第三节 金属晶体与离子晶体
第1课时 金属晶体 离子晶体
[核心素养发展目标] 1.能辨识常见的金属晶体,能从微观角度分析金属晶体中构成微粒及微粒间作用,并解释金属的物理性质。2.能辨识常见的离子晶体,能从微观角度理解离子键对离子晶体性质的影响,能从宏观角度解释离子晶体性质的差异。3.通过对离子晶体模型的认识,理解离子晶体的结构特点,预测其性质。
一、金属键与金属晶体
1.金属键
(1)本质:“电子气理论”把金属键描述为金属原子脱落下来的________形成遍布整块晶体的“________”,被所有原子所共用,从而把所有的________维系在一起。
(2)金属键的强弱和对金属性质的影响
①金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子数。原子半径越大、价电子数越少,金属键越弱;反之,金属键越强。
②金属键越强,金属的熔、沸点越高,硬度越大。如:熔点最高的金属是____,硬度最大的金属是____。
2.金属晶体
(1)在金属晶体中,原子间以________相结合。
(2)金属晶体的性质:优良的________、________和________。
(3)金属晶体中,除了纯金属,还有大量的合金。合金的组成和结构非常复杂多样。大多数合金以一种金属为主要组成。
(1)金属在常温下都是晶体( )
(2)金属晶体在外力作用下,各层之间发生相对滑动,金属键被破坏( )
(3)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高,分子晶体的熔点一定比金属晶体的低( )
(4)有机高分子一定不能导电( )
(5)金属的电导率随温度的升高而降低( )
1.试用“电子气理论”解释为什么金属具有良好的①延展性、②导电性、③导热性。
2.试用金属键解释Na、Mg、Al的熔点逐渐升高的原因。
3.金属键可以看成是许多原子共用许多电子所形成的强烈相互作用,和共价键类似。金属键有饱和性和方向性吗?
4.金属晶体与金属粉末的光泽为何不同?
1.金属材料具有良好的延展性的原因是( )
A.金属原子半径都较大,价电子数较少
B.金属受外力作用变形时,晶体中各原子层会发生相对滑动
C.金属中大量自由电子受外力作用时,运动速率加快
D.自由电子受外力作用时能迅速传递能量
2.“神九”载人飞船上使用了锂镁合金和锂铝合金等合金材料,下列有关叙述不正确的是( )
A.飞船使用的合金材料,一般具有质量轻、强度高的特点
B.锂铝合金中铝、锂的金属性不如钠强
C.锂镁合金和锂铝合金性质相当稳定,不会与酸发生化学反应
D.锂镁合金是一种具有金属特性的物质,易导热、导电
1.金属晶体熔点的变化规律
金属晶体熔点差别较大,一般熔、沸点较高,但有部分熔点较低,如Cs、Hg等。汞在常温下是液体,熔点很低(-38.9 ℃),而钨的熔点高达3 000 ℃以上。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属离子与自由电子的作用力强度不同。
2.金属晶体导电与电解质溶液导电的比较
运动的微粒 过程中发生的变化 温度的影响
金属晶体导电 自由电子 物理变化 升温,导电性减弱
电解质溶液导电 阴、阳离子 化学变化 升温,导电性增强
3.金属晶体的常见堆积方式
(1)金属原子在二维空间中排列的两种方式
金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即二维空间),可有两种排列方式——a:非密置层,b:密置层(如图所示)。
特别提醒 密置层排列时,平面的利用率比非密置层的高。
(2)金属晶体的原子在三维空间里的3种常见堆积方式(图中不同颜色的小球都代表同一种金属原子)
堆积方式 图式 实例
简单立方堆积 钋
体心立方堆积 钠、钾、铬、钼、钨等
面心立方堆积 金、银、铜、铅等
二、离子晶体
1.离子键及其影响因素
(1)概念:阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。
(2)影响因素:离子所带电荷数越多,离子半径越小,离子键越强。
特别提醒 离子键没有方向性和饱和性。
2.离子晶体及其物理性质
(1)概念:由________和________相互作用而形成的晶体。
(2)离子晶体的性质
①熔、沸点较____,硬度较____。
②离子晶体不导电,但熔化或溶于水后能导电。
③大多数离子晶体能溶于水,难溶于有机溶剂。
3.常见离子晶体的结构
(1)NaCl晶胞
NaCl晶胞如图所示,每个Na+周围距离最近的Cl-有____个(上、下、左、右、前、后各1个),构成正八面体,每个Cl-周围距离最近的Na+有 ____个,构成正八面体,由此可推知晶体的化学式为________。回答下列问题:
①每个Na+(Cl-)周围距离相等且最近的Na+(Cl-)是____个。
②每个晶胞中实际拥有的Na+数是____个,Cl-数是____个。
③若晶胞参数为a pm,则氯化钠晶体的密度为________________ g·cm-3。
(2)CsCl晶胞
CsCl晶胞如图所示,每个Cs+周围距离最近的Cl-有____个,每个Cl-周围距离最近的Cs+有 ____个,它们均构成正六面体,由此可推知晶体的化学式为________。回答下列问题:
①每个Cs+(Cl-)周围距离最近的Cs+(Cl-)有 ____个,构成________。
②每个晶胞中实际拥有的Cs+有 ____个,Cl-有 ____个。
③若晶胞参数为a pm,则氯化铯晶体的密度为______________ g·cm-3。
(1)离子晶体中一定含有金属元素( )
(2)由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体( )
(3)有些离子晶体中除含离子键外还存在共价键( )
(4)离子晶体的熔点一定低于共价晶体的熔点( )
(5)离子晶体受热熔化,破坏化学键,吸收能量,属于化学变化( )
(6)某些离子晶体受热失去结晶水,属于物理变化( )
1.含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗?
2.含有阴离子的晶体一定含有金属离子吗?
3.NaCl、CsCl表示的是分子式吗?
4.NaCl的熔点为801 ℃,CsCl的熔点为645 ℃,试解释其原因。
1.自然界中的CaF2又称萤石,是一种难溶于水的固体,属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2是离子晶体的实验是( )
A.CaF2难溶于水,其水溶液的导电性极弱
B.CaF2的熔、沸点较高,硬度较大
C.CaF2固体不导电,但在熔融状态下可以导电
D.CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小
2.在离子晶体中,阴、阳离子按一定的规律进行排列,如图甲是NaCl的晶胞结构。在离子晶体中,阴、阳离子具有或近似具有球形对称结构,它们可以看作是不等径的刚性圆球,并彼此相切,如图乙。已知a为常数。
(1)在NaCl晶体中,每个Na+同时吸引______个Cl-;Na+与Cl-的数目之比为________。
(2)Na+半径与Cl-半径之比为________(已知≈1.414)。
(3)若a=5.6×10-8 cm,NaCl晶体的密度为____________(已知5.63≈175.6,NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol-1)。
1.下列叙述正确的是( )
A.任何晶体中,若含有阳离子,就一定含有阴离子
B.金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互作用
C.价电子数越多,金属元素的金属性越强
D.含有金属元素的离子不一定是阳离子
2.下列关于金属键的叙述不正确的是( )
A.金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间强烈的相互作用,其实质与离子键类似,也是一种电性作用
B.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用,所以与共价键类似,也有方向性和饱和性
C.金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用,金属键无饱和性和方向性
D.构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动
3.金属晶体熔、沸点的高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱,而金属键与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是( )
A.金属镁的熔点大于金属铝
B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的
C.金属铝的硬度大于金属钠
D.金属镁的硬度小于金属钙
4.(2022·沈阳高二期中)超氧化钾被称为“化学氧自救剂”,主要用于煤矿井下急救。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞(该晶胞结构与NaCl晶胞相似)。则下列有关说法正确的是( )
A.固态超氧化钾可以导电
B.超氧化钾晶体中只存在离子键
C.超氧化钾的化学式为KO2,熔点高于NaO2
D.K+位于O构成的八面体空隙中,晶体中K+的配位数是6
5.根据CsCl的晶胞结构分析,CsCl晶体中两个距离最近的Cs+间距离为a,则每个Cs+周围与其距离为a的Cs+数目为________;每个Cs+周围距离相等且次近的Cs+数目为______,距离为____________;每个Cs+周围距离相等且第三近的Cs+数目为______,距离为________;每个Cs+周围紧邻且等距的Cl-数目为________。
第三节 金属晶体与离子晶体
第1课时 金属晶体 离子晶体
一、
1.(1)价电子 电子气 金属原子 (2)②钨 铬
2.(1)金属键 (2)导电性 导热性 延展性
正误判断
(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
深度思考
1.①当金属受到外力作用时,晶体中的各原子层就会发生相对滑动,但原来的排列方式不变,而且弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用,并且电子气没有被破坏,所以金属有良好的延展性;
②金属晶体中的自由电子在电场中定向移动而形成电流,呈现良好的导电性;
③电子气中的自由电子在热的作用下运动时频繁与金属原子碰撞,从而引起能量传递,呈现良好的导热性。
2.Na、Mg、Al的原子半径逐渐减小,价电子数逐渐增多,金属键逐渐增强,熔点逐渐升高。
3.没有。金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用,自由电子为整个金属的所有阳离子所共有,故金属键没有方向性和饱和性。
4.在金属晶体中,金属离子以最紧密堆积状态排列,内部存在自由电子,当光线投射到它的表面时,自由电子可以吸收所有频率的光,然后很快放出各种频率的光,这就是绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽的原因。而金显黄色、铜显紫红色,是由于它们能吸收某些频率的光。在粉末状态时,金属的晶面取向杂乱,排列不规则,吸收可见光后辐射不出去,所以金属粉末大多为暗灰色或黑色(铝粉为银白色,俗称“银粉”)。因而整块金属具有金属光泽而金属粉末常呈暗灰色或黑色。
应用体验
1.B [金属原子价电子数较少,容易失去电子,不能说明有延展性,A错误;金属受外力作用时,晶体中各原子层之间会发生相对滑动,但不会改变原来的排列方式,故金属有良好的延展性,B正确;金属的延展性与原子层的相对滑动有关,与电子的运动无关,C错误;自由电子传递能量与金属的延展性无关,可以影响金属的导热性,D错误。]
2.C
二、
2.(1)阳离子 阴离子 (2)①高 大
3.(1)6 6 NaCl ①12 ②4 4 ③ (2)8 8 CsCl ①6 正八面体 ②1 1 ③
正误判断
(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)×
深度思考
1.不一定。也可能是金属晶体。
2.含有阴离子的晶体,一定含有阳离子,但不一定是金属阳离子,如铵盐。
3.不是,NaCl、CsCl是离子晶体,只表示晶体中阴、阳离子个数比,为化学式。
4.Na+、Cs+所带电荷一样,但Na+的半径小于Cs+的半径,NaCl中的离子键强于CsCl中的离子键,所以NaCl的熔点高于CsCl的熔点。
应用体验
1.C
2.(1)6 1∶1 (2)0.414∶1 (3)2.2 g·cm-3
解析 (1)观察晶胞的结构可知,每个Na+同时吸引6个Cl-;在每个晶胞中含Na+的个数为4,含Cl-的个数也为4,即Na+与Cl-的数目之比为1∶1。
(2)由图乙可知,因为r(Cl-)>r(Na+),则r(Cl-)=,2r(Na+)=a-2r(Cl-)=a-2×,r(Na+)=,r(Na+)∶r(Cl-)=∶=(-1)∶1≈0.414∶1。
(3)由NaCl晶体结构分析,每个晶胞中含有4个“NaCl”,则ρV=,ρ= g·
cm-3≈2.2 g·cm-3。
随堂演练 知识落实
1.D [金属晶体中虽然存在阳离子,但没有阴离子,A错误;金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子与自由电子之间的相互作用,B错误;价电子数多的金属元素的金属性不一定强,如Fe的价电子数比Na多,但Fe的金属性却没有Na的强,C错误;含有金属元素的离子不一定是阳离子,如AlO,D正确。]
2.B [从构成物质的基本微粒的性质看,金属键与离子键的实质类似,都属于电性作用,特征都是无方向性和饱和性;自由电子是由金属原子提供的,并且在整个金属内部的三维空间内运动,为整个金属中的所有阳离子所共有,从这个角度看,金属键与共价键有类似之处,但两者又有明显的不同,如金属键无方向性和饱和性。]
3.C 4.D
5.6 12 a 8 a 8
解析 以题图的一个Cs+为基准,与其最近的Cs+分别位于其上、下、前、后、左、右六个方位,有6个;与其次近的Cs+的距离为a,在1个晶胞中有3个,而1个Cs+为8个晶胞共有,故有8×3×=12个;与其第三近的Cs+的距离为a,每个晶胞中有1个,故有8个;与其紧邻且等距的Cl-有8个。