第十四讲金属晶体与离子晶体

1、第十四讲 金属晶体与离子晶体主要知识点: 大家都知道晶体有固定的几何外形、有确定的熔点，水、干冰等都属于分子晶体，靠范德华力结合在一起，金刚石、金刚砂等都是原子晶体，靠共价键相互结合，那么我们所熟悉的铁、铝等金属是不是晶体呢？它们又是靠什么作用结合在一起的呢？一、金属键1.金属键：在金属单质晶体中,使金属原子相互结合的强烈作用（金属离子与自由电子间的强烈的相互作用）叫金属键。 2.金属晶体:金属阳离子和自由电子之间通过金属键结合而形成的晶体 构成微粒：金属阳离子与自由电子； 微粒间的作用：金属键 物性特点：大部分金属熔点较高、质硬（少数质软），难溶于水（K、 Na、Ca 等与水反应），能导电、

2、导热、有延展性等 金属原子的电离能低，容易失去电子而形成阳离子和自由电子，阳离子整体共同整体吸引自由电子而结合在一起。这种金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键，这种键既没有方向性也没有饱和性，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。 注意：金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。二、电子气理论及其对金属通性的解释1电子气理论 经典的金属键理论叫做“电子气理论”。它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电

3、子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。2 金属通性的解释 金属共同的物理性质容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。金属导电性的解释在金属晶体中，充满着带负电的“电子气”，这些电子气的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下电子气就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。思考：导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中电子气中的自由电子担当什么角色?金属容易导热，是由于电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。（2）金属延展性的

4、解释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，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，所以在各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。阅读材料1超导体一类急待开发的材料一般说来，金属是电的良好导体(汞的很差)。 1911年荷兰物理学家H·昂内斯在研究低温条件下汞的导电性能时，发现当温度降到约4 K(即269、)时汞的电阻“奇异”般地降为零，表现出超导电性。后又发现还有几种金属也有这种性质，人们将具有超导性的物质叫做超导体。2合金两种和两种以上

5、的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，叫做合金，合金属于混合物，对应的固体为金属晶体。合金的特点仍保留金属的化学性质，但物理性质改变很大；熔点比各成份金属的都低；强度、硬度比成分金属大；有的抗腐蚀能力强； 导电性比成分金属差。3 金属的物理性质由于金属晶体中存在大量的自由电子和金属离子(或原子)排列很紧密， 使金属具有很多共同的性质。(1)状态：通常情况下，除Hg外都是固体。(2)金属光泽：多数金属具有光泽。但除Mg、Al、 Cu、Au在粉末状态有光泽外，其他金属在块状时才表现出来。 (3)易导电、导热：由于金属晶体中自由电子的运动，使金属易导电、导热。(4)延展性(5)熔点及

6、硬度：由金属晶体中金属离子跟自由电子间的作用强弱决定。金属除有共同的物理性质外，还具有各自的特性。颜色：绝大多数金属都是银白色，有少数金属具有颜色。如Au金黄色Cu紫红色Cs银白略带金色。密度：与原子半径、原子相对质量、晶体质点排列的紧密程度有关。最重的为锇(Os)铂(Pt)最轻的为锂(Li)熔点：最高的为钨(W)，最低的为汞(Hg)，Cs，为284Ca为30硬度：最硬的金属为铬(Cr)，最软的金属为钾 (K)，钠(Na)，铯(Cs)等，可用小刀切割。导电性：导电性能强的为银(Ag)，金(Au)，铜 (Cu)等。导电性能差的为汞(Hg)延展性：延展性最好的为金(Au)，Al三、金属晶体内原子的

7、空间排列方式 分子晶体中，分子间的范德华力使分子有序排列；原子晶体中，原子之间的共价键使原子有序排列；金属晶体中，金属键使金属原子有序排列。（一）简单立方堆积1相邻非密置层原子在一条直线上2这种堆积方式空间利用率最低，只有金属钋采取这种堆积方式（二）钾型（体心立方）这种堆积方式的空间利用率显然比简单立方堆积的高多了，许多金属是这种堆积方式，如碱金属，简称为钾型。方法点拨1.金属晶体性质及理论解释导电性导热性延展性金属离子和自由电子自由电子在外加电场的作用下发生定向移动自由电子与金属离子碰撞传递热量晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用2.金属晶体的熔点变化规律金属晶体熔点差别较大，汞在常温下是液

8、体，熔点很低(38.9)，而钨的熔点高达3410这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子的作用力不同而造成的差别一般情况下(同类型的金属晶体)，金属晶体的熔点由金属阳离子半径、所带的电荷数、自由电子的多少而定金属离子半径越小，所带的电荷越多，自由电子越多，金属键越强，熔点就越高例如，熔点：Na<Mg<Al；熔点：Li>Na>K>Rb>Cs典例剖析：例1金属的下列性质中和金属晶体无关的是（ ）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：备选答案A、C、D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，备选答案B，金属易

9、失电子是由原子的结构决定的，所以和金属晶体无关答案：B例2关于晶体的下列说法正确的是（ ） A、在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子B、在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子C、原子晶体的熔点一定比金属晶体的高D、分子晶体的熔点一定比金属晶体的低解析：只有认识四类晶体物理性质差异的本质原因才能对此题进行正确判断。在四类晶体中，金属晶体的结构及物理性质最特殊，应予重视。金属晶体中，构成晶体的微粒既有金属原子，又有金属阳离子，且二者不断转换，晶体中自由电子与金属离子间的电性作用形成了金属键。因此晶体中有阳离子，不一定有阴离子，如金属晶体。金属键强弱相差很大（主要由阳离子半径大小决定），因此金属晶体的熔、

10、沸点、硬度等物理性质相差极大，它与其他类晶体相比很特殊，有的晶体熔沸点很低，甚至小于分子晶体如金属汞、碱金属等；有的金属熔沸点很高，甚至高于原子晶体如金属钨。答案：A例3.下列有关金属元素特征的叙述正确的是（ ）A、金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性B、金属元素在一般化合物中只显正价C、金属元素在不同的化合物中的化合价均不同D、金属元素的单质在常温下均为金属晶体解析：A、对于变价金属中，较低价态的金属离子既有氧化性，又有还原性，如Fe2+。B、金属元素的原子只具有还原性，故在化合物中只显正价。C、金属元素有的有变价，有的无变价，如Na+。D、金属汞常温下为液体。答案：B。例4.物质结构理

11、论推出：金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用，叫金属键金属键越强，其金属的硬度越大，熔沸点越高，且据研究表明，一般说来金属原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强由此判断下列说法错误的是( )A镁的硬度大于铝 B镁的熔沸点低于钙C镁的硬度大于钾 D钙的熔沸点高于钾解析：价电子数AlMg，原子半径AlMg，所以Al的金属键更强，所以A的说法错误Mg和Ca的价电子数相同，而原子半径MgCa，所以金属键的强弱MgCa，所以B的说法错误价电子数MgK，原子半径MgCaK，所以C的说法正确价电子数CaK，原子半径CaK，所以D的说法也正确答案：AB巩固练习1下列有关金属元素的特征叙述正确的是(

12、 )A金属元素的原子具有还原性，离子只有氧化性 B金属元素的化合价一定显正价C金属元素在不同化合物中的化合价均不相同D金属元素的单质在常温下均为金属晶体2下列有关金属元素特征的叙述中正确的是 ( ) A金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性 B金属元素在化合物中一定显正价 C金属元素在不同化合物中的化合价均不同 D金属单质在常温下都是金属晶体3金属的下列性质中，不能用金属的电子气理论加以解释的是 ( ) A易导电 B易导热 C有延展性 D易锈蚀4下列晶体中由原子直接构成的单质有 ( ) A白磷 B氦C金刚石 D金属镁5金属具有延展性的原因是( ) A金属原子半径都较大，价电子较少 B金属受外

13、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 C金属中大量自由电子受外力作用时，运动速度加快 D自由电子受外力作用时能迅速传递能量6下列说法不正确的是( )A金属单质的熔点一定比非金属单质高 B离子晶体中不一定含有金属元素C在含有阳离子的晶体中，一定含有阴离子 D含有金属元素的离子不一定是阳离子7金属晶体的形成是因为晶体中存在( )A金属离子间的相互作用 B金属原子间产生相互作用C金属离子与自由电子间的相互作用 D金属原子与自由电子间的相互作用8关于金属元素的特征，下列叙述正确的是( )金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性金属元素在化合物中一般显正价金属性越强的元素相应的离子氧化性

14、越弱金属元素只有金属性，没有非金属性价电子越多的金属原子的金属性越强A B C D全部9金属的下列性质中，与自由电子无关的是 ( )A密度大小 B容易导电 C延展性好 D易导热10下列有关金属的叙述正确的是( )A金属元素的原子具有还原性，其离子只有氧化性B金属元素的化合价般表现为正价C熔化状态能导电的物质定是金属的化合物D金属元素的单质在常温下均为金属晶体11.下列叙述正确的是 ( )A原子晶体中可能存在离子键 B分子晶体中不可能存在氢键C在晶体中可能只存在阳离子不存在阴离子 D金属晶体导电是金属离子所致12.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相互作用较弱 B金属

15、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 13下列叙述正确的是 （ ）A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子B原子晶体中只含有共价键 C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键 D分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键14.在核电荷数118的元素中，其单质属于金属晶体的有 ，属于分子晶体的有 ，属于原子晶体的有 15. 简要填空：(1)金属导电是_的结果(2)金属导热是_的结果(3)金属抽成丝或压成薄板是金属受到外力作用，紧密堆积的原子(离子)层发生了_，而金属离子和自由电子之间的_

16、没有改变一、离子晶体 1、离子晶体定义：由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体 注：（1）结构微粒：阴、阳离子 （2）相互作用：离子键 （3）种类繁多：含离子键的化合物晶体：强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐 （4）理论上，结构粒子可向空间无限扩展二、晶格能 1、定义：气态离子形成1mol离子晶体时释放的能量。 2、规律： （1）离子电荷越大，离子半径越小的离子晶体的晶格能越大。 （2）晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。总结归纳：1.离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体的比较晶体类型原子晶体分子晶体金属晶体离子晶体晶体质点（粒子）原子分子金属阳离子、自由电子阴、阳离子粒子

17、间作用（力）共价键分子间作用力复杂的静电作用离子键熔沸点很高很低一般较高，少部分低较高硬度很硬一般较软一般较硬，少部分软较硬溶解性难溶解相似相溶难溶（Na等与水反应）易溶于极性溶剂导电情况不导电（除硅）一般不导电良导体固体不导电，熔化或溶于水后导电实例金刚石、水晶、碳化硅等干冰、冰、纯硫酸、H2(S)Na、Mg、Al等NaCl、CaCO3NaOH等2物质熔沸点的比较 不同类晶体：一般情况下，原子晶体>离子晶体>分子晶体 同种类型晶体：构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。 四种晶体熔、沸点对比规律     离子晶体：结构相似且化学式中各离子个数

18、比相同的离子晶体中，离子半径小(或阴、阳离子半径之和越小的)，键能越强的熔、沸点就越高。如NaCl、 NaBr、Nal;NaCl、KCl、RbCl等的熔、沸点依次降低。     离子所带电荷大的熔点较高。如：MgO熔点高于 NaCl     分子晶体：在组成结构均相似的分子晶体中，式量大的分子间作用力就大熔点也高。如：F2、Cl2、 Br2、I2和HCl、HBr、HI等均随式量增大。熔、沸点升高。但结构相似的分子晶体，有氢键存在熔、沸点较高。     原子晶体：在原子晶体中，只要成键原子半径小，键能大的，

19、熔点就高。如金刚石、金刚砂(碳化硅)、晶体硅的熔、沸点逐渐降低。 金属晶体：在元素周期表中，主族数越大，金属原子半径越小，其熔、沸点也就越高。如A的Al， A的Mg，IA的Na，熔、沸点就依次降低。而在同一主族中，金属原子半径越小的，其熔沸点越高。 常温常压下状态熔点：固态物质>液态物质 沸点：液态物质>气态物质3.均摊法确定晶体的化学式在学习晶体时和在一些考试中，我们会遇到这样一类试题：题目中给出晶体的部分(称为晶胞)的图形，要求我们确定晶体的化学式求解这类题，通常采用均摊法均摊法是先求出给出的图形(晶胞)中平均拥有的各种粒子(离子或原子)的数目，再计算各种粒子数目的比值，从而确

20、定化学式均摊法有如下规则，以NaCl的晶胞为例：处于顶点的粒子，同时为8个晶胞所共有，所以，每个粒子只分摊1/8给该晶胞处于棱上的粒子，同时为4个晶胞所共有，所以，每个粒子只分摊1/4给该晶胞处于面上的粒子，同时为2个晶胞所共有，所以，每个粒子只分摊1/2给该晶胞处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞由此算出在NaCl的晶胞中：含数：含数： 故NaCl晶体中，和数目之比为11例题解析例1.下列性质中，可以证明某化合物内一定存在离子键的是( )A、可溶于水 B、具有较高的熔点C、水溶液能导电 D、熔融状态能导电 解析：本题考查对化学键-离子键的判断。只要化合物中存在离子键必为离子晶体，而离子晶体区

21、别其它晶体的突出特点是：熔融状态下能导电，故D正确；至于A可溶于水，共价化合物如：HCl也可以；B具有较高熔点，也可能为原子晶体，如SiO2；C水溶液能导电，可以是共价化合物如硫酸等。答案: D 例2.参考下表中物质的熔点，回答下列问题。物 质NaFNaClNaBrNaINaClKClRbClCsCl熔点（）995801755651801776715646物 质SiF4SiCl4SiBr4SiI4SiCl4GeCl4SbCl4PbCl4熔点（）-90.4-70.25.2120-70.2-49.5-36.2-15(1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的_ 有关,随着 增大,熔

22、点依次降低.(2)硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物熔点与 有关,随着 增大, 增强，熔点依次升高.(3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多,这与 有关,因为一般 比 熔点高.解析：本题主要考查物质溶沸点的高低与晶体类型和晶体内部微粒之间作用力的关系以及分析数据进行推理的能力。（1）表中第一栏的熔点明显高于第二栏的熔点，第一栏为IA元素与A元素组成的离子晶体，则第二栏为分子晶体。（2）分析比较离子晶体熔点高低的影响因素：物质熔化实质是减弱晶体内微粒间的作用力，而离子晶体内是阴、阳离子，因此离子晶体的熔化实际上是减弱阴、阳离子间的作用力-离子键，故离子晶体的熔点与离子键的强弱有关。从

23、钠的卤化物进行比较：卤素离子半径是r（F-）<r(Cl-)<r(Br-)<r(I-)，说明熔点随卤素阴离子半径的增大而减小。又从碱金属的氯化物进行比较：碱金属阳离子半径是r（Na+）<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+)，说明熔点随碱金属阳离子半径的增大而减小。（3）分析比较分子晶体熔点高低的影响因素：分子晶体内的微粒是分子，因此分子晶体的熔点与分子间的作用力有关。从硅的卤化物进行比较：硅的卤化物分子具有相似的结构，从SiF4到SiI4相对分子量逐步增大，说明熔点随化学式的式量的增加而增大。由从硅、锗、锡、铅的氯化物进行比较：这些氯化物具有相似的结构，从SiCl4到PbCl4相对分子质量逐步增大，说明熔点随化学式的式量的增加而增大。答案：第一问