3.3.1金屬晶體與離子晶體學(xué)案高二化學(xué)人教版選擇性必修2

3.3.1金屬晶體與離子晶體——高二化學(xué)人教版（2019）選修二課堂速測一、金屬鍵與金屬晶體1．金屬鍵(1)概念：“電子氣理論”把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價(jià)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。(2)成鍵粒子是金屬陽離子和自由電子。(3)金屬鍵的強(qiáng)弱和對金屬性質(zhì)的影響①金屬鍵的強(qiáng)弱主要決定于金屬元素的原子半徑和價(jià)電子數(shù)。原子半徑越大、價(jià)電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；反之，金屬鍵越強(qiáng)。②金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。如：熔點(diǎn)最高的金屬是鎢，硬度最大的金屬是鉻。特別提醒金屬鍵沒有方向性和飽和性。2．金屬晶體(1)在金屬晶體中，原子間以金屬鍵相結(jié)合。(2)金屬晶體的性質(zhì)：優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。二、離子晶體1．離子鍵及其影響因素(1)概念：陰、陽離子之間通過靜電作用形成的化學(xué)鍵。(2)影響因素：離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)。特別提醒離子鍵沒有方向性和飽和性。2．離子晶體及其物理性質(zhì)(1)概念：由陽離子和陰離子相互作用而形成的晶體。(2)離子晶體的性質(zhì)①熔、沸點(diǎn)較高，硬度較大。②離子晶體不導(dǎo)電，但熔化或溶于水后能導(dǎo)電。③大多數(shù)離子晶體能溶于水，難溶于有機(jī)溶劑。3．常見離子晶體的結(jié)構(gòu)(1)NaCl晶胞NaCl晶胞如圖所示，每個(gè)Na＋周圍距離最近的Cl－有6個(gè)(上、下、左、右、前、后各1個(gè))，構(gòu)成正八面體，每個(gè)Cl－周圍距離最近的Na＋有6個(gè)，構(gòu)成正八面體，由此可推知晶體的化學(xué)式為NaCl?；卮鹣铝袉栴}：①每個(gè)Na＋(Cl－)周圍距離相等且最近的Na＋(Cl－)是12個(gè)。②每個(gè)晶胞中實(shí)際擁有的Na＋數(shù)是4個(gè)，Cl－數(shù)是4個(gè)。③若晶胞參數(shù)為apm，則氯化鈉晶體的密度為eq\f(234,NA·a3×10－30)g·cm－3。(2)CsCl晶胞CsCl晶胞如圖所示，每個(gè)Cs＋周圍距離最近的Cl－有8個(gè)，每個(gè)Cl－周圍距離最近的Cs＋有8個(gè)，它們均構(gòu)成正六面體，由此可推知晶體的化學(xué)式為CsCl?；卮鹣铝袉栴}：①每個(gè)Cs＋(Cl－)周圍距離最近的Cs＋(Cl－)有6個(gè)，構(gòu)成正八面體。②每個(gè)晶胞中實(shí)際擁有的Cs＋有1個(gè)，Cl－有1個(gè)。③若晶胞參數(shù)為apm，則氯化銫晶體的密度為eq\f(168.5,NA·a3×10－30)g·cm－3。三、過渡晶體與混合型晶體1．過渡晶體(1)四類典型晶體是分子晶體、共價(jià)晶體、金屬晶體、離子晶體。(2)離子晶體和共價(jià)晶體的過渡標(biāo)準(zhǔn)是化學(xué)鍵中離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)。離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)大，作為離子晶體處理，離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)小，作為共價(jià)晶體處理。(3)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七種氧化物中從左到右，離子鍵成分的百分?jǐn)?shù)越來越小，其中作為離子晶體處理的是Na2O、MgO；作為共價(jià)晶體處理的是Al2O3、SiO2；作為分子晶體處理的是P2O5、SO3、Cl2O7。2．混合型晶體——石墨(1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——層狀結(jié)構(gòu)①同層內(nèi)，碳原子采用sp2雜化，以共價(jià)鍵相結(jié)合形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)。所有碳原子的p軌道平行且相互重疊，p軌道中的電子可在整個(gè)碳原子平面中運(yùn)動。②層與層之間以范德華力相結(jié)合。(2)晶體類型石墨晶體中，既有共價(jià)鍵，又有金屬鍵和范德華力，屬于混合型晶體。(3)物理性質(zhì)：①導(dǎo)電性，②導(dǎo)熱性，③潤滑性。四、晶體類型的比較1．四種晶體的比較晶體分子晶體離子晶體金屬晶體共價(jià)晶體構(gòu)成微粒分子陰、陽離子金屬離子、自由電子原子微粒間作用力范德華力(少數(shù)有氫鍵)離子鍵金屬鍵共價(jià)鍵性質(zhì)熔、沸點(diǎn)較低較高一般較高很高硬度小略硬而脆一般較大很大溶解性相似相溶多數(shù)溶于水不溶，有些與水反應(yīng)不溶機(jī)械加工性能不良不良良好不良導(dǎo)電性固態(tài)、液態(tài)均不導(dǎo)電，部分溶于水時(shí)導(dǎo)電固態(tài)時(shí)不導(dǎo)電，熔融時(shí)導(dǎo)電，能溶于水的溶于水時(shí)導(dǎo)電固態(tài)、熔融態(tài)時(shí)導(dǎo)電大部分固態(tài)、熔融時(shí)都不導(dǎo)電作用力大小規(guī)律組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，相對分子質(zhì)量大的范德華力大離子所帶電荷數(shù)多、半徑小的離子鍵強(qiáng)金屬原子的價(jià)電子數(shù)多、半徑小的金屬離子與自由電子間的作用力強(qiáng)共價(jià)鍵鍵長短(電子云重疊多)、原子半徑小的共價(jià)鍵穩(wěn)定2.晶體類型的判斷方法(1)依據(jù)組成晶體的微觀粒子和粒子間的作用判斷分子間通過分子間作用力形成的晶體屬于分子晶體；由原子通過共價(jià)鍵形成的晶體屬于共價(jià)晶體；由陰、陽離子通過離子鍵形成的晶體屬于離子晶體；由金屬陽離子和自由電子通過金屬鍵形成的晶體屬于金屬晶體。(2)依據(jù)物質(zhì)的分類判斷①活潑金屬的氧化物(如Na2O、MgO等)、強(qiáng)堿[如KOH、Ba(OH)2等]和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。②大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硼、晶體硅等外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機(jī)物(除有機(jī)鹽外)是分子晶體。③常見的共價(jià)晶體單質(zhì)有金剛石、晶體硼、晶體硅等；常見的共價(jià)晶體化合物有碳化硅、SiO2等。④金屬單質(zhì)(除汞外)與合金均屬于金屬晶體。(3)依據(jù)晶體的熔點(diǎn)判斷離子晶體的熔點(diǎn)較高，常在數(shù)百至幾千攝氏度；共價(jià)晶體的熔點(diǎn)高，常在一千至幾千攝氏度；分子晶體的熔點(diǎn)較低，常在數(shù)百攝氏度以下至很低溫度；金屬晶體多數(shù)熔點(diǎn)高，但也有熔點(diǎn)相當(dāng)?shù)偷摹?4)依據(jù)導(dǎo)電性判斷離子晶體在水溶液中和熔融狀態(tài)下都導(dǎo)電；共價(jià)晶體一般為非導(dǎo)體，但晶體硅能導(dǎo)電；分子晶體為非導(dǎo)體，而分子晶體中的電解質(zhì)(主要是酸和非金屬氫化物)溶于水，使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂形成自由離子，也能導(dǎo)電；金屬晶體是電的良導(dǎo)體。(5)依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷離子晶體硬度較大或略硬而脆；共價(jià)晶體硬度大；分子晶體硬度小且較脆；金屬晶體多數(shù)硬度大，但也有硬度較小的，且具有延展性?！踞槍τ?xùn)練】1.下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯誤的是()A.金屬鍵沒有飽和性和方向性B.金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強(qiáng)烈的靜電吸引作用C.金屬鍵中的自由電子屬于整塊金屬D.金屬的性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)2.金屬晶體的形成是因?yàn)榫w中存在()。A.金屬離子間的相互作用 B.金屬原子間的相互作用C.金屬離子與自由電子間的相互作用 D.自由電子間的相互作用3.關(guān)于晶體的下列說法中，正確的是()。A.共價(jià)晶體中可能含有離子鍵B.離子晶體中可能含有共價(jià)鍵C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價(jià)鍵D.任何晶體中，若含有陽離子就一定有陰離子4.下列敘述中正確的是()A.金屬在通常情況下都是固體B.金屬晶體中有陽離子，但沒有陰離子C.Mg晶體中1個(gè)跟2個(gè)價(jià)電子有較強(qiáng)的作用D.金屬晶體發(fā)生形變時(shí)，其內(nèi)部金屬離子與自由電子相互作用不再存在5.金屬能導(dǎo)電的原因是()。A.金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間的作用較弱B.金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動C.金屬晶體中的金屬陽離子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動D.金屬晶體在外加電場作用下可失去電子6.關(guān)于金屬性質(zhì)和原因的描述不正確的是()A.金屬具有金屬光澤是因?yàn)榻饘僦械淖杂呻娮游樟丝梢姽?，又把各種波長的光大部分反射出來B.金屬具有良好的導(dǎo)電性，是因?yàn)榻饘倬w中共享了金屬原子的價(jià)電子，形成了“電子氣”，在外電場的作用下自由電子定向移動形成電流C.金屬具有良好的導(dǎo)熱性能，是因?yàn)樽杂呻娮釉谑軣岷螅涌炝诉\(yùn)動速率，自由電子通過與金屬原子發(fā)生碰撞，傳遞能量D.金屬晶體具有良好的延展性，是因?yàn)榻饘倬w中的原子層可以通過破壞金屬鍵以達(dá)到相對滑動7.下列物質(zhì)中，含有極性共價(jià)鍵的離子晶體是()。A.NaCl B. C. D.NaOH8.銅和氧形成的一種離子化合物的晶體結(jié)構(gòu)如圖，則銅離子的電荷數(shù)為_______。9.如圖所示，直線交點(diǎn)處的圓圈為NaCl晶體中或所處的位置。這兩種離子在空間三個(gè)互相垂直的方向上都是等距離排列的。（1）請將其中代表的圓圈涂黑（不必考慮離子體積大小），以完成NaCl晶體的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖。（2）晶體中，在每個(gè)的周圍與它最近且距離相等的共有________個(gè)。（3）在NaCl晶胞的頂點(diǎn)上、面上、棱上的或?yàn)樵摼О团c其相鄰的晶胞所共有，一個(gè)晶胞中的個(gè)數(shù)等于________，即________（填計(jì)算式）；的個(gè)數(shù)等于________，即________（填計(jì)算式）。（4）設(shè)NaCl的摩爾質(zhì)量為，食鹽晶體的密度為，阿伏加德羅常數(shù)的值為。則食鹽晶體中兩個(gè)距離最近的鈉離子中心間的距離為______cm。10.回答下列問題：（1）石墨晶體由層狀石墨“分子”按ABAB方式堆積而成，如圖甲所示，圖中用虛線標(biāo)出了石墨的一個(gè)晶胞。該晶胞中含有的碳原子數(shù)為________。（2）石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)新型碳材料，如圖乙所示。1mol石墨烯中含有的六元環(huán)個(gè)數(shù)為________，下列有關(guān)石墨烯的說法正確的是________（填序號）。a.晶體中碳原子間全部是碳碳單鍵b.石墨烯中所有碳原子處于同一個(gè)平面內(nèi)c.從石墨中剝離得到石墨烯需克服分子間作用力

答案以及解析1.答案：B解析：金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間的強(qiáng)的相互作用，自由電子為整個(gè)金屬的所有陽離子所共有，所以金屬鍵沒有方向性和飽和性，而共價(jià)鍵有方向性和飽和性，A正確。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的強(qiáng)烈靜電作用，既包括吸引作用也包括排斥作用，B錯誤。自由電子在金屬中自由運(yùn)動，為整個(gè)金屬的所有陽離子所共有，C正確。金屬晶體中的金屬鍵決定了金屬的性質(zhì)和金屬固體的形成，D正確。2.答案：C解析：A.金屬晶體中存在金屬離子和自由電子，金屬離子和自由電子之間存在較強(qiáng)烈的相互作用叫做金屬鍵，因此金屬晶體形成是由于金屬離子與自由電子形成的金屬鍵，故A錯誤；B.金屬晶體中存在金屬離子和自由電子，金屬離子和自由電子之間存在較強(qiáng)烈的相互作用叫做金屬鍵，因此金屬晶體形成是由于金屬離子與自由電子形成的金屬鍵，故B錯誤C.金屬晶體中存在金屬離子和自由電子，金屬離子和自由電子之間存在較強(qiáng)烈的相互作用叫做金屬鍵，因此金屬晶體形成是由于金屬離子與自由電子形成的金屬鍵，故C正確；D.金屬晶體中存在金屬離子和自由電子，金屬離子和自由電子之間存在較強(qiáng)烈的相互作用叫做金屬鍵，因此金屬晶體形成是由于金屬離子與自由電子形成的金屬鍵，故D錯誤；故答案：C。3.答案：B解析：共價(jià)晶體是原子通過共價(jià)鍵相結(jié)合形成的，不存在離子鍵，A錯誤；離子晶體中一定含離子鍵，可能含有共價(jià)鍵，如NaOH晶體等，B正確，C錯誤；晶體中含有陽離子，但不一定含有陰離子，如金屬晶體中含金屬陽離子和自由電子，不含陰離子，D錯誤。4.答案：B解析：金屬在常溫下一般都是固體，但汞在常溫下為液態(tài)，A錯誤；金屬晶體的構(gòu)成粒子是金屬離子和自由電子，所以金屬晶體中有陽離子，但沒有陰離子，B正確；金屬晶體中的金屬陽離子在其電場力能“涉及”的條件下，與自由電子都有靜電作用，“釋出”的價(jià)電子不再屬于某個(gè)金屬離子，C錯誤；金屬雖然發(fā)生形變，各層之間發(fā)生了相對滑動，但不致斷裂，就是因?yàn)榻饘匐x子與自由電子之間的較強(qiáng)作用仍然存在，D錯誤。5.答案：B解析：金屬晶體由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成，在外加電場作用下，自由電子可發(fā)生定向移動而導(dǎo)電。6.答案：D解析：本題考查金屬晶體的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。金屬具有金屬光澤是由于金屬中的自由電子吸收可見光，并把大部分光再反射出來，A項(xiàng)正確；金屬內(nèi)部有自由電子，在外電場作用下電子定向移動形成電流，B項(xiàng)正確；金屬中自由電子受熱后運(yùn)動速率增大，與金屬原子碰撞頻率增大，傳遞了能量，故金屬有良好的導(dǎo)熱性，C項(xiàng)正確；當(dāng)金屬晶體受到外力作用時(shí)，各原子層會發(fā)生相對滑動，表現(xiàn)出良好的延展性，但金屬原子的排列方式不改變，不破壞金屬鍵，D項(xiàng)錯誤。7.答案：D解析：NaCl、只含離子鍵，A、B錯誤；晶體由和構(gòu)成，含有離子鍵和非極性共價(jià)鍵，C錯誤；NaOH晶體由和構(gòu)成，含有離子鍵和極性共價(jià)鍵，D正確。8.答案：+1解析：晶胞內(nèi)含有4個(gè)Cu原子，O原子處于晶胞的8個(gè)頂角和體心，則一個(gè)晶胞含有O原子個(gè)數(shù)為，Cu、O原子個(gè)數(shù)比為4：2=2：1，該晶體的化學(xué)式為，故銅離子的電荷數(shù)為+1。9.答案：（1）如圖所示（答案不唯一，合理即可）（2）12（3）4；；4；[答案不唯一，只要與第（1）問對應(yīng)即可]（4）解析：（2）從NaCl晶胞結(jié)構(gòu)可以看出，與頂點(diǎn)最近且距離相等的在面心，每個(gè)晶胞中有3個(gè)面心上的與頂點(diǎn)最近且等距，而每個(gè)頂點(diǎn)為8個(gè)晶胞共有，每個(gè)面心為2個(gè)晶胞共有，則與頂點(diǎn)最近且等距的面心共有個(gè)。（3）根據(jù)離子晶體的晶胞，求陰、陽離子個(gè)數(shù)比的方法是均攤法。如（1）中所得NaCl晶胞中，含個(gè)數(shù)為，含個(gè)數(shù)為。（4）設(shè)與的最近距離為，則兩個(gè)最近的間的距離為，根據(jù)可得，即，所以兩個(gè)間的最近距離為。10.答案：（1）4（2）；bc解析：（1）