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第三節(jié)　金屬晶體與離子晶體
第1課時(shí)　金屬晶體　離子晶體
第三章　晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]
1.能辨識(shí)常見的金屬晶體，能從微觀角度分析金屬晶體中的構(gòu)成微粒
及微粒間作用，并解釋金屬的物理性質(zhì)(重點(diǎn))。
2.能辨識(shí)常見的離子晶體，能從微觀角度理解離子鍵對離子晶體性質(zhì)
的影響，能從宏觀角度解釋離子晶體性質(zhì)的差異(重點(diǎn))。
3.通過對離子晶體模型的認(rèn)識(shí)，理解離子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，預(yù)測其性質(zhì)
(重、難點(diǎn))。
一、離子晶體-----離子鍵
1、離子鍵：實(shí)質(zhì)是一種靜電作用，它包括陰陽離子之間的引力、原子核間的斥力、電子之間的斥力。當(dāng)引力和斥力之間達(dá)到平衡，就形成穩(wěn)定的離子化合物。
2、特征：沒有方向性和飽和性。因此以離子鍵結(jié)合的化合物傾向于形成緊密堆積，使每個(gè)離子周圍盡可能地排列異性電荷的離子，從而達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
(1)定義：由陽離子和陰離子通過離子鍵結(jié)合形成的晶體。
(2)成鍵粒子：陰、陽離子，有的還存在電中性分子(如H2O、NH3等)。
如CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等。
二、離子晶體
(3)相互作用：離子鍵，可能含共價(jià)鍵，甚至存在氫鍵
(4)常見離子晶體：
①強(qiáng)堿：如NaOH、KOH等
②絕大多數(shù)鹽。醋酸鉛、PbCl2、AlCl3、BeCl2等少數(shù)鹽無離子鍵
③活潑金屬的氧化物
④金屬氫化物。如NaH、CaH2
二、離子晶體
屬于分子晶體
交流研討
請根據(jù)表格分析，離子晶體的熔點(diǎn)與哪些因素有關(guān)？
根據(jù)數(shù)據(jù)，你能總結(jié)出什么規(guī)律？
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA} 晶體
離子間距/pm
電荷數(shù)
熔點(diǎn)/℃
NaCl
276
1
801
NaBr
290
1
750
MgO
205
2
2800
CaO
239
2
2576
離子鍵強(qiáng)弱

熔點(diǎn)
影響
離子半徑、所帶電荷
影響
離子半徑越小，所帶電荷越多，離子鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)就越高，硬度也越大。
耐火材料
離子晶體的熔點(diǎn)都很高嗎？
P88
(5)離子晶體的物理性質(zhì)：
①離子晶體一般具有較高的熔沸點(diǎn)
②離子晶體一般硬而脆，無延展性
③離子晶體不導(dǎo)電，熔化或者溶于水能導(dǎo)電
④離子晶體一般易溶于極性溶劑（如水等），難溶于非極性溶劑（如汽油、苯、四氯化碳、二硫化碳）
二、離子晶體
熔沸點(diǎn)高低取決于離子鍵的強(qiáng)弱，一般來說，離子晶體中陰陽離子核間距離越小、離子所帶電荷越多，晶體的熔沸點(diǎn)越高
為什么金屬晶體具有良好的延展性，而離子晶體硬而脆？
金屬鍵是整個(gè)金屬陽離子與自由電子之間的相互作用，這些電子不屬于某個(gè)陽離子，金屬陽離子可以改變原來的位置，使金屬具有較好的延展性。而離子晶體內(nèi)的作用力使陰陽離子之間相互吸引，離子排位不能錯(cuò)位，所以硬而脆
（6）、離子晶體的判斷方法
①利用物質(zhì)的分類
②利用元素的組成：成鍵元素的電負(fù)性差大于1.7的物質(zhì)；金屬元素與非金屬元素組成的化合物；個(gè)別非金屬元素形成的化合物，如銨鹽
③利用物質(zhì)的性質(zhì)：離子晶體一般具有較高的熔沸點(diǎn)，難揮發(fā)，硬而脆；固體不導(dǎo)電，但熔融狀態(tài)下或溶于水能導(dǎo)電，大多離子晶體易溶于極性溶劑而難溶于非極性溶劑
三．典型離子晶體
氯化鈉晶體的微觀結(jié)構(gòu)
在氯化鈉晶體中，并不存在單獨(dú)的“NaCl”分子，用“NaCl”這一化學(xué)式僅表示氯化鈉的組成。
氯化鈉的化學(xué)式用“NaCl”表示，原因何在？能否把NaCl稱為分子式？
(1)NaCl晶體
每個(gè)Na＋周圍距離最近的Cl－有 個(gè)；
每個(gè)Cl－周圍距離最近的Na＋有 個(gè)；
晶體的化學(xué)式為 。
正八面體
6
6
NaCl
正八面體
Na＋ ：12×14 + 1＝4
Cl－：8×18 + 6×12＝4
?
①每個(gè)Na＋(Cl－)周圍距離相等且最近的Na＋(Cl－)是 個(gè)。
②每個(gè)晶胞中實(shí)際擁有的Na＋數(shù)是 ，Cl－數(shù)是 。
③若晶胞參數(shù)為a pm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，
則該晶體的密度為 ___________g·cm－3。
12
4
4
1pm = 1×10-10 cm
三．典型離子晶體
(2)CsCl晶體
每個(gè)Cs＋周圍距離最近的Cl－有 個(gè)；
每個(gè)Cl－周圍距離最近的Cs＋有 個(gè)；
晶體的化學(xué)式為 。
8
8
CsCl
①每個(gè)晶胞中實(shí)際擁有的Cs＋有1個(gè)，Cl－有1個(gè)。
②每個(gè)Cs＋(Cl－)周圍距離最近的Cs＋(Cl－)有 個(gè)，構(gòu)成 。
③若晶胞參數(shù)為a pm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，
則氯化銫晶體的密度為 ___________g·cm－3。
6
上下、左右、前后
正八面體
三．典型離子晶體
整理歸納
四種晶體模型
晶體類型
金屬晶體
離子晶體
分子晶體
共價(jià)晶體
構(gòu)成微粒
物質(zhì)類別
物理性質(zhì)
決定熔沸點(diǎn)高低的因素
導(dǎo)電性
金屬陽離子、
自由電子
陰、陽離子
分子
原子
金屬單質(zhì)、合金
非金屬氫化物、部分非金屬單質(zhì)、部分非金屬氧化物、酸、大多數(shù)有機(jī)物
某些單質(zhì)如硅、鍺等，某些非金屬化合物如二氧化硅、碳化硅等
硬度和密度較大，熔沸點(diǎn)較高
硬度和密度較大，熔沸點(diǎn)較高
硬度和密度較小，熔沸點(diǎn)較低
硬度和密度大，
熔沸點(diǎn)高
金屬鍵強(qiáng)弱
離子鍵強(qiáng)弱
范德華力（或氫鍵）的強(qiáng)弱
共價(jià)鍵的強(qiáng)弱
固態(tài)、熔融均可導(dǎo)電
熔融或溶于水能導(dǎo)電
某些溶于水能導(dǎo)電
不導(dǎo)電（硅、鍺是
半導(dǎo)體）
強(qiáng)堿、活潑金屬
氧化物、大部分鹽
1.正誤判斷
(1)離子晶體一定是離子化合物
(2)離子晶體中只含離子鍵
(3)含有離子的晶體一定是離子晶體
(4)由金屬與非金屬形成的晶體，屬于離子晶體
(5)離子晶體的熔點(diǎn)一定低于共價(jià)晶體的熔點(diǎn)
(6)離子晶體受熱熔化，破壞化學(xué)鍵，吸收能量，屬于化學(xué)變化
√
×
×
×
×
×
應(yīng)用體驗(yàn)
離子晶體
MgO的熔點(diǎn)大于SiO2
2.下列性質(zhì)中適合離子晶體的是
①熔點(diǎn)為1 070 ℃，易溶于水，水溶液能導(dǎo)電
②熔點(diǎn)為10.31 ℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電
③能溶于CS2，熔點(diǎn)為－7.25 ℃，沸點(diǎn)為59.47 ℃
④熔點(diǎn)為97.81 ℃，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度為0.97 g·cm－3
⑤熔點(diǎn)為－218 ℃，難溶于水
⑥熔點(diǎn)為3 900 ℃，硬度很大，不導(dǎo)電
⑦難溶于水，固體時(shí)導(dǎo)電，升溫時(shí)導(dǎo)電能力減弱
⑧難溶于水，熔點(diǎn)較高，固體不導(dǎo)電，熔化時(shí)導(dǎo)電
A.①⑧　　　　B.②③⑥　　　　C.①④⑦　　　　D.②⑤
√
應(yīng)用體驗(yàn)
離子晶體
自我測試
1.(2023·廣州期末)下列物質(zhì)的熔點(diǎn)高低順序正確的是
A.金剛石>晶體硅>碳化硅
B.K>Na>Li
C.NaFD.CI4>CBr4>CCl4>CH4
√
自我測試
2.鐵的晶體有多種結(jié)構(gòu)，其中兩種晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲、乙所示(a cm、b cm分別為晶胞邊長)，下列說法正確的是
A.兩種鐵晶體中均存在金屬陽離子和陰離子
B.乙晶體晶胞中所含有的鐵原子數(shù)為14
C.甲、乙兩種晶胞中鐵原子的配位數(shù)之比為1∶2
D.甲、乙兩種鐵晶體的密度比為b3∶2a3
√
自我測試
3.NaH的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，已知其晶胞邊長為a，下列說法錯(cuò)誤的是
A.每個(gè)鈉離子周圍距離相等且最近的氫離子有6個(gè)
B.該晶胞中含有氫離子的數(shù)目為4
C.該晶胞中兩個(gè)氫離子之間的最短距離為
D.基態(tài)鈉離子的電子排布式為1s22s22p6
√
自我測試
4.如圖為NaCl和CsCl的晶體結(jié)構(gòu)，下列說法錯(cuò)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(gè)數(shù)比不同
C.CsCl晶體中每個(gè)Cl－周圍緊鄰8個(gè)Cs＋
D.NaCl和CsCl晶體中陰、陽離子的半徑比不同
√
自我測試
5.螢石(CaF2)晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞邊長為a cm。
(1)小黑球代表的離子：_____。
(2)陽離子配位數(shù)為_____，陰離子配位數(shù)為____。
(3)每個(gè)Ca2＋周圍最近且等距離的Ca2＋有___個(gè)，
每個(gè)F－周圍最近且等距離的F－有____個(gè)。
(4)該晶胞中Ca2＋和F－的最近距離為____________。
Ca2＋
8
4
12
6
第3課時(shí) 過渡晶體、混合型晶體
共價(jià)晶體 分子晶體 離子晶體 金屬晶體
Fe
金剛石
干冰
NaCl
Fe
1. 判斷下列晶體的類型
我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了四類典型的晶體，那么，晶體類型之間存在絕對的界限嗎？
純粹的典型晶體是不多的，大多數(shù)晶體是它們之間的過渡晶體。
離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵等都是化學(xué)鍵的典型模型，但是，原子間形成的化學(xué)鍵往往是介于典型模型之間的過渡狀態(tài)，由于微粒間的作用存在鍵型過渡，即使組成簡單的的晶體，也可能介于離子晶體、共價(jià)晶體、分子晶體和金屬晶體之間的過渡狀態(tài)，形成過渡晶體。
一、過渡晶體
過渡晶體的性質(zhì)偏向某一晶體類型時(shí)，通常當(dāng)作該晶體類型處理。
四類晶體都有過渡型。
第三周期元素的氧化物中，化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)如下表：
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
離子鍵的百分?jǐn)?shù)/%
62
50
41
33
這些晶體中的化學(xué)鍵既不是純粹的離子鍵，也不是純粹的共價(jià)鍵；晶體既不是純粹的離子晶體，也不是純粹的共價(jià)晶體，是離子晶體與共價(jià)晶體之間的過渡晶體。
思考：1、Na2O、MgO、Al2O3、SiO2中離子鍵成分為何逐漸減少？
與氧元素的電負(fù)性的差值逐漸減小
2、請推測P2O5、SO3、Cl2O7的離子鍵成分變化趨勢？
變化趨勢：百分?jǐn)?shù)小于33，且逐漸減少
按電負(fù)性的差值計(jì)算離子鍵的占比
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
P2O5
SO3
Cl2O7
離子鍵的
百分?jǐn)?shù)/%
62
50
41
33
離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)更小，是分子晶體
離子鍵的百分?jǐn)?shù)大于50% ，當(dāng)作離子晶體處理
離子鍵的百分?jǐn)?shù)小于50%，偏向共價(jià)晶體，當(dāng)作共價(jià)晶體處理
偏向某種晶體類型的過渡晶體，就當(dāng)作該類型的晶體處理。
四類晶體都有過渡型
Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7
離子晶體 共價(jià)晶體 分子晶體
近代實(shí)驗(yàn)表明，純粹的離子鍵是不存在的，絕大多數(shù)離子鍵都不是典型的，只是離子性占優(yōu)勢而已。
例如：銫的電負(fù)性為0.7，而氟的電負(fù)性為4.0，兩者之差是所有元素中電負(fù)性差值最大的，因此氟化銫(CsF)是典型的離子晶體。
但Cs﹢與F﹣的結(jié)合也不完全是純靜電作用，仍有部分共價(jià)性質(zhì)。其離子鍵成分也只是92%，其余8%為共價(jià)鍵成分。這說明即便是像銫和氟這樣典型的金屬和典型的非金屬形成化學(xué)鍵時(shí)，成鍵原子軌道之間依然有部分重疊。
1.正誤判斷
(1)純粹的典型晶體是沒有的(　　)
(2)離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)是依據(jù)電負(fù)性的差值計(jì)算出來的，差值越大，離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)越小(　　)
(3)在共價(jià)晶體中可以認(rèn)為共價(jià)鍵貫穿整個(gè)晶體，而在分子晶體中共價(jià)鍵僅局限于晶體微觀空間的一個(gè)個(gè)分子中(　　)
(4)四類晶體都有過渡型(　　)
(5)Al2O3晶體中存在離子鍵，屬于離子晶體(　　)
√
×
×
√
×
如共價(jià)晶體的某些單質(zhì)就是純粹的典型晶體
2.下列說法不正確的是
A.離子鍵和共價(jià)鍵沒有明顯界限
B.離子晶體和共價(jià)晶體沒有明顯界限
C.離子晶體中含有離子鍵，不含共價(jià)鍵
D.大多數(shù)晶體是四類典型晶體的過渡晶體
√
混合型晶體——石墨
你認(rèn)為是什么造成了這種差異？
？
結(jié)構(gòu) 性質(zhì)
決定
同：熔點(diǎn)均較高
異：金剛石硬度很高、不導(dǎo)電，石墨質(zhì)軟、能導(dǎo)電
同是碳單質(zhì)的晶體，金剛石和石墨的性質(zhì)存在哪些異同？
石墨的結(jié)構(gòu)：
石墨是層狀結(jié)構(gòu)。
碳原子均采取sp2雜化，形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)
層內(nèi)C原子以共價(jià)鍵結(jié)合，
層間靠范德華力維系。
石墨熔點(diǎn)高
層內(nèi)碳原子之間形成共價(jià)鍵，作用力強(qiáng)。
石墨質(zhì)軟
層與層之間靠較弱的范德華力維系，容易滑動(dòng)，可作潤滑劑。
石墨能導(dǎo)電
未參與雜化的p軌道形成離域大π鍵，電子可在層內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
類似共價(jià)晶體
類似分子晶體
類似金屬晶體
所以石墨的導(dǎo)電性只能沿石墨平面方向。
由于相鄰碳原子平面之間相隔較遠(yuǎn)，電子不能從一個(gè)平面跳躍到另一個(gè)平面。
總之，石墨晶體內(nèi)既有共價(jià)鍵，又有類似金屬鍵的非定域鍵，還有范德華力，因此稱為混合型晶體，兼具共價(jià)晶體、分子晶體和金屬晶體的特征。
提示　金剛石中碳原子形成共價(jià)鍵，石墨中碳原子除形成共價(jià)鍵外，還形成大π鍵，且石墨中C—C的鍵長更短、鍵能更大，故石墨的熔點(diǎn)高于金剛石。
思考--石墨的熔點(diǎn)為什么高于金剛石？
(1)石墨所有碳原子均采取_______，形成____________ 結(jié)構(gòu)
(2)石墨中碳原子與碳碳鍵個(gè)數(shù)比為________。
sp2雜化
平面六元并環(huán)
金剛石中碳原子均采取_______，形成____________結(jié)構(gòu)
sp3雜化
三維骨架
2︰3
金剛石中碳原子與碳碳鍵個(gè)數(shù)比為________。
1︰2
2．石墨與金剛石的比較
金剛石的晶體結(jié)構(gòu)
石墨晶體中的二維平面結(jié)構(gòu)
(3)質(zhì)量相同的金剛石與石墨，兩者碳原子的個(gè)數(shù)比為_______。
兩者碳碳鍵的個(gè)數(shù)比為_______。
1︰1
4︰3
金剛石的晶體結(jié)構(gòu)
石墨晶體中的二維平面結(jié)構(gòu)
2．石墨與金剛石的比較
例2.正誤判斷
(1)離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)是依據(jù)電負(fù)性的差值計(jì)算出來的，差值越大，離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)越小（ ）
(2)在共價(jià)晶體中可以認(rèn)為共價(jià)鍵貫穿整個(gè)晶體，而在分子晶體中共價(jià)鍵僅局限于晶體微觀空間的一個(gè)個(gè)分子中（ ）
(3)四類晶體都有過渡型（ ）
(4)Al2O3晶體中存在離子鍵，屬于離子晶體（ ）
√
×
√
×
例3.碳元素的單質(zhì)有多種形式，如圖所示，依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖：
(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互為___________。
(2)金剛石、石墨中碳原子的雜化方式分別為______、______。
(3)C60屬于______晶體，石墨屬于______晶體。
同素異形體
sp3
sp2
分子
混合型
(4)石墨晶體中，層內(nèi)C—C的鍵長為142 pm，而金剛石中C—C的鍵長為154 pm。其原因是金剛石中只存在C—C間的___鍵，而石墨層內(nèi)的C—C間不僅存在___鍵，還有_____鍵。
σ
σ
大π

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