第2節(jié)金屬晶體與離子晶體 課標要求1能列舉金屬晶體的基本堆積模型，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)。2了解晶格能的應(yīng)用，知道晶格能的大小可以衡量離子晶體中離子鍵的強弱。1.金屬晶體是指金屬陽離子和“自由電子”通過金屬鍵形成的晶體。2常見金屬晶體的堆積方式：面心立方最密堆積A1，體心立方密堆積A2，六方最密堆積A3。3金屬晶體的物理通性包括金屬光澤、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性。4金屬鍵的影響因素：離子半徑和離子所帶電荷數(shù)。5離子晶體是指陰、陽離子通過離子鍵形成的晶體。6典型離子晶體結(jié)構(gòu)類型：NaCl型、CsCl型和ZnS型。7晶格能是指將1 mol離子晶體中的陰、陽離子完全氣化而遠離所吸收的能量。8金屬鍵越強，金屬晶體的熔、沸點越高；晶格能越大，離子晶體的熔、沸點越高。1金屬晶體的結(jié)構(gòu)2常見金屬晶體的三種結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)型式面心立方最密堆積A1體心立方密堆積A2六方最密堆積A3結(jié)構(gòu)示意圖配位數(shù)12812實例Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、PtLi、Na、K、Ba、W、FeMg、Zn、Ti3金屬晶體的物理通性金屬晶體有金屬光澤，有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性。1金屬鍵的特點是什么？提示：由于自由電子為整個金屬所共有，所以金屬鍵沒有方向性和飽和性，從而導(dǎo)致金屬晶體最常見的結(jié)構(gòu)型式具有堆積密度大、原子配位數(shù)高、能充分利用空間等特點。2影響金屬鍵強弱的因素是什么？提示：金屬陽離子的半徑大小和自由電子的數(shù)目(或金屬陽離子所帶的電荷數(shù))多少。1金屬物理通性的解釋2金屬晶體熔點的影響因素同類型的金屬晶體的熔點由金屬陽離子半徑、離子所帶的電荷決定，陽離子半徑越小，所帶電荷越多，金屬鍵就越強，熔點就越高。例如熔點：LiNaKRbCs，NaMgAl。1判斷正誤(正確的打“”，錯誤的打“”)。(1)有陽離子的晶體中一定含有陰離子()(2)金屬能導(dǎo)電，所以金屬晶體是電解質(zhì)()(3)金屬晶體和電解質(zhì)溶液在導(dǎo)電時均發(fā)生化學(xué)變化()(4)金屬晶體只有還原性()(5)溫度越高時，金屬晶體的導(dǎo)電性越強()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2在金屬晶體中，金屬原子的價電子數(shù)越多，原子半徑越小，金屬鍵越強，金屬的熔、沸點越高。由此判斷下列各組金屬熔、沸點高低順序，其中正確的是()AMg>Al>CaBAl>Na>LiCAl>Mg>Ca DMg>Ba>Al解析：選C電荷數(shù)：Al3Mg2Ca2LiNa；而金屬陽離子半徑：r(Ba2)r(Ca2)r(Na)r(Mg2)r(Al3)r(Li)，則A中熔、沸點AlMg，B中熔、沸點LiNa，D中熔、沸點AlMgBa，都不符合題意。1離子晶體的結(jié)構(gòu)2常見AB型離子化合物的晶體類型晶體類型NaCl型CsCl型ZnS型晶胞配位數(shù)684實例Li、Na、K、Rb的鹵化物，AgF、MgO等CsBr、CsI、NH4Cl等BeO、BeS等3晶格能(1)概念：將_1_mol離子晶體中的陰、陽離子完全氣化而遠離所吸收的能量。(2)影響因素分析下面表格中有關(guān)數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律。晶體離子間距/pm晶格能/kJmol1熔點/NaCl276787801NaBr290736750NaI311686662MgO2053 8902 800規(guī)律：離子半徑越小，離子帶電荷越多，晶格能越大；反之越小。4離子晶體的特性性質(zhì)規(guī)律熔、沸點較高，且晶格能越大，熔點越高溶解性一般易溶于水，難溶于非極性溶劑導(dǎo)電性固態(tài)時不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)或在水溶液中導(dǎo)電特別提醒離子晶體的化學(xué)式僅代表晶體中陰、陽離子個數(shù)比，并不代表分子組成，因為離子晶體中不存在分子。1為什么說離子晶體有較高的熔、沸點？提示：離子晶體的構(gòu)成微粒為陰、陽離子，陰、陽離子間以較強的離子鍵結(jié)合。2為什么離子晶體不導(dǎo)電，而溶于水或在熔化狀態(tài)下能導(dǎo)電？提示：晶體中陰、陽離子以離子鍵結(jié)合，離子不能自由移動，故不導(dǎo)電，離子晶體溶于水或在熔化狀態(tài)，離子鍵被破壞，產(chǎn)生了自由移動的離子，故能導(dǎo)電。對離子晶體特性的理解(1)離子晶體熔、沸點的比較：一般來說，陰、陽離子所帶的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子鍵越強，離子晶體的熔、沸點越高，如Al2O3MgO；NaClCsCl等。(2)對于離子晶體的熔、沸點，要注意“一般來說”和“較高”等字詞?！耙话銇碚f”說明離子晶體的熔、沸點還有些特例；“較高”是與其他晶體類型比較的結(jié)果。(3)離子晶體的一些特殊物理性質(zhì)可用于確定晶體類型。如在固態(tài)時不導(dǎo)電，在水溶液中和熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的晶體一定是離子晶體。(4)離子晶體導(dǎo)電的前提是先電離出自由移動的陰、陽離子。難溶于水的強電解質(zhì)如BaSO4、CaCO3等溶于水時，由于濃度極小，故導(dǎo)電性極弱。通常情況下，它們的水溶液不導(dǎo)電。1下列性質(zhì)中，可以較充分說明某晶體是離子晶體的是()A具有較高的熔點B固態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電C可溶于水D固態(tài)不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)能導(dǎo)電解析：選DA選項，SiO2晶體熔點也較高，但不是離子晶體；B選項，HCl晶體的水溶液也能導(dǎo)電，也不是離子晶體；C選項，有些晶體如固體氨溶于水，不屬于離子晶體；D選項，離子晶體固態(tài)時不能導(dǎo)電，在熔融時可導(dǎo)電。2NaF、NaI、MgO均為離子化合物，這三種化合物的熔點高低順序是()NaFNaIMgOA>>B>>C>>D>>解析：選B離子化合物的熔點與離子鍵強弱有關(guān)，離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑之和越小，離子鍵越強，該離子化合物的熔點越高。已知離子半徑Na>Mg2，I>O2>F，可知NaI中離子鍵最弱，因MgO中的離子帶兩個單位電荷，故離子鍵比NaF中的強。三級訓(xùn)練節(jié)節(jié)過關(guān)1下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是()A常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在B金屬陽離子與自由電子之間的強烈作用，在一定外力作用下，不因形變而消失C鈣的熔、沸點低于鉀D溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好解析：選BA項，Hg在常溫下為液態(tài)；D項，金屬的導(dǎo)電性隨溫度升高而降低；C項，r(Ca)<r(K)且價電子數(shù)Ca>K，所以金屬鍵Ca>K，故熔、沸點Ca>K。2下列物質(zhì)的晶體屬于離子晶體的是()A苛性鉀B碘化氫C硫酸 D醋酸解析：選A苛性鉀含有離子鍵，故屬于離子晶體；碘化氫、硫酸、醋酸均由共價型分子組成，故三者均為分子晶體。3金屬的下列性質(zhì)中和金屬晶體的結(jié)構(gòu)無關(guān)的是()A良好的導(dǎo)電性B反應(yīng)中易失電子C良好的延展性 D良好的導(dǎo)熱性解析：選B金屬的物理性質(zhì)是由金屬晶體所決定的，A、C、D三項都是金屬共有的物理性質(zhì)，這些性質(zhì)都是由金屬晶體所決定的。B項，金屬易失電子是由金屬原子的結(jié)構(gòu)決定的，和晶體結(jié)構(gòu)無關(guān)。4下列敘述不正確的是()A離子晶體中一定含有陰、陽離子B離子晶體都是化合物C固態(tài)不導(dǎo)電、溶于水能導(dǎo)電，這一性質(zhì)能說明某晶體一定是離子晶體D離子晶體一般具有較高的熔點解析：選C固體不導(dǎo)電、溶于水能導(dǎo)電的不一定是離子晶體，如AlCl3。5同類晶體物質(zhì)熔點的變化是有規(guī)律的，試分析下表所列兩組物質(zhì)熔點規(guī)律性變化的原因：A組物質(zhì)NaClKClCsCl熔點(K)1 0741 049918B組物質(zhì)NaMgAl熔點(K)317923933晶體熔點的高低，決定于組成晶體微粒間的作用力的大小。A組是_晶體，晶體微粒之間通過_結(jié)合。B組晶體屬_晶體，價電子數(shù)由少到多的順序是_，離子半徑由大到小的順序是_，金屬鍵強度由小到大的順序是_。解析：A組中，NaCl、KCl、CsCl都是離子晶體，微粒之間通過離子鍵結(jié)合，從熔點數(shù)值來看，由1 074 1 049 918 ，熔點逐漸降低，這是因為由NaKCs，半徑逐漸增大，離子鍵逐漸減弱，晶格能逐漸減小的緣故。B組中，Na、Mg、Al都是金屬晶體，由于離子半徑r(Na)>r(Mg2)>r(Al3)，價電子數(shù)Na<Mg<Al，因此，從Na到Al，熔點逐漸升高。答案：離子離子鍵金屬Na<Mg<Alr(Na)>r(Mg2)>r(Al3)Na<Mg<Al1下列金屬晶體中，自由電子與金屬陽離子間作用最弱的是()AKBNaCMg DAl解析：選A四種金屬中鉀的原子半徑最大，相同體積內(nèi)自由電子數(shù)較少，所以金屬鍵最弱，即金屬陽離子和自由電子間的作用最弱。2下列物質(zhì)的晶格能最大的是()AMgO BCaCl2CKCl DNa2O解析：選A構(gòu)成離子晶體的陰、陽離子的半徑越小，所帶電荷數(shù)越多，則晶格能越大。3金屬能導(dǎo)電的原因是()A金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間的作用較弱B金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動C金屬晶體中的金屬陽離子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動D金屬晶體在外加電場作用下可失去電子解析：選B在金屬晶體中存在金屬陽離子和自由電子，在外加電場作用下，自由電子會發(fā)生定向移動形成電流，從而使金屬能夠?qū)щ姟?試根據(jù)學(xué)過的知識，判斷KCl、NaCl、CaO、BaO四種晶體熔點的高低順序可能是()AKClNaClBaOCaOBNaClKClCaOBaOCCaOBaONaClKClDCaOBaOKClNaCl解析：選C離子晶體中陰、陽離子所帶電荷越多，離子半徑越小，晶格能越大，晶體的熔點越高。5要使金屬晶體熔化必須破壞其中的金屬鍵。金屬晶體熔點高低和硬度大小一般取決于金屬鍵強弱，而金屬鍵強弱與金屬陽離子所帶電荷的多少及半徑大小有關(guān)。由此判斷下列說法正確的是()A金屬鎂的熔點高于金屬鋁B堿金屬單質(zhì)的熔點從Li到Cs是逐漸升高的C金屬鋁的硬度大于金屬鈉D金屬鎂的硬度小于金屬鈣解析：選C鎂離子比鋁離子的半徑大而所帶的電荷少，所以金屬鎂比金屬鋁的金屬鍵弱，熔點低、硬度??；從Li到Cs，離子的半徑是逐漸增大的，所帶電荷相同，金屬鍵逐漸減弱，熔點逐漸降低，硬度逐漸減?。灰螂x子的半徑小而所帶電荷多，使金屬鋁比金屬鈉的金屬鍵強，金屬鋁比金屬鈉的熔點高、硬度大；因離子的半徑小而所帶電荷相同，使金屬鎂比金屬鈣的金屬鍵強，金屬鎂比金屬鈣的熔點高、硬度大。6下列大小關(guān)系正確的是()A晶格能：NaClNaBr B硬度：MgOCaOC熔點：NaINaBr D熔、沸點：CO2NaCl解析：選B對于電荷數(shù)相同的離子，半徑越小，離子鍵越強，晶格能越大，硬度越大，熔、沸點越高。半徑：ClBrI，Mg2Ca2，故A、C錯誤，B正確；NaCl在常溫下是固體，CO2在常溫下是氣體，則熔、沸點：NaCl>CO2，故D錯誤。7.鋅與硫所形成化合物晶體的晶胞如圖所示。下列判斷正確的是()A該晶體屬于分子晶體B該晶胞中Zn2和S2數(shù)目不相等C陽離子的配位數(shù)為6D氧化鋅的晶格能大于硫化鋅解析：選DA項，該晶體屬于離子晶體；B項，從晶胞圖分析，屬于該晶胞的Zn2數(shù)目為864，S2數(shù)目也為4，所以化合物中Zn2與S2離子個數(shù)之比為11，Zn2與S2的數(shù)目相等；C項，在ZnS晶胞中，Zn2的配位數(shù)為4；D項，ZnO和ZnS中，O2半徑小于S2，所帶的電荷數(shù)又相等，所以ZnO的晶格能大于ZnS。8AB、CD、EF均為11型離子化合物，根據(jù)下列數(shù)據(jù)判斷它們的熔點由高至低的順序是()化合物ABCDEF離子電荷數(shù)112鍵長(1010m)2.313.182.10ACD>AB>EF BAB>EF>CDCAB>CD>EF DEF>AB>CD解析：選D離子所帶電荷數(shù)越多，鍵長越短，則離子鍵越強，晶體的熔點越高，EF化合物的鍵長短，電荷多，則熔點最高。9.(1)如圖，直線交點處的圓圈為NaCl晶體中Na或Cl所處的位置。這兩種離子在空間三個互相垂直的方向上都是等距離排列的。請將其中代表Cl的圓圈涂黑(不必考慮體積大小)，以完成NaCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖。晶體中，在每個Na的周圍與它最接近的且距離相等的Na共有_個。在NaCl晶胞中正六面體的頂角上、面上、棱上的Na或Cl為該晶胞與其相鄰的晶胞所共有，一個晶胞中Cl的個數(shù)等于_，即_(填計算式)；Na的個數(shù)等于_，即_(填計算式)。(2)通過觀察CsCl的晶體結(jié)構(gòu)示意圖回答下列問題：每個Cs同時吸引著_個Cl，每個Cl同時吸引著_個Cs。在CsCl晶體中，每個Cs 周圍與它等距離且最近的Cs有_個。每個Cl周圍與它等距離且最近的Cl有_個。解析：(1)如答案圖所示。從體心Na看，與它最接近的且距離相等的Na共有12個。在NaCl晶胞中，含Cl：864個，含Na：1214個。(2)由圖可以看出，CsCl中Cl與Cs的位置等同，Cs位于Cl所形成的正方體的中心，每個Cs吸引8個Cl，每個Cl吸引8個Cs。取體心上的Cl，看與Cl距離最近的Cl，位于六個面的面心，為6個；同樣與Cs最近的Cs，應(yīng)位于與此立方體共面的六個小立方體體心，共為6個。答案：(1)如圖所示(答案不唯一，合理即可)：12486441214答案不唯一，只要與第問對應(yīng)即可(2)886610金屬鎳及其化合物在合金材料以及催化劑等方面應(yīng)用廣泛。請回答下列問題：(1)NiO、FeO的晶體結(jié)構(gòu)類型均與氯化鈉的相同，Ni2和Fe2的離子半徑分別為69 pm和78 pm，則熔點NiO_FeO(填“”或“”)；(2)NiO晶胞中Ni和O的配位數(shù)分別為_、_；(3)金屬鎳與鑭(La)形成的合金是一種良好的儲氫材料，其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。該合金的化學(xué)式為_。解析：(1)NiO、FeO都屬于離子晶體，熔點高低受離子鍵強弱影響，離子半徑越小，離子鍵越強，熔點越高。(2)因為NiO晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相同，而NaCl晶體中Na、Cl的配位數(shù)都是6，所以，NiO晶體中Ni2、O2的配位數(shù)也是6。(3)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可計算，一個合金晶胞中，La：81，Ni：185，所以該合金的化學(xué)式為LaNi5。答案：(1)(2)66(3)LaNi51對于A1型密堆積的描述錯誤的是()AA1型密堆積晶體的晶胞也叫面心立方晶胞B面心立方晶胞的每個頂點上和每個面的中心上都各有一個金屬原子C平均每個面心立方晶胞中有14個金屬原子D平均每個面心立方晶胞中有4個金屬原子解析：選C應(yīng)用分割法計算，平均每個晶胞含有金屬原子：864。2關(guān)于金屬晶體的體心立方密堆積的結(jié)構(gòu)型式的敘述中，正確的是()A晶胞是六棱柱 B屬于A2型密堆積C每個晶胞中含4個原子 D每個晶胞中含5個原子解析：選B體心立方的堆積方式為立方體的頂點和體心均有一個原子，屬于A2型密堆積，每個晶胞中含有812個原子。3下列金屬的密堆積方式對應(yīng)晶胞都正確的是()ANa、A1型、體心立方 BMg、A3型、六方CCa、A3型、面心立方 DAu、A1型、體心立方解析：選BNa是A2型體心立方密堆積，Ca、Au屬于面心立方最密堆積(A1型)。4下列圖像是從NaCl或CsCl晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，試判斷屬于NaCl晶體結(jié)構(gòu)的圖像是()A圖(1)和圖(3) B圖(2)和圖(3)C只有圖(1) D圖(1)和圖(4)解析：選DNaCl晶體中，每個Na周圍有6個Cl，每個Cl周圍有6個Na；與每個Na等距離的Cl有6個，且構(gòu)成正八面體，同理，與每個Cl等距離的Na也有6個，也構(gòu)成正八面體，故可知圖(1)和圖(4)屬于NaCl晶體結(jié)構(gòu)。5.如圖是NaCl晶體的一個晶胞結(jié)構(gòu)模型。KO2的晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相似，可以看作是Na的位置用K代替，Cl位置用O代替，則關(guān)于KO2晶體結(jié)構(gòu)的描述不正確的是()A與K距離相等且最近的O共有6個B與K距離相等且最近的O構(gòu)成的多面體是正八面體C與K距離相等且最近的K有8個D一個KO2晶胞中攤得的K和O微粒數(shù)均為4個解析：選C分析NaCl晶胞結(jié)構(gòu)，并將Na用K代替，Cl用O代替，可知A、B、D正確；與K距離相等且最近的K有12個。6堿金屬鹵化物是典型的離子晶體，它們的晶格能與成正比(d0是晶體中最鄰近的異電性離子的核間距)。下面說法錯誤的是()晶格能/kJmol1離子半徑/pmLiFLiClLiBrLiI1 031 845807752LiNaK6095133NaFNaClNaBrNaI915777740 693FClBrI136181195216KFKClKBrKI812708676641A晶格能的大小與離子半徑成反比B陽離子相同陰離子不同的離子晶體，陰離子半徑越大，晶格能越小C陽離子不同陰離子相同的離子晶體，陽離子半徑越小，晶格能越大D金屬鹵化物晶體中，晶格能越小，氧化性越強解析：選D由表中數(shù)據(jù)可知晶格能的大小與離子半徑成反比，A項正確；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可確定B項說法正確；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可確定C項說法正確；表中晶格能最小的為碘化物，因還原性FClBrI，可知D項錯誤。7.已知CsCl晶體的密度為 gcm3，NA為阿伏加德羅常數(shù)，相鄰的兩個Cs的核間距為a cm，如圖所示，則CsCl的相對分子質(zhì)量可以表示為()ANAa3 B.C. D.解析：選A一個CsCl晶胞中含Cs：81個，含Cl1個，m(晶胞) g，Va3 cm3；即 gcm3，故Ma3NA。8.金屬鈉晶體為體心立方晶胞(如圖)，實驗測得鈉的密度為(gcm3)。已知鈉的相對原子質(zhì)量為a，阿伏加德羅常數(shù)為NA(mol1)，假定金屬鈉原子為等徑的剛性球且處于體對角線上的三個球相切。則鈉原子的半徑r(cm)為()A. B.C.D.解析：選C該晶胞中實際含鈉原子兩個，晶胞邊長為，則，進一步化簡后可得答案。9隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，阿伏加德羅常數(shù)的測定手段越來越多，測定的精確度也越來越高?，F(xiàn)有一種簡單可行的測定方法，具體步驟為：將NaCl固體顆粒干燥后，準確稱取m g NaCl固體顆粒并轉(zhuǎn)移到定容A儀器中；用滴定管向A儀器中加苯，不斷振蕩，繼續(xù)加苯到A儀器的刻度，計算出NaCl固體的體積為V cm3。(1)步驟中A儀器最好使用_(填字母)。A量筒 B燒杯C容量瓶 D試管(2)步驟中是用酸式滴定管還是用堿式滴定管_。(3)能否用水代替苯_。(4)已知NaCl晶體中，相鄰最近的Na、Cl間的距離為a cm(如右圖)，則用上述方法測得的阿伏加德羅常數(shù)NA的表達式為_。解析：(1)測定液體體積的定容儀器，最好用容量瓶。(2)滴加苯應(yīng)用酸式滴定管，若用堿式滴定管，苯對橡膠管有腐蝕作用。(3)因為NaCl易溶于水中，故不能用水代替苯。(4)NaCl晶胞中含Na：1214(個)，含Cl：864(個)，故每個晶胞中含4個“NaCl微?！?。則(NaCl)，故NA。答案：(1)C(2)酸式滴定管(3)不能(4)10(2016全國卷節(jié)選)晶胞有兩個基本要素：(1)原子坐標參數(shù)，表示晶胞內(nèi)部各原子的相對位置。下圖為Ge單晶的晶胞，其中原子坐標參數(shù)A為(0,0,0)；B為；C為。則D原子的坐標參數(shù)為_。(2)晶胞參數(shù)，描述晶胞的大小和形狀。已知Ge單晶的晶胞參數(shù)a565.76 pm，其密度為_gcm3(列出計算式即可)。解析：(1)根據(jù)題給圖示可知，D原子的坐標參數(shù)為。(2)每個晶胞中含有鍺原子81/861/248(個)，每個晶胞的質(zhì)量為，晶胞的體積為(565.761010 cm)3，所以晶胞的密度為。答案：(1)(2)107