高中化學(xué)選擇性必修二 3.3 金屬晶體與離子晶體 學(xué)案

1、 第三節(jié)金屬晶體與離子晶體一、金屬鍵1定義：在金屬單質(zhì)晶體中原子之間以金屬陽離子與自由電子之間強(qiáng)烈的相互作用。2成鍵粒子：金屬陽離子和自由電子。3成鍵條件：金屬單質(zhì)或合金。4成鍵本質(zhì)電子氣理論：金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子共用，從而把所有金屬原子維系在一起，形成像共價晶體一樣的“巨分子”。 5.特征：自由電子不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(dú)占某個或某幾個自由電子在整塊金屬中自由移動。金屬鍵既沒有方向性，也沒有飽和性。6. 金屬鍵的強(qiáng)弱比較一般來說，金屬鍵的強(qiáng)弱主要取決于金屬元素原子的半徑和價電子數(shù)。原子半徑越大

2、，價電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；原子半徑越小，價電子數(shù)越多，金屬鍵越強(qiáng)。7.金屬鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響金屬鍵越強(qiáng)，晶體的熔、沸點(diǎn)越高。金屬鍵越強(qiáng)，晶體的硬度越大。二、金屬晶體1通過金屬離子與自由電子之間的較強(qiáng)作用形成的單質(zhì)晶體，叫做金屬晶體?！咀ⅰ吭诮饘倬w中有陽離子，但沒有陰離子，所以，晶體中有陽離子不一定有陰離子，若有陰離子，則一定有陽離子。 金屬單質(zhì)或合金的晶體（晶體鍺、灰錫除外）屬于金屬晶體。 金屬晶體與共價晶體一樣。是一種“巨分子”。2用電子氣理論解釋金屬的物理性質(zhì)3金屬晶體的性質(zhì)(1)金屬晶體具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。(2)熔、沸點(diǎn)：金屬鍵越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高。同周期金屬單質(zhì)，從左到

3、右(如Na、Mg、Al)熔、沸點(diǎn)升高。同主族金屬單質(zhì)，從上到下(如堿金屬)熔、沸點(diǎn)降低。合金的熔、沸點(diǎn)一般比其各成分金屬的熔、沸點(diǎn)低。金屬晶體熔點(diǎn)差別很大，如汞常溫下為液體，熔點(diǎn)很低；而鐵常溫下為固體，熔點(diǎn)很高。例1關(guān)于金屬性質(zhì)和原因的描述不正確的是()A金屬一般具有銀白色光澤，是物理性質(zhì)，與金屬鍵沒有關(guān)系B金屬具有良好的導(dǎo)電性，是因為在金屬晶體中共享了金屬原子的價電子，形成了“電子氣”，在外加電場的作用下自由電子定向移動便形成了電流，所以金屬易導(dǎo)電C金屬具有良好的導(dǎo)熱性能，是因為自由電子在受熱后，加快了運(yùn)動速率，自由電子通過與金屬離子發(fā)生碰撞，傳遞了能量D金屬晶體具有良好的延展性，是因為金屬

4、晶體中的原子層可以滑動而不破壞金屬鍵答案A金屬一般具有銀白色的金屬光澤，與金屬鍵密切相關(guān)。由于金屬原子以最緊密堆積狀態(tài)排列，內(nèi)部存在自由電子，所以當(dāng)光輻射到它的表面上時，自由電子可以吸收所有頻率的光，然后很快釋放出各種頻率的光，這就使得絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)銀灰色以至銀白色光澤，故A項錯誤；B、C、D項均正確。例2在金屬晶體中，如果金屬原子的價電子數(shù)越多，金屬陽離子的半徑越小，自由電子與金屬陽離子間的作用力越大，金屬的熔點(diǎn)越高。由此判斷下列各組金屬熔點(diǎn)的高低順序，其中正確的是()AMgAlCaBAlNaLiCAlMgCaDMgBaAl答案 C金屬原子的價電子數(shù)：AlMgCaBaLiNa，金屬陽離子的

5、半徑：r(Ba2)r(Ca2)r(Na)r(Mg2)r(Al3)r(Li)，則C正確。三、離子晶體1離子鍵(1)構(gòu)成粒子：陽離子和陰離子。(2)作用力：離子鍵。(3)特征：沒有飽和性和方向性。(4)形成條件：一般應(yīng)滿足兩種元素的電負(fù)性之差大于1.7，即活潑的金屬元素和活潑的非金屬元素。(5)配位數(shù)：一個離子周圍最鄰近的異電性離子的數(shù)目。 2.離子晶體(1)常見離子晶體一般來說，含金屬或NH4+的晶體，但AlCl3為分子晶體?！咀ⅰ侩x子晶體中一定含有離子鍵，可能含有共價鍵和氫鍵等，如CuSO4H2O。 離子晶體中，每個陰（陽）離子周圍排列的帶相反電荷的離子的數(shù)目是固定的，不是任意的。(2)離子晶

6、體的性質(zhì)性質(zhì)原因熔、沸點(diǎn)離子晶體中有較強(qiáng)的離子鍵，熔化或汽化時需消耗較多的能量。所以離子晶體有較高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和難揮發(fā)性。通常情況下，同種類型的離子晶體，離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高硬度硬而脆。離子晶體表現(xiàn)出較高的硬度。當(dāng)晶體受到?jīng)_擊力作用時，部分離子鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致晶體破碎導(dǎo)電性不導(dǎo)電，但熔融或溶于水后能導(dǎo)電。離子晶體中，離子鍵較強(qiáng)，陰、陽離子不能自由移動，即晶體中無自由移動的離子，因此離子晶體不導(dǎo)電。當(dāng)升高溫度時，陰、陽離子獲得足夠的能量克服了離子間的相互作用力，成為自由移動的離子，在外加電場的作用下，離子定向移動而導(dǎo)電。離子晶體溶于水時，陰、陽離子受到水分子的作用成了自由移動的

7、離子(或水合離子)，在外加電場的作用下，陰、陽離子定向移動而導(dǎo)電溶解性大多數(shù)離子晶體易溶于極性溶劑(如水)中，難溶于非極性溶劑(如汽油、苯、CCl4)中。當(dāng)把離子晶體放入水中時，水分子對離子晶體中的離子產(chǎn)生吸引，使離子晶體中的離子克服離子間的相互作用力而離開晶體，變成在水中自由移動的離子延展性離子晶體中陰、陽離子交替出現(xiàn)，層與層之間如果滑動，同性離子相鄰而使斥力增大導(dǎo)致不穩(wěn)定，所以離子晶體無延展性【注】離子晶體的熔、沸點(diǎn)和硬度與離子鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，離子鍵越強(qiáng)，離子晶體的熔沸點(diǎn)越高，硬度越大。 離子鍵的強(qiáng)弱與離子半徑和離子所帶電荷數(shù)有關(guān)，離子半徑越小，離子所帶的電荷數(shù)越多，離子鍵越強(qiáng)?！就卣埂砍Ｒ?/p>

8、的離子晶體晶體類型NaClCsCl晶胞陽離子的配位數(shù)68陰離子的配位數(shù)68晶胞中所含離子數(shù)Cl 4Na 4Cs 1 Cl 1四、過度晶體和混合型晶體1過渡晶體(1)四類典型的晶體是指分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體。(2)過渡晶體：介于典型晶體之間的晶體。幾種氧化物的化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2離子鍵的百分?jǐn)?shù)/%62504133從上表可知，表中4種氧化物晶體中的化學(xué)鍵既不是純粹的離子鍵，也不是純粹的共價鍵，這些晶體既不是純粹的離子晶體也不是純粹的共價晶體，只是離子晶體與共價晶體之間的過渡晶體。偏向離子晶體的過渡晶體在許多性質(zhì)上與純粹的離子晶體接近，因而

9、通常當(dāng)作離子晶體來處理，如Na2O等。同樣，偏向共價晶體的過渡晶體則當(dāng)作共價晶體來處理，如Al2O3、SiO2等。【注】四類典型晶體都有過渡晶體存在。2混合型晶體(1)晶體模型石墨結(jié)構(gòu)中未參與雜化的p軌道(2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)層狀結(jié)構(gòu)同層內(nèi)碳原子采取sp2雜化，以共價鍵(鍵)結(jié)合，形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)。石墨是層狀結(jié)構(gòu)的，層與層之間不存在化學(xué)鍵，是靠范德華力維系。石墨的二維結(jié)構(gòu)內(nèi)，每個碳原子的配位數(shù)為3，有一個未參與雜化的2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面。(3)晶體類型：石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵和范德華力，屬于混合晶體。(4)性質(zhì)：熔點(diǎn)很高、質(zhì)軟、易導(dǎo)電等?！就卣埂坑捎谔荚拥膒軌道相互

10、平行且相互重疊，p軌道中的電子可在整個碳原子平面中運(yùn)動，所以石墨具有良好的導(dǎo)電性。 石墨晶體中碳原子數(shù)與共價鍵數(shù)的關(guān)系： 每個六元環(huán)中含有CC鍵數(shù)為=3每個六元環(huán)中含有C原子數(shù)為=2(5)混合型晶體的概念 向石墨這樣的晶體，既有共價鍵，又有范德華力，同時存在類似金屬鍵的作用力，兼具有共價晶體、分子晶體、金屬晶體特征的晶體叫混合型晶體。 例3自然界中的CaF2又稱螢石，是一種難溶于水的固體，屬于典型的離子晶體。下列一定能說明CaF2是離子晶體的實驗是()ACaF2難溶于水，其水溶液的導(dǎo)電性極弱BCaF2的熔、沸點(diǎn)較高，硬度較大CCaF2固體不導(dǎo)電，但在熔融狀態(tài)下可以導(dǎo)電DCaF2在有機(jī)溶劑(如苯

11、)中的溶解度極小答案 C離子晶體中含有離子鍵，離子鍵在熔融狀態(tài)下被破壞，電離出自由移動的陰、陽離子，所以離子晶體在熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ?，這是判斷某晶體是否為離子晶體的依據(jù)。例4(雙選)澤維爾研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用激光脈沖照射NaI，使Na和I兩核間距為1.01.5 nm時，呈離子鍵；當(dāng)兩核靠近約距0.28 nm時，呈共價鍵。根據(jù)澤維爾的研究成果能得出的結(jié)論是()ANaI晶體是過渡晶體B離子晶體可能含有共價鍵CNaI晶體中既有離子鍵，又有共價鍵D共價鍵和離子鍵沒有明顯的界線答案 AD化學(xué)鍵既不是純粹的離子鍵也不是純粹的共價鍵，共價鍵和離子鍵沒有明顯的界線。例5如圖所示是從NaCl或CsCl的晶體結(jié)構(gòu)中分割

12、出來的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從NaCl晶體中分割出來的結(jié)構(gòu)圖是()(1)(2)(3)(4)A圖(1)和(3)B圖(2)和(3)C圖(1)和(4)D只有圖(4)答案 C本題考查了離子晶體的代表物質(zhì)NaCl、CsCl的晶體結(jié)構(gòu)。NaCl晶體中，每個Na周圍最鄰近的Cl有6個，構(gòu)成正八面體，同理，每個Cl周圍最鄰近的6個Na也構(gòu)成正八面體，由此可知圖(1)和(4)是從NaCl晶體中分割出來的結(jié)構(gòu)圖，C項正確。例6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：回答下列問題：(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、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為_、_。(3)C60屬于_晶體，石墨屬于_晶體。(4)石墨晶體中，層內(nèi)CC鍵的鍵長為142 pm，而金剛石中CC鍵的鍵長為154 pm。其原因是金剛石中只存在CC間的_共價鍵，而石墨層內(nèi)的CC間不僅存在_共價鍵，還有_鍵。解析(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管都是由同種元素形成的不同單質(zhì)，故它們互為同素異形體。(2)在金剛石