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第三节 金属晶体与离子晶体
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THANKYOU课时作业12 金属晶体与离子晶体
1．下列可能属于金属晶体的是( )
A．由分子间作用力结合而成，熔点低
B．固态时或熔融后易导电，熔点在1
000
℃左右
C．由共价键结合成网状结构，熔点高
D．固态时不导电，但溶于水或熔融后能导电
2．如图是金属晶体内部的电子气理论示意图。电子气理论可以用来解释金属的性质，其中正确的是( )
A．金属能导电是因为金属阳离子在外电场的作用下做定向运动
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，但由于自由电子的存在，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，所以延展性增强，硬度减小
3．下列关于离子化合物的叙述正确的是( )
A．离子化合物中都只含有离子键
B．离子化合物中的阳离子只能是金属离子
C．离子化合物如能溶于水，其所得溶液一定可以导电
D．溶于水可以导电的化合物一定是离子化合物
4．金属的下列性质与金属键无关的是( )
A．金属材料形成合金后性能会发生改变
B．金属易导电、传热
C．金属具有较强的还原性
D．金属具有良好的延展性
5．下列性质适合于离子晶体的是( )
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．①⑧
B．②③⑥
C．①④⑦
D．②⑤
6．AB、CD、EF均为1:1型离子化合物，根据下列数据判断它们熔点由高到低的顺序是( )
物质
AB
CD
EF
离子电荷数
1
1
2
键长/10－10
m
2.31
3.18
2.10
A.CD＞AB＞EF
B．AB＞EF＞CD
C．AB＞CD＞EF
D．EF＞AB＞CD
7．金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图分别如图所示，下列说法不正确的是( )
A．金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同
B．金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系：互为同素异形体
C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2
D．石墨与C60
的晶体类型相同
8．如图是从NaCl或CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是( )
A．①和③
B．②和③
C．①和④
D．只有④
9．下列叙述不正确的是( )
A．某晶体在固态与液态时均能导电，该晶体是离子晶体
B．萤石(MgF2)属于立方晶体，晶体中若每个F－被4个Mg2＋包围，则晶体中Mg2＋的配位数为8
C．Na2O固体上滴加少量水，有共价键和离子键的破坏及形成
D．虽然离子键没有方向性，但是离子晶体没有延展性
10．已知金属钠与两种卤族元素形成的化合物Q、P，它们的离子键键能分别为923
kJ·mol－1、786
kJ·mol－1，下列有关说法中不正确的是( )
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
11．有关晶体的结构如图所示，则下列说法中不正确的是( )
A．在NaCl晶体中，距Na＋最近的Cl－形成正八面体
B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2＋
C．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键的个数比为1?2
D．该气态团簇分子的分子式为EF或FE
12．铁有δ、γ、α三种同素异形体，如图所示，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是( )
δ?Feγ?Feα?Fe
A．δ?Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个
B．α?Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个
C．若δ?Fe晶胞边长为a
cm，α?Fe晶胞边长为b
cm，则两种晶体密度比为2b3?a3
D．三种同素异形体的性质完全相同
13．金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体，如图所示，即在立方体的8个顶点各有一个金原子，各个面的中心有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共有。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。
(1)金晶体的每个晶胞中含有________个金原子。
(2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定________。
(3)一个晶胞的体积是________。
(4)金晶体的密度是________。
14．已知下列7种物质：①白磷(P4) ②水晶 ③氯化铵 ④氢氧化钙 ⑤氟化钠 ⑥过氧化钠 ⑦石墨，固态时都为晶体，回答下列问题(填写序号)：
(1)不含金属离子的离子晶体是________，只含离子键的离子晶体是________，既有离子键又有非极性键的离子晶体是________，既有离子键又有极性键的离子晶体是________。
(2)既含范德华力又有非极性键的晶体是________，熔化时既要克服范德华力又要破坏化学键的是________，熔化时只需破坏共价键的是________。
15．已知物质熔、沸点数据回答问题：
物质
AlF3
AlCl3
AlBr3
Al2O3
MgCl2
MgO
熔点/℃
1
260
181(升华)
263
2
045
707
2
852
(1)下列各组物质中，熔化时所克服的粒子间作用力类型分别与氟化铝和溴化铝相同的是______(填字母)。
A．NaCl和CCl4
B．Na2O和SiO2
C．金刚石和金属铝
D．碘和干冰
(2)MgCl2的熔点远高于AlCl3熔点的原因是____________________________________________。
(3)工业上常用电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。为什么不用电解AlCl3的方法生产铝？
(4)MgO的熔点比BaO的熔点________(填“高”或“低”)。
(5)设计可靠的实验证明MgCl2、AlCl3所属的晶体类型，其实验方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
16．如图所示，直线交点的圆圈处为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晶体的结构示意图。
(2)在晶体中，每个Na＋的周围与它最接近的且距离相等的Na＋共有________个。
(3)在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na＋或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl－的个数等于________，即________(填计算式)；Na＋的个数等于________，即________(填计算式)。
(4)设NaCl的摩尔质量为M
g·mol－1，食盐晶体的密度为ρ
g·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，食盐晶体中两个距离最近的钠离子间的距离为________
cm。
(5)NaCl晶体中不存在分子，但温度达到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，强热使温度达到1
450
℃，测得气体体积为5.6
L(已折算为标准状况)，则此时氯化钠气体的化学式为________。
课时作业12
1．解析：A中为分子晶体；B中固体能导电，熔点在1
000
℃左右，可能为金属晶体；C中由共价键结合成的网状结构，是共价晶体的结构特点；D中固态时不导电、熔融后能导电是离子晶体的特征。
答案：B
2．解析：金属能导电是因为自由电子在外电场作用下做定向运动，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，所以延展性减小，硬度增大，D项错误。
答案：C
3．解析：离子化合物中的阳离子不一定是金属离子，如NH4Cl，阳离子为NH而不是金属离子；共价化合物溶于水也可能导电，如NH3、SO2、HCl等。
答案：C
4．解析：金属离子与自由电子之间强烈的相互作用形成金属键，金属的导电热、导热性、延展性及其具有金属光泽等均与金属键有关。
答案：C
5．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②③④⑤⑦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。故只有①⑧符合题意。
答案：A
6．解析：离子化合物形成的离子晶体中，离子键的键长越短，阴、阳离子所带电荷数越多，则晶体的熔点越高，三种物质所带电荷：EF＞AB＝CD，键长：EF＜AB＜CD，所以熔点由高到低的顺序是EF＞AB＞CD。
答案：D
7．解析：金刚石中碳原子为sp3杂化，石墨烯中碳原子为sp2杂化，A项正确；金刚石、石墨、C60和石墨烯都是碳元素形成的不同单质，它们互为同素异形体，B项正确；碳元素的同素异形体完全燃烧的产物都是CO2，C项正确；C60是分子晶体，石墨是混合晶体，D项错误。
答案：D
8．解析：根据NaCl和CsCl晶体的空间结构特点分析图示。①中由黑球可知，其配位数为6，④图应为简单立方体结构，故①和④应为NaCl晶体；②中由白球知配位数为8，③为体心立方结构，故①和③为CsCl晶体，所以C项正确。
答案：C
9．解析：在固态与液态时均能导电，该晶体是金属晶体，离子晶体在固态时不能导电，故A错误；根据MgF2化学式可知，晶胞中F－与Mg2＋配位数之比1:2，据此可知Mg2＋的配位数为8，B正确；氧化钠与水反应生成氢氧化钠，有水分子中的共价键的破坏，氧化钠中离子键的破坏，形成了氢氧化钠中的离子键和共价键，故C正确；离子键没有方向性，但离子晶体在外力作用下，层与层之间发生滑动后，带同种电荷的离子相邻，离子键被破坏，所以没有延展性，D正确。
答案：A
10．解析：Q的离子键键能大于P的离子键键能，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的离子键键能强于NaCl的，故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，故离子键键能的差异是由成键离子核间距决定的，离子键键能越大，表明核间距越小，C项正确。
答案：D
11．解析：氯化钠晶体中，距Na＋最近的Cl－是6个，即钠离子的配位数是6,6个氯离子形成正八面体结构，A项正确；Ca2＋位于晶胞顶点和面心，数目为8×＋6×＝4，即每个晶胞平均占有4个Ca2＋，B项正确；碳碳键被两个碳原子共有，每个碳原子形成4条共价键，即平均1
mol
C原子形成4×＝2
mol碳碳键，碳原子与碳碳键的个数比为1:2，C项正确；该气态团簇分子不是晶胞，分子式为E4F4或F4E4，D项错误。
答案：D
12．解析：
δ?Fe晶体、γ?Fe晶体和α?Fe晶体中的配位数分别为8、12、6，A、B正确；δ?Fe晶胞中含Fe原子1＋8×＝2个，α?Fe晶胞含Fe原子8×＝1个，故α?Fe晶体和δ?Fe晶体的密度比为2b3?a3，C正确；三种同素异形体的化学性质相同，但物理性质比如密度就不相同，D错误。
答案：D
13．解析：(1)由题中对金晶体晶胞的叙述，可求出每个晶胞中所拥有的金原子个数，即8×＋6×＝4。
(2)金原子的排列是紧密堆积形式的，所以原子要相互接触。(3)如图是金晶体中原子之间相互位置关系的平面图，AC为金原子直径的2倍，AB为立方体的边长，由图可得，立方体的边长为d，所以一个晶胞的体积为(d)3＝2d3。(4)一个晶胞的质量等于4个金原子的质量，所以ρ＝＝。
答案：(1)4 (2)金原子间相互接触 (3)2d3 (4)
14．解析：(1)属于离子晶体的有③④⑤⑥，其中③只含非金属元素，NaF中只含离子键，Na2O2中有离子键和非极性共价键，NH4Cl和Ca(OH)2中有离子键和极性共价键。(2)分子晶体中含范德华力，只有白磷、石墨晶体中既有范德华力又有共价键，水晶中只含共价键。
答案：(1)③ ⑤ ⑥ ③④ (2)①⑦ ⑦ ②
15．解析：(1)由表中数据可知AlF3是离子化合物，熔化时需克服离子键，而AlBr3是分子晶体，熔化时需克服分子间作用力，故选A项。
(2)MgCl2是离子晶体，离子间通过离子键结合，AlCl3为共价化合物分子，分子间通过范德华力结合，离子键作用力远大于范德华力，所以MgCl2的熔点远高于AlCl3的熔点。
(3)AlCl3不属于离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解AlCl3的方法生产铝。
(4)MgO和BaO都是离子化合物，Mg2＋的半径比Ba2＋小，所以MgO的熔点比BaO的熔点高。
(5)将两种晶体加热到熔化状态，MgCl2能导电，而AlCl3不能导电，即可证明MgCl2为离子晶体，AlCl3为分子晶体
答案：(1)A (2)MgCl2是离子晶体，AlCl3是分子晶体，离子键的强度远大于分子间作用力 (3)AlCl3不属于离子晶体，熔融时不能导电，因而不能用电解AlCl3的方法生产铝 (4)高 (5)将两晶体加热到熔化状态，MgCl2能导电，AlCl3不能导电，证明AlCl3为分子晶体，MgCl2为离子晶体
16．解析：(2)从体心Na＋看，与它最近的且距离相等的Na＋共有12个。
(3)根据立方结构的特点，可求阴、阳离子的个数。NaCl晶胞中，含Cl－：8×＋6×＝4(个)，含Na＋：12×＋1＝4(个)。
(4)设Cl－和Na＋的最近距离为a
cm，则两个最近的Na＋间的距离为a
cm，有NA
mol－1＝M
g·mol－1，a＝
cm，所以两个Na＋间的最近距离为·
cm。
(5)由题意可知：29.25
g氯化钠在1
450
℃时为0.25
mol，故其摩尔质量为117
g/mol，氯化钠气体的化学式为Na2Cl2。
答案：(1)见下图
(2)12 (3)4 8×＋6× 4 12×＋1
(4)· (5)Na2Cl2第三节 金属晶体与离子晶体
课程目标
1．了解金属键及金属晶体的性质。
2．了解离子晶体的结构特点和性质。
3．了解过渡晶体与混合型晶体的结构特点与性质特点。
图说考点
基
础
知
识
[新知预习]
一、金属键与金属晶体
1．金属键
(1)定义：在金属单质晶体中原子之间__________与__________之间强烈的相互作用。
(2)成键微粒：__________和__________。
(3)成键条件：________或________。
(4)成键本质
电子气理论：金属原子脱落下来的________形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把____________维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。
2．金属晶体
(1)金属晶体是原子间通过________形成的一类晶体。金属晶体常温下除________外都是固体。
(2)性质：优良的________、导热性和延展性。
(3)用电子气理论解释金属的性质
二、离子晶体
1．定义：阴、阳离子通过________结合，在空间呈现有________的排列所形成的晶体叫离子晶体。
2．结构特点：
3．常见离子晶体的空间结构
晶体类型
NaCl
CsCl
晶胞
阳离子的配位数
____
____
阴离子的配位数
____
____
晶胞中所含离子数
Cl－____Na＋____
Cs＋____Cl－____
三、过渡晶体与混合型晶体
1．过渡晶体
(1)纯粹的典型晶体并不多，大多数晶体是它们之间的________晶体。
(2)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2晶体中，化学键中离子键成份的百分数逐渐________，其中Na2O当作________晶体处理，SiO2、Al2O3晶体，当作________晶体处理。
2．混合型晶体——石墨
(1)晶体模型
(2)结构特点——层状结构
①同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成________________。由于所有的p轨道平行且相互重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。
②层与层之间靠________维系。
(3)晶体类型
石墨晶体中，既有________，又有________和________，属于________晶体。
[即时性自测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)不存在只有阳离子，而没有阴离子的物质。( )
(2)金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用。( )
(3)金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键也被破坏。( )
(4)金属键没有饱和性和方向性。( )
(5)金属原子半径越小，价电子数越多，其金属单质熔、沸点越高，硬度越大。( )
(6)所有金属室温下均为晶体。( )
(7)离子晶体中只存在离子键。( )
(8)Na2O是纯粹的离子晶体，SiO2是纯粹的共价晶体。( )
(9)每个NaCl晶胞和CsCl晶胞含有相同的离子数。( )
2．下列关于金属键的叙述中不正确的是( )
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
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．合金是金属与一些非金属或其他金属在熔化状态下形成的一种熔合物，根据下表中提供的数据，判断可以形成合金的是( )
金属或非金属
钠
铝
铁
硅
硫
熔点/℃
97.8
660.4
1
535
1
410
112.8
沸点/℃
883
2
467
2
750
2
353
444.6
A．铝与硅
B．铝与硫
C．钠与硫
D．钠与硅
4．已知金属键是金属离子与自由电子之间的静电作用力，金属键强弱与金属离子半径和离子所带电荷有关，则金属钠、镁、铝的熔点高低顺序正确的是( )
A．Na＞Mg＞Al
B．Al＞Mg＞Na
C．Mg＞Al＞Na
D．Na＞Al＞Mg
5．CaF2晶体的晶胞示意图如下，回答下列问题。
①Ca2＋的配位数是______，F－的配位数是______。
②该晶胞中含有的Ca2＋数目是____________个，F－数目是____________个。
③CaF2晶体的密度为a
g·cm－3，则晶胞的体积是________________________(只要求列出算式)。
技
能
素
养
提升点一 金属键强弱与金属性的变化
[例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
金属键没有方向性，其强弱取决于金属原子半径大小和价电子数目多少。
[提升1] 在金属晶体中，如果金属原子的价电子数越多，原子半径越小，自由电子与金属阳离子间的作用力越大，金属的熔沸点越高。由此判断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
[关键能力]
金属键的强弱与金属性质的变化
1．金属键的特征
金属键无方向性和饱和性。
晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子，而几乎是均匀地分布在整块晶体中，因此晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间“弥漫”的电性作用，这就是金属键，因此金属键没有方向性和饱和性。
2．金属键的强弱比较
一般来说，金属键的强度主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。
3．金属键对物质性质的影响
①金属键越强，晶体的熔、沸点越高。
②金属键越强，晶体的硬度越大。
例如，对Na、Mg、Al而言，由于价电子数：Al>Mg>Na，原子半径：Na>Mg>Al，故金属键由强到弱的顺序是Al>Mg>Na，故熔点：Na
℃<648.9
℃<660.4
℃)，硬度：Na 金属晶体的性质及变化规律：
(1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。
(2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。
①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。
②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。
③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。
④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。
提升点二 四类晶体的比较
[例2] 有A、B、C三种晶体，分别由C、H、Na、Cl四种元素中的一种或几种形成，对这三种晶体进行实验，结果如表所示。
晶体
熔点/℃
硬度
水溶性
导电性
水溶液与Ag＋反应
A
811
较大
易溶
水溶液(或熔融态)能导电
白色沉淀
B
3
500
很大
不溶
不导电
—
C
－114.2
很小
易溶
液态不导电
白色沉淀
(1)晶体的化学式分别为
A__________；B__________；C__________。
(2)晶体的类型分别为
A__________；B__________；C__________。
(3)晶体中粒子间的作用力分别为
A__________；B__________；C__________。
熔融态能导电的化合物一般为离子化合物；熔、沸点高低顺序为：共价晶体>离子晶体>分子晶体。
[提升2] 下图为几种晶体或晶胞的结构示意图。
请回答下列问题：
(1)金刚石属于________晶体，其中每个碳原子与________个碳原子距离最近且相等；干冰属于________晶体，每个CO2分子与________个CO2分子紧邻。
(2)这些晶体中，微粒之间以共价键结合而形成的是________________________。
(3)冰、金刚石、MgO、干冰四种晶体的熔点由高到低的顺序为________________________。
(4)NaCl晶胞与MgO晶胞结构相同，NaCl晶体的熔点________(填“大于”或“小于”)MgO晶体的熔点，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)每个铜晶胞中实际占有________个铜原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为________。CaCl2晶体和MgCl2晶体相比，更接近于纯粹的离子晶体的是________________。
[关键能力]
四类晶体的比较
项目类型
离子晶体
共价晶体
分子晶体
金属晶体
构成晶体的粒子
阴、阳离子
原子
分子
金属阳离子和自由电子
粒子间的作用
离子键
共价键
分子间作用力(范德华力和氢键)
金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用
确定作用力强弱的一般判断方法
离子所带电荷数、离子半径
键长(原子半径)
组成和结构相似、无氢键时，比较相对分子质量
原子半径、价电子数
熔、沸点
较高
高
低
差别较大(汞常温下呈液态，钨熔点为3
410
℃)
硬度
较大
大
较小
差别较大
导电性
不导电(熔融状态下或溶于水后导电)
不导电(个别为半导体)
不导电(部分溶于水发生电离后导电)
导电
溶解性
多数易溶
一般不溶
相似相溶
一般不溶于水，少数与水反应
机械加
工性
不良
不良
不良
优良
延展性
差
差
差
优良
晶体类型的判断方法
(1)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力来判断
a．组成离子晶体的粒子是阴、阳离子，粒子间的作用力是离子键。
b．组成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键。
c．组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力，包括范德华力和氢键。
d．组成金属晶体的粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的作用力是金属键。
(2)依据物质的分类判断
a．金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐是离子晶体。
b．大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数的有机物是分子晶体。
c．常见的共价晶体有金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等。
d．金属单质是金属晶体。
(3)依据晶体的熔、沸点判断
a．离子晶体的熔、沸点较高，常在数百至数千摄氏度。
b．共价晶体的熔、沸点很高，常在一千至几千摄氏度。
c．分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度以下。
d．金属晶体的熔、沸点差距较大。
(4)依据导电性判断
a．离子晶体的水溶液及熔融状态一般都能导电。
b．共价晶体一般不导电，个别为半导体。
c．分子晶体不导电，而分子晶体中的电解质(主要是酸和一些非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子而导电。
d．金属晶体是电的良导体。
(5)依据硬度和机械性能判断
离子晶体硬度较大且脆；共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，少数较小，且具有延展性。
提升点三 晶体的计算
[例3] 下图所示为NaCl晶胞的结构示意图。它向三维空间延伸得到完美晶体。试回答：
(1)一个NaCl晶胞中有________个Na＋，有________个Cl－。
(2)一定温度下，用X射线衍射法测得晶胞的边长为a
cm，该温度下NaCl晶体的密度是________________________________________________________________________。
(3)若NaCl晶体的密度为d
g·cm－3，则NaCl晶体中Na＋与Na＋之间的最短距离是________。
[提升3] 有下列离子晶体空间结构示意图：
A B C D
(1)以M代表阳离子，以N代表阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：A________，B________，C________，D________。
(2)已知FeS2晶体(黄铁矿的主要成分)具有A的空间结构。
①FeS2晶体中存在的化学键类型是________。
②若晶体结构A中的相邻的阴、阳离子的距离为a
cm，且用NA
表示阿伏加德罗常数，则FeS2晶体的密度是________g·cm－3。
晶体结构的计算常常涉及如下数据：晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理，二是要有扎实的立体几何知识，三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。
[关键能力]
晶胞的结构与计算
1．计算类型
(1)根据晶胞的结构，计算其组成微粒间的距离。
(2)根据晶胞的质量和晶体有关的摩尔质量间的关系计算微粒个数、微粒间距、ρ等。
(3)计算晶体(晶胞)的空间利用率。
2．计算原理
(1)根据晶胞的组成列出其质量与晶体有关摩尔质量间的关系式。
①晶胞组成的确定：均摊法。用均摊法计算一个晶胞所含组成微粒的个数。
②计算表达式：
m＝ρV＝·M式中，m为一个晶胞的质量，ρ为晶胞(晶体)的密度，V为一个晶胞的体积，M为晶体的摩尔质量。
如图为NaCl晶体的晶胞，图中2个钠离子间距离为a，ρ＝＝。
(2)晶胞的空间利用率＝×100%。
形成性自评
1．下列有关金属键的叙述错误的是( )
A．金属键没有饱和性和方向性
B．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用
C．金属键中的价电子属于整块金属
D．金属的物理性质及金属晶体的形成都与金属键有关
2．下列生活中的问题，不能用电子气理论知识解释的是( )
A．铁易生锈 B．用金属铝制成导线
C．用金箔做外包装
D．用铁制品做炊具
3．下列有关离子晶体的叙述中，不正确的是( )
A．1
mol氯化钠晶体中有NA个NaCl分子
B．氯化钠晶体中，
每个Na＋周围距离相等的Cl－共有6个
C．醋酸钠属于离子晶体，含非极性键
D．平均每个NaCl晶胞有4个Na＋、4个Cl－
4．泽维尔研究发现，当激光脉冲照射NaI时，Na＋和I－两核间距1.0～1.5
nm，呈离子键；当两核靠近约距0.28
nm时，呈共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是( )
A．NaI晶体是离子晶体和分子晶体的混合物
B．离子晶体可能含有共价键
C．NaI晶体中既有离子键，又有共价键
D．共价键和离子键没有明显的界线
5．现有几组物质的熔点(℃)数据：
A组
B组
C组
D组
金刚石：3
550
Li：181
HF：－83
NaCl
硅晶体：1
410
Na：98
HCl：－115
KCl
硼晶体：2
300
K：64
HBr：－89
RbCl
二氧化硅：1
732
Rb：39
HI：－51
MgO：2
800
据此回答下列问题：
(1)由表格可知，A组熔点普遍偏高，据此回答：
①A组属于________晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是________。
②硅的熔点低于二氧化硅，是由于________________________________________________________________________。
③硼晶体的硬度与硅晶体相对比：________________________________________________________________________。
(2)B组晶体中存在的作用力是________，其共同的物理性质是________(填序号)，可以用________理论解释。
①有金属光泽
②导电性
③导热性
④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。
①硬度小
②水溶液能导电
③固体能导电
④熔融状态能导电
(5)D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为________，MgO晶体的熔点高于三者，其原因解释为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
第三节 金属晶体与离子晶体
基础知识
新知预习
一、
1．金属阳离子 自由电子 金属阳离子 自由电子 金属单质 合金 价电子 所有的金属原子
2．金属键 汞 导电性 相对滑动 金属键 定向移动
二、
1．离子键 规律
2．阴离子 阳离子 离子键
3．6 8 6 8 4 1 4 1
三、
1．过渡 减小 离子 共价
2．平面六元并环结构 范德华力 共价键 金属键 范德华力 混合型
即时性自测
1．(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)× (7)× (8)× (9)×
2．解析：从构成物质的基本微粒的性质看，金属键属于电性作用，特征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。
答案：B
3．解析：能发生反应的物质不能形成合金，故B、C两项错误；钠的沸点远低于硅的熔点，当硅熔化时，钠已经变为气态，故它们不能形成合金，D项错误。
答案：A
4．解析：金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属阳离子与“电子气”的作用力越大，金属键越强。钠、镁、铝离子的电荷数逐渐增多，半径逐渐减小，故钠、镁、铝的熔点逐渐升高。
答案：B
5．解析：①每个Ca2＋周期吸引8个F－，每个F－周围吸收4个Ca2＋，所以Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4。②F－位于晶胞内部，所以每个晶胞中含有F－8个。含有Ca2＋为×8＋×6＝4个。
③ρ＝＝＝a
g·cm－3，
V＝。
答案：①8 4 ②4 8
③
技能素养
例1 解析：常温下汞为液体，A错误；金属键没有方向性，不会因为形变而消失，B正确；Ca的原子半径小，价电子数多，金属键比K强，熔沸点比K高，C错误；温度越高，金属导电能力越弱，D错误。
答案：B
提升1 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；B中Li>Na，D中Al>Mg>Ba。
答案：C
例2 解析：由题表可知，A应为离子晶体，B应为共价晶体，C应为分子晶体；又已知A、B、C分别由C、H、Na、Cl四种元素中的一种或几种形成，再结合其水溶液与Ag＋的反应，可得A为NaCl，B为C(金刚石)，C为HCl；粒子间的作用力分别为离子键、共价键和分子间作用力。
答案：(1)NaCl C HCl
(2)离子晶体 共价晶体 分子晶体
(3)离子键 共价键 分子间作用力
提升2 解析：(1)金刚石晶体中，每个碳原子与相邻的4个碳原子结合，形成正四面体；干冰晶体中，每个CO2分子在三维空间里与12个CO2分子紧邻。(2)只有共价晶体的微粒之间才是以共价键结合的。(3)在题给晶体中，金刚石是共价晶体，熔点最高；MgO为离子晶体，离子晶体的熔点一般低于共价晶体的熔点，高于分子晶体的熔点；冰、干冰均为分子晶体，但冰中水分子之间存在氢键，故冰的熔点高于干冰的熔点。(5)1个铜晶胞中实际占有的铜原子数可用“均摊法”分析，为8×＋6×＝4，氯化钙的晶体结构类似于氟化钙，Ca2＋的配位数为8，Cl－的配位数为4。
答案：(1)共价 4 分子 12 (2)金刚石晶体 (3)金刚石>MgO>冰>干冰 (4)小于 MgO晶体中离子所带的电荷数大于NaCl晶体中离子所带的电荷数，且r(Mg2＋)例3 解析：(1)根据图中NaCl一个晶胞：Cl－个数＝8×＋6×＝4，Na＋个数＝12×＋1＝4。
(2)1个晶胞中含有NaCl为4/NA
mol，晶胞体积为a3
cm，晶体密度ρ＝m/V＝/a3
g·cm－3。
(3)Na＋与Na＋之间最短距离为晶胞边长的。把(2)中结果变换为da3＝，所以a＝(cm)。Na＋与Na＋间最短距离＝a
cm＝·
cm。
答案：(1)4 4 (2)
g·cm－3
(3)·
cm
提升3 解析：(1)A中阳离子M的个数为4×＝，阴离子N的个数为4×＝；B中阴离子N个数为4×＋2＝4，阳离子M个数为8×＋1＝2；C中M有4×＝个，N有1个；D中M为8×＝1个，N有1个。
(2)FeS2晶胞结构如A，若相邻的阴、阳离子间的距离为a
cm，则体积V＝a3
cm3。每个晶胞的质量m＝＝
g，密度ρ＝，则FeS2晶体的密度是
g·cm－3。
答案：(1)MN MN2 MN2 MN (2)①离子键、共价键 ②
形成性自评
1．解析：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共有，从而把所有的金属原子维系在一起，故金属键无饱和性和方向性，A项正确；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈作用，既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也包括金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用，B项错误；金属键中的价电子属于整块金属，C项正确；金属的物理性质及金属晶体的形成都与金属键的强弱有关，D项正确。
答案：B
2．解析：铁易生锈，是因为铁中含有碳，易发生电化学腐蚀，与金属键无关，A项错误；用金属铝制成导线，是利用金属的导电性，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，能用金属键理论知识解释，故B项正确；用金箔做外包装，是因为有金属光泽，金属具有光泽是因为自由电子能够吸收可见光，能用金属键理论知识解释，故C项正确；用铁制品做炊具，是利用了金属的导热性，金属容易导热是因为自由电子在运动时经常与金属离子碰撞而引起能量的交换，能用金属键理论知识解释，故D项正确。
答案：A
3．解析：NaCl为面心立方结构，每个晶胞中Na＋个数为12×＋1＝4，Cl－的个数为8×＋6×＝4，则1
mol氯化钠晶体中有4NA个Na＋、4NA个Cl－，不存在分子，A项错误、D项正确；由NaCl晶胞结构可知，Na＋在棱心和体心时，顶点和面心为Cl－，则每个Na＋周围距离相等的Cl－共有6个，B项正确；醋酸钠中存在碳碳非极性键，C项正确。
答案：A
4．解析：由题中信息可知，离子的核间距较大时，呈离子键，而核间距较小时，呈共价键，当核间距改变时，键的性质会发生改变，这说明离子键和共价键并没有明显的界线。但NaI晶体是典型的离子晶体，说明其晶体中核间距在1.0～1.5
nm之间。
答案：D
5．解析：(1)A组由非金属元素组成，熔点最高，属于共价晶体，熔化时需破坏共价键。由共价键形成的共价晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高，硬度大。
(2)B组都是金属，存在金属键，具有金属晶体的性质，可以用“电子气理论”解释相关物理性质。
(3)C组卤化氢晶体属于分子晶体，HF熔点高是由于分子之间形成氢键。
(4)D组是离子化合物，熔点高，具有离子晶体的性质。
(5)离子键与离子电荷数和离子半径有关，电荷越多，半径越小，离子键越大，晶体熔点越高。
答案：(1)①共价 共价键 ②Si—Si键键能小于Si—O键键能 ③硼晶体大于硅晶体 (2)金属键 ①②③④ 电子气 (3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可) (4)②④ (5)NaCl>KCl>RbCl MgO晶体为离子晶体，离子所带电荷越多，半径越小，离子键越强，熔点越高