解离子键对离子晶体性质的影响，能从宏观角度说明离子晶体性质的差异。3．通过对离子晶体模型的相识，理解离子晶体的结构特点，预料其性质。一、金属键与金属晶体1．金属键(1)本质：“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__”，被全部原子所共用，从而把全部的_金属原子__维系在一起。(2)金属键的强弱和对金属性质的影响①金属键的强弱主要确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__。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__。(3)金属晶体中，除了纯金属，还有大量的合金。合金的组成和结构特别困难多样。大多数合金以一种金属为主要组成。正误推断1.金属在常温下都是晶体。(×)2．金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键被破坏。(×)3．共价晶体的熔点肯定比金属晶体的高，分子晶体的熔点肯定比金属晶体的低。(×)4．有机高分子肯定不能导电。(×)5．金属的电导率随温度的上升而降低。(√)深度思索1.试用“电子气理论”说明为什么金属具有良好的①延展性、②导电性、③导热性。提示：①当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但原来的排列方式不变，而且充满在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，并且电子气没有被破坏，所以金属有良好的延展性；②金属晶体中的自由电子在电场中定向移动而形成电流，呈现良好的导电性；③电子气中的自由电子在热的作用下运动时频繁与金属原子碰撞，从而引起能量传递，呈现良好的导热性。2．试用金属键说明Na、Mg、Al的熔点渐渐上升的缘由。提示：Na、Mg、Al的原子半径渐渐减小，价电子数渐渐增多，金属键渐渐增加，熔点渐渐上升。3．金属键可以看成是很多原子共用很多电子所形成的剧烈相互作用，和共价键类似。金属键有饱和性和方向性吗？提示：没有。金属键是金属阳离子和自由电子之间的剧烈的相互作用，自由电子为整个金属的全部阳离子所共有，故金属键没有方向性和饱和性。4．金属晶体与金属粉末的光泽为何不同？提示：在金属晶体中，金属离子以最紧密积累状态排列，内部存在自由电子，当光线投射到它的表面时，自由电子可以汲取全部频率的光，然后很快放出各种频率的光，这就是绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽的缘由。而金显黄色、铜显紫红色，是由于它们能汲取某些频率的光。在粉末状态时，金属的晶面取向杂乱，排列不规则，汲取可见光后辐射不出去，所以金属粉末大多为暗灰色或黑色(铝粉为银白色，俗称“银粉”)。因而整块金属具有金属光泽而金属粉末常呈暗灰色或黑色。应用体验1.下列关于金属晶体的叙述正确的是(B)A．用铂金做首饰不能用金属键理论说明B．固态和熔融时易导电，熔点在1000℃左右的晶体可能是金属晶体C．Al、Na、Mg的熔点渐渐上升D．温度越高，金属的导电性越好解析：用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性，能用金属键理论说明，A错误；金属晶体在固态和熔融时能导电，其熔点差异很大，故题设条件下的晶体可能是金属晶体，B正确；一般来说，金属中单位体积内自由电子的数目越多，金属元素的原子半径越小，金属键越强，故金属键的强弱依次为Al>Mg>Na，其熔点的凹凸依次为Al>Mg>Na，C错误；金属的导电性随温度的上升而降低，温度越高，其导电性越差，D错误。故选B。2．要使金属晶体熔化必需破坏其中的金属键。金属晶体熔点的凹凸和硬度的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有关。由此推断下列说法正确的是(C)A．金属镁的熔点大于金属铝B．碱金属的熔点从Li到Cs是渐渐增大的C．金属铝的硬度大于金属钠D．金属钙的硬度小于金属钡解析：镁离子的半径比铝离子大且所带电荷数少，所以金属镁的金属键比金属铝弱，熔点和硬度都小，A错误；从Li到Cs，离子的半径是渐渐增大的，所带电荷数相同，金属键渐渐减弱，熔点和硬度都渐渐减小，B错误；因离子的半径小而所带电荷数多，故金属铝的金属键比金属钠强，所以金属铝的熔点和硬度比金属钠都大，C正确；钙离子的半径比钡离子小而所带电荷数相同，则金属钙的金属键比金属钡强，所以金属钙的熔点和硬度比金属钡都大，D错误。故选C。3．下图是金属晶体内部的电子气理论示意图。电子气理论可以用来说明金属的性质，其中正确的是(C)A．金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导C．金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属中各原子层间会出现相对滑动，但自由电子可以起到润滑剂的作用，使金属不会断裂D．合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，使电子数目增多，所以合金的延展性比纯金属强，硬度比纯金属小解析：金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动，故A错误；金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属阳离子发生碰撞，从而发生热的传导，故B错误；金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属中各原子层间会出现相对滑动，而自由电子起到润滑剂的作用，使得金属不会断裂，故C正确；合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，相当于填补了金属阳离子之间的空隙，所以一般状况下合金的延展性比纯金属弱，硬度比纯金属大，故D错误。故选C。4．下列关于金属性质的说法不正确的是(A)A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与电子气理论没有关系B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中的自由电子可在整块晶体中运动，在外加电场的作用下，自由电子发生定向移动形成了电流C．金属具有良好的导热性，是因为金属部分受热后，该区域的自由电子的能量增加，运动速率加快，自由电子通过与金属阳离子发生频繁碰撞，传递了能量D．金属晶体具有良好的延展性，是因为当金属受到外力作用时，金属晶体中的各原子层可以发生相对滑动而不变更原来的排列方式，也不破坏金属键解析：金属一般具有银白色光泽，与电子气理论亲密相关。由于大多数金属原子以最紧密积累方式排列，内部存在自由电子，所以当光线投射到它的表面时，自由电子可以汲取可见光，然后又把各种波长的光大部分再反射出来，这就使绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽，A错误；金属具有良好的导电性缘由是金属晶体中的自由电子可在整块晶体中运动，在外加电场的作用下，自由电子发生定向移动形成了电流，B正确；金属具有良好的导热性的缘由是金属部分受热后，该区域的自由电子的能量增加，运动速率加快，自由电子通过与金属阳离子发生频繁碰撞，传递了能量，C正确；金属晶体具有良好的延展性缘由是当金属受到外力作用时，金属晶体中的各原子层可以发生相对滑动而不变更原来的排列方式，也不破坏金属键，D正确。故选A。1．金属晶体熔点的变更规律金属晶体熔点差别较大，一般熔、沸点较高，但有少部分熔点较低，如Cs、Hg等。汞在常温下是液体，熔点很低(－38.9℃)，而钨的熔点高达3000℃以上。这是由于金属晶体紧密积累方式、金属离子与自由电子的作用力强度不同。2．金属晶体导电与电解质溶液导电的比较运动的微粒过程中发生的变更温度的影响金属晶体导电自由电子物理变更升温，导电性减弱电解质溶液导电阴、阳离子化学变更升温，导电性增加3.金属晶体的常见积累方式(1)金属原子在二维空间中排列的两种方式金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即二维空间)，可有两种排列方式——a：非密置层，b：密置层(如图所示)。特殊提示：密置层排列时，平面的利用率比非密置层的高。(2)金属晶体的原子在三维空间里的4种常见积累方式：积累类型简洁立方体心立方(K型)六方最密(Mg型)面心最密(Cu型)代表物质Po(钋)KNaFeMgZnTiCuAgAu层类型非密置层非密置层密置层密置层晶胞相对原子棱上2球体对角线3球三棱柱的中心面对角线3球配位数681212空间利用率52%68%74%74%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。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＋四周距离最近的Cl－有_6__个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体，每个Cl－四周距离最近的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－)四周距离相等且最近的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＋四周距离最近的Cl－有_8__个，每个Cl－四周距离最近的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－)四周距离最近的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。正误推断1.离子晶体中肯定含有金属元素。(×)2．由金属元素和非金属元素组成的晶体肯定是离子晶体。(×)3．有些离子晶体中除含离子键外还存在共价键。(√)4．离子晶体的熔点肯定低于共价晶体的熔点。(×)5．离子晶体受热熔化，破坏化学键，汲取能量，属于化学变更。(×)6．某些离子晶体受热失去结晶水，属于物理变更。(×)深度思索1.含金属阳离子的晶体肯定是离子晶体吗？提示：不肯定。也可能是金属晶体。2．含有阴离子的晶体肯定含有金属离子吗？提示：含有阴离子的晶体，肯定含有阳离子，但不肯定是金属阳离子，如铵盐。3．NaCl、CsCl表示的是分子式吗？提示：不是，NaCl、CsCl是离子晶体，只表示晶体中阴、阳离子个数比，为化学式。4．NaCl的熔点为801℃，CsCl的熔点为645℃，试说明其缘由。提示：Na＋、Cs＋所带电荷一样，但Na＋的半径小于Cs＋的半径，NaCl中的离子键强于CsCl中的离子键，所以NaCl的熔点高于CsCl的熔点。应用体验1.下列叙述正确的是(C)A．离子键只有饱和性没有方向性B．离子化合物中只含有离子键C．离子键的强弱可用离子半径和所带的电荷来衡量D．离子键就是离子间的吸引作用解析：离子键是带相反电荷的离子之间的相互作用，它是一种静电作用，没有方向性和饱和性，A错误；离子化合物也可含有共价键，如氢氧化钠中含H—O共价键，B错误；离子键的强弱可以用离子半径以及所带的电荷来衡量，离子半径越小，所带电荷越多，离子键越强，C正确；离子键不仅仅是吸引作用也有排斥作用，D错误。故选C。2．下列有关离子晶体的说法正确的是(B)A．离子晶体中肯定含有金属元素，含有金属元素的化合物肯定是离子晶体B．离子键只存在于离子晶体中，离子晶体中肯定含有离子键C．离子晶体中不行能含有共价键D．离子晶体受热熔化破坏化学键，汲取热量，属于化学变更解析：离子晶体中不肯定含有金属元素，含有金属元素的化合物不肯定是离子晶体，A错误；含有离子键的化合物肯定是离子晶体，离子晶体中肯定含有离子键，B正确；离子晶体中可能含有共价键，如过氧化钠，C错误；离子晶体受热熔化时，虽然离子键被破坏，但没有生成新的物质，不属于化学变更，如氯化钠晶体熔化，D错误。故选B。3．离子晶体熔点的凹凸取决于晶体中阳离子与阴离子之间的静电作用，静电作用大则熔点高，静电作用小则熔点低。试依据学过的学问，推断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的凹凸依次是(C)A．KCl>NaCl>BaO>CaO B．NaCl>KCl>CaO>BaOC．CaO>BaO>NaCl>KCl D．CaO>BaO>KCl>NaCl解析：离子晶体中，离子键越强，熔、沸点越高，而离子所带电荷数越多，半径越小，离子键越强。Ca2＋、O2－、Ba2＋都带2个电荷，Na＋、Cl－、K＋都带1个电荷，r(Ca2＋)<r(Ba2＋)，r(Na＋)<r(K＋)，故熔点CaO>BaO>NaCl>KCl，故选C。1．物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。且探讨表明，一般来说，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，由此推断下列说法错误的是(A)A．硬度：Mg＞Al B．熔、沸点：Mg＞CaC．硬度：Mg＞K D．熔、沸点：Ca＞K解析：Mg、Al的电子层数相同，核电荷数大的离子半径小，价电子数Al＞Mg，离子半径A13＋＜Mg2＋，所以金属键Al＞Mg，故Al的硬度大于Mg，A错误；Mg、Ca价电子数相同，Ca的电子层数多，离子半径Ca2＋＞Mg2＋，所以金属键Mg＞Ca，故熔点Mg＞Ca，B正确；离子半径Mg2＋＜Na＋＜K＋，所以金属键Mg＞K，故硬度Mg＞K，C正确；Ca、K位于同一周期，价电子数Ca＞K，离子半径K＋＞Ca2＋，金属键Ca＞K，故熔点Ca＞K，D正确。故选A。2．下列叙述错误的是(C)A．构成金属的粒子是金属阳离子和自由电子B．金属晶体内部都有自由电子C．金属晶体内自由电子分布不匀称，专属于某个特定的金属离子D．同一类晶体间熔点(或沸点)相差最大的是金属晶体解析：金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，A正确；金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，则金属晶体内部都有自由电子，B正确；自由电子几乎匀称分布在金属晶体内，不专属于某一个或几个特定的金属离子，C错误；由于金属键的强度差别很大，不同金属晶体的熔、沸点相差较大，D正确。故选C。3．有关离子晶体的下列说法不正确的是(C)A．离子晶体在熔融状态时都能导电B．离子晶体具有较高的熔、沸点，较大的硬度C．离子晶体中阴、阳离子个数比为11D．氯化钠溶于水时离子键被破坏解析：离子晶体在熔融状态时含有自由离子，能导电，故A正确；由正、负离子或正、负离子基团按肯定比例通过离子键结合形成的晶体称作离子晶体，离子晶体一般硬而脆，具有较高的熔沸点，故B正确；离子晶体如Na2O2晶体中阳离子为Na＋、阴离子为过氧根离子，所以Na2O2晶体中阴阳离子个数之比为12，故C错误；NaCl溶于水时，NaCl在水分子作用下发生电离生成钠离子、氯离子，所以离子键被破坏，故D正确。故选C。4．已知某离子晶体的晶胞示意图如图所示，其摩尔质量为Mg/mol，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为dg/cm3，下列说法中正确的是(D)A．晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1B．晶体中阴、阳离子的配位数都是4C．该晶胞可能是CsCl的晶胞D．该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为eq\f(\r(2),2)×eq\r(3,\f(4M,dNA))cm解析：据均摊法可知，在这个晶胞中阳离子位于棱上和体心，数目＝12×eq\f(1,4)＋1＝4，阴离子位于顶点、面心，数目＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，A项错误；晶体中，由体心的阳离子看出四周有6个阴离子，每个阴离子四周有6个阳离子，所以晶体中，阴、阳离子的配位数都为6，B项错误；依据均摊法可知，在这个晶胞中阴、阳离子的个数都为4，阴、阳离子的配位数都为6，符合NaCl的晶胞特点，C项错误；因为晶胞中阴、阳离子的个数都为4，则晶胞的体积为eq\f(4M,dNA)cm3，晶胞的边长为eq\r(3,\f(4M,dNA))cm，因为两个距离最近的同种离子的核间距为晶胞面对角线长度的一半，所以晶体中两个距离最近的同种离子的核间距为eq\f(\r(2),2)×eq\r(3,\f(4M,dNA))cm，D项正确。故选D。5．铁有δ、γ、α三种同素异形体，如下图所示，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是(A)δ－Feγ－Feα－FeA．将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同B．α－Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个C．若δ－Fe晶胞边长为acm，α－Fe晶胞边长为bcm，则两种晶体密度比为2b3a3D．δ－Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个解析：将铁加热到150