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第三章 晶體結構與性質
第三節(jié)
金屬晶體與離子晶體
金屬為什么具有這些物理性質嗎?
【思考】金屬有哪些物理性質呢？
金屬光澤
延展性
導電性
導熱性
【資料】
1、通過實驗測知，將1molCu、1mol Fe、1mol W轉變成氣態(tài)原子，需吸收的能量分別為306.7kJ、340.2k和824.0kJ，因此金屬銅、金屬鐵、金屬鎢的熔點分別高1083℃、1538℃和3422℃。
2、鈉的熔點低、硬度小，鎢的熔點高，鉻的硬度大。
一、金屬晶體
（一）定義：金屬原子通過金屬鍵形成的晶體稱為金屬晶體。
通常情況下，金屬（除汞外）在常溫下都是晶體。
構成粒子：
金屬晶體
金屬陽離子、電子
粒子間的作用力:
金屬鍵
金屬和合金
(二)金屬鍵—電子氣理論
從金屬原子上“脫落”下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。金屬原子則“浸泡”在“電子氣”的“海洋”之中。
金屬晶體與共價晶體一樣是一種“巨分子”
金屬
陽離子
自由
電子
金屬陽離子與自由電子之間的強烈的相互作用
（一）金屬鍵定義:金屬陽離子和自由電子之間強烈的相互作用
（二）金屬鍵對晶體物理性質（熔沸點、硬度）的影響：
金屬鍵越強，金屬的熔沸點越高，硬度越大
金屬鍵的影響因素：
金屬原子的價電子數越多，原子半徑越小，金屬晶體內部金屬鍵越強，
晶體的熔、沸點越高。
【思考】對比鋰、鈉、鎂、鋁、鉀的原子結構和熔沸點的數據，金屬晶體的熔沸點（金屬鍵的強弱）與哪些因素有關？
金屬的物理性質
原子半徑
金屬鍵鍵能
價電子數
決定
決定
(三)電子氣理論解釋金屬的物理性質
當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，所以金屬有良好的延展性。
1、延展性
外力
純金屬內原子的
排列十分規(guī)整
合金內原子層之間的
相對滑動變得困難
自由電子在運動時與金屬陽離子碰撞，引起兩者能量的交換。當金屬某部分受熱時，那個區(qū)域里的自由電子能量增加，運動速度加快，通過碰撞，把能量傳遞給金屬陽離子。自由電子與金屬陽離子頻繁碰撞，把能量從溫度高的部分傳遞到溫度低的部分，從而使整塊金屬達到相同的溫度。
2、導熱性
在金屬晶體中，存在許多自由電子，這些電子移動是沒有方向的，但是在外加電場的作用下，自由電子就會發(fā)生定向移動，形成電流，使金屬表現出導電性。
3、導電性
外加電場
晶體類型
電解質溶液
金屬晶體
導電時的狀態(tài)
導電粒子
導電時的變化
比較電解質溶液、金屬晶體導電的區(qū)別：
水溶液或熔融狀態(tài)
晶體狀態(tài)
自由移動的離子
自由電子
化學變化（電解）
物理變化
溫度影響
溫度越高，
導電能力越強
溫度越高，
導電能力越弱
由于金屬內部原子以最緊密堆積狀態(tài)排列，且存在自由電子，所以當光線照射到金屬表面時，自由電子可以吸收所有頻率的光并很快放出，使金屬不透明且具有金屬光澤。而金屬在粉末狀態(tài)時，晶格排列不規(guī)則，吸收可見光后反射不出去，所以金屬粉末常呈暗灰色或黑色。
4、金屬光澤
學以致用 提升關鍵能力 校本P69
1.某新型“防盜玻璃”為多層結構，每層中間嵌有極細的金屬線。當玻璃被
擊碎時，與金屬線相連的警報系統(tǒng)就會立即報警。“防盜玻璃”能報警是利
用了金屬晶體的( )
A.延展性 B.導電性 C.彈性 D.導熱性
B
校本P69
2.(2023·棗莊三中高二月考)金屬材料具有良好的延展性的原因是( )
A.金屬原子半徑都較大，價電子數較少
B.金屬受外力作用變形時，晶體中各原子層會發(fā)生相對滑動
C.金屬中大量自由電子受外力作用時，運動速率增大
D.自由電子受外力作用時能迅速傳遞能量
B
校本P69
3. “神九”載人飛船上使用了鋰鎂合金和鋰鋁合金等合金材料。下
列有關敘述不正確的是( )
A.飛船使用的合金材料，一般具有質量輕、強度高的特點
B.鋰鋁合金中鋁、鋰的金屬性比鈉弱
C.鋰鎂合金和鋰鋁合金性質相當穩(wěn)定，不會與酸發(fā)生化學反應
D.鋰鎂合金是一種具有金屬特性的物質，易導熱、導電
C
校本P72
1.下列生活中的問題，不能用“電子氣理論”解釋的是( )
A.鐵易生銹 B.將金屬鋁制成導線
C.用金箔作為外包裝 D.將鐵制品制成炊具
A
二、離子晶體
（一）定義：由陰離子和陽離子相互作用而形成的晶體，叫做離子晶體
構成粒子：
離子晶體
陰、陽離子(有的還存在電中性分子）
粒子間的作用力:
離子鍵
（一些離子晶體中還存在共價鍵、氫鍵等）
2、常見離子晶體：離子化合物
[強堿、活潑金屬的氧化物和過氧化物、大多數鹽]
1、離子鍵越強，形成的離子晶體越穩(wěn)定，離子晶體的熔、沸點越高，硬度越大。
※一般說來，陰、陽離子的電荷數越多，離子半徑越小，離子鍵越強。
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}化合物
熔點/℃
化合物
熔點/℃
CaO
2 613
Na2SO4
884
KCl
770
Ca2SiO4
2 130
NH4NO3
169.6
Na3PO4
340
BaSO4
1 580
CH3COOCs
194
LiPF6
200(分解溫度)
NaNO2
270
【思考與討論】教材P88
熔、沸點較高，難揮發(fā)
硬而脆，難于壓縮
（3）固態(tài)不導電，但熔融狀態(tài)和溶于水中都能導電。
（4）大多數離子晶體易溶于極性溶劑中，難溶于非極性溶劑中。
※離子晶體的基本構成微粒間以離子鍵結合
學以致用 提升關鍵能力 校本P70
1. AB 、 CD 、 EF 均為 1:1 型離子化合物，根據下列數據判斷它們的熔點由
高到低的順序是( )
?
離子化合物
AB
CD
EF
離子所帶電荷數
1
1
2
核間距/ 10?10?m
2.31
3.18
2.10
A. CD>AB>EF B. AB>EF>CD
C. AB>CD>EF D. EF>AB>CD
?
D
校本P70
2.下列性質適合于離子晶體的是( )
A.熔點 1?070?℃ ，易溶于水，水溶液能導電
B.熔點 10.31?℃ ，液態(tài)不導電，水溶液能導電
C.能溶于 CS2 ，熔點 112.8?℃ ，沸點 444.6?℃
D.熔點 97.81?℃ ，質軟，固態(tài)導電，密度 0.97?g?cm?3
?
A
NaCl晶胞示意圖
CsCl晶胞示意圖
CaF2晶胞示意圖
（二)離子晶體的晶胞
每個Na＋周圍與之等距且距離最近的Cl－有___個，Na＋有___個。
每個Cl－周圍與之等距且距離最近的Na＋有____個，Cl－有____個。
Cl－
Na＋
6
12
6
12
配位數：一種離子周圍最鄰近的帶相反電荷的離子數目
Na+的配位數為： ；Cl-的配位數為： 。
6
6
1、NaCl的晶胞
Na+
Cl-
3
1
5
6
2
4
1
5
4
2
3
6
每個Cl- 周圍的Na+在空間構成的幾何構型為__________
正八面體
2、CsCl晶體
銫離子：
氯離子：
1個；
1個。
（3）配位數
Cs+的配位數為： ；Cl-的配位數為： 。
它們所圍成的空間幾何構型是 。
8
正六面體
8
（1）每個晶胞含銫離子、氯離子的個數？
（2）每個Cs＋周圍與之等距且距離最近的Cl－有___個，Cs＋有___個。
每個Cl－周圍與之等距且距離最近的Cs＋有____個，Cl－有____個。
8
6
8
6
離子晶體
陰離子的配位數
陽離子的配位數
NaCl
CsCl
6
6
8
8
【思考】你認為是什么因素決定了離子晶體中離子的配位數？
決定離子晶體結構的因素
①幾何因素
——晶體中正負離子的半徑比
（3）ZnS型晶胞
（1）每個晶胞含鋅離子、硫離子的個數？
鋅離子：4個
硫離子：4個
（3）配位數
Cs+的配位數為： ；Cl-的配位數為： 。
4
4
（2）每個Zn2+周圍與之等距且距離最近的Zn2+有___個，S2-有___個。
12
4
（4） CaF2型晶胞
Ca2+
F-
（1）每個晶胞含鈣離子、氟離子的個數？
鈣離子：4個
氟離子：8個
（3）配位數
Ca2+的配位數為： ；F-的配位數為： 。
8
4
（2）每個Ca2+周圍與之等距且距離最近的Ca2+ 有 __ 個，F-有___個。
每個F-周圍與之等距且距離最近的F-有____個， Ca2+ 有____個。
12
8
6
4
離子晶體
陰離子的配位數
陽離子的配位數
ZnS
CaF2
4
4
4
8
決定離子晶體結構的因素
——晶體中正負離子的電荷比
②電荷因素
【思考】你認為是什么因素決定了離子晶體中離子的配位數？
校本P70
2. 下列有關離子晶體的敘述不正確的是( )
A. 1?mol 氯化鈉晶體中有 NA 個 NaCl 分子 (NA 表示阿伏加德羅常數的值 )
B.氯化鈉晶體中，每個 Na+ 周圍與它最近且距離相等的 Cl? 共有6個
C.醋酸鈉屬于離子晶體，含有非極性鍵
D.每個 NaCl 晶胞中平均有4個 Na+ 、4個 Cl?
?
A
校本P70
3.下圖為 NaCl 和 CsCl 的晶胞結構，下列說法錯誤的是( )
?
A. NaCl 和 CsCl 都屬于 AB 型離子晶體
B. NaCl 和 CsCl 晶體中陰、陽離子個數之
比相同
C. NaCl 和 CsCl 晶胞中所含陽離子數分別
為4和1
D. NaCl 和 CsCl 晶體中陽離子與陰離子的
半徑之比相同
?
D
三、過渡晶體
典型晶體
分子晶體
共價晶體
金屬晶體
離子晶體
純粹的典型晶體是不多的！
大多數晶體是典型晶體之間的晶體
介于典型晶體之間的晶體
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
離子鍵的
百分數/%
62
50
41
33
第三周期元素的氧化物中，化學鍵中離子鍵成分的百分數 教材P89
化學鍵既不是純粹的離子鍵，也不是純粹的共價鍵
既不是純粹的離子晶體，也不是純粹的共價晶體
離子晶體與共價晶體之間的過渡晶體
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
離子鍵的
百分數/%
62
50
41
33
第三周期元素的氧化物中，化學鍵中離子鍵成分的百分數
P2O5
SO2
Cl2O7

當作離子晶體處理
當作共價晶體處理
分子晶體
離子鍵成分的百分數更小
共價鍵不再貫穿整個晶體
離子鍵的百分數取決于電負性的差值，電負性差值越大，離子鍵的百分數越大。

學以致用 提升關鍵能力 校本P72
1.下列氧化物中，所含離子鍵的百分數最小的是( )
A. N2O3 B. P2O3 C. As2O3 D. Bi2O3
?
A
校本P72
3.(2023·泰安高二質檢) 下列關于過渡晶體的說法正確的是( )
A.離子晶體和共價晶體存在過渡晶體，其余兩種晶體不存在過渡晶體
B. SiO2 屬于過渡晶體，但當作共價晶體來處理
C.絕大多數含有離子鍵的晶體都是典型的離子晶體
D. Na2O 晶體中離子鍵的百分數為 100%
?
B
鉆石并不久遠，至少在地表上無法達到永恒。它的同胞兄弟石墨其實更穩(wěn)定，鉆石最終都會變成石墨。
石墨
四、混合型晶體
①所有碳原子均采取 _______ ，形成____________結構
②碳原子與碳碳鍵個數比為________.
sp2雜化
平面六元并環(huán)
金剛石碳原子均采取_______ ，形成____________結構
sp3雜化
三維骨架
2︰3
金剛石中碳原子與碳碳鍵個數比為________.
1︰2
質量相同的金剛石與石墨，兩者碳原子的個數比為_______
兩者碳碳鍵的個數比為_______
1︰1
4︰3
石墨
（一）結構特點
③石墨晶體是層狀結構
④層內的碳原子核間距為142pm，層間距離為335pm，說明層間沒有化學鍵相連，是靠范德華力維系的
各層之間以范德華力結合，容易滑動，所以石墨質軟
石墨結構中未參與雜化的p軌道
石墨有類似金屬晶體的導電性。
⑤有一個未參與雜化的2p電子,所有的p軌道相互平行而且相互重疊（即形成π鍵）,使p軌道的電子可在整個碳原子平面中運動,
由于相鄰碳原子平面之間相隔較遠，電子不能從一個平面跳躍到另一個平面。
石墨的導電性只能沿石墨平面方向
（3）定義：像石墨這樣，既有共價鍵又有范德華力，同時還存在類似金屬鍵的作用力，兼具共價晶體、分子晶體、金屬晶體特征的晶體，稱為混合型晶體。
（4）物理性質：①導電性 ②導熱性 ③潤滑性
校本P72
2.石墨晶體是層狀結構（如圖）。下列有關石墨晶體的說法正確的一組是
①石墨中存在兩種作用力 ②石墨是混合型晶體 ③石
墨中的C為 sp2 雜化 ④石墨中碳原子數和 C—C 數目
之比為 1:2 ⑤石墨和金剛石的硬度相同 ⑥石墨層內
導電性和層間導電性不同
A.①②③④⑤⑥ B.①②③⑤
C.②③⑥ D.①②③④
?
C
校本P72
3. 石墨烯是從石墨材料中剝離出來的由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。其結構如圖:
下列有關說法正確的是( )
A.石墨烯中碳原子的雜化方式為 sp3 雜化
B.石墨烯中平均每個六元碳環(huán)含有3個碳原子
C.從石墨中剝離石墨烯需要破壞化學鍵
D.石墨烯具有導電性
?
D
五、四種晶體類型判斷及熔、沸點比較 校本P73-75
比較
類型
分子晶體
共價晶體
金屬晶體
離子晶體
構成粒子
分子或原子
原子
金屬陽離子和自由電子
陰、陽離子
粒子間的相互作用力
分子間作用力、氫鍵
共價鍵
金屬鍵
離子鍵
硬度
較小
很大
有的很大，有的很小
較大
熔、沸點
較低
很高
有的很高，有的很低
較高
溶解性
相似相溶
難溶于任何溶劑
常見溶劑難溶
大多易溶于水等極性溶劑
導電、傳熱性
一般不導電，溶于水后有的導電　　
一般不具有導電性
電和熱的良導體
晶體不導電，水溶液中或熔融態(tài)導電


（一）晶體類型的判斷方法
（1）依據構成晶體的微觀粒子和粒子間的作用力判斷。
（2）依據物質的分類判斷。
（3）依據晶體的熔點判斷。
（4）依據導電性判斷。
（5）依據硬度和機械性能判斷。
（1）首先看物質的狀態(tài)，一般情況下是固體>液體>氣體；
再看物質所屬類型，一般是共價晶體>離子晶體>分子晶體
（2）結構類型相同時再根據相應規(guī)律進行判斷。同類晶體熔、沸點比較思路：
分子晶體→分子間作用力→氫鍵/相對分子質量/極性；
共價晶體→共價鍵鍵能→鍵長→原子半徑；
離子晶體→離子鍵強弱→離子所帶電荷數、離子半徑；
金屬晶體→金屬鍵強弱→金屬陽離子所帶電荷、金屬陽離子半徑。
【小結】比較不同晶體熔、沸點的基本思路
例1 (2022·浙江1月選考)
（1）兩種有機化合物的相關數據見下表：
有機化合物
HCONCH32
HCONH2
相對分子質量
73
45
沸點/ ℃
153
220
HCONCH32 的相對分子質量比 HCONH2 的大，但其沸點反而比 HCONH2
的低，主要原因是________________________________________________
_______________________________________________________。
?
???????????????????????????????? 分子間只有范德華力， ???????????????????????? 分子間存在氫鍵，破壞范德華力更容易，所以 ???????????????????????????????? 的沸點低
?
（2）四種晶體的熔點數據見下表：
物質
CF4
SiF4
BF3
AlF3
熔點/ ℃
?183
?90
?127
>1?000
CF4 和 SiF4 熔點相差較小， BF3 和 AlF3 熔點相差較大，原因是 _________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
_______________________________________________ 。
?
???????????? 和 ???????????????? 都是分子晶體，結構相似，分子間作用力相差較小，所以熔點
相差較小； ???????????? 通過分子間作用力形成分子晶體， ???????????????? 通過離子鍵形成
離子晶體，破壞離子鍵需要能量多得多，所以熔點相差較大
?
例2 (2021·新高考湖南卷)硅、鍺 Ge 及其化合物廣泛應用于光電材料領域。
回答下列問題：
?
（1）晶體硅和碳化硅熔點較高的是 ____（填化學式）。
????????????
?
（2）硅和鹵素單質反應可以得到 SiX4 。
?
物質
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
熔點/ K
183.0
203.2
278.6
393.7
沸點/ K
187.2
330.8
427.2
560.7
0?℃ 時， SiF4 、 SiCl4 、 SiBr4 、 SiI4 呈液態(tài)的是_ _____ （填化學式），沸
點依次升高的原因是__________________________ ____________________
_______________________________________________。
?
????????????????????
?
??????????????????????????????????????????????????????????????????? 、 ???????????????????? 、 ???????????????????? 、 ???????????????? 均為分子晶體，結構相似，相對分子質量依次增大，分子間作用力依次增大
?
1.一些氧化物的熔點見下表。
氧化物
Li2O
MgO
P4O6
SO2
熔點/ ℃
1 570
2 800
23.8
?75.5
解釋表中氧化物之間熔點差異的原因：______________________________
________________________________________________________________
______________________。
Li2O 、 MgO 為離子晶體， P4O6、 SO2 為分子晶體；離子鍵強度： MgO>Li2O ；分子間作用力（相對分子質量） ：P4O6>SO2
?
2.苯胺（ ）的晶體類型是__________。苯胺與甲苯
的相對分子質量相近，但苯胺的熔點 ?5.9?℃ 、沸點 184.4?℃ 分別高于
甲苯的熔點 ?95?℃ 、沸點 110.6?℃ ，原因是______________________。
?
分子晶體
苯胺分子之間存在氫鍵
3.(2023·東莞高二質檢) CdSnAs2 是一種高遷移率的新型熱電材料，回答下
列問題：
?
（1） Sn 為第ⅣA族元素，單質 Sn 與干燥的 Cl2 反應生成 SnCl4 。常溫常
壓下 SnCl4 為無色液體， SnCl4 的空間結構為____________，其固體的晶
體類型為__________。
?
正四面體形
分子晶體
（2） NH3 、 PH3 、 AsH3 的沸點由高到低的順序為__________________
（填化學式）。
?
NH3 、 AsH3 、 PH3
?
4.金屬鎳及其化合物在合金材料以及催化劑等方面應用廣泛?；卮鹣铝袉栴}：
（1）區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學方法為_________________________；
NiCO4 的熔點為 19.3?℃ ，沸點為 42.1?℃ ，難溶于水，易溶于有機溶
劑，固態(tài) NiCO4 屬于______晶體。
?
對固體進行 X 射線衍射實驗
?
分子
（2） NiO 的晶胞結構類型與 NaCl 相似，離子半徑如下表所示。 NiO 晶胞
中 Ni2+ 的配位數為___； NiO 的熔點比 NaCl 的熔點高的原因是__________
________________________________________________________________
____________________。
?
Na+
102?pm
Cl?
181?pm
Ni2+
69?pm
O2?
140?pm
6
Ni2+ 的半徑小于 Na+ 的半徑， O2? 的半徑小于 Cl? 的半徑，且 NiO 中離子所帶電荷數多， NiO 中離子鍵強
?
5.Ⅰ.現有5種物質：四氯化硅、硼、石墨、銻、氖。將符合信息的物質名稱和所屬晶體類型填在表格中。
編號
信息
物質名稱
晶體類型
（1）
熔點： ?70?℃ ，沸點： 57.6?℃ ，
易水解
_________
__________
（2）
熔點： 630.74?℃ ，沸點：
1?750?℃ ，能導電
____
__________
（3）
由分子間作用力結合而成的晶
體，熔點很低，化學性質穩(wěn)定
____
__________
四氯化硅
分子晶體
銻
金屬晶體
氖
分子晶體
（4）
具有共價鍵三維骨架結構，熔
點： 2?300?℃ ，沸點：
2?550?℃ ，硬度大
____
__________
（5）
具有層狀結構，熔點高、能導
電，具有滑膩感
______
____________
續(xù)表
硼
共價晶體
石墨
混合型晶體
Ⅱ.（1）碳化硅 SiC 是一種晶體，具有類似金剛石的結構，其中碳原子和
硅原子的位置是交替的。下列各種晶體：①晶體硅、②硝酸鉀、③金剛石、
④碳化硅、⑤干冰、⑥冰，它們的熔點由高到低的順序是______________
（填序號）。
?
③④①②⑥⑤
（2）繼 C60 后，科學家又合成了 Si60 、 N60 。熔點： Si60>N60>C60 ，
而破壞分子所需要的能量： N60>C60>Si60 ，其原因是 ______________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________ 。
?
組成和結
構相似的分子晶體的相對分子質量越大，范德華力越大，熔點越高，故熔
點： Si60>N60>C60 ；而破壞分子需要斷開共價鍵，原子半徑越小，形
成的共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，斷鍵時所需要的能量越多，故破壞分
子所需要的能量： N60>C60>Si60

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