资源简介

第三章 晶体结构与性质
第三节
金属晶体与离子晶体
金属为什么具有这些物理性质吗?
【思考】金属有哪些物理性质呢？
金属光泽
延展性
导电性
导热性
【资料】
1、通过实验测知，将1molCu、1mol Fe、1mol W转变成气态原子，需吸收的能量分别为306.7kJ、340.2k和824.0kJ，因此金属铜、金属铁、金属钨的熔点分别高1083℃、1538℃和3422℃。
2、钠的熔点低、硬度小，钨的熔点高，铬的硬度大。
一、金属晶体
（一）定义：金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。
通常情况下，金属（除汞外）在常温下都是晶体。
构成粒子：
金属晶体
金属阳离子、电子
粒子间的作用力:
金属键
金属和合金
(二)金属键—电子气理论
从金属原子上“脱落”下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。
金属晶体与共价晶体一样是一种“巨分子”
金属
阳离子
自由
电子
金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用
（一）金属键定义:金属阳离子和自由电子之间强烈的相互作用
（二）金属键对晶体物理性质（熔沸点、硬度）的影响：
金属键越强，金属的熔沸点越高，硬度越大
金属键的影响因素：
金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部金属键越强，
晶体的熔、沸点越高。
【思考】对比锂、钠、镁、铝、钾的原子结构和熔沸点的数据，金属晶体的熔沸点（金属键的强弱）与哪些因素有关？
金属的物理性质
原子半径
金属键键能
价电子数
决定
决定
(三)电子气理论解释金属的物理性质
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。
1、延展性
外力
纯金属内原子的
排列十分规整
合金内原子层之间的
相对滑动变得困难
自由电子在运动时与金属阳离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传递给金属阳离子。自由电子与金属阳离子频繁碰撞，把能量从温度高的部分传递到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
2、导热性
在金属晶体中，存在许多自由电子，这些电子移动是没有方向的，但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动，形成电流，使金属表现出导电性。
3、导电性
外加电场
晶体类型
电解质溶液
金属晶体
导电时的状态
导电粒子
导电时的变化
比较电解质溶液、金属晶体导电的区别：
水溶液或熔融状态
晶体状态
自由移动的离子
自由电子
化学变化（电解）
物理变化
温度影响
温度越高，
导电能力越强
温度越高，
导电能力越弱
由于金属内部原子以最紧密堆积状态排列，且存在自由电子，所以当光线照射到金属表面时，自由电子可以吸收所有频率的光并很快放出，使金属不透明且具有金属光泽。而金属在粉末状态时，晶格排列不规则，吸收可见光后反射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。
4、金属光泽
学以致用 提升关键能力 校本P69
1.某新型“防盗玻璃”为多层结构，每层中间嵌有极细的金属线。当玻璃被
击碎时，与金属线相连的警报系统就会立即报警。“防盗玻璃”能报警是利
用了金属晶体的( )
A.延展性 B.导电性 C.弹性 D.导热性
B
校本P69
2.(2023·枣庄三中高二月考)金属材料具有良好的延展性的原因是( )
A.金属原子半径都较大，价电子数较少
B.金属受外力作用变形时，晶体中各原子层会发生相对滑动
C.金属中大量自由电子受外力作用时，运动速率增大
D.自由电子受外力作用时能迅速传递能量
B
校本P69
3. “神九”载人飞船上使用了锂镁合金和锂铝合金等合金材料。下
列有关叙述不正确的是( )
A.飞船使用的合金材料，一般具有质量轻、强度高的特点
B.锂铝合金中铝、锂的金属性比钠弱
C.锂镁合金和锂铝合金性质相当稳定，不会与酸发生化学反应
D.锂镁合金是一种具有金属特性的物质，易导热、导电
C
校本P72
1.下列生活中的问题，不能用“电子气理论”解释的是( )
A.铁易生锈 B.将金属铝制成导线
C.用金箔作为外包装 D.将铁制品制成炊具
A
二、离子晶体
（一）定义：由阴离子和阳离子相互作用而形成的晶体，叫做离子晶体
构成粒子：
离子晶体
阴、阳离子(有的还存在电中性分子）
粒子间的作用力:
离子键
（一些离子晶体中还存在共价键、氢键等）
2、常见离子晶体：离子化合物
[强碱、活泼金属的氧化物和过氧化物、大多数盐]
1、离子键越强，形成的离子晶体越稳定，离子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。
※一般说来，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强。
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}化合物
熔点/℃
化合物
熔点/℃
CaO
2 613
Na2SO4
884
KCl
770
Ca2SiO4
2 130
NH4NO3
169.6
Na3PO4
340
BaSO4
1 580
CH3COOCs
194
LiPF6
200(分解温度)
NaNO2
270
【思考与讨论】教材P88
熔、沸点较高，难挥发
硬而脆，难于压缩
（3）固态不导电，但熔融状态和溶于水中都能导电。
（4）大多数离子晶体易溶于极性溶剂中，难溶于非极性溶剂中。
※离子晶体的基本构成微粒间以离子键结合
学以致用 提升关键能力 校本P70
1. 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
高到低的顺序是( )
?
离子化合物
AB
CD
EF
离子所带电荷数
1
1
2
核间距/ 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
?
D
校本P70
2.下列性质适合于离子晶体的是( )
A.熔点 1?070?℃ ，易溶于水，水溶液能导电
B.熔点 10.31?℃ ，液态不导电，水溶液能导电
C.能溶于 CS2 ，熔点 112.8?℃ ，沸点 444.6?℃
D.熔点 97.81?℃ ，质软，固态导电，密度 0.97?g?cm?3
?
A
NaCl晶胞示意图
CsCl晶胞示意图
CaF2晶胞示意图
（二)离子晶体的晶胞
每个Na＋周围与之等距且距离最近的Cl－有___个，Na＋有___个。
每个Cl－周围与之等距且距离最近的Na＋有____个，Cl－有____个。
Cl－
Na＋
6
12
6
12
配位数：一种离子周围最邻近的带相反电荷的离子数目
Na+的配位数为： ；Cl-的配位数为： 。
6
6
1、NaCl的晶胞
Na+
Cl-
3
1
5
6
2
4
1
5
4
2
3
6
每个Cl- 周围的Na+在空间构成的几何构型为__________
正八面体
2、CsCl晶体
铯离子：
氯离子：
1个；
1个。
（3）配位数
Cs+的配位数为： ；Cl-的配位数为： 。
它们所围成的空间几何构型是 。
8
正六面体
8
（1）每个晶胞含铯离子、氯离子的个数？
（2）每个Cs＋周围与之等距且距离最近的Cl－有___个，Cs＋有___个。
每个Cl－周围与之等距且距离最近的Cs＋有____个，Cl－有____个。
8
6
8
6
离子晶体
阴离子的配位数
阳离子的配位数
NaCl
CsCl
6
6
8
8
【思考】你认为是什么因素决定了离子晶体中离子的配位数？
决定离子晶体结构的因素
①几何因素
——晶体中正负离子的半径比
（3）ZnS型晶胞
（1）每个晶胞含锌离子、硫离子的个数？
锌离子：4个
硫离子：4个
（3）配位数
Cs+的配位数为： ；Cl-的配位数为： 。
4
4
（2）每个Zn2+周围与之等距且距离最近的Zn2+有___个，S2-有___个。
12
4
（4） CaF2型晶胞
Ca2+
F-
（1）每个晶胞含钙离子、氟离子的个数？
钙离子：4个
氟离子：8个
（3）配位数
Ca2+的配位数为： ；F-的配位数为： 。
8
4
（2）每个Ca2+周围与之等距且距离最近的Ca2+ 有 __ 个，F-有___个。
每个F-周围与之等距且距离最近的F-有____个， Ca2+ 有____个。
12
8
6
4
离子晶体
阴离子的配位数
阳离子的配位数
ZnS
CaF2
4
4
4
8
决定离子晶体结构的因素
——晶体中正负离子的电荷比
②电荷因素
【思考】你认为是什么因素决定了离子晶体中离子的配位数？
校本P70
2. 下列有关离子晶体的叙述不正确的是( )
A. 1?mol 氯化钠晶体中有 NA 个 NaCl 分子 (NA 表示阿伏加德罗常数的值 )
B.氯化钠晶体中，每个 Na+ 周围与它最近且距离相等的 Cl? 共有6个
C.醋酸钠属于离子晶体，含有非极性键
D.每个 NaCl 晶胞中平均有4个 Na+ 、4个 Cl?
?
A
校本P70
3.下图为 NaCl 和 CsCl 的晶胞结构，下列说法错误的是( )
?
A. NaCl 和 CsCl 都属于 AB 型离子晶体
B. NaCl 和 CsCl 晶体中阴、阳离子个数之
比相同
C. NaCl 和 CsCl 晶胞中所含阳离子数分别
为4和1
D. NaCl 和 CsCl 晶体中阳离子与阴离子的
半径之比相同
?
D
三、过渡晶体
典型晶体
分子晶体
共价晶体
金属晶体
离子晶体
纯粹的典型晶体是不多的！
大多数晶体是典型晶体之间的晶体
介于典型晶体之间的晶体
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
离子键的
百分数/%
62
50
41
33
第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数 教材P89
化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键
既不是纯粹的离子晶体，也不是纯粹的共价晶体
离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
离子键的
百分数/%
62
50
41
33
第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数
P2O5
SO2
Cl2O7

当作离子晶体处理
当作共价晶体处理
分子晶体
离子键成分的百分数更小
共价键不再贯穿整个晶体
离子键的百分数取决于电负性的差值，电负性差值越大，离子键的百分数越大。

学以致用 提升关键能力 校本P72
1.下列氧化物中，所含离子键的百分数最小的是( )
A. N2O3 B. P2O3 C. As2O3 D. Bi2O3
?
A
校本P72
3.(2023·泰安高二质检) 下列关于过渡晶体的说法正确的是( )
A.离子晶体和共价晶体存在过渡晶体，其余两种晶体不存在过渡晶体
B. SiO2 属于过渡晶体，但当作共价晶体来处理
C.绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体
D. Na2O 晶体中离子键的百分数为 100%
?
B
钻石并不久远，至少在地表上无法达到永恒。它的同胞兄弟石墨其实更稳定，钻石最终都会变成石墨。
石墨
四、混合型晶体
①所有碳原子均采取 _______ ，形成____________结构
②碳原子与碳碳键个数比为________.
sp2杂化
平面六元并环
金刚石碳原子均采取_______ ，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
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
石墨
（一）结构特点
③石墨晶体是层状结构
④层内的碳原子核间距为142pm，层间距离为335pm，说明层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的
各层之间以范德华力结合，容易滑动，所以石墨质软
石墨结构中未参与杂化的p轨道
石墨有类似金属晶体的导电性。
⑤有一个未参与杂化的2p电子,所有的p轨道相互平行而且相互重叠（即形成π键）,使p轨道的电子可在整个碳原子平面中运动,
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。
石墨的导电性只能沿石墨平面方向
（3）定义：像石墨这样，既有共价键又有范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体，称为混合型晶体。
（4）物理性质：①导电性 ②导热性 ③润滑性
校本P72
2.石墨晶体是层状结构（如图）。下列有关石墨晶体的说法正确的一组是
①石墨中存在两种作用力 ②石墨是混合型晶体 ③石
墨中的C为 sp2 杂化 ④石墨中碳原子数和 C—C 数目
之比为 1:2 ⑤石墨和金刚石的硬度相同 ⑥石墨层内
导电性和层间导电性不同
A.①②③④⑤⑥ B.①②③⑤
C.②③⑥ D.①②③④
?
C
校本P72
3. 石墨烯是从石墨材料中剥离出来的由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。其结构如图:
下列有关说法正确的是( )
A.石墨烯中碳原子的杂化方式为 sp3 杂化
B.石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子
C.从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键
D.石墨烯具有导电性
?
D
五、四种晶体类型判断及熔、沸点比较 校本P73-75
比较
类型
分子晶体
共价晶体
金属晶体
离子晶体
构成粒子
分子或原子
原子
金属阳离子和自由电子
阴、阳离子
粒子间的相互作用力
分子间作用力、氢键
共价键
金属键
离子键
硬度
较小
很大
有的很大，有的很小
较大
熔、沸点
较低
很高
有的很高，有的很低
较高
溶解性
相似相溶
难溶于任何溶剂
常见溶剂难溶
大多易溶于水等极性溶剂
导电、传热性
一般不导电，溶于水后有的导电　　
一般不具有导电性
电和热的良导体
晶体不导电，水溶液中或熔融态导电


（一）晶体类型的判断方法
（1）依据构成晶体的微观粒子和粒子间的作用力判断。
（2）依据物质的分类判断。
（3）依据晶体的熔点判断。
（4）依据导电性判断。
（5）依据硬度和机械性能判断。
（1）首先看物质的状态，一般情况下是固体>液体>气体；
再看物质所属类型，一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体
（2）结构类型相同时再根据相应规律进行判断。同类晶体熔、沸点比较思路：
分子晶体→分子间作用力→氢键/相对分子质量/极性；
共价晶体→共价键键能→键长→原子半径；
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。
【小结】比较不同晶体熔、沸点的基本思路
例1 (2022·浙江1月选考)
（1）两种有机化合物的相关数据见下表：
有机化合物
HCONCH32
HCONH2
相对分子质量
73
45
沸点/ ℃
153
220
HCONCH32 的相对分子质量比 HCONH2 的大，但其沸点反而比 HCONH2
的低，主要原因是________________________________________________
_______________________________________________________。
?
???????????????????????????????? 分子间只有范德华力， ???????????????????????? 分子间存在氢键，破坏范德华力更容易，所以 ???????????????????????????????? 的沸点低
?
（2）四种晶体的熔点数据见下表：
物质
CF4
SiF4
BF3
AlF3
熔点/ ℃
?183
?90
?127
>1?000
CF4 和 SiF4 熔点相差较小， BF3 和 AlF3 熔点相差较大，原因是 _________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
_______________________________________________ 。
?
???????????? 和 ???????????????? 都是分子晶体，结构相似，分子间作用力相差较小，所以熔点
相差较小； ???????????? 通过分子间作用力形成分子晶体， ???????????????? 通过离子键形成
离子晶体，破坏离子键需要能量多得多，所以熔点相差较大
?
例2 (2021·新高考湖南卷)硅、锗 Ge 及其化合物广泛应用于光电材料领域。
回答下列问题：
?
（1）晶体硅和碳化硅熔点较高的是 ____（填化学式）。
????????????
?
（2）硅和卤素单质反应可以得到 SiX4 。
?
物质
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
熔点/ K
183.0
203.2
278.6
393.7
沸点/ K
187.2
330.8
427.2
560.7
0?℃ 时， SiF4 、 SiCl4 、 SiBr4 、 SiI4 呈液态的是_ _____ （填化学式），沸
点依次升高的原因是__________________________ ____________________
_______________________________________________。
?
????????????????????
?
??????????????????????????????????????????????????????????????????? 、 ???????????????????? 、 ???????????????????? 、 ???????????????? 均为分子晶体，结构相似，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大
?
1.一些氧化物的熔点见下表。
氧化物
Li2O
MgO
P4O6
SO2
熔点/ ℃
1 570
2 800
23.8
?75.5
解释表中氧化物之间熔点差异的原因：______________________________
________________________________________________________________
______________________。
Li2O 、 MgO 为离子晶体， P4O6、 SO2 为分子晶体；离子键强度： MgO>Li2O ；分子间作用力（相对分子质量） ：P4O6>SO2
?
2.苯胺（ ）的晶体类型是__________。苯胺与甲苯
的相对分子质量相近，但苯胺的熔点 ?5.9?℃ 、沸点 184.4?℃ 分别高于
甲苯的熔点 ?95?℃ 、沸点 110.6?℃ ，原因是______________________。
?
分子晶体
苯胺分子之间存在氢键
3.(2023·东莞高二质检) CdSnAs2 是一种高迁移率的新型热电材料，回答下
列问题：
?
（1） Sn 为第ⅣA族元素，单质 Sn 与干燥的 Cl2 反应生成 SnCl4 。常温常
压下 SnCl4 为无色液体， SnCl4 的空间结构为____________，其固体的晶
体类型为__________。
?
正四面体形
分子晶体
（2） NH3 、 PH3 、 AsH3 的沸点由高到低的顺序为__________________
（填化学式）。
?
NH3 、 AsH3 、 PH3
?
4.金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。回答下列问题：
（1）区分晶体和非晶体最可靠的科学方法为_________________________；
NiCO4 的熔点为 19.3?℃ ，沸点为 42.1?℃ ，难溶于水，易溶于有机溶
剂，固态 NiCO4 属于______晶体。
?
对固体进行 X 射线衍射实验
?
分子
（2） NiO 的晶胞结构类型与 NaCl 相似，离子半径如下表所示。 NiO 晶胞
中 Ni2+ 的配位数为___； NiO 的熔点比 NaCl 的熔点高的原因是__________
________________________________________________________________
____________________。
?
Na+
102?pm
Cl?
181?pm
Ni2+
69?pm
O2?
140?pm
6
Ni2+ 的半径小于 Na+ 的半径， O2? 的半径小于 Cl? 的半径，且 NiO 中离子所带电荷数多， NiO 中离子键强
?
5.Ⅰ.现有5种物质：四氯化硅、硼、石墨、锑、氖。将符合信息的物质名称和所属晶体类型填在表格中。
编号
信息
物质名称
晶体类型
（1）
熔点： ?70?℃ ，沸点： 57.6?℃ ，
易水解
_________
__________
（2）
熔点： 630.74?℃ ，沸点：
1?750?℃ ，能导电
____
__________
（3）
由分子间作用力结合而成的晶
体，熔点很低，化学性质稳定
____
__________
四氯化硅
分子晶体
锑
金属晶体
氖
分子晶体
（4）
具有共价键三维骨架结构，熔
点： 2?300?℃ ，沸点：
2?550?℃ ，硬度大
____
__________
（5）
具有层状结构，熔点高、能导
电，具有滑腻感
______
____________
续表
硼
共价晶体
石墨
混合型晶体
Ⅱ.（1）碳化硅 SiC 是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和
硅原子的位置是交替的。下列各种晶体：①晶体硅、②硝酸钾、③金刚石、
④碳化硅、⑤干冰、⑥冰，它们的熔点由高到低的顺序是______________
（填序号）。
?
③④①②⑥⑤
（2）继 C60 后，科学家又合成了 Si60 、 N60 。熔点： Si60>N60>C60 ，
而破坏分子所需要的能量： N60>C60>Si60 ，其原因是 ______________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________ 。
?
组成和结
构相似的分子晶体的相对分子质量越大，范德华力越大，熔点越高，故熔
点： Si60>N60>C60 ；而破坏分子需要断开共价键，原子半径越小，形
成的共价键的键长越短，键能越大，断键时所需要的能量越多，故破坏分
子所需要的能量： N60>C60>Si60

展开更多......

收起↑