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第3章　不同聚集状态的物质与性质
第2节　几种简单的晶体结构模型
第1课时　金属晶体　离子晶体
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研习任务一　金属晶体
[目标导航]1.知道金属晶体的概念和特征，能列举金属晶体的基本堆积模型，能用金 属键理论解释金属晶体的物理性质。2.知道离子晶体的概念，理解离子晶体类型与其 性质的关系。
教材　认知
一、金属晶体
2. 金属晶体的特点及堆积方式
金属键　
阳离子　
饱和性　
方向性　
等径圆球　
（2）堆积方式：如图为球堆积层的两种模式
如果将层与层之间再相互叠放在一起，变成了晶体的堆积模型，如图为两种通过密置 层叠放而得到的最密堆积方式。
二、常见金属晶体的结构
12
8
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延性　
展性　
可塑性　
晶体　
滑动　
自由电子　
探究　活动
（1）金属键没有方向性和饱和性的原因是什么？
提示：是因为金属内部形成金属键的自由电子属于整个金属，导致金属键没有 方向性和饱和性。
（2）金属在发生变形延展时，金属键会断裂吗？
提示：不会断裂。
重点　讲解
1. 金属晶体的堆积模型
由于金属键没有方向性，因此金属晶体可以看成由直径相等的圆球在三维空间堆积而 成。等径圆球在平面上的堆积方式很多，如图1给出了球堆积层的两种模式，其中最 紧密堆积排列只有一种，称为密置层。层与层之间相互叠放在一起，便形成了晶体的 堆积模型，如图2所示。
2. 配位数
晶体学中，一个原子或离子周围距离相等且最近的原子或离子的数目叫配位数。体心 立方晶系 中原子配位数为8，在面心立方最密堆积 和六方紧密堆 积 结构中，配位数均为12。
3. 晶体密度的计算方法
（2）结合晶胞中的几何关系，计算一个晶胞的体积，用m＝ρ·V的关系计算。
研习　经典
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。通过分析可知，熔、沸点：Al＞Mg，A错误；通过 分析可知，熔、沸点：Li＞Na，B错误；通过分析可知，C正确；通过分析可知， 熔、沸点：Al＞Mg＞Ba，D错误。
C
A. 金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系
B. 金属具有良好的导电性，是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外加电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流，所以金属易导电
C. 金属具有良好的导热性能，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，自由电 子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量
D. 金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键
A
解析：金属一般具有银白色的金属光泽，与金属键密切相关。由于金属原子以最紧密 堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光辐射到它的表面上时，自由电子可以吸 收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，这就使得绝大多数金属呈现银灰色 以至银白色光泽，故A项错误，B、C、D项均正确。
解析：密置层的排列最紧密，靠的最近，空隙最少，在如图所示的半径相等的 圆球的排列中，A中的排布不是最紧密，A属于非密置层，一个中心圆球周围有四个 圆球，配位数是4；B中排布是最紧密的结构，B属于密置层，一个中心圆球周围有六 个圆球，配位数是6。
非密置　
4　
密置　
6　
（2）辽宁号航母飞行甲板等都是由铁及其合金制造的。铁有δ、γ、α三种同素异形 体，其晶胞结构分别如图所示。
2∶1　
4∶3　
b3∶4a3　

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研习任务二　离子晶体
教材　认知
一、离子晶体及常见模型
1. 离子晶体
阴离子和阳离子　
离子键　
2. 常见的离子晶体
4　
4
1　
1
4　
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6
8
[思考1]　离子晶体的化学式代表的意义是什么？ 　　　　　　　　　　　　　。
原因是：离子晶体中不存在 　　。
提示：仅代表晶体中阴、阳离子个数比，并不代表分子组成　分子
二、晶格能
1 mol　
强　
稳
定　
增大　
降低　
越大　
结构类型　
[思考2]　构成NaCl和CsCl两种晶体的阳离子分别是 　　和 　　，其中熔点NaCl 　　 （填“＞”“＜”或“＝”，下同）CsCl，二者相比，晶格能的大小关系是 NaCl 　　CsCl，原因是 　　　　　　　　。
提示：Na＋　Cs＋　＞　＞　阳离子分别是Na＋和Cs＋，由于钠离子的半径小于铯离 子，所以晶格能NaCl大于CsCl，熔点：NaCl大于CsCl
三、离子晶体的特性
晶格能　
不导电　
导电　
[思考3]　为什么离子晶体不导电，而溶于水或在熔融状态下能导电？
提示：晶体中阴、阳离子以离子键结合，离子不能自由移动，故不导电，离子晶体溶 于水或在熔融状态下，离子键被破坏，产生了自由移动的离子，故能导电。
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。
1. 含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗？有阳离子的晶体中一定存在阴离子吗？
提示：不一定。也可能是金属晶体；晶体中含有阳离子，不一定存在阴离子，如金属 晶体由阳离子和自由电子构成。
2. 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。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。
3. 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。
4. 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。
重点　讲解
1. 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，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。
2. 常见离子晶体的结构
（1）NaCl晶胞
（2）CsCl晶胞
CsCl晶胞如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－有8个，每个Cl－周围距离最近的Cs ＋有 8个，它们均构成正六面体，由此可推知晶体的化学式为CsCl。
研习　经典
A. 该晶胞中阴、阳离子个数均为1
B. 其中的阴、阳离子的配位数都是4
C. 该晶胞可能是CsCl的晶胞
D
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
A
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。
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为面心立方 结构，钠离子的配位数为6，CsCl为体心立方结构，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。
4. 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。
解析：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）
解析：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。
12　
4　
4　
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
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解析：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， 均为分子晶体，故A错误；SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点均较低，均为分子晶体，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，不能根据溶液 是否导电来判断化合物是否为离子化合物，故D错误。
　
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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
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解析：含有金属元素的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是分子晶体，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. 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；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。
　
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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
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解析：金属键存在于金属阳离子和“自由电子”之间的强烈的相互作用，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”之间的强烈的相互作用，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
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，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. 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，含有金属元素的化合物不一定是离子 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，不属于化学变化，如氯化 钠晶体熔化，D错误。
　
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7. 下表给出了几种氯化物的熔点和沸点。
物质 NaCl MgCl2 AlCl3 CCl4
熔点/℃ 801 708 190 －23
沸点/℃ 1 413 1 418 180 77
关于表中4种氯化物有下列说法：
①AlCl3在加热时可升华
②CCl4属于分子晶体
③MgCl2的晶体属于离子晶体
④AlCl3是典型的离子晶体
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A. ①和② B. ③ C. ①②③ D. 全部
解析：根据各物质的熔、沸点判断，NaCl和MgCl2是离子晶体，AlCl3和CCl4为分子晶 体；AlCl3的沸点低于熔点，在加热时可升华。
　
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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。
　
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A. 图（1）和（3） B. 图（2）和（3）
C. 图（1）和（4） D. 只有图（4）
解析：NaCl晶体中，每个Na＋周围最邻近的Cl－有6个，构成正八面体，同理，每个Cl －周围最邻近的6个Na＋，也构成正八面体，由此可知图（1）和（4）是从NaCl晶体中 分割出来的结构图，C项正确。
　
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A. CaC2晶体的熔点较高、硬度也较大
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①分子晶体中都存在共价键　②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子　③金刚石、 SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低 ④离子晶体中只有离子键没有共价 键，分子晶体中肯定没有离子键　⑤SiO2晶体中每个硅原子与两个氧原子以共价键相 结合　⑥晶体中分子间作用力越大，分子越稳定　⑦氯化钠熔化时离子键被破坏
A. ①②③⑥ B. ①②④ C. ③⑤⑥ D. ③⑦
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解析：稀有气体形成的分子晶体，不存在共价键，①错误；金属晶体中有阳离子，但 没有阴离子，②错误；金刚石、SiC为共价晶体，C的原子半径小于硅，共价键键能 前者大于后者，熔点前者大于后者；NaF、NaCl为离子晶体，离子所带电荷数相同， F－半径小于Cl－，前者键能大于后者；H2O、H2S为分子晶体，前者能形成分子间的 氢键，分子间作用力前者大于后者；总的来说，熔点：共价晶体＞离子晶体＞分子晶 体，③正确；离子晶体中一定有离子键，可能有共价键，分子晶体中肯定没有离子 键，④错误；SiO2晶体中每个硅原子与四个氧原子以共价键相结合，⑤错误；分子晶 体中分子间作用力决定了晶体的熔、沸点，分子的稳定性取决于原子间的共价键，⑥ 错误；氯化钠熔化时，离子间的距离改变，离子键被破坏，⑦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
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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
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A. 晶胞中阴、阳离子的个数都为4
C. 阴、阳离子的配位数都是6
D. 该晶胞可能是NaCl晶体的晶胞
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15. 常见的铜的硫化物有CuS和Cu2S两种。已知：晶胞中S2－的位置如图1所示，铜离 子位于硫离子所构成的四面体中心，它们的晶胞具有相同的侧视图如图2所示。Cu2S 的晶胞参数a pm，阿伏加德罗常数的值为NA。
B
A. S2－是面心立方最密堆积
B. Cu2S晶胞中，Cu＋填充了晶胞中一半四面体空隙
C. CuS晶胞中，S2－配位数为4
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16. （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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