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1、第二节金属晶体与离子晶体精彩图文导入金属铜受外力作用易发生形变，而常见的食盐颗粒是正方体，食盐受外力作用易破碎，生成的小的食盐微粒。 那么它们的结构和组成是怎样的？如何从根本上解释上述现象？让我们带着上述疑问，走进金属晶体和离子晶体的世界，探究它们的奥秘吧。高手支招之一：细品教材一、金属晶体1.定义：金属晶体是指金属原子通过金属键形成的晶体。2.金属键：金属晶体中金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用。金属键的特征：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。金属原子的外层电子数比较少，容易失去电子变成金属离子和电子，金属离子间存在反性电荷的维系带负电荷的自由移动的电子（运动
2、的电子使体系更稳定），这些电子不是专属于某几个特定的金属离子这就是金属晶体的形成的原因。高手笔记：尽管每个电子的运动都是随机的，但是大量的价电子运动统计的结果是均匀地分布在整个晶体中，每个金属离子都均等的享用所有价电子，但都不可能独占，这就是金属键的核心思想。例1.金属晶体的形成是因为晶体中存在( )金属原子金属离子自由电子阴离子A.只有 B.只有 C. D.解析：金属晶体内存在的作用力是金属键，应该从金属键的角度考虑，分析金属键的组成和特征：由自由电子和离子组成，自由电子具有良好导电性，即金属晶体是金属离子和自由电子通过金属键形成的。答案：C3.金属晶体的结构型式：（1）特点：最常见的结构型
3、式具有堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间等特点。高手笔记：在学习结构前先了解以下概念：紧密堆积：微粒间的作用力，使微粒间尽可能地相互接近，使它们占有最小的空间。空间利用率：空间被晶格质点占据的百分数。用来表示紧密堆积的程度。配位数：在晶体中，原子配位数是指某一个原子周围所接触到的同种原子的数目。（2）分类：Ca、Al、Cu、Ag、Au等金属晶体属于A1型最密堆积，Mg、Zn等金属晶体属于A3型最密堆积，A2型密堆积又称为体心立方密堆积，Li、Na、K、Fe等金属晶体属于A2型密堆积。A1型配位数为12，A2型配位数为8，A3型配位数为 12。高手笔记：对金属晶体的认识要抓住金属晶体中存在
4、微粒和微粒间的相互作用，并能由此来分析金属晶体的特性。熟悉常见三种结构模式中的配位数、晶胞中所含有的原子数、晶胞名称及是否是密堆积等。4.金属晶体中的金属键和原子的堆积方式与金属晶体的物理性质的关系（1）金属晶体具有良好的导电性：金属中有自由移动的电子，金属晶体中的自由电子在没有外加电场存在时是自由运动的，当有外加电场存在的情况下，电子发生了定向移动形成了电流，呈现良好的导电性。高手笔记：金属受热后，金属晶体中离子的振动加剧，阻碍着自由电子的运动。所以温度升高导电性下降。（2）金属晶体具有良好的导热性：自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，从而引起两者能量的交换。当金属某一部分受热时，在那个区域
5、里的自由电子能量增加，运动速度加快，于是通过碰撞，自由电子把能量传给金属离子。金属容易导热就是由于自由电子运动时，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。高手笔记：金属具有良好的导电性、导热性都与自由电子有关。自由电子通过运动把能量从高温区传到低温区自由电子在运动过程中通过碰撞进行能量传递，使金属具有良好的导热性。（3）金属晶体具有良好的延展性：金属有延性，可以抽成细丝，例如最细的白金丝直径不过1/5000 mm。金属又有展性，可以压成薄片，例如最薄的金箔只有1/10000 mm厚。金属晶体的延展性可以从金属晶体的结构特点加以解释。当金属受到外力作用时，晶体中的各原
6、子层就会发生相对滑动，由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性，滑动以后，各层之间仍保持着这种相互作用，在外力作用下，金属虽然发生了变形，但不会导致断裂。高手笔记：金属的堆积方式和金属键共同决定金属晶体是否具有良好的延展性。注意金属的延展性是有限度的；同时有少数金属，如锑、锇、锰等性质较脆，没有延展性。（4）金属的熔点、硬度等取决于金属晶体内部作用力的强弱。一般来说金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部作用力越强。因而晶体熔点越高、硬度越大。金属晶体的熔点变化差别较大。如：Hg在常温下为液态，熔点低（38.9）,而铁等金属熔点高（1355），这是由于金属晶体紧密堆积方式，金属
7、阳离子与自由电子的作用力不同造成的。同类型金属金属晶体，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，相互作用力就越大，熔点就越高。如：熔点：LiNaKRbCs，NaMgAl。高手笔记：金属之最：导电和导热性最好的金属是银延性最好的金属是铂展性最好的金属是金密度最小的金属是锂，最大的金属是锇熔点最低的金属是汞，最高是钨硬度最大的金属是铬例2：金属的下列性质中，与金属的晶体结构无关的是 ( )A易导电 B易导热 C有延展性 D易锈蚀解析：金属易锈蚀，是因为在反应中易失去最外层电子，具有较强还原性，是由原子结构决定的。答案：D5.合金及合金的优点合金：定义：把两
8、种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成具有金属特性的物质叫做合金。高手笔记：理解概念时一定紧紧抓住两点：一是至少有一种是金属；二是合金一般是将各组分熔合成均匀的液体，再经冷凝而制得的。特点：a.合金的熔点比其成分中各金属的熔点都要低，而不是介于两种成分金属的熔点之间。b.具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。例如：金属铝很软，但如果将铝与铜、镁按一定的比例混合，经高温熔融后冷却可以得到硬铝，硬度大大提高。合金的不同类型及各自的性质特点当两种金属的电负性、化学性质和原子半径相差不大时，形成的合金称为金属固熔体，如铜镍、银金合金。这类合金的强度和硬度一般都比组成它的各成分金属的强度
9、和硬度大。当两种金属元素的电负性或原子大小相差较大时，形成的合金称为金属化合物，如Ag3Al合金。这类合金通常具有较高的熔点，较大的强度，较高的硬度和耐磨性，但塑性和韧性较低。原子半径较小时氢、硼、氮等非金属元素渗入过渡金属结构的间隙中，称为金属间隙化合物或金属间隙固熔体。这类合金具有很高熔点和很大的硬度，遮住要是填隙原子和金属原子之间存在共价键的原因。合金时工业产品中极为重要的材料。例如，含铝22的锌铝合金在25左右以每秒0.1%0.01%的速度拉伸，可得到10倍于原来的延伸；铁暴露在空气中容易生锈，但如果在普通钢里加入约0.5%的镍，它就称为耐酸的不锈钢。高手笔记：合金的不同类型是通过半径
10、的不同和失电子能力的不同进行划分的。合金是在纯金属中引人其他元素，使化学键及晶体结构上发生变化，从而影响到性质。二、离子晶体1.定义：离子晶体是阴阳离子通过离子键结合，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体。例如：氯化钠、氯化铯、氧化镁等晶体都属于离子晶体。高手笔记：（1）离子键：阴、阳离子间通过静电作用形成的化学键。静电作用：指静电吸引和静电排斥的平衡。成键元素：活泼金属(或NH4+)与活泼非金属(或酸根、OH)。离子键存在于离子化合物中，离子化合物通常以离子晶体形式存在(见离子晶体)。例3：下列晶体中，含有离子的有( )A.离子晶体 B.分子晶体 C.原子晶体 D.金属晶体解析：构成离子晶体的
11、微粒是阴、阳离子构成分子晶体的微粒是分子；构成原子晶体的微粒是原子；构成金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子，所以含有离子的晶体有离子晶体和金属晶体。答案：AD2.离子晶体的简单结构类型离子晶体以紧密堆积方式，阴阳离子尽可能接近，向空间无限扩展，形成晶体。阴阳离子的配位数比较大，故晶体中不存在单个分子。组成比为11的离子晶称为AB型离子晶体，它是离子晶体中最简单的一类。AB型离子晶体最常见结构有NaCl型、CsCl型和ZnS型。NaCl型NaCl型离子晶体中，每个离子被6个带相反电荷的离子包围，阴离子和阳离子的配位数都为6。常见的NaCl型离子晶体有碱金属元素（铯除外）的卤化物、银的卤化物（碘
12、化银除外）、碱土金属元素（铍除外）的氧化物、硫化物和硒化物的晶体等。CsCl型CsCl型离子晶体中，每个离子被8个带相反电荷的离子包围，阴离子和阳离子的配位数都为8。常见的CsCl型离子晶体有铯的卤化物（氟化物除外）、TlCl的晶体等。ZnS型ZnS型离子晶体中，阴离子和阳离子的排列类似NaCl型，但相互穿插的位置不同，使阴、阳离子的配位数不是6，而是4。常见的ZnS型离子晶体有硫化锌、碘化银、氧化铍的晶体等。3.氯化钠晶体的晶体结构氯化钠晶体可视为不等径圆球的密堆积，即将氯化钠晶体看成是由Cl紧密堆积排列，Na填入六个Cl构成的空隙中形成的。在氯化钠晶体中，钠离子与氯离子通过离子键相结合，每
13、个钠离子与和它紧邻的6个氯离子相连，每个氯离子与和它紧邻的6个钠离子相连，钠离子和氯离子在三维空间上交替出现，并延长形成氯化钠晶体 。氯化钠晶胞为面心立方结构，当有一个Cl处于立方体的中心，另有12个Cl处于棱上，同时有8个Na位于顶点、6个Na位于面心的位置，用切割法可求出该晶胞中实际拥有的离子数目，Cl为；1121/4=4 Na为：81/861/2=4因此在一个晶胞中实际拥有的Na与Cl的个数均为4个，即氯化钠晶体中没有氯化钠分子，NaCl只是代表氯化钠晶体中钠离子的个数和氯离子的个数为1:1 ，是氯化钠组成的化学式。高手笔记：（1）注意氯化钠晶体的晶胞不是一个小立方体，而是八个小立方体构
14、成的大立方体。（2）离子晶体中不存在分子，构成微粒为阴阳离子，因此严格意义讲没有分子式，应该是化学式。例4：如图所示，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Na+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点上、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） 。思路分析：（1）氯化钠晶体的结构特点
15、是钠离子和氯离子在三个互相垂直的方向上都是等距离的交错排列。选择立方体的一个顶点开始代表钠离子涂黑，交替排列涂黑。见左图 （2）每个钠离子距离它最近的钠离子是分别位于三个互相垂直的平面内，每个平面内4个，总共12个。（3）根据立方晶胞中粒子的分摊规律，每个晶胞内（见第1问的图）：钠离子数：864；氯离子数：1214。4.晶格能衡量离子键的强弱（1）定义：晶格能是指1mol离子化合物中，阴阳离子由相互远离的气态结合成离子晶体时所放出的能量。（2）意义：晶格能的绝对值越大，说明放出能量越多，表示离子键越强，离子晶体越稳定。（3）影响因素：晶格能的大小与阴阳离子所带的电荷的乘积成正比，与阴阳离子间的距离成反比，即晶格能，此外还与离子晶
