高中化学人教版 (2019)选择性必修2第三节 金属晶体与离子晶体同步测试题

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，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

①金属键越强，晶体的熔、沸点越高。

②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】①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。

          ②金属单质或合金的晶体（晶体锗、灰锡除外）属于金属晶体。

          ③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。

①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。

②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。

③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。

④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(　　)

A．Mg＞Al＞Ca B．Al＞Na＞Li

C．Al＞Mg＞Ca D．Mg＞Ba＞Al

答案 C　[金属原子的价电子数：Al＞Mg＝Ca＝Ba＞Li＝Na，金属阳离子的半径：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】①离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键和氢键等，如CuSO4·H2O。

      ②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)离子晶体的性质

【注】①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。

      ②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】常见的离子晶体

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。

①几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数

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。

②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

①同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构。

②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。

③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】①由于碳原子的p轨道相互平行且相互重叠，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。

 ②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C—C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(　　)

A．CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱

B．CaF2的熔、沸点较高，硬度较大

C．CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电

D．CaF2在有机溶剂(如苯)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1.0～1.5 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(　　)

A．NaI晶体是过渡晶体

B．离子晶体可能含有共价键

C．NaI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C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C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σ键；在石墨层内的碳原子之间既有σ键又有π键。

[答案]　(1)同素异形体　(2)sp3　sp2　(3)分子　混合　 (4)σ　σ　π(或大π或p­pπ)