第2节 几种简单的晶体结构模型
第1课时 金属晶体 离子晶体
学习目标 1.进一步熟悉金属晶体的概念和特征,能用金属键理论解释金属晶体的物理性质。2.知道金属晶体中晶胞的堆积方式。3.学会关于金属晶体典型计算题目的分析方法。4.理解离子键、离子晶体的概念,知道离子晶体类型与其性质的联系。5.认识晶格能的概念和意义,能根据晶格能的大小,分析晶体的性质。
一、金属晶体
1.金属晶体的概念和结构
(1)概念:金属原子通过 形成的晶体称为金属晶体。
(2)金属键可看作 和 之间的强的相互作用,“自由电子”为整个 所共有,金属键没有 和 ,因此金属晶体可以看作 的堆积。
2.常见金属晶体的结构
常见 金属 Ca、Al、Cu、Ag、 Au、Pd、Pt Li、Na、K、 Ba、W、Fe Mg、Zn、Ti
结构 示意图
3.金属晶体熔、沸点变化规律
(1)同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷数决定,阳离子半径越小,所带电荷数越多,金属键就越 ,晶体熔点就越 。例如熔点:Li Na K Rb Cs,Na Mg Al。
(2)金属晶体的熔点差别较大,如Hg熔点很低,碱金属熔点较低,铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体密堆积方式、金属阳离子和“自由电子”的作用力不同造成的。
(3)一般来说,同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐 ,同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐 。
(4)合金的熔点一般 其成分金属的熔点。
4.金属物理通性的解释
1.金属的下列性质中和金属晶体无关的是 ( )
A.良好的导电性 B.反应中易失电子
C.良好的延展性 D.良好的导热性
2.下列各组金属熔沸点高低顺序,其中正确的是 ( )
A.Mg>Al>Ca B.Al>Na>Li
C.Al>Mg>Ca D.Mg>Ba>Al
3.金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱,而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数的多少及半径大小相关。由此判断下列说法正确的是 ( )
A.金属镁的硬度大于金属铝
B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐升高
C.金属镁的熔点高于金属钠
D.金属镁的硬度小于金属钙
【题后归纳】 金属结构与金属性质的关系
金属的导电性、导热性与“自由电子”的运动有关,金属具有金属光泽与“自由电子”有关;金属的延展性与金属键有关,金属的熔点和硬度与金属键的强弱有关。
二、离子晶体
1.离子晶体的相关概念
(1)概念:阴、阳离子在空间呈现 重复排列所形成的晶体。
(2)构成微粒: 和 ,离子晶体中不存在单个分子。
(3)微粒间的作用力:静电作用,离子之间的静电作用没有方向性。
2.常见的离子晶体
晶胞
晶胞中 微粒数 Na+为 , Cl-为 Cs+为 , Cl-为 F-为 , Ca2+为
阴、阳 离子 个数比
化学式 CaF2
符合类 型物质 Li、Na、K、Rb的卤化物,AgF、MgO等 CsBr、CsI、NH4Cl等 BaF2、PbF2、CeO2等
3.晶格能
(1)概念:将1 mol 离子晶体完全 为气态阴、阳离子所吸收的能量。
(2)意义:晶格能越大,表示离子间作用力越 ,离子晶体越 。
(3)影响因素和晶体性质
①随着离子间距离(离子半径)的 ,晶格能 ,晶体的熔点也随之 。晶格能的大小与阴、阳离子所带的电荷数有关。
②在由复杂阳离子和复杂阴离子构成的离子晶体中,随着离子体积的增大,阴、阳离子间的距离 ,离子之间的作用力 ,晶体的熔点也随之降低。
③在许多离子化合物的晶体中,微粒之间的相互作用不再是典型的离子键,而存在 、 等作用力。这些晶体的熔点远比NaCl等晶体低得多,有些离子组成的物质在常温下甚至以液态形式存在。
4.离子晶体的性质
性质 原因
熔、沸点 离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。且同种类型的离子晶体,离子半径越小,晶格能越大,熔、沸点越高
硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。但当晶体受到冲击力作用时,部分离子键发生断裂,导致晶体破碎
导电性 固态不导电,但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中,阴、阳离子不能自由移动,离子晶体不导电。当熔融或溶于水时,变成自由移动的离子而导电
溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中,难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)中
延展性 无延展性。离子晶体中阴、阳离子交替出现,层与层之间如果滑动,同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定
4.离子晶体一般不具有的特征是 ( )
A.熔点较高,硬度较大
B.易溶于水而难溶于有机溶剂
C.固体时不能导电
D.离子间距离较大,其密度较大
5.KO2的晶体结构和NaCl相似,可以看作是Na+的位置用K+代替,Cl-的位置用代替,NaCl晶体的结构如图所示。下列对于KO2晶体结构的描述,正确的是 ( )
A.和K+距离相同且最近的共有8个
B.和K+距离相同且最近的K+有8个
C.和K+距离相同且最近的构成的多面体是正八面体
D.和K+距离相同且最近的构成的多面体是正六面体
6.如图为NaCl晶体的一个晶胞,测知氯化钠晶体中相邻的Na+与Cl-的距离为a cm,该晶体密度为d g·cm-3,则阿伏加德罗常数可表示为 ( )
A. mol-1 B. mol-1
C. mol-1 D. mol-1
【题后归纳】 离子晶体的常见结构类型
晶体类型 晶胞示意图 结构特点
NaCl型(Li、Na、K和Rb的卤化物,AgF,MgO等) (1)Na+、Cl-的配位数均为6 (2)每个Na+(Cl-)周围紧邻(距离最近且相等)的Cl-(Na+)构成正八面体 (3)每个Na+(Cl-)周围紧邻的Na+(Cl-)有12个 (4)每个晶胞中含4个Na+,4个Cl-
CsCl型 (CsBr、CsI、 NH4Cl等) (1)Cs+、Cl-的配位数均为8 (2)每个Cs+(Cl-)周围紧邻的Cl-(Cs+)构成正六面体 (3)每个Cs+(Cl-)周围紧邻的Cs+(Cl-)有6个 (4)每个晶胞中含1个Cs+、1个Cl-
CaF2型 (BaF2、PbF2、CeO2等) (1)Ca2+的配位数为8,F-的配位数为4,二者的配位数之比等于二者电荷(绝对值)之比 (2)每个F-周围紧邻的4个Ca2+构成正四面体,每个Ca2+周围紧邻的8个F-构成立方体 (3)每个晶胞中有4个Ca2+、8个F- (4)Ca2+与F-之间的最短距离为晶胞体对角线长的
1.下列有关金属晶体的说法中正确的是 ( )
A.金属晶体所有性质均与金属键有关
B.最外层电子数都少于3个的原子一定都是金属
C.任何状态下都有延展性
D.都能导电、传热
2.下列性质中,可以较充分说明某晶体是离子晶体的是 ( )
A.具有较高的熔点
B.固态不导电,水溶液能导电
C.可溶于水
D.固态不导电,熔融状态能导电
3.下列叙述中错误的是 ( )
A.金属的熔点和硬度由金属晶体中金属阳离子跟“自由电子”间的作用强弱决定
B.由于金属晶体中“自由电子”的运动,使金属易导电、导热
C.金属键的实质是金属中的“自由电子”与金属阳离子形成的一种强烈的相互作用
D.金属晶体都有银白色的金属光泽
4.下面有关离子晶体的叙述中,不正确的是 ( )
A.1 mol氯化钠中有NA个NaCl分子
B.氯化钠晶体中,每个Na+周围紧邻6个Cl-
C.氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-
D.平均每个NaCl晶胞中有4个Na+、4个Cl-
5.NaCl、CsCl分别代表常见的离子晶体结构模型,根据图示回答下列问题:
(1)试写出两种结构分别对应的化学式:图甲 、图乙 。在这两种晶体中,每个阳离子周围的阴离子在空间构成的空间结构分别为 。
(2)在NaCl、CsCl晶体中,每个Cl-的周围和它等距离且最近的Cl-分别有 个。
(3)NaCl、CsCl晶体的熔、沸点从高到低的顺序为 。
第1课时 金属晶体 离子晶体
一、1.(1)金属键 (2)金属阳离子 “自由电子” 金属 饱和性 方向性 等径圆球 3.(1)强 高 > > > > < < (3)升高 降低 (4)低于
对点训练
1.B [A、C、D都是金属共有的物理性质,这些性质都是由金属晶体所决定的。金属易失电子是由金属原子的结构决定的,所以和金属晶体无关。]
2.C [电荷数Al3+>Mg2+=Ca2+=Ba2+>Li+=Na+,金属阳离子半径:r(Ba2+)>r(Ca2+)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)>r(Li+),则C正确,A错误;B中Li>Na,D中Al>Mg>Ba。]
3.C [镁离子比铝离子的半径大,而所带的电荷少,所以金属镁比金属铝的金属键弱,熔、沸点低和硬度小;从Li到Cs,离子的半径逐渐增大,离子所带电荷数相等,金属键逐渐减弱,熔、沸点和硬度都逐渐降低;镁离子比钠离子的半径小而所带电荷多,金属键强,所以金属镁比金属钠的熔、沸点高,硬度也大于金属钠;镁离子比钙离子的半径小,而所带电荷数相等,金属键强,所以金属镁比金属钙的熔、沸点高,硬度也大于金属钙。]
二、1.(1)周期性 (2)阴离子 阳离子 2.4 4 1 1 8 4 1∶1 1∶1 2∶1 NaCl CsCl 3.(1)气化 (2)强 稳定
(3)①增大 减小 降低 ②增大 减弱 ③氢键 范德华力
对点训练
4.D [离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性,这些特性包括A、B、C项所述;离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积方式等。]
5.C [由信息可知,KO2中存在的阴、阳离子为和K+,又与NaCl结构相似,我们可以依据熟悉的NaCl结构进行判断。K+位于晶胞棱心和体心,与K+距离相同且最近的共有6个,A项错误;K+位于晶胞棱心和体心,其横平面、竖平面和正平面与其距离相同且最近的K+有4×3=12个,B项错误;与K+距离最近且相同的有6个,构成正八面体,C项正确,D项错误。]
6.C [一个NaCl晶胞中含Na+:8×+6×=4个,含Cl-:12×+1=4个,一个NaCl晶胞的体积为V=8a3 cm3,由d×V×NA=4×58.5 g·mol-1,得NA== mol-1。]
课堂达标训练
1.D [金属键只影响金属的物理性质,A项错误;H、He最外层电子数都少于3个,但它们不是金属,B项错误;金属的延展性指的是能抽成细丝、压成薄片的性质,在液态时,由于金属具有流动性,不具备延展性,C项错误;金属晶体中存在“自由电子”,能够导电、传热,D项正确。]
2.D [A项,离子晶体一般具有较高熔点,但具有较高熔点的不一定是离子晶体,错误;B项,有些分子晶体(如HCl)的水溶液也能导电,错误;C项,有些分子晶体也能溶于水,错误;D项,固态时不导电说明不是金属晶体,熔融状态可导电,则可说明含有离子键,即为离子晶体,正确。]
3.D [金属键的实质是“自由电子”与金属阳离子之间强烈的相互作用,而金属键的强弱决定金属的熔点、沸点、硬度等物理性质,故A、C正确。当金属受热时,“自由电子”与金属阳离子相互碰撞,把能量由温度高处向温度低处传递,使金属易于导热;在外加电场的作用下,金属晶体中的“自由电子”做定向移动而形成电流,表现出良好的导电性,故B正确。绝大多数金属都有银白色的金属光泽,而少数金属具有其他颜色,如Au呈金黄色,Cu呈紫红色,Cs略带金色,故D不正确。]
4.A [A.氯化钠中不存在NaCl分子,A错误;B.由NaCl晶胞结构可知,钠离子在棱心和体心时,顶点和面心为氯离子,则每个Na+周围距离最近且相等的Cl-共有6个,B正确;C.氯化铯晶体中,铯离子在体心,氯离子在顶点,每个Cs+周围紧邻8个Cl-,C正确;D.由NaCl晶胞结构可知,钠离子在棱心和体心时,顶点和面心为氯离子,平均每个NaCl晶胞中有4个Na+、4个Cl-,D正确。]
5.(1)CsCl NaCl 立方体、正八面体
(2)12、6 (3)NaCl>CsCl
解析 在NaCl晶体中,阴、阳离子的配位数都为6,在Na+周围的6个Cl-形成正八面体,每个Cl-周围和它等距离且最近的Cl-有12个;在CsCl晶体中,每个Cs+周围的8个Cl-形成立方体,设定图甲中心离子为Cl-,每个Cl-周围和它等距离且最近的Cl-位于该立方体周围的6个立方体的体心。(共73张PPT)
第 节 几种简单的晶体结构模型
第 章 不同聚集状态的物质与性质
第 课时 金属晶体 离子晶体
3
2
1
1.进一步熟悉金属晶体的概念和特征，能用金属键理论解释金属晶体的物理性质。
2.知道金属晶体中晶胞的堆积方式。
3.学会关于金属晶体典型计算题目的分析方法。
4.理解离子键、离子晶体的概念，知道离子晶体类型与其性质的联系。
5.认识晶格能的概念和意义，能根据晶格能的大小，分析晶体的性质。
学习目标
一、金属晶体
二、离子晶体
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、金属晶体
对点训练
1.金属晶体的概念和结构
(1)概念：金属原子通过________形成的晶体称为金属晶体。
(2)金属键可看作____________和______________之间的强的相互作用，“自由电子”为整个______所共有，金属键没有________和________，因此金属晶体可以看作__________的堆积。
金属键
金属阳离子
“自由电子”
金属
饱和性
方向性
等径圆球
2.常见金属晶体的结构
3.金属晶体熔、沸点变化规律
(1)同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷数决定，阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键就越____，晶体熔点就越____。例如熔点：Li____Na____K____Rb____Cs，Na____Mg____Al。
(2)金属晶体的熔点差别较大，如Hg熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体密堆积方式、金属阳离子和“自由电子”的作用力不同造成的。
强
高
＞
＞
＞
＞
＜
＜
(3)一般来说，同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐______，同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐______。
(4)合金的熔点一般______其成分金属的熔点。
升高
降低
低于
4.金属物理通性的解释
1.金属的下列性质中和金属晶体无关的是( )
A.良好的导电性 B.反应中易失电子
C.良好的延展性 D.良好的导热性
解析 A、C、D都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体所决定的。金属易失电子是由金属原子的结构决定的，所以和金属晶体无关。
B
2.下列各组金属熔沸点高低顺序，其中正确的是( )
A.Mg>Al>Ca B.Al>Na>Li
C.Al>Mg>Ca D.Mg>Ba>Al
解析 电荷数Al3＋>Mg2＋＝Ca2＋＝Ba2＋>Li＋＝Na＋，金属阳离子半径：r(Ba2＋)>r(Ca2＋)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)>r(Li＋)，则C正确，A错误；B中Li＞Na，D中Al＞Mg＞Ba。
C
3.金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数的多少及半径大小相关。由此判断下列说法正确的是( )
A.金属镁的硬度大于金属铝
B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐升高
C.金属镁的熔点高于金属钠
D.金属镁的硬度小于金属钙
C
解析 镁离子比铝离子的半径大，而所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔、沸点低和硬度小；从Li到Cs，离子的半径逐渐增大，离子所带电荷数相等，金属键逐渐减弱，熔、沸点和硬度都逐渐降低；镁离子比钠离子的半径小而所带电荷多，金属键强，所以金属镁比金属钠的熔、沸点高，硬度也大于金属钠；镁离子比钙离子的半径小，而所带电荷数相等，金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点高，硬度也大于金属钙。
【题后归纳】 金属结构与金属性质的关系
金属的导电性、导热性与“自由电子”的运动有关，金属具有金属光泽与“自由电子”有关；金属的延展性与金属键有关，金属的熔点和硬度与金属键的强弱有关。
二、离子晶体
对点训练
1.离子晶体的相关概念
(1)概念：阴、阳离子在空间呈现________重复排列所形成的晶体。
(2)构成微粒：________和________，离子晶体中不存在单个分子。
(3)微粒间的作用力：静电作用，离子之间的静电作用没有方向性。
周期性
阴离子
阳离子
2.常见的离子晶体
晶胞
晶胞中微粒数 Na＋为____， Cl－为____ Cs＋为____， Cl－为____ F－为____，
Ca2＋为____
阴、阳离子个数比 ________ ________ ________
4
4
1
1
8
4
1∶1
1∶1
2∶1
化学式 __________ __________ CaF2
符合类型物质 Li、Na、K、Rb的卤化物，AgF、MgO等 CsBr、CsI、NH4Cl等 BaF2、PbF2、CeO2等
NaCl
CsCl
3.晶格能
(1)概念：将1 mol 离子晶体完全______为气态阴、阳离子所吸收的能量。
(2)意义：晶格能越大，表示离子间作用力越____，离子晶体越______。
气化
强
稳定
(3)影响因素和晶体性质
①随着离子间距离(离子半径)的______，晶格能______，晶体的熔点也随之______。晶格能的大小与阴、阳离子所带的电荷数有关。
②在由复杂阳离子和复杂阴离子构成的离子晶体中，随着离子体积的增大，阴、阳离子间的距离______，离子之间的作用力______，晶体的熔点也随之降低。
③在许多离子化合物的晶体中，微粒之间的相互作用不再是典型的离子键，而存在______、__________等作用力。这些晶体的熔点远比NaCl等晶体低得多，有些离子组成的物质在常温下甚至以液态形式存在。
增大
减小
降低
增大
减弱
氢键
范德华力
4.离子晶体的性质
性质 原因
熔、沸点 离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。且同种类型的离子晶体，离子半径越小，晶格能越大，熔、沸点越高
硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。但当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎
导电性 固态不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，阴、阳离子不能自由移动，离子晶体不导电。当熔融或溶于水时，变成自由移动的离子而导电
性质 原因
溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)中
延展性 无延展性。离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定
4.离子晶体一般不具有的特征是( )
A.熔点较高，硬度较大
B.易溶于水而难溶于有机溶剂
C.固体时不能导电
D.离子间距离较大，其密度较大
解析 离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性，这些特性包括A、B、C项所述；离子间的距离取决于离子半径的大小及晶体的密堆积方式等。
D
C
6.如图为NaCl晶体的一个晶胞，测知氯化钠晶体中相邻的Na＋与Cl－的距离为a cm，该晶体密度为d g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为( )
C
【题后归纳】 离子晶体的常见结构类型
课堂达标训练
1.下列有关金属晶体的说法中正确的是( )
A.金属晶体所有性质均与金属键有关
B.最外层电子数都少于3个的原子一定都是金属
C.任何状态下都有延展性
D.都能导电、传热
D
解析 金属键只影响金属的物理性质，A项错误；H、He最外层电子数都少于3个，但它们不是金属，B项错误；金属的延展性指的是能抽成细丝、压成薄片的性质，在液态时，由于金属具有流动性，不具备延展性，C项错误；金属晶体中存在“自由电子”，能够导电、传热，D项正确。
2.下列性质中，可以较充分说明某晶体是离子晶体的是( )
A.具有较高的熔点 B.固态不导电，水溶液能导电
C.可溶于水 D.固态不导电，熔融状态能导电
B
解析 A项，离子晶体一般具有较高熔点，但具有较高熔点的不一定是离子晶体，错误；B项，有些分子晶体(如HCl)的水溶液也能导电，错误；C项，有些分子晶体也能溶于水，错误；D项，固态时不导电说明不是金属晶体，熔融状态可导电，则可说明含有离子键，即为离子晶体，正确。
3.下列叙述中错误的是( )
A.金属的熔点和硬度由金属晶体中金属阳离子跟“自由电子”间的作用强弱决定
B.由于金属晶体中“自由电子”的运动，使金属易导电、导热
C.金属键的实质是金属中的“自由电子”与金属阳离子形成的一种强烈的相互作用
D.金属晶体都有银白色的金属光泽
D
解析 金属键的实质是“自由电子”与金属阳离子之间强烈的相互作用，而金属键的强弱决定金属的熔点、沸点、硬度等物理性质，故A、C正确。当金属受热时，“自由电子”与金属阳离子相互碰撞，把能量由温度高处向温度低处传递，使金属易于导热；在外加电场的作用下，金属晶体中的“自由电子”做定向移动而形成电流，表现出良好的导电性，故B正确。绝大多数金属都有银白色的金属光泽，而少数金属具有其他颜色，如Au呈金黄色，Cu呈紫红色，Cs略带金色，故D不正确。
4.下面有关离子晶体的叙述中，不正确的是( )
A.1 mol氯化钠中有NA个NaCl分子
B.氯化钠晶体中，每个Na＋周围紧邻6个Cl－
C.氯化铯晶体中，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－
D.平均每个NaCl晶胞中有4个Na＋、4个Cl－
A
解析 A.氯化钠中不存在NaCl分子，A错误；B.由NaCl晶胞结构可知，钠离子在棱心和体心时，顶点和面心为氯离子，则每个Na＋周围距离最近且相等的Cl－共有6个，B正确；C.氯化铯晶体中，铯离子在体心，氯离子在顶点，每个Cs＋周围紧邻8个Cl－，C正确；D.由NaCl晶胞结构可知，钠离子在棱心和体心时，顶点和面心为氯离子，平均每个NaCl晶胞中有4个Na＋、4个Cl－，D正确。
5.NaCl、CsCl分别代表常见的离子晶体结构模型，根据图示回答下列问题：
(1)试写出两种结构分别对应的化学式：图甲________、图乙________。在这两种晶体中，每个阳离子周围的阴离子在空间构成的空间结构分别为___________________________________________。
CsCl
NaCl
立方体、正八面体
(2)在NaCl、CsCl晶体中，每个Cl－的周围和它等距离且最近的Cl－分别有________个。
(3)NaCl、CsCl晶体的熔、沸点从高到低的顺序为____________。
12、6
NaCl＞CsCl
解析 在NaCl晶体中，阴、阳离子的配位数都为6，在Na＋周围的6个Cl－形成正八面体，每个Cl－周围和它等距离且最近的Cl－有12个；在CsCl晶体中，每个Cs＋周围的8个Cl－形成立方体，设定图甲中心离子为Cl－，每个Cl－周围和它等距离且最近的Cl－位于该立方体周围的6个立方体的体心。
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.下列关于金属晶体的叙述正确的是( )
A.常温下，金属单质都以金属晶体形式存在
B.金属阳离子与“自由电子”之间的强烈作用，在一定外力的作用下，不因形变而消失
C.钙的熔、沸点低于钾
D.温度越高，金属的导电性越好
B
解析 A项，Hg在常温下为液态，错误；C项，r(Ca2＋)K＋，所以金属键Ca>K，故熔、沸点Ca>K，错误；D项，金属的导电性随温度升高而降低，错误。
2.下列关于晶格能的说法中正确的是( )
A.晶格能指形成1 mol离子键所放出的能量
B.晶格能指破坏1 mol离子键所吸收的能量
C.晶格能指1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量
D.晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关
解析 晶格能指1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量，故A、B项错误，C正确；晶格能越大，离子晶体的熔沸点越高，硬度越大，故D错误。
C
3.下列关于金属晶体的叙述正确的是( )
A.用铂金做首饰不能用金属键理论解释
B.固态和熔融时易导电，熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体
C.Al、Na、Mg的熔点逐渐升高
D.金属晶体一定是无色透明的固体
B
解析 用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性，能用金属键理论解释，A错误；金属晶体在固态和熔融时能导电，其熔点差异很大，故题设条件下的晶体可能是金属晶体，B正确；一般来说，金属中单位体积内自由电子的数目越多，金属元素的原子半径越小，金属键越强，故金属键的强弱顺序为Al>Mg>Na，其熔点的高低顺序为Al>Mg>Na，C错误。
4.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是( )
A.熔点：NaF＞MgF2＞AlF3
B.晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr
C.阴离子的配位数：CsCl＞NaCl＞CaF2
D.硬度：MgO＞CaO＞BaO
A
解析 由于Na＋、Mg2＋、Al3＋的半径依次减小，所带电荷数依次增加，所以NaF、MgF2、AlF3的晶格能依次增大，熔点依次升高，A项错误；F－、Cl－、Br－的半径依次增大，NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小，B项正确；CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4，C项正确；Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋的半径依次增大，MgO、CaO、BaO的晶格能依次减小，硬度依次减小，D项正确。
A
6.(2023·抚顺高二校联考期末)3种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，其配位数(即一个原子周围最邻近且等距离的原子数)分别为( )
D
A.6、6、8 B.6、8、8
C.6、6、12 D.6、8、12
解析 ①该晶胞是简单立方堆积，离顶点原子距离最近且等距离的原子处在该原子的上下左右前后共6个，故配位数为6；②该晶胞是体心立方堆积，离体心原子距离最近且等距离的原子处在晶胞的8个顶点，故配位数为8；③该晶胞是面心立方最密堆积，离顶点原子距离最近且等距离的原子处在相邻的面心上，一个晶胞中有3个等距离的原子，顶点原子周边可以堆积8个相同的晶胞，周边等距离的原子共3×8个，由于面心原子被两个晶胞均分，计算两次，故离顶点原子邻近且等距的原子有3×8÷2＝12个，故配位数为12。
7.具有下列性质的物质可能属于离子晶体的是( )
A.熔点113 ℃，能熔于CS2 B.熔点44 ℃，液态时不导电
C.熔点1 124 ℃，易溶于水 D.熔点180 ℃，固态时能导电
解析 判断晶体属于哪一类时，可以根据晶体的性质进行判断。离子晶体的熔、沸点较高，一般离子晶体易溶于水，不溶于非极性溶剂，固态时不导电，在熔融状态下或水溶液中能够导电。
C
8.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 kJ·mol－1、786 kJ·mol－1，下列有关说法不正确的是( )
A.Q的熔点比P的高 B.若P是NaCl，则Q一定是NaF
C.Q中成键离子核间距较小 D.若P是NaCl，则Q可能是NaBr
解析 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，故晶格能的差异与离子间距离有关，则Q中成键离子核间距较小，C项正确。
D
9.MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体的熔点由高到低的顺序是( )
A.MgO>Rb2O>BaO>CaO B.MgO>CaO>BaO>Rb2O
C.CaO>BaO>MgO>Rb2O D.CaO>BaO>Rb2O>MgO
B
解析 四种离子晶体所含阴离子相同，所含阳离子不同。对Mg2＋、Rb＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，Rb＋所带电荷数最少，Rb2O晶体中晶格能最小，故Rb2O的熔点最低。对Mg2＋、Ca2＋、Ba2＋进行比较，它们所带电荷数一样多，半径Mg2＋CaO>BaO，相应离子晶体的熔点由高到低的顺序为MgO>CaO>BaO。综上所述，四种离子晶体的熔点由高到低的顺序是MgO>CaO>BaO>Rb2O。
10.AB、CD、EF均为1∶1型离子化合物，根据下列数据判断它们的熔点由高至低的顺序是( )
D
化合物 AB CD EF
离子电荷数 1 1 2
键长(10－10m) 2.31 3.18 2.10
A.CD>AB>EF B.AB>EF>CD C.AB>CD>EF D.EF>AB>CD
解析 离子所带电荷数越多，键长越短，则离子键越强，晶体的熔点越高，因EF化合物的键长短，电荷多，则熔点最高。
11.钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，其晶胞的结构如图所示，下列有关说法中正确的是( )
A.该晶体属于离子晶体
B.晶体的化学式为Ba2O2
C.该晶体的晶胞结构与CsCl相似
D.与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有8个
A
C
13.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－；而Na＋与Cl－的数目之比为________。
6
1∶1
0.414∶1
(3)NaCl晶体中不存在分子，但在1.01×105 Pa、1 413 ℃时，NaCl晶体形成气体，并以分子形式存在。现有29.25 g NaCl晶体，在1.01 ×105 Pa时加强热使温度达到1 501.5 ℃，测得气体体积为5.6 L(已换算为标准状况)，试应用有关物理、化学知识计算此时氯化钠气体的分子式(化学式)为________(不写计算过程)。
Na2Cl2
(4)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)。
2.2 g·cm－3
14.元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成晶体的晶胞结构如图所示，请回答：
(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为___________________。
(2)该晶体中Xn＋中n＝________。
3∶1
1
(3)X元素的原子序数是________。
(4)晶体中每个N3－被____个等距离的Xn＋包围。
29
6
(5)该化合物的相对分子质量为M，NA为阿伏加德罗常数。若该晶胞的边长为a pm，则该晶体的密度是____________g·pm－3。
B级 素养培优练
15.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断不正确的是( )
A.该晶体属于离子晶体
B.该晶胞中Zn2＋和S2－数目不相等
C.阳离子的配位数为4
D.氧化锌的熔点高于硫化锌
B
16.科学家通过X射线探明，KCl、MgO、CaO、NiO、FeO、CaC2的晶体结构与NaCl的晶体结构相似。
(1)某同学画出的MgO晶胞结构示意图如下图所示，请改正图中错误：
_____________________________________________________________________________
空心球应为O2－，实心球应为Mg2＋；8号空心球应改为实心球
解析 Mg2＋和O2－的半径是O2－>Mg2＋，故空心球应为O2－，实心球应为Mg2＋；图中应该黑白球交替出现，故8号球应为实心球。
(2)MgO是优良的耐高温材料， MgO的熔点比CaO的高，其原因是__________________________________________________________________。
(3)已知CaO晶体密度为a g·cm－3，NA表示阿伏加德罗常数的值，则CaO晶胞体
积为________ cm3。
Mg2＋半径比Ca2＋小，MgO的晶格能大
4作业16 金属晶体 离子晶体
(分值:80分)
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意(1~12题,每小题4分)
1.下列关于金属晶体的叙述正确的是 ( )
常温下,金属单质都以金属晶体形式存在
金属阳离子与“自由电子”之间的强烈作用,在一定外力的作用下,不因形变而消失
钙的熔、沸点低于钾
温度越高,金属的导电性越好
2.下列关于晶格能的说法中正确的是 ( )
晶格能指形成1 mol离子键所放出的能量
晶格能指破坏1 mol离子键所吸收的能量
晶格能指1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量
晶格能的大小与晶体的熔点、硬度都无关
3.下列关于金属晶体的叙述正确的是 ( )
用铂金做首饰不能用金属键理论解释
固态和熔融时易导电,熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体
Al、Na、Mg的熔点逐渐升高
金属晶体一定是无色透明的固体
4.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是 ( )
熔点:NaF>MgF2>AlF3
晶格能:NaF>NaCl>NaBr
阴离子的配位数:CsCl>NaCl>CaF2
硬度:MgO>CaO>BaO
5.(2023·盐城滨海新高二统考期末)下列说法中正确的是 ( )
离子晶体中可能存在共价键
金属晶体熔点都很高
S空间结构为正四面体形,和VSEPR模型不一致
通过X射线衍射实验难以区分石英玻璃和水晶
6.(2023·抚顺高二校联考期末)3种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示,其配位数(即一个原子周围最邻近且等距离的原子数)分别为 ( )
6、6、8 6、8、8
6、6、12 6、8、12
7.具有下列性质的物质可能属于离子晶体的是 ( )
熔点113 ℃,能熔于CS2
熔点44 ℃,液态时不导电
熔点1 124 ℃,易溶于水
熔点180 ℃,固态时能导电
8.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 kJ·mol-1、786 kJ·mol-1,下列有关说法不正确的是 ( )
Q的熔点比P的高
若P是NaCl,则Q一定是NaF
Q中成键离子核间距较小
若P是NaCl,则Q可能是NaBr
9.MgO、Rb2O、CaO、BaO四种离子晶体的熔点由高到低的顺序是 ( )
MgO>Rb2O>BaO>CaO
MgO>CaO>BaO>Rb2O
CaO>BaO>MgO>Rb2O
CaO>BaO>Rb2O>MgO
10.AB、CD、EF均为1∶1型离子化合物,根据下列数据判断它们的熔点由高至低的顺序是 ( )
化合物 AB CD EF
离子电荷数 1 1 2
键长(10-10m) 2.31 3.18 2.10
CD>AB>EF AB>EF>CD
AB>CD>EF EF>AB>CD
11.钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体,其晶胞的结构如图所示,下列有关说法中正确的是 ( )
该晶体属于离子晶体
晶体的化学式为Ba2O2
该晶体的晶胞结构与CsCl相似
与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有8个
12.金晶体的晶胞结构如图所示。设金原子的直径为d,用NA表示阿伏加德罗常数,M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是 ( )
金晶体每个晶胞中含有4个金原子
金属键无方向性
一个晶胞的体积是16d3
金晶体的密度是
13.(10分)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)(4分)在NaCl晶体中,每个Na+同时吸引 个Cl-;而Na+与Cl-的数目之比为 。
(2)(2分)Na+半径与Cl-半径之比为 (已知=1.414)。
(3)(2分)NaCl晶体中不存在分子,但在1.01×105 Pa、1 413 ℃时,NaCl晶体形成气体,并以分子形式存在。现有29.25 g NaCl晶体,在1.01 ×105 Pa时加强热使温度达到1 501.5 ℃,测得气体体积为5.6 L(已换算为标准状况),试应用有关物理、化学知识计算此时氯化钠气体的分子式(化学式)为 (不写计算过程)。
(4)(2分)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)。
14.(8分)元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层,它与N3-形成晶体的晶胞结构如图所示,请回答:
(1)(1分)该晶体的阳离子与阴离子个数比为 。
(2)(2分)该晶体中Xn+中n= 。
(3)(1分)X元素的原子序数是 。
(4)(2分)晶体中每个N3-被 个等距离的Xn+包围。
(5)(2分)该化合物的相对分子质量为M,NA为阿伏加德罗常数。若该晶胞的边长为a pm,则该晶体的密度是 g·pm-3。
B级 素养培优练
15.(4分)锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断不正确的是 ( )
该晶体属于离子晶体
该晶胞中Zn2+和S2-数目不相等
阳离子的配位数为4
氧化锌的熔点高于硫化锌
16.(10分)科学家通过X射线探明,KCl、MgO、CaO、NiO、FeO、CaC2的晶体结构与NaCl的晶体结构相似。
(1)(2分)某同学画出的MgO晶胞结构示意图如下图所示,请改正图中错误:
。
(2)(4分)MgO是优良的耐高温材料, MgO的熔点比CaO的高,其原因是
。
(3)(2分)已知CaO晶体密度为a g·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则CaO晶胞体积为 cm3。
(4)(2分)CaC2晶体的晶胞结构如图所示, CaC2晶体中含有哑铃形的存在,使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中1个Ca2+周围距离最近的数目为 。
作业16 金属晶体 离子晶体
1.B [A项,Hg在常温下为液态,错误;C项,r(Ca2+)K+,所以金属键Ca>K,故熔、沸点Ca>K,错误;D项,金属的导电性随温度升高而降低,错误。]
2.C [晶格能指1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量,故A、B项错误,C正确;晶格能越大,离子晶体的熔沸点越高,硬度越大,故D错误。]
3.B [用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性,能用金属键理论解释,A错误;金属晶体在固态和熔融时能导电,其熔点差异很大,故题设条件下的晶体可能是金属晶体,B正确;一般来说,金属中单位体积内自由电子的数目越多,金属元素的原子半径越小,金属键越强,故金属键的强弱顺序为Al>Mg>Na,其熔点的高低顺序为Al>Mg>Na,C错误。]
4.A [由于Na+、Mg2+、Al3+的半径依次减小,所带电荷数依次增加,所以NaF、MgF2、AlF3的晶格能依次增大,熔点依次升高,A项错误;F-、Cl-、Br-的半径依次增大,NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小,B项正确;CsCl、NaCl、CaF2中阴离子的配位数分别为8、6、4,C项正确;Mg2+、Ca2+、Ba2+的半径依次增大,MgO、CaO、BaO的晶格能依次减小,硬度依次减小,D项正确。]
5.A [离子晶体中可能存在共价键,比如氢氧化钠晶体,A正确;金属晶体熔点有的较低,比如金属汞熔点较低常温下呈液态,B错误;S中心原子的价层电子对是4+=4,孤电子对数为零,所以VSEPR模型和空间结构一致均为正四面体形,C错误;X射线衍射实验可以区分晶体和非晶体,玻璃是非晶体,水晶是晶体,所以通过X射线衍射实验可以区分,D错误。]
6.D [①该晶胞是简单立方堆积,离顶点原子距离最近且等距离的原子处在该原子的上下左右前后共6个,故配位数为6;②该晶胞是体心立方堆积,离体心原子距离最近且等距离的原子处在晶胞的8个顶点,故配位数为8;③该晶胞是面心立方最密堆积,离顶点原子距离最近且等距离的原子处在相邻的面心上,一个晶胞中有3个等距离的原子,顶点原子周边可以堆积8个相同的晶胞,周边等距离的原子共3×8个,由于面心原子被两个晶胞均分,计算两次,故离顶点原子邻近且等距的原子有3×8÷2=12个,故配位数为12。]
7.C [判断晶体属于哪一类时,可以根据晶体的性质进行判断。离子晶体的熔、沸点较高,一般离子晶体易溶于水,不溶于非极性溶剂,固态时不导电,在熔融状态下或水溶液中能够导电。]
8.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,故晶格能的差异与离子间距离有关,则Q中成键离子核间距较小,C项正确。]
9.B [四种离子晶体所含阴离子相同,所含阳离子不同。对Mg2+、Rb+、Ca2+、Ba2+进行比较,Rb+所带电荷数最少,Rb2O晶体中晶格能最小,故Rb2O的熔点最低。对Mg2+、Ca2+、Ba2+进行比较,它们所带电荷数一样多,半径Mg2+CaO>BaO,相应离子晶体的熔点由高到低的顺序为MgO>CaO>BaO。综上所述,四种离子晶体的熔点由高到低的顺序是MgO>CaO>BaO>Rb2O。]
10.D [离子所带电荷数越多,键长越短,则离子键越强,晶体的熔点越高,因EF化合物的键长短,电荷多,则熔点最高。]
11.A [晶体中含有Ba2+和,则该晶体属于离子晶体,A正确;该晶体的晶胞结构与NaCl的晶胞结构相似,所以与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有12个,C、D不正确;该氧化物的1个晶胞中含有4个Ba2+和4个,则晶体的化学式应为BaO2,B不正确。]
12.C [A项,Au原子处于立方体的顶点与面心上,故晶胞中含有的Au原子数目为8×+6×=4,正确;B项,金属晶体中,金属键无方向性,正确;C项,在立方体的各个面的对角线上有3个金原子,金原子的直径为d,故面对角线长度为2d,晶胞棱长为×2d=d,故晶胞的体积为(d)3=2d3,错误;D项,晶胞中含有4个金原子,故晶胞的质量为,晶胞的体积为2d3,故晶胞的密度为=,正确。]
13.(1)6 1∶1 (2)0.414∶1 (3)Na2Cl2 (4)2.2 g·cm-3
解析 (1)观察晶体的结构可知,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)因为r(Cl-)>r(Na+),则r(Cl-)=,由图乙可知,2r(Na+)=a-2r(Cl-)=a-2×,r(Na+)=,=∶=(-1)∶1=0.414∶1。(3)题给条件下的M(NaCl)为=117 g·mol-1。设氯化钠气体分子式为(NaCl)n,有58.5n=117,n=2。即氯化钠气体的分子式为Na2Cl2。(4)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。
14.(1)3∶1 (2)1 (3)29 (4)6 (5)
解析 (1)Xn+位于晶胞的棱上,其数目为12×=3个,N3-位于晶胞的顶点,其数目为8×=1个,故其个数比为3∶1。(2)由晶体的化学式X3N知X所带电荷数为1。(3)因为Xn+电子刚好充满K、L、M三个电子层,故分别有2、8、18个电子,所以X的原子序数为29。(4)N3-位于晶胞顶点,故其被6个Xn+从上、下、左、右、前、后包围。(5)该晶胞中含Xn+和N3-分别为3个和1个,1个晶胞质量为 g,体积为a3 pm3,故晶体密度为 g·pm-3。
15. B [A项,该晶体含活泼金属元素Zn,则该晶体属于离子晶体,正确;B项,从晶胞图分析,属于该晶胞的Zn2+数目为8×+6×=4,S2-数目也为4,所以化合物中Zn2+与S2-个数之比为1∶1,Zn2+与S2-的数目相等,错误;C项,在ZnS晶胞中,Zn2+的配位数为4,正确;D项,ZnO和ZnS中,r(O2-)小于r(S2-),所带的电荷数相等,所以ZnO的熔点高于ZnS,正确。]
16.(1)空心球应为O2-,实心球应为Mg2+;8号空心球应改为实心球
(2)Mg2+半径比Ca2+小,MgO的晶格能大 (3) (4)4
解析 (1)Mg2+和O2-的半径是O2->Mg2+,故空心球应为O2-,实心球应为Mg2+;图中应该黑白球交替出现,故8号球应为实心球。(2)MgO与CaO的离子所带电荷数相同,Mg2+半径比Ca2+小,MgO晶格能大,熔点高。(3)由于CaO与NaCl的晶胞同为面心立方结构,所以CaO晶胞中也含有4个钙离子和4个氧离子,因此CaO晶胞体积为 cm3= cm3。(4)一个 Ca2+吸引6个,由于晶胞沿一个方向拉长,1个Ca2+周围距离最近的为4个。
