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第三节　金属晶体与离子晶体
第1课时　金属晶体　离子晶体
第三章　晶体结构与性质
[学习目标]
1.能辨识常见的金属晶体，能从微观角度分析金属晶体中的构成微粒
及微粒间作用，并解释金属的物理性质(重点)。
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(重点)。
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
(重、难点)。
一、离子晶体-----离子键
1、离子键：实质是一种静电作用，它包括阴阳离子之间的引力、原子核间的斥力、电子之间的斥力。当引力和斥力之间达到平衡，就形成稳定的离子化合物。
2、特征：没有方向性和饱和性。因此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地排列异性电荷的离子，从而达到稳定结构
(1)定义：由阳离子和阴离子通过离子键结合形成的晶体。
(2)成键粒子：阴、阳离子，有的还存在电中性分子(如H2O、NH3等)。
如CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等。
二、离子晶体
(3)相互作用：离子键，可能含共价键，甚至存在氢键
(4)常见离子晶体：
①强碱：如NaOH、KOH等
②绝大多数盐。醋酸铅、PbCl2、AlCl3、BeCl2等少数盐无离子键
③活泼金属的氧化物
④金属氢化物。如NaH、CaH2
二、离子晶体
属于分子晶体
交流研讨
请根据表格分析，离子晶体的熔点与哪些因素有关？
根据数据，你能总结出什么规律？
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA} 晶体
离子间距/pm
电荷数
熔点/℃
NaCl
276
1
801
NaBr
290
1
750
MgO
205
2
2800
CaO
239
2
2576
离子键强弱

熔点
影响
离子半径、所带电荷
影响
离子半径越小，所带电荷越多，离子键越强，熔点就越高，硬度也越大。
耐火材料
离子晶体的熔点都很高吗？
P88
(5)离子晶体的物理性质：
①离子晶体一般具有较高的熔沸点
②离子晶体一般硬而脆，无延展性
③离子晶体不导电，熔化或者溶于水能导电
④离子晶体一般易溶于极性溶剂（如水等），难溶于非极性溶剂（如汽油、苯、四氯化碳、二硫化碳）
二、离子晶体
熔沸点高低取决于离子键的强弱，一般来说，离子晶体中阴阳离子核间距离越小、离子所带电荷越多，晶体的熔沸点越高
为什么金属晶体具有良好的延展性，而离子晶体硬而脆？
金属键是整个金属阳离子与自由电子之间的相互作用，这些电子不属于某个阳离子，金属阳离子可以改变原来的位置，使金属具有较好的延展性。而离子晶体内的作用力使阴阳离子之间相互吸引，离子排位不能错位，所以硬而脆
（6）、离子晶体的判断方法
①利用物质的分类
②利用元素的组成：成键元素的电负性差大于1.7的物质；金属元素与非金属元素组成的化合物；个别非金属元素形成的化合物，如铵盐
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，但熔融状态下或溶于水能导电，大多离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂
三．典型离子晶体
氯化钠晶体的微观结构
在氯化钠晶体中，并不存在单独的“NaCl”分子，用“NaCl”这一化学式仅表示氯化钠的组成。
氯化钠的化学式用“NaCl”表示，原因何在？能否把NaCl称为分子式？
(1)NaCl晶体
每个Na＋周围距离最近的Cl－有 个；
每个Cl－周围距离最近的Na＋有 个；
晶体的化学式为 。
正八面体
6
6
NaCl
正八面体
Na＋ ：12×14 + 1＝4
Cl－：8×18 + 6×12＝4
?
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 ，Cl－数是 。
③若晶胞参数为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，
则该晶体的密度为 ___________g·cm－3。
12
4
4
1pm = 1×10-10 cm
三．典型离子晶体
(2)CsCl晶体
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；
晶体的化学式为 。
8
8
CsCl
①每个晶胞中实际拥有的Cs＋有1个，Cl－有1个。
②每个Cs＋(Cl－)周围距离最近的Cs＋(Cl－)有 个，构成 。
③若晶胞参数为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，
则氯化铯晶体的密度为 ___________g·cm－3。
6
上下、左右、前后
正八面体
三．典型离子晶体
整理归纳
四种晶体模型
晶体类型
金属晶体
离子晶体
分子晶体
共价晶体
构成微粒
物质类别
物理性质
决定熔沸点高低的因素
导电性
金属阳离子、
自由电子
阴、阳离子
分子
原子
金属单质、合金
非金属氢化物、部分非金属单质、部分非金属氧化物、酸、大多数有机物
某些单质如硅、锗等，某些非金属化合物如二氧化硅、碳化硅等
硬度和密度较大，熔沸点较高
硬度和密度较大，熔沸点较高
硬度和密度较小，熔沸点较低
硬度和密度大，
熔沸点高
金属键强弱
离子键强弱
范德华力（或氢键）的强弱
共价键的强弱
固态、熔融均可导电
熔融或溶于水能导电
某些溶于水能导电
不导电（硅、锗是
半导体）
强碱、活泼金属
氧化物、大部分盐
1.正误判断
(1)离子晶体一定是离子化合物
(2)离子晶体中只含离子键
(3)含有离子的晶体一定是离子晶体
(4)由金属与非金属形成的晶体，属于离子晶体
(5)离子晶体的熔点一定低于共价晶体的熔点
(6)离子晶体受热熔化，破坏化学键，吸收能量，属于化学变化
√
×
×
×
×
×
应用体验
离子晶体
MgO的熔点大于SiO2
2.下列性质中适合离子晶体的是
①熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
②熔点为10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电
③能溶于CS2，熔点为－7.25 ℃，沸点为59.47 ℃
④熔点为97.81 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm－3
⑤熔点为－218 ℃，难溶于水
⑥熔点为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，熔点较高，固体不导电，熔化时导电
A.①⑧　　　　B.②③⑥　　　　C.①④⑦　　　　D.②⑤
√
应用体验
离子晶体
自我测试
1.(2023·广州期末)下列物质的熔点高低顺序正确的是
A.金刚石>晶体硅>碳化硅
B.K>Na>Li
C.NaFD.CI4>CBr4>CCl4>CH4
√
自我测试
2.铁的晶体有多种结构，其中两种晶体的晶胞结构如图甲、乙所示(a cm、b cm分别为晶胞边长)，下列说法正确的是
A.两种铁晶体中均存在金属阳离子和阴离子
B.乙晶体晶胞中所含有的铁原子数为14
C.甲、乙两种晶胞中铁原子的配位数之比为1∶2
D.甲、乙两种铁晶体的密度比为b3∶2a3
√
自我测试
3.NaH的晶胞结构如图所示，已知其晶胞边长为a，下列说法错误的是
A.每个钠离子周围距离相等且最近的氢离子有6个
B.该晶胞中含有氢离子的数目为4
C.该晶胞中两个氢离子之间的最短距离为
D.基态钠离子的电子排布式为1s22s22p6
√
自我测试
4.如图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是
A.NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体
B.NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比不同
C.CsCl晶体中每个Cl－周围紧邻8个Cs＋
D.NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子的半径比不同
√
自我测试
5.萤石(CaF2)晶胞结构如图所示，晶胞边长为a cm。
(1)小黑球代表的离子：_____。
(2)阳离子配位数为_____，阴离子配位数为____。
(3)每个Ca2＋周围最近且等距离的Ca2＋有___个，
每个F－周围最近且等距离的F－有____个。
(4)该晶胞中Ca2＋和F－的最近距离为____________。
Ca2＋
8
4
12
6
第3课时 过渡晶体、混合型晶体
共价晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体
Fe
金刚石
干冰
NaCl
Fe
1. 判断下列晶体的类型
我们已经学习了四类典型的晶体，那么，晶体类型之间存在绝对的界限吗？
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
过渡晶体的性质偏向某一晶体类型时，通常当作该晶体类型处理。
四类晶体都有过渡型。
第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数如下表：
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
离子键的百分数/%
62
50
41
33
这些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；晶体既不是纯粹的离子晶体，也不是纯粹的共价晶体，是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。
思考：1、Na2O、MgO、Al2O3、SiO2中离子键成分为何逐渐减少？
与氧元素的电负性的差值逐渐减小
2、请推测P2O5、SO3、Cl2O7的离子键成分变化趋势？
变化趋势：百分数小于33，且逐渐减少
按电负性的差值计算离子键的占比
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
P2O5
SO3
Cl2O7
离子键的
百分数/%
62
50
41
33
离子键成分的百分数更小，是分子晶体
离子键的百分数大于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
偏向某种晶体类型的过渡晶体，就当作该类型的晶体处理。
四类晶体都有过渡型
Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7
离子晶体 共价晶体 分子晶体
近代实验表明，纯粹的离子键是不存在的，绝大多数离子键都不是典型的，只是离子性占优势而已。
例如：铯的电负性为0.7，而氟的电负性为4.0，两者之差是所有元素中电负性差值最大的，因此氟化铯(CsF)是典型的离子晶体。
但Cs﹢与F﹣的结合也不完全是纯静电作用，仍有部分共价性质。其离子键成分也只是92%，其余8%为共价键成分。这说明即便是像铯和氟这样典型的金属和典型的非金属形成化学键时，成键原子轨道之间依然有部分重叠。
1.正误判断
(1)纯粹的典型晶体是没有的(　　)
(2)离子键成分的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键成分的百分数越小(　　)
(3)在共价晶体中可以认为共价键贯穿整个晶体，而在分子晶体中共价键仅局限于晶体微观空间的一个个分子中(　　)
(4)四类晶体都有过渡型(　　)
(5)Al2O3晶体中存在离子键，属于离子晶体(　　)
√
×
×
√
×
如共价晶体的某些单质就是纯粹的典型晶体
2.下列说法不正确的是
A.离子键和共价键没有明显界限
B.离子晶体和共价晶体没有明显界限
C.离子晶体中含有离子键，不含共价键
D.大多数晶体是四类典型晶体的过渡晶体
√
混合型晶体——石墨
你认为是什么造成了这种差异？
？
结构 性质
决定
同：熔点均较高
异：金刚石硬度很高、不导电，石墨质软、能导电
同是碳单质的晶体，金刚石和石墨的性质存在哪些异同？
石墨的结构：
石墨是层状结构。
碳原子均采取sp2杂化，形成平面六元并环结构
层内C原子以共价键结合，
层间靠范德华力维系。
石墨熔点高
层内碳原子之间形成共价键，作用力强。
石墨质软
层与层之间靠较弱的范德华力维系，容易滑动，可作润滑剂。
石墨能导电
未参与杂化的p轨道形成离域大π键，电子可在层内运动。
类似共价晶体
类似分子晶体
类似金属晶体
所以石墨的导电性只能沿石墨平面方向。
由于相邻碳原子平面之间相隔较远，电子不能从一个平面跳跃到另一个平面。
总之，石墨晶体内既有共价键，又有类似金属键的非定域键，还有范德华力，因此称为混合型晶体，兼具共价晶体、分子晶体和金属晶体的特征。
提示　金刚石中碳原子形成共价键，石墨中碳原子除形成共价键外，还形成大π键，且石墨中C—C的键长更短、键能更大，故石墨的熔点高于金刚石。
思考--石墨的熔点为什么高于金刚石？
(1)石墨所有碳原子均采取_______，形成____________ 结构
(2)石墨中碳原子与碳碳键个数比为________。
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
金刚石中碳原子与碳碳键个数比为________。
1︰2
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_______。
两者碳碳键的个数比为_______。
1︰1
4︰3
金刚石的晶体结构
石墨晶体中的二维平面结构
2．石墨与金刚石的比较
例2.正误判断
(1)离子键成分的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键成分的百分数越小（ ）
(2)在共价晶体中可以认为共价键贯穿整个晶体，而在分子晶体中共价键仅局限于晶体微观空间的一个个分子中（ ）
(3)四类晶体都有过渡型（ ）
(4)Al2O3晶体中存在离子键，属于离子晶体（ ）
√
×
√
×
例3.碳元素的单质有多种形式，如图所示，依次是C60、石墨和金刚石的结构图：
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为___________。
(2)金刚石、石墨中碳原子的杂化方式分别为______、______。
(3)C60属于______晶体，石墨属于______晶体。
同素异形体
sp3
sp2
分子
混合型
(4)石墨晶体中，层内C—C的键长为142 pm，而金刚石中C—C的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的___键，而石墨层内的C—C间不仅存在___键，还有_____键。
σ
σ
大π

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