1、第三节金属晶体与离子晶体一、金属键1定义：在金属单质晶体中原子之间以金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。2成键粒子：金属阳离子和自由电子。3成键条件：金属单质或合金。4成键本质电子气理论：金属原子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，从而把所有金属原子维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。 5.特征：自由电子不属于某个特定的金属阳离子，即每个金属阳离子均可享有所有的自由电子，但都不可能独占某个或某几个自由电子在整块金属中自由移动。金属键既没有方向性，也没有饱和性。6. 金属键的强弱比较一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大，
2、价电子数越少，金属键越弱；原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。7.金属键对物质性质的影响金属键越强，晶体的熔、沸点越高。金属键越强，晶体的硬度越大。二、金属晶体1通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。【注】在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。 金属单质或合金的晶体（晶体锗、灰锡除外）属于金属晶体。 金属晶体与共价晶体一样。是一种“巨分子”。2用电子气理论解释金属的物理性质3金属晶体的性质(1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。(2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。同周期金属单质，从左到右
3、(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。例1关于金属性质和原因的描述不正确的是()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
4、体中的原子层可以滑动而不破坏金属键答案A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。例2在金属晶体中，如果金属原子的价电子数越多，金属阳离子的半径越小，自由电子与金属阳离子间的作用力越大，金属的熔点越高。由此判断下列各组金属熔点的高低顺序，其中正确的是()AMgAlCaBAlNaLiCAlMgCaDMgBaAl答案 C金属原子的价电子数：AlMgCaBaLiNa，金属阳离子的半
5、径：r(Ba2)r(Ca2)r(Na)r(Mg2)r(Al3)r(Li)，则C正确。三、离子晶体1离子键(1)构成粒子：阳离子和阴离子。(2)作用力：离子键。(3)特征：没有饱和性和方向性。(4)形成条件：一般应满足两种元素的电负性之差大于1.7，即活泼的金属元素和活泼的非金属元素。(5)配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。 2.离子晶体(1)常见离子晶体一般来说，含金属或NH4+的晶体，但AlCl3为分子晶体。【注】离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键和氢键等，如CuSO4H2O。 离子晶体中，每个阴（阳）离子周围排列的带相反电荷的离子的数目是固定的，不是任意的。(2)离子晶体
6、的性质性质原因熔、沸点离子晶体中有较强的离子键，熔化或汽化时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔点、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高硬度硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎导电性不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力，成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离
7、子(或水合离子)，在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电溶解性大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水)中，难溶于非极性溶剂(如汽油、苯、CCl4)中。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子延展性离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无延展性【注】离子晶体的熔、沸点和硬度与离子键的强弱有关，离子键越强，离子晶体的熔沸点越高，硬度越大。 离子键的强弱与离子半径和离子所带电荷数有关，离子半径越小，离子所带的电荷数越多，离子键越强。【拓展】常见的
8、离子晶体晶体类型NaClCsCl晶胞阳离子的配位数68阴离子的配位数68晶胞中所含离子数Cl 4Na 4Cs 1 Cl 1四、过度晶体和混合型晶体1过渡晶体(1)四类典型的晶体是指分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体。(2)过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体。几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2离子键的百分数/%62504133从上表可知，表中4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通
9、常当作离子晶体来处理，如Na2O等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。【注】四类典型晶体都有过渡晶体存在。2混合型晶体(1)晶体模型石墨结构中未参与杂化的p轨道(2)结构特点层状结构同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(键)结合，形成平面六元并环结构。石墨是层状结构的，层与层之间不存在化学键，是靠范德华力维系。石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。(3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。(4)性质：熔点很高、质软、易导电等。【拓展】由于碳原子的p轨道相互平
10、行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，所以石墨具有良好的导电性。 石墨晶体中碳原子数与共价键数的关系： 每个六元环中含有CC键数为=3每个六元环中含有C原子数为=2(5)混合型晶体的概念 向石墨这样的晶体，既有共价键，又有范德华力，同时存在类似金属键的作用力，兼具有共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体叫混合型晶体。 例3自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列一定能说明CaF2是离子晶体的实验是()ACaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱BCaF2的熔、沸点较高，硬度较大CCaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电DCaF2在有机溶剂(如苯)
11、中的溶解度极小答案 C离子晶体中含有离子键，离子键在熔融状态下被破坏，电离出自由移动的阴、阳离子，所以离子晶体在熔融状态下能够导电，这是判断某晶体是否为离子晶体的依据。例4(双选)泽维尔研究发现，当用激光脉冲照射NaI，使Na和I两核间距为1.01.5 nm时，呈离子键；当两核靠近约距0.28 nm时，呈共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是()ANaI晶体是过渡晶体B离子晶体可能含有共价键CNaI晶体中既有离子键，又有共价键D共价键和离子键没有明显的界线答案 AD化学键既不是纯粹的离子键也不是纯粹的共价键，共价键和离子键没有明显的界线。例5如图所示是从NaCl或CsCl的晶体结构中分割出
12、来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是()(1)(2)(3)(4)A图(1)和(3)B图(2)和(3)C图(1)和(4)D只有图(4)答案 C本题考查了离子晶体的代表物质NaCl、CsCl的晶体结构。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。例6碳元素的单质有多种形式，如图所示，依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为_。(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳
13、原子的杂化形式分别为_、_。(3)C60属于_晶体，石墨属于_晶体。(4)石墨晶体中，层内CC键的键长为142 pm，而金刚石中CC键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在CC间的_共价键，而石墨层内的CC间不仅存在_共价键，还有_键。解析(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质，故它们互为同素异形体。(2)在金刚石中，每个碳原子都形成四个共价单键，故碳原子的杂化方式为sp3；石墨烯中碳原子采用sp2杂化。(3)一个“C60”就是一个分子，故C60属于分子晶体；石墨层与层之间是范德华力，而同一层中碳原子之间是共价键，故形成的晶体为混合晶体。(4)在金刚石晶体中，碳原子之间只形成共价单键，全部为键；在石墨层内的碳原子之间既有键又有键。答案(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子混合 (4)(或大或pp)10
