2023人教版化学-选择性必修2-第三章-晶体结构与性质-第三节-金属晶体与离子晶体

第三节金属晶体与离子晶体

1.金属键(1)成键粒子:金属阳离子和自由电子。(2)存在:金属单质或合金中。(3)金属键的本质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。(4)金属键的特征金属键没有方向性和饱和性。1|金属键和金属晶体2.金属晶体(1)概念通过金属阳离子与自由电子之间的较强的相互作用形成的晶体,叫做金属晶体。(2)用电子气理论解释金属的性质(详见定点1)1.概念及结构特点(1)概念:阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。(2)构成粒子:阳离子和阴离子。(3)作用力:离子键。2.常见的AB型离子晶体2

|离子晶体

NaCl型CsCl型晶体结构模型

配位数68晶胞中粒子数Na+4Cl-4Cs+1Cl-1符合类型Li、Na、K、Rb的卤化物,

AgF、MgO等CsBr、CsI、NH4Cl等3.物理性质(1)硬度较大,难于压缩。(2)熔点和沸点较高。(3)固体不导电,但在熔融状态下或水溶液中能导电。1.过渡晶体(1)四类典型的晶体是指分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体。(2)过渡晶体:介于典型晶体之间的晶体。①几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数从上表可知,表中4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键,也不是纯

粹的共价键,这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体,只是离子

晶体与共价晶体之间的过渡晶体。氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2离子键的百分数/%625041333|过渡晶体与混合型晶体②偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近,因而通常当作离子晶体来处理,如Na2O等。同样,偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来

处理,如Al2O3、SiO2等。2.混合型晶体(以石墨为例)(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。每个碳

原子的配位数为3,有一个未参与杂化的2p电子,它的原子轨道垂直于碳原子平面,

由于所有的p轨道相互平行且相互重叠,使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,又有类似金属键的作用力,又有范德华力,属于混合

型晶体。(3)物理性质:①导电性,②导热性,③润滑性。1.含有阳离子的晶体中一定含有阴离子,这种说法正确吗?提示：不正确。如金属晶体中只有阳离子和自由电子,没有阴离子,但有阴离子时,一定有阳离子。2.离子晶体的熔点一定低于共价晶体,这种说法正确吗?提示：不正确。离子晶体的熔点不一定低于共价晶体,如MgO是离子晶体,SiO2是共价晶体,MgO的熔点高于SiO2的熔点。知识辨析3.金属晶体中的自由电子专属于某个金属离子,这种说法正确吗?提示：不正确。自由电子几乎均匀地分布在整个晶体中,被许多金属离子共有,不专属于某个金属离子。4.石墨为混合型晶体,因层间存在分子间作用力,故熔点低于金刚石,这种说法正

确吗?提示：不正确。石墨的熔点高于金刚石。

1.金属键与电子气理论(1)金属键:金属原子的电离能低,容易失去电子而形成阳离子和自由电子,阳离子

整体共同吸引自由电子而结合在一起。金属键可看成是由许多金属原子共用许

多电子的一种特殊形式的共价键,但这种键既没有方向性也没有饱和性,金属键

的特征是自由电子可以在金属中自由移动,使金属呈现出特有的属性。在金属单

质的晶体中,原子之间以金属键相互结合。(2)电子气理论:描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。该理论把金

属键形象地描述成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。由此可见,金属晶体跟

共价晶体一样,是一种“巨分子”。1金属键2.电子气理论对金属通性的解释金属共同的物理性质:易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。(1)对金属导电性的解释在金属晶体中,自由电子的运动是没有一定方向的,但在外加电场的作用下

自由电子发生定向移动,从而形成电流,所以金属容易导电。(2)对金属导热性的解释金属容易导热,是由于电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰

撞从而把能量从温度高的部分传到温度低的部分。(3)对金属延展性的解释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,但不会改变

原来的排列方式,弥漫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,因而即使金属在外力作用下发生形变,金属键也不会断裂。因此,金属

都有良好的延展性。当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时,就像在滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石一样,会使这种金属的延展性甚至硬度发

生改变,这也是对金属材料形成合金以后性能发生改变的一种比较粗浅的解释。

说明

金属除有共同的物理性质外,还具有各自的特性。不同的金属在某些性质

方面(如密度、硬度、熔点等)又表现出很大差别。这与金属键强弱、晶体中原

子的排列方式等因素有关。要点诠释金属晶体熔点的判断金属晶体熔点变化差别较大。如汞在常温下是液体,熔点很低(熔点为-38.9℃),而铁(熔点为1535℃)等金属熔点很高。金属晶体的熔点高低和金属键的强弱有关。金属原子价电子数越多,半径越小,

金属离子与自由电子的作用力就越强,晶体的熔点就越高,反之越低。例如:元素周期表中碱金属单质的熔点从上到下逐渐降低——价电子数相同,原

子半径逐渐增大。

典例关于金属性质和原因的叙述不正确的是

(

)A.金属一般具有金属光泽,是物理性质,与金属键没有关系B.金属具有良好的导电性,是因为在外加电场的作用下自由电子定向移动形成了

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,传递了能量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滑动而不破坏金

属键A思路点拨明确金属键的本质是解答本题的关键。解析

金属具有金属光泽是由于金属中的自由电子吸收了可见光,又把各种波长

的光反射出来;金属导电是因为在外加电场作用下,自由电子定向移动形成了电

流;金属导热是因为自由电子受热后,与金属原子频繁碰撞,传递能量;金属具有良

好的延展性是由于金属晶体中原子层能够滑动,但此时金属键未被破坏。

1.依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断①离子晶体的构成粒子是阴、阳离子,粒子间的作用力是离子键。②共价晶体的构成粒子是原子,粒子间的作用力是共价键。③分子晶体的构成粒子是分子,粒子间的作用力为分子间作用力。④金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子,粒子间的作用力是金属键。2.依据物质的分类判断①活泼金属氧化物(K2O等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐是离子晶

体。2晶体类型的判断②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、部分非金

属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物是分子晶体。③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等,化合物有碳化硅、二氧化硅等。④常温下金属单质(除汞外)是金属晶体。3.依据晶体的熔点判断①离子晶体的熔点较高,通常为数百摄氏度至一千摄氏度。②共价晶体的熔点高,通常为一千摄氏度至几千摄氏度。③分子晶体的熔点低,通常为数百摄氏度以下。④金属晶体多数熔点高,但也有较低的。4.依据导电性判断①离子晶体溶于水或熔融状态下能导电。②共价晶体一般为非导体。③分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)

溶于水,使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子,也能导电。④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且脆;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,但也有较小的,且具有延展性。

典例Ⅰ.现有5种固态物质:四氯化硅、硼、石墨、锑、氖。将符合信息的物质名称和固体所属晶体类型填在表格中。

信息物质名称晶体类型(1)熔点:120.5℃,沸点:271.5℃,易水解

(2)熔点:630.74℃,沸点:1750℃,导电

(3)由分子间作用力结合而成,熔点很低,化学性质稳定

(4)由共价键结合成空间网状结构的晶体,熔点:2300℃,沸点:2550℃,硬度大

(5)由共价键结合成层状结构的晶体,熔点高、能导电,具有滑腻感

Ⅱ.(1)碳化硅(SiC)是一种晶体,具有类似金刚石的结构,其中碳原子和硅原子的位

置是交替的。下列各种晶体:①晶体硅②硝酸钾③金刚石④碳化硅⑤干

冰⑥冰,它们的熔点由高到低的顺序是

(填序号)。(2)继C60后,科学家又合成了Si60、N60。熔点:Si60>N60>C60,而破坏分子所需要的能

量:N60>C60>Si60,原因是

。解析

Ⅰ.四氯化硅为分子晶体,易水解;硼为共价晶体,熔点高,硬度大;锑为金属

晶体,熔点较高,易导电;氖化学性质很稳定;石墨是层状结构的混合型晶体,具有滑

腻感。Ⅱ.(1)这些晶体中属于共价晶体的有①③④,属于离子晶体的有②,属于分子晶体

的有⑤⑥。一般来说,熔点高低顺序为共价晶体>离子晶体>分子晶体;对于共价

晶体,键长:Si—Si>Si—C>C—C,相应键能:Si—Si<Si—C<C—C,故它们的熔点:金

刚石>碳化硅>晶体硅。(2)分子晶体的熔点与分子间作用力有关,而破坏分子则是破坏分子内的共价

键。答案Ⅰ.(1)四