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第2节 金属晶体与离子晶体[课标要求]1．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的一些物理性质2．了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱
1.金属晶体是指金属阳离子和“自由电子”通过金属键形成的晶体2．常见金属晶体的堆积方式面心立方最密堆积A1，体心立方密堆积A2，六方最密堆积A33．金属晶体的物理通性包括金属光泽、导电性、导热性、延展性4．金属键的影响因素离子半径和离子所带电荷数5．离子晶体是指阴、阳离子通过离子键形成的晶体6．典型离子晶体结构类型NaCl型、CsCl型和ZnS型7．晶格能是指将1mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量8．金属键越强，金属晶体的熔、沸点越高；晶格能越大，离子晶体的熔、沸点越高1．金属晶体的结构2．常见金属晶体的三种结构型式结构型式面心立方最密堆积A1体心立方密堆积A2六方最密堆积A3结构示意图配位数12812实例Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、PtLi、Na、K、Ba、W、FeMg、Zn、Ti3．金属晶体的物理通性金属晶体有金属光泽，有良好的导电性、导热性、延展性1．金属键的特点是什么？提示由于自由电子为整个金属所共有，所以金属键没有方向性和饱和性，从而导致金属晶体最常见的结构型式具有堆积密度大、原子配位数高、能充分利用空间等特点2．影响金属键强弱的因素是什么？提示金属阳离子的半径大小和自由电子的数目或金属阳离子所带的电荷数多少1．金属物理通性的解释2．金属晶体熔点的影响因素同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷决定，阳离子半径越小，所带电荷越多，金属键就越强，熔点就越高例如熔点Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，Na＜Mg＜Al1．判断正误正确的打“√”，错误的打“×”1有阳离子的晶体中一定含有阴离子 2金属能导电，所以金属晶体是电解质 3金属晶体和电解质溶液在导电时均发生化学变化 4金属晶体只有还原性 5温度越高时，金属晶体的导电性越强 答案1× 2× 3× 4√ 5×2．在金属晶体中，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，金属的熔、沸点越高由此判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中正确的是 A．MgAlCa B．AlNaLiC．AlMgCaD．MgBaAl解析选C 电荷数Al3＋＞Mg2＋＝Ca2＋＞Li＋＝Na＋；而金属阳离子半径rBa2＋＞rCa2＋＞rNa＋＞rMg2＋＞rAl3＋＞rLi＋，则A中熔、沸点Al＞Mg，B中熔、沸点Li＞Na，D中熔、沸点Al＞Mg＞Ba，都不符合题意1．离子晶体的结构2．常见AB型离子化合物的晶体类型晶体类型NaCl型CsCl型ZnS型晶胞配位数684实例Li、Na、K、Rb的卤化物，AgF、MgO等CsBr、CsI、NH4Cl等BeO、BeS等3．晶格能1概念将_1_mol离子晶体中的阴、阳离子完全气化而远离所吸收的能量2影响因素分析下面表格中有关数据，总结规律晶体离子间距/pm晶格能/kJ·mol－1熔点/℃NaCl276787801NaBr290736750NaI311686662MgO20538902800规律离子半径越小，离子带电荷越多，晶格能越大；反之越小4．离子晶体的特性性质规律熔、沸点较高，且晶格能越大，熔点越高溶解性一般易溶于水，难溶于非极性溶剂导电性固态时不导电，熔融状态或在水溶液中导电[特别提醒] 离子晶体的化学式仅代表晶体中阴、阳离子个数比，并不代表分子组成，因为离子晶体中不存在分子1．为什么说离子晶体有较高的熔、沸点？提示离子晶体的构成微粒为阴、阳离子，阴、阳离子间以较强的离子键结合2．为什么离子晶体不导电，而溶于水或在熔化状态下能导电？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化状态，离子键被破坏，产生了自由移动的离子，故能导电对离子晶体特性的理解1离子晶体熔、沸点的比较一般来说，阴、阳离子所带的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高，如Al2O3＞MgO；NaCl＞CsCl等2对于离子晶体的熔、沸点，要注意“一般来说”和“较高”等字词“一般来说”说明离子晶体的熔、沸点还有些特例；“较高”是与其他晶体类型比较的结果3离子晶体的一些特殊物理性质可用于确定晶体类型如在固态时不导电，在水溶液中和熔融状态下能导电的晶体一定是离子晶体4离子晶体导电的前提是先电离出自由移动的阴、阳离子难溶于水的强电解质如BaSO
4、CaCO3等溶于水时，由于浓度极小，故导电性极弱通常情况下，它们的水溶液不导电1．下列性质中，可以较充分说明某晶体是离子晶体的是 A．具有较高的熔点B．固态不导电，水溶液能导电C．可溶于水D．固态不导电，熔融状态能导电解析选D A选项，SiO2晶体熔点也较高，但不是离子晶体；B选项，HCl晶体的水溶液也能导电，也不是离子晶体；C选项，有些晶体如固体氨溶于水，不属于离子晶体；D选项，离子晶体固态时不能导电，在熔融时可导电2．NaF、NaI、MgO均为离子化合物，这三种化合物的熔点高低顺序是
①NaF
②NaI
③MgOA．
①②③ B．
③①②C．
③②①D．
②①③解析选B 离子化合物的熔点与离子键强弱有关，离子所带电荷数越多，离子半径之和越小，离子键越强，该离子化合物的熔点越高已知离子半径Na＋Mg2＋，I－O2－F－，可知NaI中离子键最弱，因MgO中的离子带两个单位电荷，故离子键比NaF中的强[三级训练·节节过关] 1．下列关于金属晶体的叙述正确的是 A．常温下，金属单质都以金属晶体形式存在B．金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失C．钙的熔、沸点低于钾D．温度越高，金属的导电性越好解析选B A项，Hg在常温下为液态；D项，金属的导电性随温度升高而降低；C项，rCarK且价电子数CaK，所以金属键CaK，故熔、沸点CaK2．下列物质的晶体属于离子晶体的是 A．苛性钾 B．碘化氢C．硫酸D．醋酸解析选A 苛性钾含有离子键，故属于离子晶体；碘化氢、硫酸、醋酸均由共价型分子组成，故三者均为分子晶体3．金属的下列性质中和金属晶体的结构无关的是 A．良好的导电性 B．反应中易失电子C．良好的延展性D．良好的导热性解析选B 金属的物理性质是由金属晶体所决定的，A、C、D三项都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体所决定的B项，金属易失电子是由金属原子的结构决定的，和晶体结构无关4．下列叙述不正确的是 A．离子晶体中一定含有阴、阳离子B．离子晶体都是化合物C．固态不导电、溶于水能导电，这一性质能说明某晶体一定是离子晶体D．离子晶体一般具有较高的熔点解析选C 固体不导电、溶于水能导电的不一定是离子晶体，如AlCl35．同类晶体物质熔点的变化是有规律的，试分析下表所列两组物质熔点规律性变化的原因A组物质NaClKClCsCl熔点K10741049918B组物质NaMgAl熔点K317923933晶体熔点的高低，决定于组成晶体微粒间的作用力的大小A组是________晶体，晶体微粒之间通过________结合B组晶体属_______晶体，价电子数由少到多的顺序是________，离子半径由大到小的顺序是___________，金属键强度由小到大的顺序是__________解析A组中，NaCl、KCl、CsCl都是离子晶体，微粒之间通过离子键结合，从熔点数值来看，由1074℃→1049℃→918℃，熔点逐渐降低，这是因为由Na＋→K＋→Cs＋，半径逐渐增大，离子键逐渐减弱，晶格能逐渐减小的缘故B组中，Na、Mg、Al都是金属晶体，由于离子半径rNa＋rMg2＋rAl3＋，价电子数NaMgAl，因此，从Na到Al，熔点逐渐升高答案离子 离子键 金属 NaMgAlrNa＋rMg2＋rAl3＋ NaMgAl1．下列金属晶体中，自由电子与金属阳离子间作用最弱的是 A．K B．NaC．MgD．Al解析选A 四种金属中钾的原子半径最大，相同体积内自由电子数较少，所以金属键最弱，即金属阳离子和自由电子间的作用最弱2．下列物质的晶格能最大的是 A．MgOB．CaCl2C．KClD．Na2O解析选A 构成离子晶体的阴、阳离子的半径越小，所带电荷数越多，则晶格能越大3．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解析选B 在金属晶体中存在金属阳离子和自由电子，在外加电场作用下，自由电子会发生定向移动形成电流，从而使金属能够导电4．试根据学过的知识，判断KCl、NaCl、CaO、BaO四种晶体熔点的高低顺序可能是 A．KCl＞NaCl＞BaO＞CaOB．NaCl＞KCl＞CaO＞BaOC．CaO＞BaO＞NaCl＞KClD．CaO＞BaO＞KCl＞NaCl解析选C 离子晶体中阴、阳离子所带电荷越多，离子半径越小，晶格能越大，晶体的熔点越高5．要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键金属晶体熔点高低和硬度大小一般取决于金属键强弱，而金属键强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关由此判断下列说法正确的是 A．金属镁的熔点高于金属铝B．碱金属单质的熔点从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解析选C 镁离子比铝离子的半径大而所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔点低、硬度小；从Li到Cs，离子的半径是逐渐增大的，所带电荷相同，金属键逐渐减弱，熔点逐渐降低，硬度逐渐减小；因离子的半径小而所带电荷多，使金属铝比金属钠的金属键强，金属铝比金属钠的熔点高、硬度大；因离子的半径小而所带电荷相同，使金属镁比金属钙的金属键强，金属镁比金属钙的熔点高、硬度大6．下列大小关系正确的是 A．晶格能NaCl＜NaBrB．硬度MgO＞CaOC．熔点NaI＞NaBrD．熔、沸点CO2＞NaCl解析选B 对于电荷数相同的离子，半径越小，离子键越强，晶格能越大，硬度越大，熔、沸点越高半径Cl－＜Br－＜I－，Mg2＋＜Ca2＋，故A、C错误，B正确；NaCl在常温下是固体，CO2在常温下是气体，则熔、沸点NaClCO2，故D错误
7.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示下列判断正确的是 A．该晶体属于分子晶体B．该晶胞中Zn2＋和S2－数目不相等C．阳离子的配位数为6D．氧化锌的晶格能大于硫化锌解析选D A项，该晶体属于离子晶体；B项，从晶胞图分析，属于该晶胞的Zn2＋数目为8×＋6×＝4，S2－数目也为4，所以化合物中Zn2＋与S2－离子个数之比为1∶1，Zn2＋与S2－的数目相等；C项，在ZnS晶胞中，Zn2＋的配位数为4；D项，ZnO和ZnS中，O2－半径小于S2－，所带的电荷数又相等，所以ZnO的晶格能大于ZnS8．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至低的顺序是 化合物ABCDEF离子电荷数112键长10－10m
2.
313.
182.10A．CDABEFB．ABEFCDC．ABCDEFD．EFABCD解析选D 离子所带电荷数越多，键长越短，则离子键越强，晶体的熔点越高，EF化合物的键长短，电荷多，则熔点最高
9.1如图，直线交点处的圆圈为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Cl－的圆圈涂黑不必考虑体积大小，以完成NaCl晶体结构示意图
②晶体中，在每个Na＋的周围与它最接近的且距离相等的Na＋共有________个
③在NaCl晶胞中正六面体的顶角上、面上、棱上的Na＋或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl－的个数等于________，即________填计算式；Na＋的个数等于________，即________填计算式2通过观察CsCl的晶体结构示意图回答下列问题
①每个Cs＋同时吸引着________个Cl－，每个Cl－同时吸引着________个Cs＋
②在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与它等距离且最近的Cs＋有________个每个Cl－周围与它等距离且最近的Cl－有________个解析1
①如答案图所示
②从体心Na＋看，与它最接近的且距离相等的Na＋共有12个
③在NaCl晶胞中，含Cl－8×＋6×＝4个，含Na＋12×＋1＝4个2
①由图可以看出，CsCl中Cl－与Cs＋的位置等同，Cs＋位于Cl－所形成的正方体的中心，每个Cs＋吸引8个Cl－，每个Cl－吸引8个Cs＋
②取体心上的Cl－，看与Cl－距离最近的Cl－，位于六个面的面心，为6个；同样与Cs＋最近的Cs＋，应位于与此立方体共面的六个小立方体体心，共为6个答案1
①如图所示答案不唯一，合理即可
②12
③4 8×＋6×＝4 4 12×＋1＝4[答案不唯一，只要与第
①问对应即可]2
①8 8
②6 610．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请回答下列问题1NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69pm和78pm，则熔点NiO________FeO填“＜”或“＞”；2NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为______、______；3金属镍与镧La形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如下图所示该合金的化学式为________________解析1NiO、FeO都属于离子晶体，熔点高低受离子键强弱影响，离子半径越小，离子键越强，熔点越高2因为NiO晶体结构与NaCl相同，而NaCl晶体中Na＋、Cl－的配位数都是6，所以，NiO晶体中Ni2＋、O2－的配位数也是63根据晶胞结构可计算，一个合金晶胞中，La8×＝1，Ni1＋8×＝5，所以该合金的化学式为LaNi5答案1＞ 26 6 3LaNi51．对于A1型密堆积的描述错误的是 A．A1型密堆积晶体的晶胞也叫面心立方晶胞B．面心立方晶胞的每个顶点上和每个面的中心上都各有一个金属原子C．平均每个面心立方晶胞中有14个金属原子D．平均每个面心立方晶胞中有4个金属原子解析选C 应用分割法计算，平均每个晶胞含有金属原子8×＋6×＝42．关于金属晶体的体心立方密堆积的结构型式的叙述中，正确的是 A．晶胞是六棱柱B．属于A2型密堆积C．每个晶胞中含4个原子D．每个晶胞中含5个原子解析选B 体心立方的堆积方式为立方体的顶点和体心均有一个原子，属于A2型密堆积，每个晶胞中含有8×＋1＝2个原子3．下列金属的密堆积方式对应晶胞都正确的是 A．Na、A1型、体心立方B．Mg、A3型、六方C．Ca、A3型、面心立方D．Au、A1型、体心立方解析选B Na是A2型体心立方密堆积，Ca、Au属于面心立方最密堆积A1型4．下列图像是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图，试判断属于NaCl晶体结构的图像是 A．图1和图3 B．图2和图3C．只有图1D．图1和图4解析选D NaCl晶体中，每个Na＋周围有6个Cl－，每个Cl－周围有6个Na＋；与每个Na＋等距离的Cl－有6个，且构成正八面体，同理，与每个Cl－等距离的Na＋也有6个，也构成正八面体，故可知图1和图4属于NaCl晶体结构
5.如图是NaCl晶体的一个晶胞结构模型KO2的晶体结构与NaCl相似，可以看作是Na＋的位置用K＋代替，Cl－位置用O代替，则关于KO2晶体结构的描述不正确的是 A．与K＋距离相等且最近的O共有6个B．与K＋距离相等且最近的O构成的多面体是正八面体C．与K＋距离相等且最近的K＋有8个D．一个KO2晶胞中摊得的K＋和O微粒数均为4个解析选C 分析NaCl晶胞结构，并将Na＋用K＋代替，Cl－用O代替，可知A、B、D正确；与K＋距离相等且最近的K＋有12个6．碱金属卤化物是典型的离子晶体，它们的晶格能与成正比d0是晶体中最邻近的异电性离子的核间距下面说法错误的是 晶格能/kJ·mol－1离子半径/pm
①LiF LiCl LiBr LiI1031845 807 752Li＋ Na＋ K＋60 95 133
②NaF NaCl NaBr NaI915 777 740 693F－ Cl－ Br－ I－136 181 195 216
③KF KCl KBr KI812 708 676 641A．晶格能的大小与离子半径成反比B．阳离子相同阴离子不同的离子晶体，阴离子半径越大，晶格能越小C．阳离子不同阴离子相同的离子晶体，阳离子半径越小，晶格能越大D．金属卤化物晶体中，晶格能越小，氧化性越强解析选D 由表中数据可知晶格能的大小与离子半径成反比，A项正确；由NaF、NaCl、NaBr、NaI晶格能的大小即可确定B项说法正确；由LiF、NaF、KF晶格能的大小即可确定C项说法正确；表中晶格能最小的为碘化物，因还原性F－＜Cl－＜Br－＜I－，可知D项错误
7.已知CsCl晶体的密度为ρg·cm－3，NA为阿伏加德罗常数，相邻的两个Cs＋的核间距为acm，如图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为 A．NA·a3·ρB.C.D.解析选A 一个CsCl晶胞中含Cs＋8×＝1个，含Cl－1个，m晶胞＝g，V＝a3cm3；即ρ＝g·cm－3，故M＝ρ·a3·NA
8.金属钠晶体为体心立方晶胞如图，实验测得钠的密度为ρg·cm－3已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NAmol－1，假定金属钠原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切则钠原子的半径rcm为 A.B.·C.·D.·解析选C 该晶胞中实际含钠原子两个，晶胞边长为，则ρ＝，进一步化简后可得答案9．随着科学技术的发展，阿伏加德罗常数的测定手段越来越多，测定的精确度也越来越高现有一种简单可行的测定方法，具体步骤为
①将NaCl固体颗粒干燥后，准确称取mgNaCl固体颗粒并转移到定容A仪器中；
②用滴定管向A仪器中加苯，不断振荡，继续加苯到A仪器的刻度，计算出NaCl固体的体积为Vcm31步骤
①中A仪器最好使用________填字母A．量筒B．烧杯C．容量瓶D．试管2步骤
②中是用酸式滴定管还是用碱式滴定管________________________3能否用水代替苯________4已知NaCl晶体中，相邻最近的Na＋、Cl－间的距离为acm如右图，则用上述方法测得的阿伏加德罗常数NA的表达式为______________解析1测定液体体积的定容仪器，最好用容量瓶2滴加苯应用酸式滴定管，若用碱式滴定管，苯对橡胶管有腐蚀作用3因为NaCl易溶于水中，故不能用水代替苯4NaCl晶胞中含Na＋12×＋1＝4个，含Cl－8×＋6×＝4个，故每个晶胞中含4个“NaCl微粒”则ρNaCl＝＝＝，故NA＝答案1C 2酸式滴定管 3不能 410．2016·全国卷Ⅰ节选晶胞有两个基本要素1原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为000；B为；C为则D原子的坐标参数为________2晶胞参数，描述晶胞的大小和形状已知Ge单晶的晶胞参数a＝
565.76pm，其密度为________g·cm－3列出计算式即可解析1根据题给图示可知，D原子的坐标参数为2每个晶胞中含有锗原子8×1/8＋6×1/2＋4＝8个，每个晶胞的质量为，晶胞的体积为
565.76×10－10cm3，所以晶胞的密度为 答案12×107。
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