选修3原子结构.

第5课时金属晶体和离子晶体一、金属键1．本质：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共有，从而把所有的金属原子维系在一起。2．金属具有延展性、导电性和导热性的原因(1)延展性：当金属受到外力作用时，晶体中各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，而且弥漫在金属原子间的“电子气”可以起到类似轴承中滚球之间润滑剂的作用，即金属的离子和自由电子之间的较强作用仍然存在，因而金属都有良好的延展性。(2)导电性：金属内部的原子之间的“电子气”的流动是无方向性的，在外加电场的作用下，电子气在电场中定向移动形成电流。(3)导热性：金属的热导率随温度的升高而降低，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的缘故。三、离子晶体1．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。2．离子晶体不导电，但在熔融状态或水溶液中能导电。3．离子晶体难溶于非极性溶剂而易溶于极性溶剂。4．离子晶体的熔、沸点取决于构成晶体的阴、阳离子间离子键的强弱，而离子键的强弱，又可用离子半径衡量，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。5．离子晶体中不一定含有金属阳离子，如NH4Cl为离子晶体，不含有金属阳离子，但一定含有阴离子。1．下列金属的性质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】A、C、D选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选项，金属易失电子是由原子结构决定的，所以此性质和金属晶体无关。B2．离子晶体熔点的高低决定于阴、阳离子之间的距离、晶格能的大小，据所学知识判断KCl、NaCl、Al2O3、BaO四种晶体熔点的高低顺序是()A．KClNaClBaOAl2O3B．NaClKClAl2O3BaOC．Al2O3BaOKClNaClD．Al2O3BaONaClKCl【解析】对于离子晶体来说，离子所带电荷数越多，阴、阳离子核间距离越小，晶格能越大，离子键越强，熔点越高。阳离子半径大小顺序为：Ba2＋K＋Na＋Al3＋；阴离子半径：Cl－O2－，比较可得D项是正确的。D3．碳族元素包括：C、Si、Ge、Sn、Pb。(1)碳纳米管有单层或多层石墨层卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每个碳原子通过________杂化与周围碳原子成键，多层碳纳米管的层与层之间靠__________结合在一起。(2)CH4中共用电子对偏向C，SiH4中共用电子对偏向H，则C、Si、H的电负性由大到小的顺序为______________。(3)用价层电子对互斥理论推断SnBr2分子中Sn—Br的键角________120°(填“＞”、“＜”或“＝”)。(4)铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：Pb4＋处于立方晶胞顶点，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞棱边中心，该化合物化学式为__________，每个Ba2＋与__________个O2－配位。【解析】(1)石墨的每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键结合，形成无限的六边形平面网状结构，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，这些平面网状结构再以范德华力结合形成层状结构。因碳纳米管结构与石墨类似，可得答案。(2)共用电子对偏向电负性大的原子，故电负性：C＞H＞Si。(3)SnBr2分子中，Sn原子的价层电子对数目是(4＋2)/2＝3，配位原子数为2，故Sn原子含有孤对电子，SnBr2空间构型为V形，键角小于120°。(4)每个晶胞含有Pb4＋：8×18＝1个，Ba2＋：1个，O2－：12×14＝3个，故该化合物的化学式为：PbBaO3。Ba2＋处于晶胞中心，只有1个，O2－处于晶胞棱边中心，共12个，故每个Ba2＋与12个O2－配位。【答案】(1)sp2范德华力(2)C＞H＞Si(3)＜(4)PbBaO312【例1】金属晶体形成的原因是晶体中存在()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C【解析】金属晶体形成的原因是晶体中存在金属键，它是金属离子与自由电子相互作用的结果。二、金属导电与电解质溶液导电的比较运动的微粒过程中发生的变化温度的影响金属导电自由电子物理变化升温，导电性减弱电解质溶液导电阴、阳离子化学变化升温，导电性增强三、四种晶体的比较晶体类型金属晶体离子晶体分子晶体原子晶体基本微粒金属阳离子、自由电子阴离子、阳离子分子原子物质类别金属单质离子化合物多数的非金属单质和共价化合物金刚石、碳化硅(SiC)、晶体硅、二氧化硅等少数的非金属单质和共价化合物晶体类型金属晶体离子晶体分子晶体原子晶体物理性质硬度和密度较大，熔、沸点相差很大，有延展性，有光泽硬度和密度较大，熔、沸点较高硬度和密度较小，熔、沸点较低硬度和密度大，熔、沸点高决定熔、沸点高低的因素金属键强弱离子键强弱(或晶格能大小)范德华力(或氢键)的强弱共价键的强弱导电性固态就可导电熔融或溶于水能导电某些溶于水能导电均不导电【例2】氧化钙在2973K时熔化，而氯化钠在1074K时熔化，两者的离子间距离和晶体结构都类似，有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是()A．氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多B．氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大C．氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同D．在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下，晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定C【解析】CaO和NaCl都属于离子晶体，熔点的高低可根据晶格能的大小判断。晶格能的大小与离子所带电荷多少、离子间距离、晶体结构类型等因素有关。CaO和NaCl的离子间距离和晶体结构都类似，故晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定。四、三维空间模型常见的三种结构三种典型结构类型体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格配位数81212常见金属晶体结构(有些金属晶体可能有两种或三种晶格)Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、FeCa、Sr、Cu、Au、Al、Pb、Ni、Pd、PtBe、Mg、Ca、Sr、Co、Ni、Zn、Cd、Ti三种典型结构类型体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格结构示意图堆积模型钾型铜型镁型空间利用率68%74%74%堆积形式体心立方最密堆积面心立方最密堆积六方最密堆积【例3】金属原子在二维空间里的放置有下图所示的两种方式，下列说法正确的是()A．图(a)为非密置层，配位数为6B．图(b)为密置层，配位数为4C．图(a)在三维空间里堆积可得镁型和铜型D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方C【解析】金属原子在二维空间里有两种排列方式，一种是密置层排列，一种是非密置层排列。密置层排列的空间利用率高，原子的配位数为6，非密置层的配位数较密置层小，配位数为4。由此可知，图(a)为密置层，图(b)为非密置层。密置层在三维空间堆积可得到镁型和铜型两种堆积模型，非密置层在三维空间堆积可得简单立方和钾型两种堆积模型。所以，只有C选项正确。【例4】下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分。(1)其中代表金刚石的是(填编号字母，下同)__________，其中每个碳原子与________个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于________晶体。(2)其中代表石墨的是________，其中每个正六边形占有碳原子数平均为________个。(3)其中代表NaCl的是________，每个Na＋周围与它最接近且距离相等的Na＋有________个。(4)代表CsCl的是________，它属于________晶体，每个Cs＋与________个Cl－紧邻。(5)代表干冰的是________，它属于________晶体，每个CO2分子与________个CO2分子紧邻。【解析】根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质。NaCl晶体是简单立方单元，每个Na＋与6个Cl－紧邻，每个Cl－又与6个Na＋紧邻，但观察Na＋与距离最近且等距离的Na＋数时要抛开Cl－，从空间结构上看是12个Na＋，即x、y、z轴面上各有4个Na＋。CsCl晶体由Cs＋、Cl－分别构成立方结构，但Cs＋组成的立方体的中心有1个Cl－，Cl－组成的立方体中心又镶入1个Cs＋，可称为“体心立方”结构。1个Cl－紧邻8个Cs＋，1个Cs＋紧邻8个Cl－。干冰也是立方体结构，但在立方体每个正方形面的中央都有另一个CO2分子也组成立方结构，彼此相互套入面的中心。每个CO2分子在三维空间里，x、y、z三个面各紧邻4个CO2分子，共12个CO2分子。金刚石的基本单元是正四面体。每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层由正六边形结构组成，每个碳原子紧邻另外3个碳原子，每个碳原子为三个六边形共用，即每个六边形各占有1个碳原子的1/3，所以大的结构中每个六边形占有的碳原子数是6×13＝2。【答案】(1)D4原子(2)E2(3)A12(4)C离子8(5)B分子121．下列关于晶体的说法正确的是()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高D．分子晶体的熔点一定比金属晶体低A【解析】在金属晶体中，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阳离子间的电性作用形成了金属键，因此晶体中有阳离子，没有阴离子。金属键的强弱相差很大(主要由阳离子半径大小决定)，因此金属晶体的熔、沸点、硬度等物理性相差极大，有的金属熔、沸点很低，甚至低于分子晶体，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。2．实现下列变化时，需要克服相同类型作用力的是()A．水晶和干冰的熔化B．食盐和冰醋酸的熔化C．液溴和液汞的汽化D．纯碱和烧碱的熔化D【解析】纯碱和烧碱的熔化克服的都是离子键。3．下列叙述正确的是()A．离子晶体中肯定不含非极性共价键B．原子晶体的熔点肯定高于其他晶体C．分子晶体的熔点一定比金属晶体的低D．原子晶体中除共价键外不可能存在其他类型的化学键【解析】离子晶体Na2O2中含非极性共价键，原子晶体的熔点一般都高于其他晶体，但不是“肯定”，如钨的熔点(3410℃)比硅的(1410℃)高。分子晶体的熔点一定比金属晶体的低也不正确，如汞的熔点比冰的熔点低。D4．下列性质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，而离子晶体区别于其他晶体的突出特点是熔融状态下能导电，故D选项正确。可溶于水的化合物也可以是共价化合物，如HCl。具有较高熔点的晶体可能为原子晶体，如SiO2。化合物的水溶液能导电，可以是共价化合物，如H2SO4。D5．下列对各组物质性质的比较中，正确的是()A．熔点：LiNaKB．导电性：AgCuAlFeC．密度：NaMgAlD．空间利用率：钾型镁型铜型【解析】同主族的金属单质，原子序数越大，熔点越低，这是因为它们的价电子数相同，随着原子半径的增大，金属键逐渐减弱，所以A选项不对；Na、Mg、Al是同周期的金属单质，密度逐渐增大，故C项错误；不同堆积方式的金属晶体空间利用率分别是：简单立方为52%，钾型为68%，镁型和铜型均为74%，因此D项错误；常用的金属导体中，导电性最好的是银，其次是铜，再次是铝、铁，所以B选项正确。B6．下列有关化学键与晶体结构说法正确的是()A．两种元素组成的分子中一定只有极性键B．离子化合物的熔点一定比共价化合物的高C．非金属元素组成的化合物一定是共价化合物D．含有阴离子的化合物一定含有阳离子【解析】由两种元素组成的双原子分子只含极性键，但多原子分子就不一定，如H2O2中就含有O—O非极性键