資源簡介

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第三章　
晶體結構與性質
第三節　
金屬晶體與離子晶體
第1課時　
金屬晶體、離子晶體
[明確學習目標]
1．知道金屬晶體和離子晶體的概念。
2．認識金屬晶體和離子晶體中的微粒及其微粒間的相互作用。
3．借助氯化鈉、氯化銫等模型認識離子晶體的結構特點。
[核心素養對接]
1．宏觀辨識與微觀探析：能辨識常見的晶體，能從微觀角度解釋金屬晶體的性質。
2．證據推理與模型認知：通過對常見離子晶體模型的認識，理解離子晶體的結構特點，預測其性質。
課前篇
·
自主學習固基礎
一、金屬鍵
[知識梳理]
1．概念：“電子氣理論”把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的________形成遍布整塊晶體的“________”，被所有原子所共用，從而把所有的____________維系在一起。
2．成鍵粒子是___________和___________。
價電子
電子氣　
金屬原子　
金屬陽離子
自由電子　
3．金屬鍵的強弱和對金屬性質的影響
(1)金屬鍵的強弱主要決定于金屬元素的原子半徑和價電子數。原子半徑越大、價電子數越少，金屬鍵越弱；反之，金屬鍵越強。
(2)金屬鍵越強，金屬的熔、沸點越高，硬度越大。如：熔點最高的金屬是____，硬度最大的金屬是____。
特別提醒　金屬鍵沒有方向性和飽和性。
鎢　
鉻
二、金屬晶體
1．在金屬晶體中，原子間以________相結合。
2．金屬晶體的性質：優良的________、________和________。
金屬鍵　
導電性
導熱性　
延展性
三、離子鍵及其影響因素
1．概念：陰、陽離子之間通過__________形成的化學鍵。
2．影響因素：離子所帶電荷數________，離子半徑________，離子鍵越強。
特別提醒　離子鍵沒有方向性和飽和性。
靜電作用　
越多　
越小
四、離子晶體及其物理性質
1．概念：由________和________相互作用而形成的晶體。
2．離子晶體的性質
(1)熔、沸點較____，硬度較____。
(2)離子晶體不導電，但________或________后能導電。
(3)大多數離子晶體能溶于水，難溶于有機溶劑。
陽離子　
陰離子
高　
大　
熔化
溶于水
3．常見離子晶體的結構
(1) NaCl晶胞
NaCl晶胞如圖所示，每個Na＋周圍距離最近的Cl－有____個(上、下、左、右、前、后各1個)，構成正八面體，每個Cl－周圍距離最近的Na＋有____個，構成正八面體，由此可推知晶體的化學式為________。
6　
6　
NaCl　
回答下列問題：
①每個Na＋(Cl－)周圍距離相等且最近的Na＋(Cl－)是____個。
②每個晶胞中實際擁有的Na＋數是____個，Cl－數是____個。
③若晶胞參數為a pm，則氯化鈉晶體的密度為______________ g·cm－3。
12　
4　
4
(2) CsCl晶胞
CsCl晶胞如圖所示，每個Cs＋周圍距離最近的Cl－有_______個，每個Cl－周圍距離最近的Cs＋有________個，它們均構成正六面體，由此可推知晶體的化學式為__________。回答下列問題：
8　
8
CsCl　
①每個Cs＋(Cl－)周圍距離最近的Cs＋(Cl－)有______個，構成____________。
②每個晶胞中實際擁有的Cs＋有________個，Cl－有____個。
③若晶胞參數為a pm，則氯化銫晶體的密度為____________ g·cm－3。
6　
正八面體　
1　
1
[自我排查]
一、微判斷
(1)離子晶體中一定含有金屬元素(　　)
(2)由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體(　　)
(3)有些離子晶體中除含離子鍵外還存在共價鍵(　　)



(4)離子晶體的熔點一定低于共價晶體的熔點(　　)
(5)離子晶體受熱熔化，破壞化學鍵，吸收能量，屬于化學變化(　　)
(6)某些離子晶體受熱失去結晶水，屬于物理變化(　　)



二、嘗試解答
NaCl的熔點為801 ℃，CsCl的熔點為645 ℃，試解釋其原因。
提示：Na＋、Cs＋所帶電荷數一樣，但Na＋半徑小于Cs＋半徑，NaCl中離子鍵強于CsCl中離子鍵。
課堂篇
·
重點難點要突破
研習1 金屬鍵與金屬晶體
[探究活動]
[問題探討]
1．金屬晶體與金屬粉末的光澤為何不同？
提示：在金屬晶體中，金屬離子以最緊密堆積狀態排列，內部存在自由電子，當光線投射到它的表面上時，自由電子可以吸收所有頻率的光，然后很快放出各種頻率的光，
這就是絕大多數金屬呈現銀灰色或銀白色光澤的原因。而金顯黃色、銅顯紅色，是由于它們能吸收某些頻率的光。在粉末狀態時，金屬的晶面取向雜亂、排列不規則，吸收可見光后反射不出去，所以金屬粉末大多為暗灰色或黑色(鋁粉為銀白色，俗稱“銀粉”)。因而整塊金屬具有金屬光澤而金屬粉末常呈暗灰色或黑色。
2．為什么大多數金屬晶體有延展性？
提示：延展性事實上是延性和展性的合稱。金屬能抽成絲，這是延性；金屬能壓成薄片，這是展性。當金屬受外力作用(拉或壓)而發生形變時，金屬離子和自由電子數目沒有變化，它們之間的較強烈的相互作用照樣存在，只是金屬離子的緊密堆積層之間發生了相對滑動，由于金屬離子與自由電子的作用沒有方向性，從而這種作用仍能保持，不致斷裂。因而大多數金屬晶體有良好的延展性和可塑性。
[重點講解]
1．金屬鍵
定義 金屬陽離子與自由電子之間存在的強烈的相互作用稱為金屬鍵
本質 金屬原子的價電子受原子核的束縛比較弱，價電子容易脫離原子核的束縛形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有金屬原子維系在一起。“電子氣”使得金屬陽離子和自由電子之間形成強烈的相互作用。這一理論稱為“電子氣理論”，金屬鍵本質上是一種電性作用
影響金屬鍵強 弱的因素 金屬元素 的原子半徑 一般而言，金屬元素的原子半徑越小，金屬鍵越強
金屬原子 價電子數 一般而言，金屬原子的價電子數越多，金屬鍵越強
金屬鍵 的特征 自由電子不是專屬于某個特定的金屬陽離子，即每個金屬陽離子均可享有所有的自由電子，但都不可能獨占某個或某幾個自由電子，電子在整塊金屬中自由運動。金屬鍵既沒有方向性，也沒有飽和性。
續表
金屬鍵 的特征
金屬鍵模型如圖所示：
存在 金屬單質或合金
續表
2. 金屬晶體
(1)定義：金屬原子之間通過金屬鍵相互結合形成的晶體，叫做金屬晶體。
(2)特點：①構成金屬晶體的微粒是金屬陽離子和自由電子；②在金屬晶體中，不存在單個分子；③金屬晶體中金屬陽離子被自由電子所包圍。
3．用電子氣理論解釋金屬材料的有關性質
(1) 顏色：由于金屬內部原子以最緊密堆積狀態排列，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。而金屬在粉末狀態時，晶面取向雜亂、排列不規則，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。
(2) 延展性：大多數金屬具有較好的延展性，這與金屬陽離子和自由電子之間的較強作用有關。當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發生相對滑動，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。
(3) 導熱性：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。
(4) 導電性：在金屬晶體中，存在許多自由電子，這些電子的移動是沒有方向的，但是在外加電場的作用下，自由電子就會發生定向移動，形成電流，使金屬表現出導電性。
[典例1]　下列有關金屬鍵的敘述錯誤的是(　　)
A．自由電子屬于整塊金屬
B．金屬的物理性質和金屬固體的形成都與金屬鍵有關
C．金屬鍵沒有飽和性和方向性
D．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子間的強烈的靜電吸引作用
D
解析：自由電子屬于整塊金屬，A項正確；金屬的物理性質和金屬固體的形成都與金屬鍵有關，B項正確；金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起，所以金屬鍵沒有方向性和飽和性，C項正確；金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間的強烈的相互作用，既包括金屬陽離子與自由電子之間的靜電吸引作用，也包括金屬陽離子所帶電子與自由電子之間的靜電排斥作用，D項錯誤。
[舉一反三]
下列敘述正確的是(　　)
A．有陽離子的晶體一定有陰離子
B．有陽離子的晶體一定是化合物
C．金屬晶體都具有較高的熔點和銀白色的金屬光澤
D．由單質組成且在固態時能導電的晶體不一定是金屬晶體
D
解析：金屬晶體中有金屬陽離子和自由電子，而無陰離子，A項錯誤。鐵、銅、金等金屬晶體內部存在金屬陽離子，但它們都是單質，B項錯誤。有的金屬晶體的熔點很高，如鎢是熔點最高的金屬，有的很低，如汞在常溫下是液體；絕大多數金屬都具有銀白色金屬光澤，但少數金屬有特殊顏色，如Au呈金黃色，Cu呈紅色，Cs略帶金色等，C項錯誤。晶體硅能導電，但不是金屬晶體，D項正確。
研習2 離子晶體
[探究活動]
[問題探討]
1．離子晶體中除含離子鍵外，是否含有共價鍵？離子晶體中一定含金屬元素嗎？由金屬元素和非金屬元素組成的晶體一定是離子晶體嗎？
提示：離子晶體中除含有離子鍵外，還可能存在共價鍵，如NaOH；離子晶體中不一定含金屬元素，如NH4Cl等銨鹽；由金屬元素和非金屬元素組成的晶體不一定是離子晶體，如AlCl3是分子晶體。
2．以下是八種物質的熔點：
提示：①～④均為離子晶體且離子所帶電荷相同，從F－→I－隨著離子半徑的增大，離子鍵減弱，熔點逐漸降低。⑤～⑧均為離子晶體且離子所帶電荷相同，從Mg2＋→Ba2＋隨著離子半徑的增大，離子鍵減弱，熔點逐漸降低。
序號 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
物質 NaF NaCl NaBr NaI MgO CaO SrO BaO
熔點/℃ 993 801 747 661 2 852 2 614 2 430 1 918
(1) ①～④、⑤～⑧中物質的熔點為什么會逐漸降低？
(2) ⑤～⑧中物質的熔點遠高于①～④中物質的原因是什么？
提示：①～⑧中的物質均為離子晶體，但⑤～⑧中物質離子所帶電荷多于①～④中的物質離子所帶的電荷，離子所帶電荷越多，離子鍵越強，熔點越高。
(3) 通過上述分析，你能得出影響離子晶體熔點高低的因素有哪些？其影響規律是什么？
提示：影響離子晶體熔點高低的因素主要有離子所帶電荷數及離子半徑的大小。其規律是離子所帶電荷越多，離子半徑越小，離子晶體的熔點越高。
[重點講解]
1．離子晶體的結構特點
(1)離子晶體是由陽離子和陰離子通過離子鍵結合而成的晶體。
(2)離子晶體微粒之間的作用力是離子鍵。由于靜電作用沒有方向性，故離子鍵沒有方向性。只要條件允許，陽離子周圍可以盡可能多地吸引陰離子，同樣，陰離子周圍可
以盡可能多地吸引陽離子，故離子鍵也沒有飽和性。根據靜電作用大小的影響因素可知，在離子晶體中陰、陽離子半徑越小，所帶電荷數越多，離子鍵越強。
(3)離子晶體的化學式只表示晶體中陰、陽離子的個數比，而不表示其分子組成。
2．常見離子晶體的晶胞結構
晶體 晶胞 晶胞詳解
NaCl ①在NaCl晶體中，Na＋的配位數為6，Cl－的配位數為6；②與Na＋(Cl－)等距離且最近的Na＋(Cl－)有12個；③每個晶胞中有4個Na＋和4個Cl－；④每個Cl－周圍的Na＋構成正八面體形
CsCl ①在CsCl晶體中，Cs＋的配位數為8，Cl－的配位數為8；②每個Cs＋與6個Cs＋等距離相鄰，每個Cs＋與8個Cl－等距離相鄰
續表
3. 離子晶體的物理性質
(1)熔、沸點
一般來說，離子晶體具有較高的熔、沸點。離子晶體由固態變成液態或氣態，需要較多的能量破壞離子鍵，因此，離子晶體通常具有較高的熔、沸點。
(2)硬度
離子晶體的硬度較大，難于壓縮。陰、陽離子間有較強的離子鍵，使離子晶體的硬度較大，當晶體受到沖擊力作用時，部分離子鍵發生斷裂，導致晶體破碎。
(3)導電性
離子晶體不導電，熔化或溶于水后能導電。離子晶體中，離子鍵較強，離子不能自由移動，因此離子晶體不導電。當溫度升高時，陰、陽離子獲得足夠的能量，克服了離子間的相互作用，成為自由移動的離子，在外電場作用下，離子定向移動而導電。離子化合物溶于水時，陰、陽離子受到水分子作用變成了自由移動的離子(或水合離子)，在外電場作用下，陰、陽離子定向移動而導電。
(4)溶解性
大多數離子晶體易溶于極性溶劑(如水)，難溶于非極性溶劑(如汽油、苯等)，遵循“相似相溶”規律。當把離子晶體放入水中時，極性水分子對離子晶體中的離子產生吸引作用，使晶體中的離子克服了離子間的作用而電離，變成在水中自由移動的離子。
[典例2]　下列關于晶體的說法中不正確的是(　　)
A．任何晶體中，若含有陽離子也一定含有陰離子
B．離子晶體中一定存在離子鍵
C．共價晶體中只含有共價鍵
D．某晶體固態時不導電，熔融狀態時能導電，則說明該晶體是離子晶體
A
解析：金屬晶體中含有金屬陽離子和自由電子，所以晶體中若含有陽離子，不一定含有陰離子，A錯誤；離子晶體由陰、陽離子構成，一定含有離子鍵，B正確；共價晶體是原子間通過共價鍵結合形成的具有空間網狀結構的晶體，所以共價晶體中只含有共價鍵，C正確；某晶體固態時不導電，說明在該晶體中不含有自由移動的離子或自由電子，在熔融狀態時能導電，說明在熔融狀態時有自由移動的離子，因此可說明該晶體是離子晶體，D正確。
下列數據是對應物質的熔點，有關判斷錯誤的是(　　)
[舉一反三]
物質 Na2O Na AlF3 AlCl3
熔點/℃ 1 275 97.8 1 291 190
物質 Al2O3 BCl3 CO2 SiO2
熔點/℃ 2 073 －107 －57 1 723
A．含有金屬陽離子的晶體一定是離子晶體
B．AlCl3可能形成共價分子
C．同主族元素的氧化物可形成不同類型的晶體
D．金屬晶體的熔點不一定比分子晶體高32
解析：含有金屬陽離子的晶體可能是離子晶體，也可能是金屬晶體，A錯誤；AlCl3的熔點為190 ℃，比較低，符合分子晶體的物理性質，屬于共價分子，B正確；C和Si同主族，CO2的熔點為－57 ℃，比較低，屬于分子晶體，SiO2的熔點為1 723 ℃，比較高，屬于共價晶體，晶體類型不同，C正確；Na為金屬晶體，熔點為97.8 ℃，低于分子晶體AlCl3的熔點，則金屬晶體的熔點不一定比分子晶體高，D正確。
演習篇
·
學業測試速達標
1．下列敘述正確的是(　　)
A．任何晶體中，若含有陽離子，就一定含有陰離子
B．金屬晶體的形成是因為晶體中存在金屬陽離子間的相互作用
C．價電子數越多，金屬元素的金屬性越強
D．含有金屬元素的離子不一定是陽離子
D
解析：金屬晶體中雖存在陽離子，但沒有陰離子，A錯誤；金屬晶體的形成是因為晶體中存在金屬陽離子與自由電子之間的相互作用，B錯誤；價電子數多的金屬元素的金屬性不一定強，如Fe的價電子數比Na多，但Fe的金屬性卻沒有Na的強，C錯誤；含有金屬元素的離子不一定是陽離子，如AlO是陰離子，D正確。
2．下列關于金屬鍵的敘述中不正確的是(　　)
A．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子這兩種帶異性電荷的微粒間強烈的相互作用，其實質與離子鍵類似，也是一種電性作用
B．金屬鍵可以看作是許多原子共用許多電子所形成的強烈的相互作用，所以與共價鍵類似，也有方向性和飽和性
C．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子間的相互作用，金屬鍵無飽和性和方向性
D．構成金屬鍵的自由電子在整個金屬內部的三維空間中做自由運動
B
解析：從構成物質的基本微粒的性質看，金屬鍵與離子鍵的實質類似，都屬于電性作用，特征都是無方向性和飽和性；自由電子是由金屬原子提供的，并且在整個金屬內部的三維空間內運動，為整個金屬中的所有陽離子所共有，從這個角度看，金屬鍵與共價鍵有類似之處，但兩者又有明顯的不同，如金屬鍵無方向性和飽和性。
3．金屬晶體熔、沸點的高低和硬度大小一般取決于金屬鍵的強弱，而金屬鍵與金屬陽離子所帶電荷的多少及半徑大小有關。由此判斷下列說法正確的是(　　)
A．金屬鎂的熔點大于金屬鋁
B．堿金屬單質的熔、沸點從Li到Cs是逐漸增大的
C．金屬鋁的硬度大于金屬鈉
D．金屬鎂的硬度小于金屬鈣
C
解析：金屬陽離子所帶電荷越多，半徑越小，金屬鍵越強，據此判斷。
4．下列物質中屬于含有中性分子的離子晶體的是(　　)
A．CaCO3
B．Na2O2
C．(NH4)2SO4
D．Cu(NH3)4SO4·H2O
D
5．下列物質的晶體一定屬于離子晶體的是(　　)
A．在水中能電離出離子的物質
B．在水中能電離出SO的化合物
C．在水中能電離出Na＋的化合物
D．熔化時化學鍵無變化的化合物
C
6．根據CsCl的晶胞結構分析，CsCl晶體中兩距離最近的Cs＋間距離為a，則每個Cs＋周圍與其距離為a的Cs＋數目為________；每個Cs＋周圍距離相等且次近的Cs＋數目為________，距離為________；每個Cs＋周圍距離相等且第三近的Cs＋數目為________，距離為
________；每個Cs＋周圍緊鄰且等距
的Cl－數目為________。
6　
12　
a　
8　
a　
8
本課結束
This lesson is over
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