人教版高中化学选择性必修2第三章晶体结构与性质第三节金属晶体与离子晶体课件(共82张PPT)

(共82张PPT)
第三章　晶体结构与性质
第三节　金属晶体与离子晶体
学习目标：1.知道金属晶体和离子晶体的概念。2.认识金属晶体和离子晶体中的微粒 及其微粒间的相互作用。3.借助氯化钠、氯化铯等模型认识离子晶体的结构特点。4. 知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体。
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研习任务一　金属键与金属晶体
1. 金属键
定义 金属 　阳离子　与 　自由电子　之间存在的强烈的相互作用称为金属键
本质 金属原子的 　价电子　脱离原子核的束缚形成遍布整块晶体的“ 　电子 气　”，被 　所有原子　所共用，从而把所有金属原子维系在一起。金属 键本质上是一种 　电性　作用
影响金
属键强
弱的因素 金属元素的原子半径 一般而言，金属元素的原子半径越小，金属键越 　强　
金属原子价电子数 一般而言，金属原子的价电子数越多，金属键越 　强　
金属键
的特征 每个金属阳离子均可享有所有的自由电子，电子在整块金属中自由运动。 金属键既没有 　方向性　，也没有 　饱和性　
存在 金属单质或合金
阳离子　
自由电子　
价电子　
电子
气　
所有原子　
电性　
强　
强　
方向性　
饱和性　
教材　认知
金属键　
定向　
高　
低　
（3）金属的延展性
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，但不会改变原来的排 列方式，而且弥漫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， 因此，金属都有良好的延展性。如图所示：
金属晶体微观结构与其物理性质的关系
强　
高　
大　


√
√
探究　活动
金属键是化学键的一种，主要在金属中存在。由自由电子及排列成晶格状的金属离子 之间的静电作用组合而成。金属键有金属的很多特性。例如：一般金属的熔点、沸点 随金属键的强度而升高。其强弱通常与金属离子半径成逆相关，与金属内部自由电子 密度成正相关。
[问题探讨]
1. 含有阳离子的晶体中一定含有阴离子吗？
提示：不一定。如金属晶体中只有阳离子和自由电子，没有阴离子，但有阴离子时， 一定有阳离子。
2. 金属键强弱的影响因素有哪些？
提示：金属键是产生在自由电子（带负电）和金属阳离子（带正电）之间的电性作 用。金属原子的价电子数越多，半径越小，则金属键越强。由于堆积方式影响空间利 用率，所以它也是金属键强弱的影响因素之一。
A. 自由电子属于整块金属
B. 金属的物理性质和金属固体的形成都与金属键有关
C. 金属键没有饱和性和方向性
D. 金属键是金属阳离子和自由电子间的强烈的静电吸引作用
解析：自由电子属于整块金属，A项正确；金属的物理性质和金属固体的形成都与金 属键有关，B项正确；金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”， 被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起，所以金属键没有方向性和饱 和性，C项正确；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用，既包括金 属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也包括金属阳离子所带电子与自由电子之 间的静电排斥作用，D项错误。
D
A. Mg＞Al＞Ca B. Al＞Na＞Li
C. Al＞Mg＞Ca D. Mg＞Ba＞Al
解析：电荷数：Al3＋＞Mg2＋＝Ca2＋＞Li＋＝Na＋；而金属阳离子半径： r （Ba2＋）＞ r （Ca2＋）＞ r （Na＋）＞ r （Mg2＋）＞ r （Al3＋）＞ r （Li＋），原子半径越小，金 属键越强，金属的熔、沸点越高。熔、沸点：Al＞Mg，A错误；熔、沸点：Li＞ Na，B错误；熔、沸点Al＞Mg＞Ca，C正确；熔、沸点：Al＞Mg＞Ba，D错误。
C
A. 锑钾合金的熔点比金属钾的高
B. 晶胞中与K最近的K原子有12个，与Sb最近的Sb原子有6个
D
C
A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④
解析：金属的导电性是在外加电场的作用下，自由电子发生定向移动实现的， 而金属阳离子只在某区域内振动，①错误；金属键是金属阳离子和自由电子之 间存在的强烈的相互作用，并非仅存在静电吸引作用，②错误；一般情况下， 金属阳离子所带电荷数越多，半径越小，金属键越强，金属单质的熔、沸点越 高，硬度越大，Na＋、Mg2＋、Al3＋三种离子的半径依次减小、离子所带电荷数 依次增多，金属键越来越强，③正确；金属键没有方向性和饱和性，所有电子 在三维空间运动，属于整个金属，④正确。
5. （2024·淄博高二检测）下图是金属晶体内部电子气理论图：
C
A. 金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动
B. 金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导
C. 金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属阳离子各层间会出现相对滑动，但自由电子可以起到润滑的作用，使
金属不会断裂
D. 合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，使电子数目增多，所以合金的延展性比纯金属强，硬度比纯金属小
解析：金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动，A项错误；金属能导 热是因为自由电子在热的作用下与金属阳离子碰撞，从而发生热的传导，B项错误； 合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，相当于填补了金属阳离子之间 的空隙，所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱，硬度比纯金属大，D项错误。
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
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研习任务二　离子晶体
阴　
阳　
离子键　
阴离子　
阳离子　
离子键　
强　
高　
方向性　
饱和性　
高　
大　
熔化　
溶于水　
6　
正八面　
6　
12　
4　
（2）CsCl晶胞
8　
8　
正六面　
6　
正八面　
1　
1　
√





探究　活动
离子化合物在我们周围比比皆是。常温下，许多离子化合物都是以晶体形态存在的。
[问题探讨]
1. 离子晶体中一定含有金属元素吗？由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离 子晶体吗？
提示：不一定。离子晶体中不一定含金属元素，如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属 元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体。
2. 离子晶体的熔点一定低于共价晶体吗？
提示：不一定。离子晶体的熔点不一定低于共价晶体，如MgO是离子晶体，SiO2是共 价晶体，MgO的熔点高于SiO2的熔点。
3. 离子晶体中除含有离子键外，是否含有共价键？
提示：离子晶体中除含有离子键外，还有可能含有共价键。如NaOH中含离子键和共 价键。
应用　体验
①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电
③能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃
④熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g/cm3
⑤熔点－218 ℃，难溶于水
⑥熔点3 900 ℃，硬度很大，不导电
⑦难溶于水，固体时导电，升温时导电能力减弱
⑧难溶于水，熔点高，固体不导电，熔化时导电
A
A. ①⑧ B. ②③⑥
C. ①④⑦ D. ②⑤
解析：离子晶体液态时能导电，难溶于非极性溶剂，熔点较高、质硬而脆，固体不导 电，故②③④⑤均不符合离子晶体的特点；⑥中熔点达3 900 ℃，硬度很大，应是共 价晶体，⑦难溶于水，固体时导电，升温导电能力减弱，应是金属晶体。故只有①⑧ 符合题意。
A. 观察常温下的状态，SbCl5是淡黄色液体，SnCl4为无色液体。结论：SbCl5和SnCl4 都是离子晶体
B. 测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为73.5 ℃、2.8 ℃、－33 ℃。结论：SbCl3、 SbCl5、SnCl4都不是离子晶体
C. 将SbCl3、SbCl5、SnCl4溶于水中，分别滴入HNO3酸化的AgNO3溶液，均产生白色 沉淀。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子晶体
D. 测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液的导电性，发现它们都可以导电。结论： SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子晶体
B
解析：离子晶体一般熔点较高，熔融时可导电，某些分子晶体溶于水后也可以发生电 离而导电，若电离出Cl－，则能与HNO3酸化的AgNO3溶液反应产生白色沉淀，以此解 答该题。常温下的状态，SbCl5是淡黄色液体，SnCl4为无色液体，说明两者沸点较 低，故其为分子晶体，故A错误；SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点均较低，故其为分子晶 体，故B正确；电解质中既有离子化合物，也有共价化合物，无论SbCl3、SbCl5、 SnCl4是否为离子化合物，它们在水溶液中均能与水作用产生氯离子，滴入酸化的 AgNO3溶液产生白色沉淀，故C错误；分子晶体溶于水也可发生电离而导电，如HCl 等，不能根据溶液是否导电判断化合物是否为离子化合物，故D错误。
A. NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体
B. NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同
C. NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8
D. NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，所以阳离子与阴离子的半径比相同
D
解析：NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体，阴、阳离子个数之比都 为1∶1，则都属于AB型的离子晶体，故A、B正确；结合题图可知，NaCl晶体中与Na ＋最近且等距离的Cl－有6个，故钠离子的配位数为6，CsCl晶体中与Cs＋最近且等距离 的Cl－有8个，故铯离子的配位数为8，故C正确；NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶 体，但钠离子半径小于铯离子半径，则NaCl的阳离子与阴离子的半径比小于CsCl的， 故D错误。
A. 氯化铯晶体属于离子晶体
B. 氯化铯晶胞中有3套平行棱，3套平行面
C. 在氯化铯晶体中，每个Cl－周围紧邻1个Cs＋
D. 在氯化铯晶体中，每个Cs＋周围与它最近且等距离的Cs＋共有6个
解析：氯化铯晶体是由氯离子和铯离子通过离子键结合而成的，属于离子晶体，故A 正确；从图中可以看出，氯化铯晶胞中有3套平行棱，3套平行面，故B正确；晶胞是 晶体的最小结构单元，从图中可以看出，在氯化铯晶体中，每个Cl－周围紧邻8个Cs ＋，故C错误；从图中可以看出，在氯化铯晶体中，每个Cs＋周围与它最近且等距离的 Cs＋共有6个，故D正确。
C
A. 铁镁合金晶胞中Fe原子数为4
C. 在铁镁合金晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数有12 个
B
6. （2024·河南第一中学高二阶段练习）如图表示NaCl晶体的一个晶胞，直线交点处 的圆圈表示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Na＋的圆圈涂黑（不必考虑体积大小），以完成NaCl晶胞结构示 意图。
（1）答案不唯一，合理即可
解析：（1）根据题意可画出NaCl的晶胞结构示意图如下：
（或其他合理的情况）
12　
4　
4　
解析：（2）根据（1）中画出的NaCl晶胞结构示意图分析，每个Na＋的周围最接近且距离相等的Na＋共有12个。

离子晶体的判断
（1）利用物质的分类
金属离子和酸根离子、OH－形成的大多数盐、强碱，活泼金属的氧化物和过氧化物 （如Na2O和Na2O2），活泼金属的氢化物（如NaH），活泼金属的硫化物等都是离子 晶体。
（2）利用元素的电负性之差
如成键元素的电负性差值大于1.7的物质，金属元素（特别是活泼的金属元素，ⅠA、 ⅡA族元素）与非金属元素（特别是活泼的非金属元素，ⅥA、ⅦA族元素）组成的 化合物。
（3）利用物质的性质
离子晶体一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆；固体不导电，但熔融或溶于水 时能导电，大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。　
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研习任务三　过渡晶体与混合晶体
教材　认知
1. 过渡晶体
（2）离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键的百分数。离子键的百分数 大，作为离子晶体处理，离子键的百分数小，作为共价晶体处理。
分子晶体　
共价晶体　
金属晶体　
离子晶
体　
小　
Na2O、MgO　
Al2O3、SiO2　
P2O5、SO3、Cl2O7　
2. 混合型晶体——石墨晶体
层状　
范德华力　
共价键　
正六边形　
sp2　
垂直　
重叠　
整个碳原子平面　
平面　
2　
3　
2∶3　
共价键　
金属键　
范德华力　
混合型晶
体　


√
√
√
√

探究　活动
如图是石墨晶体的结构模型图。
　　 　　
1. 石墨晶体中碳原子的杂化类型是什么？每个碳原子形成几个共价键？
提示：碳原子采用sp2杂化，每个碳原子与周围的3个碳原子形成3个共价键，如题图1 所示。
2. 石墨晶体中，层与层之间的作用力是什么？为什么石墨晶体能作润滑剂？
提示：石墨晶体中层与层之间的作用力为范德华力。由于范德华力较弱，层与层之间 能发生相对滑动，故石墨具有润滑性，如题图2所示。
3. 试解释为什么石墨晶体能导电？
提示：石墨晶体中的碳原子采用sp2杂化，每个碳原子都有一个电子处于未参与杂化 的2p轨道上，它的原子轨道垂直于碳原子平面（如题图3所示），这些电子在整个碳 原子平面上运动，相当于金属晶体中的自由电子，故石墨晶体能导电。
[问题探讨]
应用　体验
A. 第三周期主族元素从左到右，最高价氧化物中离子键的百分数逐渐增大
B. 大多数晶体都是过渡晶体
C. 过渡晶体是指某些物质的晶体通过改变条件，转化为另一种晶体
D. Na2O是纯粹的离子晶体，SiO2是纯粹的共价晶体
解析：第三周期主族元素从左到右，元素的电负性逐渐增大，与氧元素的电负性差值 逐渐减小，则最高价氧化物中离子键的百分数逐渐减小，A错误；纯粹的典型晶体不 多，大多数晶体是四类典型晶体之间的过渡晶体，B正确；过渡晶体是介于离子晶 体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态，C错误；Na2O、SiO2都不是纯 粹的典型晶体，而是离子晶体和共价晶体之间的过渡晶体，D错误。
B
A. 石墨的熔点、沸点都比金刚石的低
B. 石墨中的C原子均为sp3杂化
C. 石墨晶体中存在的化学键有共价键、金属键和范德华力
D. 每个六元环完全占有的碳原子数是2
D
A. 从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键
C. 石墨属于混合晶体，层与层之间存在分子间作用力；层内碳原子间存在共价键
D. 石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子
C
4. 碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石的结构示意图：
　 　
回答下列问题：
解析：（1）金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键（即C原子采取sp3杂 化），构成正四面体，石墨中的碳原子采取sp2杂化，形成平面六元并环结构。
sp3　
sp2　
解析：（2）C60的构成微粒是分子，属于分子晶体；石墨晶体中有共价键和范德华力 等，属于混合型晶体。
分子　
混合型　
1∶2　
3　
2∶3　
解析：（4）石墨中的C—C比金刚石中的C—C键长短，键能大，故石墨的熔点高于 金刚石。
＜　
石墨与金刚石对比
石墨 金刚石
碳原子杂化方式 sp2 sp3
碳原子间的作用力 范德华力
和共价键 共价键
一个碳原子被几个环共用 3 12
C原子数和C—C键数之比 2∶3 1∶2
导电性 导电 不导电
熔点 石墨＞金刚石
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课堂强研习 合作学习 精研重难
课时作业
A. 离子晶体中一定含有金属元素，含有金属元素的化合物一定是离子晶体
B. 离子键只存在于离子晶体中，离子晶体中一定含有离子键
C. 离子晶体中不可能含有共价键
D. 离子晶体受热熔化破坏化学键，吸收热量，属于化学变化
解析：离子晶体中不一定含有金属元素，如NH4NO3，含有金属元素的化合物不一定 是离子晶体，如AlCl3是分子晶体，A错误；含有离子键的化合物一定是离子晶体，离 子晶体中可能含有共价键，B正确；离子晶体中可能含有共价键，如过氧化钠，C错 误；离子晶体受热熔化时，虽然离子键被破坏，但没有生成新的物质，属于物理变 化，如氯化钠晶体熔化，D错误。
B
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12
A. 金属键不具有方向性和饱和性
B. 金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用
C. 金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子
D. 金属受外力作用变形时，金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈作用，因而具有 延展性
C
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解析：金属键存在于金属阳离子和“自由电子”之间的强的相互作用，不是存 在于相邻原子之间的作用力，而是属于整块金属，没有方向性和饱和性，A项正 确；金属键是存在于金属阳离子和“自由电子”之间的强的相互作用，这些 “自由电子”为所有阳离子所共用，其本质也是电性作用，B项正确；金属中存 在金属阳离子和“自由电子”，当给金属通电时，“自由电子”定向移动而导 电，C项错误；金属具有良好的延展性，受外力作用变形时，金属阳离子与自由 电子间仍保持较强烈作用，D项正确。
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A. 易传热
B. 加工易变性但不碎
C. 易锈蚀
D. 有特殊的金属光泽
C
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解析：金属晶体的导热是由于晶体内部自由电子与金属阳离子的碰撞，能用金 属晶体结构加以解释，即能用金属键理论加以解释，故A正确；金属有延展性， 加工易变形，发生形变时，自由电子仍然可以在金属离子之间流动，金属键未 被破坏，使金属不会断裂破碎，能用金属晶体结构加以解释，即能用金属键理 论加以解释，故B正确；金属易锈蚀与金属晶体结构无关，与化学性质有关，金 属的化学性质比较活泼，容易被空气中的氧气所氧化，故金属易锈蚀不能用金 属晶体结构加以解释，故C错误；自由电子很容易被激发，所以它们可以吸收许 多光并发射各种可见光，所以大部分金属为银白色，能用金属晶体结构加以解 释，即能用金属键理论加以解释，故D正确。
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A. 该物质分子式为K3C60
B. K3C60的摩尔质量是837
C. K3C60中的阴、阳离子通过静电引力相结合
D. K3C60中既有离子键，又有共价键，在熔融状态下能导电
解析：该物质属于离子晶体，K3C60为其化学式而非分子式，A错误；摩尔质量的单位 为g·mol－1，B错误；离子晶体中阴、阳离子通过静电作用相互结合，静电作用包括静 电吸引力和静电排斥力，C错误；离子晶体中一定存在离子键，熔融状态下能导电， K3C60中的C原子间以共价键连接，D正确。
D
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A. 1∶1∶1 B. 2∶2∶3
C. 1∶2∶3 D. 2∶3∶1
D
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A. Al2O3是偏向离子晶体的过渡晶体，当作离子晶体来处理：SiO2是偏向共价晶体的 过渡晶体，当作共价晶体来处理
B. Na2O 中离子键的百分数为62％，则Na2O不是纯粹的离子晶体，是离子晶体与共价 晶体之间的过渡晶体
C. Na2O通常当作离子晶体来处理，因为Na2O是偏向离子晶体的过渡晶体，在许多性 质上与纯粹的离子晶体接近
D. 分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡型
A
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解析：Al2O3和SiO2都是偏向共价晶体的过渡晶体，当作共价晶体来处理，故A错误； Na2O中离子键的百分数为62％，说明Na2O中存在共价键，则Na2O不是纯粹的离子晶 体，是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体，故B正确；离子键和共价键的本质区别 是形成两元素电负性的差值，差值大为离子键，差值小为共价键，Na2O通常当作离 子晶体来处理，因为Na2O是偏向离子晶体的过渡晶体，在许多性质上与纯粹的离子 晶体接近，故C正确；根据微粒间的作用力分析，分子晶体、共价晶体、金属晶体和 离子晶体都有过渡型，故D正确。
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物质 Na2O Na AlF3 AlCl3 Al2O3 BCl3 CO2 SiO2
熔点（℃） 920 97.8 1 291 190 2 073 －107 －57 1 723
A. 含有金属元素的晶体一定是离子晶体
B. AlF3和AlCl3晶体熔化时，克服的微粒间作用力类型相同
C. 同族元素的氧化物不可能形成不同类型的晶体
D. 金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高
D
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解析：金属晶体中含有金属元素，AlCl3是分子晶体，其也含有金属元素，所以含有 金属元素的晶体不一定是离子晶体，故A错误；AlCl3属于分子晶体，熔点较低，熔化 时破坏分子间作用力，AlF3属于离子晶体，熔点较高，熔化时破坏离子键，故B错 误；C和Si同主族，但其最高价氧化物的晶体类型不同，CO2晶体和SiO2晶体分别属于 分子晶体和共价晶体，所以同族元素的最高价氧化物可能形成不同类型的晶体，故C 错误；金属晶体的熔点有的很高，有的很低，如常温下汞呈液态，所以金属晶体的熔 点不一定比分子晶体的高，故D正确。
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A. NaCl晶体中，每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有6个
B. CaF2晶体中，每个Ca2＋被8个F－包围
C. 钛酸钙的化学式为CaTiO3
D. 在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键的个数之比为1∶2
A
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A. 氧化锂的化学式为LiO
B. 每个晶胞中含有14个O2－
C. 每个O2－周围距离最近且等距的Li＋有8个
D. 和钠同主族的锂在空气中燃烧会生成过氧化锂
C
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A. CaC2晶体的熔点较高
B
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解析：（1）根据构造原理，基态碳原子的轨道表示式 为 。
　
解析：（2）根据元素周期律，碳、氮、氧元素的第一电离能由大到 小的顺序为N＞O＞C。
N＞O＞C　
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三角锥形　
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解析：（4）石墨晶体为平面层状结构，层内每个碳原子与周围三个 碳原子形成共价键，键角为120°，则碳原子为sp2杂化。层内相邻碳 原子间以共价键结合，未杂化的p轨道形成大π键，层间以范德华力结 合，故选BCE。金刚石中碳原子间以单键结合，而石墨中碳原子间还 有大π键，使其键能增大，故石墨熔点高于金刚石。
sp2　
BCE　
C　
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12. （1）镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表，该合金储氢后的晶胞结构如 图所示：
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