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第三节
金属晶体与离子晶体
第1课时
金属晶体
第三章　晶体结构与性质
金属物理通性：有金属光泽、导电性、导热性、延展性等
金 Au
铝 Al
铜 Cu
钨 W
那么，金属晶体中的原子是通过什么作用力结合在一起的？
：观察金属置换反应中金属的生长过程，可知：金属具有较为规则的几何外形，是一种晶体，我们称其为金属晶体。
金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用
金属阳离子和自由电子
1.概念：
2.成键粒子：
5.金属键的本质--电子气理论:
3.金属键的存在：
存在于金属单质和合金中
一、金属键
①电子气理论(最简单理论)
②能带理论
4.描述金属键的理论:
金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用
由于金属原子的最外层电子数较少,容易失去电子成为金属离子。该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子(自由电子)形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”，所以金属晶体和共价晶体一样，是一种“巨分子”，不存在单个分子。
自由电子
金属阳离子
静电作用
6.金属键的特征:
金属键无方向性和饱和性。(金属晶体中的自由电子不专属于某个特定的金属阳离子，而是几乎均匀地分布在整个晶体里，把所有金属原子维系在一起，自由电子可以在整块金属中自由移动，所以金属键无方向性和饱和性。)
阳离子所带电荷越多、半径越小,金属键越强
7.影响金属键强弱的因素:
如：熔点最高的金属是____，硬度最大的金属是____。
①原子半径大小：
②价电子数多少：
价电子数越多，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。
原子半径越小，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。
思考：对比锂、钠、镁、铝、钾的原子结构和熔沸点的数据，分析金属晶体的熔沸点(金属键的强弱)与哪些因素有关？
晶体 原子半径/pm 价电子数 熔点/℃ 沸点/℃
Li 76 1 180 1340
Na 102 1 97.72 883
K 138 1 63.65 759
Mg 72 2 651 1107
Al 53.5 3 660 2324
1) 判断钠、镁、铝熔沸点和硬度的大小
2) 判断钠、钾、铷、铯熔沸点和硬度的大小
钠、镁、铝原子半径减小，价电子数增多，则单质中所形成金属键依次增强，故钠、镁、铝熔沸点和硬度的大小顺序是;钠<镁<铝
钠、钾、铷、铯价电子数相同，随原子序数的递增，原子半径依次增大，则单质中所形成金属键依次减弱，故钠、钾、铷、铯熔沸点和硬度的大小顺序是:钠>钾>铷>铯
【思考与讨论】
知识回顾
金属有哪些物理通性？
延展性
导电性
导热性
银白色金属光泽(铜紫红色，金是金黄色)
常温下是固体(汞是液体)
如何应用电子气理论，解释金属的物理通性？
金属晶体内部存在自由电子，当光线投射到金属表面时，自由电子吸收可见光，然后又把各种波长的光大部分再反射出来，这就使绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽。（某些金属因易吸收某些频率光而呈特殊颜色）
8、用“电子气理论”解释金属的通性
(1)金属光泽
金属在粉末状态时，金属原子的取向杂乱，排列不规则，吸收可见光后不能再反射出来，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。(铝粉为银白色，俗称“银粉”)。
银白色的纯铁块
黑色的铁粉
总结：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。
导电性
(2)金属的导电性
外加电场
在金属晶体中，充满着带负电的“电子气”（自由电子），这些电子气的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下，自由电子定向运动形成电流，所以金属容易导电。
不同的金属导电能力不同，导电性最强的三中金属是：Ag、Cu、Al。
(金属在固态或液体都有导电性)
①金属晶体具有导电性，但能导电的物质不一定是金属
②石墨具有导电性，属于非金属。
还有一大类能导电的有机高分子化合物（如聚乙炔），也不属于金属。
③当温度升高时，阳离子的振动加剧，对自由电子的定向移动产生了阻碍作用，金属的电阻随温度升高而增大，故导电能力下降。
类型 电解质 金属晶体
导电时的状态
导电粒子
导电时发生的变化
导电本质
导电能力随温度的升高
水溶液/熔融状态
固体或液体
自由移动的离子
自由电子
思考：电解质在熔化状态或溶于水能导电，这与金属导电的本质是否相同
化学变化
物理变化
增强
减弱
电解过程
电子定向移动
导热性
(3)金属的导热性
当金属晶体的某一端在受热时，其附近内部的自由电子做剧烈的无序运动，从而与金属阳离子发生碰撞。在碰撞过程中，引起两者能量交换，能量高的自由电子将自己的能量传递给金属阳离子。使能量从温度高的区域传到温度低的区域，从而使整块金属达到同样的温度。
在冬天我们感觉金属制品比木制品更凉，原因是当人接触到金属时，金属很快将人体的热量传递出去，因为木制品不易导热所以当人接触到木制品时，身体的热量不易散失。
延展性
(4)金属的延展性
金属受到外力作用时，晶体中的各原子层会发生相对滑动，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，所以金属有良好的延展性。
提示 : 当向金属晶体中掺入不同的原子时，就像在滚珠之间掺入了细小的碎石一样，因此形成合金会使金属的延展性变差、硬度增大。
1、概念：通过金属阳离子与__________之间的较强作用形成的晶体，叫做金属晶体。
二、金属晶体
自由电子
2、金属晶体中的粒子及粒子间的相互作用：
金属阳离子和自由电子
金属键（静电作用）
构成微粒
金属晶体
微粒间的作用力
◆在常温下，金属(除汞外)都是晶体，其中除锗、灰锡外都是金属晶体。
◆金属晶体中，除了纯金属，还有大量的合金。大多数合金是以一种金属为主要组成，如以铁为主要成分的碳钢、锰钢、不锈钢等，以铜为主要成分的黄铜、青铜、白铜等。
判断方法：金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强，熔沸点就相应越高，硬度也越大。
3、金属晶体的物理性质
(2)熔、沸点及硬度相差较大
(1)具有延展性、导电性、导热性、金属光泽等物理通性
汞常温为液体，熔点很低(-38.9℃)，而铁等金属熔点很高(1535℃)。不同金属中金属键的强度差别很大。例如，金属钠的熔点较低、硬度较小，而钨是熔点最高的金属、铬是硬度最大的金属，这是由于形成的金属键强弱不同的缘故。
晶体类型 共价晶体 分子晶体 金属晶体
构成微粒
微粒间 作用力
物 理 性 质 熔沸点
硬度
导电性
实例 金刚石、二氧化硅、 晶体硅、碳化硅 C60、S8、 白磷等 Ag、Cu、Fe、
钢铁等
分子
原子
金属阳离子和自由电子
共价键
分子间作用力
金属键
很高
较低
差别较大
很大
较小
差别较大
无（硅为半导体）
无
易导电
【归纳对比】
熔点最低的金属是--------
汞 [-38.87℃]
熔点最高的金属是--------
钨 [3410℃]
密度最小的金属是--------
锂 [0.53g/cm3]
密度最大的金属是--------
锇 [22.57g/cm3]
硬度最小的金属是--------
铯 [0.2]
硬度最大的金属是--------
铬 [9.0]
最活泼的金属是----------
铯
最稳定的金属是----------
金
延性最好的金属是--------
铂[铂丝直径： mm]
展性最好的金属是--------
金[金箔厚： mm]
金属之最
【思考与讨论】
(1)含有阳离子的晶体中一定含有阴离子吗
(2)纯铝硬度不大，形成硬铝合金后，硬度很大，金属形成合金后为什么有些物理性质会发生很大的变化
不一定。如金属晶体中含有金属阳离子和自由电子，但没有阴离子；但晶体中有阴离子时，一定有阳离子。
金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，影响了金属的延展性和硬度。
1、正误判断
(1)金属在常温下都是晶体( )
(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，金属键被破坏( )
(4)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( )
(5)金属晶体除了纯金属，还有大量的合金( )
(6)金属的电导率随温度的升高而降低( )
×
×
×
×
√
√
3、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
D
2、下列有关金属晶体中说法中正确的( )
A. 常温下都是晶体
B. 最外层电子数少于3个的都是金属
C. 任何状态下都具有延展性
D. 都能导电和传热
D
5、下列对于金属熔、沸点、硬度的判断正确的是(　 )
A. 金属镁的熔点高于金属铝
B. 碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐升高的
C. 金属铝的硬度大于金属钠
D. 金属镁的硬度小于金属钙
C
4、金属能导电的原因是( )
A. 金属晶体中金属阳离子与自由电子间的作用较弱
B. 金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动
C. 金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动
D. 金属晶体在外加电场作用下可失去电子
B
第三节
金属晶体与离子晶体
第2课时
离子晶体
第三章　晶体结构与性质
下列晶体构成微粒有什么共同点？
胆矾(蓝矾)
CuSO4·5H2O
萤石
CaF2
重晶石
BaSO4
烧碱
NaOH
它们都是由阳离子和阴离子构成的离子化合物。
阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。
离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强。
一、离子键
4、影响因素：
1、定义：
静电引力和斥力
5、形成条件：
活泼的金属元素和非金属元素间容易形成离子键;形成化合物的元素的电负性之差>1.7
2.本质：静电作用（静电吸引力和静电排斥力）
3、成键过程：阴阳离子接近到某一定距离时，吸引和排斥达到平衡，就形成了离子键。
离子键没有方向性和饱和性。
6、特征：
没有方向性： 阴阳离子是球形对称的，电荷的分布也是球形对称的，它们在空间各个方向上的静电作用相同，都可以和带不同电荷的离子发生作用。
没有饱和性：在静电作用能达到的范围内，只要空间条件允许，一个离子可与多个离子发生作用。
以离子键结合的化合物倾向于形成紧密堆积，使每个离子周围尽可能多地与带相反电荷的离子接触，从而达到稳定的目的。
二、离子晶体
1、定义：由阴离子和阳离子相互作用而形成的晶体
2、构成微粒及微粒间作用力
阴、阳离子
离子键
离子晶体
构成粒子
粒子间的作用力
【注意】
有的离子晶体中还存在电中性分子(如H2O、NH3等)，所以这些离子晶体中还存在共价键、分子间作用力、氢键等。
氯化钠晶胞结构
(静电作用)
离子晶体无单个分子存在，无分子式，化学式表示离子最简整数比。如NaCl不表示分子式
3、常见的离子晶体
由离子化合物(强碱、活泼金属氧化物、绝大部分盐)结晶形成。
③离子晶体不导电，但在水溶液或熔融状态下能导电。
①熔、沸点较高，难挥发。
②硬度较大，难压缩。
离子晶体中，阴、阳离子之间通过离子键结合，一般离子键的强度较大，要使物质熔化或沸腾，就需要较多的能量。
离子晶体中有较强的离子键，所以硬度较大，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。
离子晶体中离子键较强，离子不能自由移动，即无自由移动的离子。离子晶体熔化可以形成自由移动的离子; 或溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(实质上是水合离子)，能够导电。
4、离子晶体的性质
④大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯等)，遵循“相似相溶”规律。
当把离子晶体放入水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服了离子间的相互作用而电离，变成在水中自由移动的离子。
规律：一般离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强，熔、沸点就越高，硬度也越大。离子晶体的熔沸点相差很大，有的比共价(分子)晶体高，有的也比共价(分子)晶体低。
◆物质的状态，一般情况下是固体>液体>气体；
◆晶体类型，一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体
(注意：不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅)。
◆同类晶体比较思路：
共价晶体→共价键键能→键长→原子半径；
分子晶体→分子间作用力→相对分子质量、极性、氢键、支链；
离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径；
金属晶体→金属键强弱→金属阳离子所带电荷、金属阳离子半径。
比较不同晶体熔、沸点的基本思路
(1)根据物质的分类
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)根据元素的性质和种类
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，第ⅠA、ⅡA族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素,第ⅥA、ⅦA族元素)组成的化合物。
5、离子晶体的判断
(3)根据物质的性质
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。
注：判断离子晶体，可根据其熔融状态能否导电进行
6.常见离子晶体的结构
【归纳对比】
晶体 分子晶体 离子晶体 共价晶体 金属晶体
构成微粒 分子 阴、阳离子 原子 金属离子、自由电子
微粒间 作用力 范德华力 (少数有氢键) 离子键 共价键 金属键
性质 熔、沸点 较低 较高 很高 差别较大
硬度 较小 较大 很大 差别较大
溶解性 相似相溶 多数溶于水 不溶 不溶，有些与水反应
导电性 固态、液态均不导电，部分溶于水时导电 固态时不导电，熔融时导电，能溶于水的溶于水时导电 多数在固态、熔融时都不导电，少数为半导体 固态、熔融态时导电
离子液体
离子晶体的熔点，有的很高，如CaO的熔点为2613 ℃，有的较低，如NH4NO3、Ca(H2PO4)2的熔点分别为170℃、109℃。早在1914年就有人发现，引入有机基团可降低离子化合物的熔点，如C2H5NH3NO3的熔点只有12℃，比NH4NO3低了158℃!
到20世纪90年代，随着室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物的优异性质不断被开发利用，才意识到它们的巨大价值，并将它们定义为离子液体。
2、下列物质中，含有极性共价键的离子晶体是( )
A. NaCl　　　B. Na2O C. Na2O2　　　　　 D. NaOH
D
3、下列各物质的晶体中，晶体类型相同的是( )
A. CO2和SiO2 B. NaCl和HCl
C. CO2和CS2 D.CCl4和MgCl2
C
1、下列物质的晶体一定属于离子晶体的是( )
A. 在水中能电离出离子的物质
B. 在水中能电离出SO42-的化合物
C. 在水中能电离出Na+的化合物
D. 熔化时化学键无变化的化合物
C
4、关于晶体的下列说法中，正确的是( )
A. 共价晶体中可能含有离子键
B. 离子晶体中可能含有共价键
C. 离子晶体中只含有离子键，不含有共价键
D. 任何晶体中，若含有阳离子就一定有阴离子
B
5、下面排序不正确的是( )A. 晶体的熔点由高到低排列SiO2 > CaCl2 > CCl4 > CF4
B. 硬度由大到小：金刚石 > 碳化硅 > 晶体硅
C. 熔点由高到低：Na > Mg > Al
D. 熔点由高到低：NaF > NaCl > NaBr > NaI
C
第三节
金属晶体与离子晶体
第3课时
过渡晶体与混合型晶体
第三章　晶体结构与性质
：我们已经学习了分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体等四类典型晶体。
那么，晶体类型之间存在绝对的界限吗？
共价晶体
金属晶体
离子晶体
分子晶体
CO2
NaCl
SiO2
Cu
纯粹的典型晶体是不多的！大多数晶体是它们之间的过渡晶体。
离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型，但是，原子间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态，由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的的晶体，也可能介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。
一、过渡晶体
介于某两种晶体类型之间的晶体。
1、定义：
①四种典型晶体类型都存在过渡晶体。
②离子晶体和共价晶体的过渡标准是化学键中离子键成分的百分数。离子键成分的百分数大，作为离子晶体处理，离子键成分的百分数小，作为共价晶体处理。
2、过渡晶体要点：
几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7
离子键的 百分数/% 62 50 41 33 离子键的百分数更小，共价键不再贯穿整个晶体。是分子晶体。 离子键的百分数大于等于50%，当作离子晶体处理，离子键的百分数小于50%，偏向共价晶体，当作共价晶体处理
提示：离子键的百分数是依据电负性的差值计算出来的，电负性差值越大，离子键成分的百分数越大。
电负性差值大于1.7通常形成离子键。
电负性差值小于1.7通常形成共价键。
◆表中4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，这些晶体只是离子晶体与共价晶体之间的__________。
◆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，因而通常当作离子晶体来处理，如上表中的__________等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如上表中的____________、__________等。
◆第三周期后几种元素的氧化物如P2O5、SO3、Cl2O7等都是______晶体，表明离子键成分的百分数更小，而且共价键也不再贯穿整个晶体。
过渡晶体
Na2O
Al2O3
SiO2
分子
③晶体性质偏向某一晶体类型的过渡晶体通常当作该晶体类型处理。
二、混合型晶体——石墨晶体
有一些晶体，晶体内粒子间可能同时存在着若干种不同的作用力，因而具有若干种晶体的结构和性质，这类晶体称为混合型晶体。
石墨晶体中既存在共价键又存在范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体的特征，因此石墨晶体是一种典型的混合型晶体。
1.概念：
2、结构特点——层状结构
①同层内，碳原子采用 杂化，形成三个sp2杂化轨道，分别与相邻的三个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成σ键。六个碳原子在同一平面内形成正六边形的环，伸展形成无限的平面网状结构。
sp2
石墨晶体中的二维平面结构
sp2杂化
平面六元并环
石墨层状结构
石墨结构中未参与杂化的p轨道
每个碳原子还有1个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。由于所有的2p轨道相互平行，所以2p电子相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。这些网状的平面结构以范德华力结合形成层状结构，层与层之间的距离较大。
②层与层之间以 相结合。
范德华力
3、石墨的物理性质
①导电性：石墨有导电性，而且由于相邻碳原子平面相隔较远，电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，所以石墨的导电性只能沿着石墨平面的方向。
②润滑性：石墨晶体层与层之间存在范德华力，结合力弱，层与层之间可发生相对滑动，使之具有润滑性。可用作润滑剂、铅笔笔芯等。
③高熔、沸点：石墨的熔、沸点很高，石墨的熔点高于金刚石，更稳定。
①石墨中所有碳原子均采取_______，形成___________结构
②石墨中C与C-C个数比为________。
sp2杂化
平面六元并环
金刚石中碳原子均采取_______，形成____________结构
sp3杂化
三维骨架
2︰3
金刚石中C与C-C个数比为________。
1︰2
石墨与金刚石的比较：
金刚石的晶体结构
石墨晶体中的二维平面结构
③质量相同的金刚石与石墨，
两者碳原子的个数比为_______两者碳碳键的个数______。
1︰1
4︰3
石墨中每个C原子参与了 个C-C和 个六元环（ ６个原子共平面）的形成；石墨晶体中最小环为六元环，每个键被 个C原子共用，每一个六元环平均占6×1/3=2个C原子，6×1/2=3个C-C键 ； 所以石墨中C与C-C个数比为________
2︰3
3
3
2
一种结晶形碳,灰黑色，成叶片状、鳞片状和致密块状。质软,具滑腻感，能导电。化学性质不活泼，耐腐蚀，在空气或氧气中强热可以燃烧生成CO2。石墨可用作润滑剂，可用于制造坩埚、电极、铅笔芯等。
铅笔
石墨电极
石墨坩埚
4、石墨用途
1、下列氧化物中所含离子键成分的百分数最小的是(　 )A．N2O3 B．P2O3 C．As2O3 D．Bi2O3
2、以下有关石墨晶体的说法中，其中错误的有(　 )①石墨中仅存在分子间作用力 ②石墨是混合型晶体 ③石墨中的C原子为sp2杂化 ④石墨熔点、沸点都比金刚石低 ⑤石墨中碳原子数和C－C数之比为1: 2 ⑥石墨和金刚石的硬度相同 ⑦石墨层内导电性和层间导电性不同 ⑧每个六元环完全占有的碳原子数是2A．①③⑤⑧ B．②③⑦⑧
C．①④⑤⑥ D．③④⑤⑥
A
C

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