1、第2节金属晶体与离子晶体1.了解金属晶体、离子晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别。2.了解金属晶体的三种原子堆积模型，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。3.了解几种典型离子晶体的晶胞结构。4.了解晶格能的概念和含义。金属晶体1概念金属原子通过_形成的晶体。2常见金属晶体的三种结构型式堆积模型典型代表物质配位数晶胞结构示意图非密置层体心立方密堆积A2Li、Na、K、Ba、W、Fe_密置层六方最密堆积A3Mg、Zn、Ti_面心立方最密堆积A1Ca、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Pd_3.物理性质一般熔、沸点_，硬度_，具有良好的_，良好的_性等。自我校对：金属键81212较高较大延展性可塑1判
2、断正误(1)金属能导电，所以金属晶体是电解质。()(2)金属和电解质溶液在导电时均发生化学变化。()(3)温度越高，金属晶体的导电性越强。()(4)Li、Na、K、Rb、Cs的熔点依次降低，是因为金属键依次减弱。()答案：(1)(2)(3)(4)2. 金属晶体的形成是因为晶体中存在()A金属离子间的相互作用B金属原子间产生相互作用C金属阳离子与“自由电子”间的相互作用D金属原子与“自由电子”间的相互作用解析：选C。金属晶体是金属阳离子与“自由电子”相互作用形成的晶体。1金属物理通性的解释2金属晶体熔点的影响因素同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷决定，阳离子半径越小，所带电荷
3、越多，相互作用力就越强，熔点就越高。如熔点：LiNaKRbCs，NaMgCsCl，故熔点：NaClCsCl。(2) g离子晶体的结构1下列离子晶体中阴、阳离子核间距最大的是()ALiClBNaBrCKCl DKBr解析：选D。核间距即阴、阳离子半径之和。三种阳离子Li、Na、K都是碱金属离子，随核电荷数的增加半径增大，故K半径最大；两种阴离子Cl、Br是同主族元素形成的离子，Br电子层数多，半径较大。综上所述，核间距最大的是KBr。2元素X的某价态离子Xn与N3所形成晶体的结构单元如图所示，则Xn中n的值为()A1 B2C3 D4解析：选A。晶胞中小黑点个数为123，空心圆圈个数为81，根据分
4、子式中化合价代数和为0，则n1。3已知NaCl的摩尔质量为58.5 gmol1，其晶体密度为d gcm3，若钠离子与最接近的氯离子的核间距为a cm，那么阿伏加德罗常数的值可表示为()A117a3dB58.5/(2a3d)C234/(a3d)D58.5/(4a3d)解析：选B。(2a)3dNA。4.如图，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na或Cl所处的位置，这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。(1)请将其中代表Cl的圆圈涂黑(不必考虑体积大小)，以完成NaCl晶体结构示意图。(2)晶体中，在每个Na的周围与它最接近的且距离相等的Na共有_个。 (3)晶体中每一个重复的结构单元
5、叫晶胞。在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na或Cl为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl的个数等于_，即_(填计算式)；Na的个数等于_，即_(填计算式)。解析：(2)从体心Na看，与它最接近的且距离相等的Na共有12个。(3)根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法是处于顶点的离子，同时被8个晶胞共有，每个离子有属于该晶胞。处于棱上的离子，同时被4个晶胞共有，每个离子有属于该晶胞。处于面上的离子，同时被2个晶胞共有，每个离子有属于该晶胞。处于晶胞内部(体心)的离子，则完全属于该晶胞。由此可知。图NaCl晶胞中，含Cl：864(个)；含Na：1214(个)。答案：(1)
6、(2)12(3)486441214离子晶体的性质5NaF、NaI、MgO均为NaCl型离子化合物，由下表判断这三种化合物的熔点高低顺序是()物质NaFNaIMgO离子所带电荷数112核间距(1010m)2.313.182.10A BC D解析：选B。离子晶体中阴、阳离子的核间距越小，离子所带的电荷数越多，其晶格能越大，熔点就越高。6MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体熔点的高低顺序是()AMgORb2OBaOCaOBMgOCaOBaORb2OCCaOBaOMgORb2ODCaOBaORb2OMgO解析：选B。四种离子晶体所含阴离子相同，所含阳离子不同。Mg2、Rb、Ca2、Ba2比较，
7、Rb所带电荷数最少，其与O2形成的离子键最弱，使Rb2O的熔点最低。Mg2、Ca2、Ba2比较，它们所带正电荷数一样多，半径：Mg2Ca2Ca2Ba2，相应离子晶体的熔点由高到低的顺序是MgOCaOBaO。综上所述，四种离子晶体熔点的高低顺序是MgOCaOBaORb2O。7溴化钠、氯化钠和氧化镁离子晶体的核间距和晶格能(部分)如下表所示：晶体NaBrNaClMgO离子的核间距/pm290276205晶格能/kJmol17873 890(1)溴化钠晶体比氯化钠晶体晶格能_(填“大”或“小”)，主要原因是_。(2)氧化镁晶体比氯化钠晶体晶格能大，主要原因是_。(3)溴化钠、氯化钠和氧化镁晶体中，硬
8、度最大的是_。工业制取单质镁时，往往电解的是氯化镁而不是氧化镁，主要原因是_。解析：利用离子晶体中离子的核间距、离子的电荷数与晶格能的关系，对离子晶体的物理性质进行分析。晶格能越大，则离子晶体越稳定，即熔、沸点越高。答案：(1)小NaBr比NaCl离子的核间距大(2)氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大，并且离子的核间距小(3)氧化镁氧化镁晶体比氯化镁晶体晶格能大，熔点高，电解时消耗电能大重难易错提炼1.金属晶体是指金属阳离子和“自由电子”通过金属键形成的晶体。2.常见金属晶体的堆积方式：面心立方最密堆积A1，体心立方密堆积A2，六方最密堆积A3。3.金属晶体的物理通性包括金属光泽、导电性
9、、导热性、延展性。4.金属键的影响因素：离子半径和离子所带电荷数。5.离子晶体是指阴、阳离子通过离子键形成的晶体。6.典型离子晶体结构类型：NaCl型、CsCl型和ZnS型。7.晶格能是指将1 mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量。8.金属键越强，金属晶体的熔、沸点越高；晶格能越大，离子晶体的熔、沸点越高。9.离子晶体的结构决定离子晶体的一系列特性。课后达标检测基础巩固1下列几种金属晶体中，原子堆积方式与另外三种不同的是()A钠B钾C铁 D铜解析：选D。钠、钾、铁的原子堆积方式都是体心立方密堆积，即为A2型密堆积，而铜原子的堆积方式是面心立方最密堆积，即为A1型最密堆积。2金
10、属Mg中含有的结构粒子是()AMg原子和“自由电子”B只有Mg2CMg原子和Mg2DMg2与“自由电子”解析：选D。金属晶体是由金属阳离子和“自由电子”利用金属键结合的晶体。3某晶体的下列性质可作为判断它是离子晶体的充分依据的是()A具有较高的熔点和较大的硬度B固态不导电，其水溶液能导电C可溶于水D固态不导电，熔融态能导电解析：选D。A项，如金刚石具有较高的熔点和较大的硬度，金刚石不是离子晶体，所以由A项不能确定是离子晶体；B项，如HCl、AlCl3等共价化合物固态不导电，它们的水溶液能导电，所以由B项也不能确定是离子晶体；C项，如HCl、H2SO4等可溶于水，但它们形成的晶体是分子晶体，所以
11、由C项不能确定是离子晶体；只有D项是正确的，离子晶体固态不导电而熔融态导电，分子晶体两种状态下都不导电，而金属晶体固态时导电。4下列关于离子晶体的描述不正确的是()A离子晶体是阳离子和阴离子通过静电吸引力结合而成的晶体B稳定性：NaFNaClNaBrNaIC硬度：MgOCaOBaOD在氯化钠晶体中，Na和Cl的配位数均为6解析：选A。离子晶体是阳离子和阴离子通过静电作用结合而成，静电作用包括静电斥力和静电吸引力。5已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别为()A4、8 B4、12C14、6 D14、8解析：选B。根据铜的晶胞结构可知，含有铜原子数为864；配位数为每个C
12、u原子周围紧邻的Cu原子数，故为3812。6已知金属钠与两种卤族元素形成的化合物Q、P，它们的晶格能分别为923 kJmol1、786 kJmol1，下列有关说法中不正确的是()AQ的熔点比P的高B若P是NaCl，则Q一定是NaFCQ中成键离子核间距较小D若P是NaCl，则Q可能是NaBr解析：选D。Q的晶格能大于P的晶格能，故Q的熔点比P的高，A项正确；因F的半径比Cl的小(其他卤素离子的半径比Cl的大)，故NaF的晶格能大于NaCl的，B项正确，D项错误；因Q、P中成键离子均为一价离子，电荷数相同，故晶格能的差异是由成键离子核间距决定的，晶格能越大，表明核间距越小，C项正确。7在冰晶石(N
13、a3AlF6)晶胞中，AlF63占据的位置相当于NaCl晶胞中Cl占据的位置，则冰晶石晶胞中含有的原子数与NaCl晶胞中含有的原子数之比为()A21 B32C52 D51解析：选D。一个NaCl晶胞中含有的原子个数为448；根据题目信息可知，一个冰晶石的晶胞中含有4个AlF63，则含有12个Na，则一个冰晶石晶胞所含的原子总数为124(16)40，故选D项。8下列图像是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图，试判断属于NaCl晶体结构的图像是()A图(1)和图(3) B图(2)和图(3)C只有图(1) D图(1)和图(4)解析：选D。在NaCl晶体结构中，每个Na周围等距且最近的
14、Cl有6个，图(1)和图(4)能够满足；在CsCl晶体中，与每个Cs等距且最近的Cl有8个，图(2)和图(3)符合。9氧化钙在2 973 K时熔化，而氯化钠在1 074 K时熔化，两者的离子间距离和晶体结构类似，有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是()A氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多B氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大C氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能小D在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下，晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定解析：选C。氧化钙和氯化钠都属于离子晶体，熔点的高低可根据晶格能的大小判断。晶格能的大小与离子所带电荷多少、离子间距离、晶体结构类型等因素有关。氧化钙和氯
15、化钠的离子间距离和晶体结构都类似，所以晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定。10.有一种蓝色晶体可表示为MxFey(CN)6，经X射线研究发现，它的结构特征是Fe3和Fe2互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN位于立方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法正确的是 ()A该晶体的化学式为M2Fe2(CN)6B该晶体属于离子晶体，M呈1价C该晶体属于离子晶体，M呈2价D晶体中与每个Fe3距离最近且等距离的CN为3个解析：选B。由图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2个数为4，含Fe3个数也为，CN的个数为123，因此阴离子为Fe2(CN)6，则该晶体的化学式只能为MFe
16、2(CN)6，故A项错误；由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为1价，故B项正确、C项错误；由图可看出与每个Fe3距离最近且等距离的CN为6个，故D项错误。11(1)已知MgO的晶体结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构示意图如图所示，请改正图中的错误：_。(2)Mg是第3周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点见下表：氟化物NaFMgF2熔点/K1 2661 534解释表中氟化物熔点差异的原因： _。答案：(1)8号白球改为小灰球(2)阴离子相同的离子晶体微粒间的作用力随阳离子半径的减小、电荷数的增大而增大，故MgF2的熔点高于NaF12金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：六
17、方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方密堆积，图(a)、(b)、(c)分别代表这三种晶胞的结构。(1)三种晶胞内金属原子个数比为_。(2)三种堆积方式实质是金属阳离子的堆积方式，那么“自由电子”有无确切的堆积方式？_(填“有”或“无”)。(3)影响金属晶体熔点的主要因素是_。解析：(1)晶胞(a)中含原子数为12236，晶胞(b)中含原子数为864，晶胞(c)中含原子数为812。其原子个数比为642321。(2)由于金属晶体中的“自由电子”不属于每个固定的原子，而是在整个晶体中自由移动，故自由电子无确切的堆积方式。(3)金属晶体是由金属原子通过金属键相互结合而成，金属键的强弱直接影响金属晶体的
18、熔点。金属键越强，晶体的熔点越高。答案：(1)321(2)无(3)金属键的强弱13某离子晶体的晶胞结构如图所示，X()位于立方体的顶点，Y()位于立方体的体心。试分析：设该晶体的摩尔质量为M gmol1，晶体的密度为 gcm3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为_cm。解析：一个晶胞平均含有X的个数为4，平均含有Y的个数为1，所以在晶体中X和Y的个数之比为12，该离子晶体的化学式为XY2或Y2X。该晶胞中含有个XY2或Y2X，设晶胞的边长为a cm，则有a3NAM，a，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为 cm。答案： 能力提升14认真分析NaCl和CsCl的晶体结
19、构，判断下列说法错误的是()ANaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体BNaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同，所以二者的阴、阳离子的配位数也相等CNaCl和CsCl晶体中阴、阳离子的配位数分别为6和8DNaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，但阴、阳离子半径比不同解析：选B。NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同，但阴、阳离子的配位数不相等。NaCl晶体中阴、阳离子的配位数为6，CsCl晶体中阴、阳离子的配位数为8。15.如图是氯化铯晶体的晶胞(晶体中最小的重复结构单元)示意图，已知晶体中2个最近的Cs核间距为a cm，氯化铯(CsCl)的摩尔质量为M gmol1，NA为阿伏加
20、德罗常数的值，则氯化铯晶体的密度为()A gcm3 B gcm3C gcm3 D gcm3解析：选C。Cs位于顶点，一个晶胞中Cs数目为81，Cl位于体心，则一个晶胞中含有1个Cl和1个Cs，则一个晶胞的质量为 g，2个最近的Cs核间距为a cm，即晶胞边长为a cm，则晶胞体积为a3 cm3，则密度为 gcm3，故选C。16A、B 为两种短周期元素，A的原子序数大于B，且B原子的最外层电子数为A原子最外层电子数的3倍。A、B形成的化合物是中学化学常见的化合物，该化合物熔融时能导电。试回答下列问题：(1)A、B的元素符号分别是_、_。(2)A、B所形成的化合物的晶体结构与氯化钠晶体结构相似，则
21、每个阳离子周围吸引了_个阴离子；晶体中阴、阳离子个数之比为_。(3)A、B形成的化合物的晶体的熔点比NaF晶体的熔点_(填“高”或“低”)，其判断的理由是_。解析：该化合物熔融时能导电，说明A、B形成的化合物是离子化合物，A和B一种是活泼的金属元素，一种是活泼的非金属元素，再结合A的原子序数大于B，且B原子的最外层电子数为A原子最外层电子数的3倍，推断出A是Mg，B是O。MgO和NaF虽然离子半径差别不大，但MgO中离子所带电荷较多，晶格能较大，离子键较强。答案：(1)MgO(2)611(3)高离子半径差别不大，但MgO中离子所带电荷较多，晶格能较大，离子键较强17.在晶体中具有代表性的最小重
22、复单元，称为晶胞。如图是金属钨晶体中的一个晶胞的结构模型图(原子间实际是相互接触的)。它是一种体心立方结构。实验测得金属钨的密度为19.30 gcm3，钨的相对原子质量为183.9。假定金属钨为等直径的刚性球，请回答以下各题：(1)每一个晶胞中分摊到_个钨原子。(2)计算晶胞的边长a。(3)计算钨的原子半径r(提示：只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。(4)计算金属钨原子采取的体心立方密堆积的空间利用率。解析：(1)晶胞中每个顶点的钨原子为8个晶胞所共有，体心钨原子完全为该晶胞所共有，故晶胞中钨原子数为182。(2)每个晶胞中含2个钨原子，则：NAa32183.9 gmol1/(19.30 gcm3)，即6.021023 mol1a32183.9 gmol1/(19.30 gcm3)，解得a3.163108 cm0.316 3 nm。(3)晶胞体对角线的长度为钨原子半径的4倍，则：4ra，计算得出钨原子半径为0.137 nm。(4)每个晶胞中含2个钨原子，钨原子为球状，则体心立方结构的空间利用率为100%68%。答案：(1)2(2)0.316 3 nm(3)0.137 nm(4)68%