考点14 金属晶体与离子晶体
【核心考点梳理】
考点一、金属键与金属晶体
1．金属键
(1)概念：“电子气理论”把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。
(2)成键粒子是金属阳离子和自由电子。
(3)金属键的强弱和对金属性质的影响
①金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子数。原子半径越大、价电子数越少，金属键越弱；反之，金属键越强。
②金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。如：熔点最高的金属是钨，硬度最大的金属是铬。
特别提醒 金属键没有方向性和饱和性。
2．金属晶体
(1)在金属晶体中，原子间以金属键相结合。
(2)金属晶体的性质：优良的导电性、导热性和延展性。
【典型例题】
例1．（2023·四川达州·高二期末）下图是金属晶体的“电子气”理论示意图。用该理论解释金属导电的原因是( )
A.金属能导电是因为含有金属阳离子
B.金属能导电是因为含有的自由电子在外电场作用下做定向运动
C.金属能导电是因为含有的电子作无规则运动
D.金属能导电是因为金属阳离子和自由电子的相互作用
【答案】B
【解析】“电子气”理论可以很好地解释金属的一些现象,如金属的导电、导热、延展性等。金属中含有金属阳离子和自由电子,在外加电场的作用下,自由电子定向移动形成电流。
例2．(2023·济南高二检测)下列有关金属的说法正确的是( )
A．金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子
B．金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动
C．金属原子在化学变化中失去的电子数越多，其还原性越强
D．金属晶体的堆积方式会影响金属的性质
【答案】D
【解析】因金属的价电子受原子核的吸引力小，则金属原
子中的价电子在金属晶体中为自由电子，而不是所有的核外电子，A错误；金属导电的实质是在外电场作用下自由电子定向移动而产生电流的结果，B错误；金属原子在化学变化中失去电子越容易，其还原性越强，C错误；金属晶体中原子的堆积方式会影响金属的性质，如延展性，D正确。
考点二、金属晶体的原子结构模型
1．金属原子在在二维空间的排列方式
(1)金属晶体中的原子可以看成直径相等的球体，在平面上（即二维空间），有两种堆积方式：
图① 图②
图①的堆积方式为非密置层，原子的配位数为4；图②的堆积方式为密置层，原子的配位数为6。
(2)金属晶体的配位数：指距离某个原子最近且距离相等的原子个数。
2．金属晶体的堆积方式
图③ 图④
图⑤ 图⑥
(1)图③所示的堆积方式为简单立方堆积，配位数为6。实例：钋。
(2)图④所示的堆积方式为体心立方堆积，配位数为8。实例：钠、钾、铬、钼、钨等。
(3)图⑤所示的堆积方式为面心立方 堆积，配位数为12。实例：金、银、铜、铅等。
(4)图⑥所示的堆积方式为六方堆积，配位数为12。实例：镁、锌、钛等。
【典型例题】
例1．（2023·四川达州·高二期中）有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列叙述错误的是
A．晶体中原子的配位数分别为：①6，②8，③12，④12
B．③为六方堆积
C．晶胞中含有的原子数分别为：③2，④4
D．金属晶体是一种“巨分子”，可能存在分子间作用力
【答案】D
【分析】由金属晶体的晶胞结构图可知，①为简单立方堆积，②为体心立方堆积，③为六方堆积，④为面心立方堆积。
【解析】A．根据晶胞结构可知，晶体中原子的配位数分别为：①6，②8，③12，④12，A项正确；
B．依据上述分析可知，③为六方堆积，B项正确；
C．晶胞中含有的原子数分别为：③为2，④为，C项正确；
D．金属晶体是一种“巨分子”，存在金属阳离子和自由电子之间的相互作用，不存在分子间作用力，D项错误。
答案选D。
例2．（2023·江苏南通·高二期末）对图中某金属晶体结构的模型进行分析，判断下列有关说法正确的是
A．该种堆积方式称为六方堆积 B．该种堆积方式称为体心立方堆积
C．该种堆积方式称为面心立方堆积 D．金属就属于此种堆积方式
【答案】C
【解析】A.由题图知该堆积方式为面心立方堆积，A错误；
B.由题图知该堆积方式为面心立方堆积，B错误；
C.由题图知该堆积方式为面心立方堆积，C正确；
D.的堆积模型为六方堆积，D错误；
故选C。
例3．（2023·江苏苏州·高二期中）金属晶体的堆积方式和配位数关系正确的是
A．简单立方堆积 B．体心立方堆积
C．六方堆积 D．面心立方堆积-12
【答案】D
【解析】A.简单立方堆积（如）配位数为6，A错误；
B.体心立方堆积，如钾、钠和铁，配位数为8，B错误；
C.六方堆积，如镁、锌、钛，配位数为12，C错误；
D.为面心立方堆积，配位数为12，D正确；
故选D。
考点三、离子晶体
1．离子键及其影响因素
(1)概念：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。
(2)影响因素：离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强。
特别提醒 离子键没有方向性和饱和性。
2．离子晶体及其物理性质
(1)概念：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。
(2)离子晶体的性质
①熔、沸点较高，硬度较大。
②离子晶体不导电，但熔化或溶于水后能导电。
③大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。
3．常见离子晶体的结构
(1)NaCl晶胞
NaCl晶胞如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－有6个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体，每个Cl－周围距离最近的Na＋有 6个，构成正八面体，由此可推知晶体的化学式为NaCl。回答下列问题：
①每个Na＋(Cl－)周围距离相等且最近的Na＋(Cl－)是12个。
②每个晶胞中实际拥有的Na＋数是4个，Cl－数是4个。
③若晶胞参数为a pm，则氯化钠晶体的密度为 g·cm－3。
(2)CsCl晶胞
CsCl晶胞如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－有8个，每个Cl－周围距离最近的Cs＋有 8个，它们均构成正六面体，由此可推知晶体的化学式为CsCl。回答下列问题：
①每个Cs＋(Cl－)周围距离最近的Cs＋(Cl－)有 6个，构成正八面体。
②每个晶胞中实际拥有的Cs＋有 1个，Cl－有 1个。
③若晶胞参数为a pm，则氯化铯晶体的密度为 g·cm－3。
【典型例题】
例1．（2023·四川达州·高二期末）下列物质中，含有共价键的离子晶体是
A． B． C． D．
【答案】B
【解析】A．溴单质是含有非极性键的分子晶体，故A不符合题意；
B．过氧化钠是含有离子键和非极性共价键的离子晶体，故B符合题意；
C．二氧化碳是只含有极性键的分子晶体，故C不符合题意；
D．氯化镁是只含有离子键的离子晶体，故D不符合题意；
故选B。
例2．（2023·山东·烟台市高二期末）CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似(如图所示),但CaC2晶体中由于哑铃形的存在,使晶胞沿一个方向拉长。则关于CaC2晶体的描述不正确的是( )
A.CaC2晶体的熔点较高、硬度也较大
B.与Ca2+距离相同且最近的构成的多面体是正六面体
C.与Ca2+距离相同且最近的有4个
D.CaC2晶胞中共含有4个Ca2+和4个
【答案】B
【解析】CaC2晶体属于离子晶体,故有较高的熔点和较大的硬度,A正确;因为晶胞沿一个方向拉长,故和Ca2+距离相同且最近的只有4个(与拉长方向垂直的同一面上),4个构成的是正方形,B错;以Ca2+为中心,与之等距离且最近的是同一平面上的4个,C正确;该晶胞中含有Ca2+的个数=12×1/4+1=4,含有的个数=8×1/8+6×1/2=4,D正确。
例3．（2023·江苏南通·高二期末）如图表示NaCl晶体的一个晶胞,直线交点处的圆圈表示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晶胞结构示意图。
(2)在NaCl晶体中,在每个Na+的周围与它最接近且距离相等的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。根据(1)中画出的NaCl的晶胞结构示意图分析,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)。
(4)设NaCl的摩尔质量为M g·mol-1,NaCl晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA。则NaCl晶体中两个距离最近的钠离子中心之间的距离为 cm。
【答案】(1)答案不唯一,合理即可
(2)12
(3)4 12×+1=4 4 8×+6×=4
(4)
【解析】(1)根据题意可画出NaCl的晶胞结构示意图如下:
(或其他合理的情况)
(2)根据(1)中画出的NaCl晶胞结构示意图分析,每个Na+的周围最接近且距离相等的Na+共有12个。
(3)根据(1)中画出的NaCl晶胞结构示意图分析,在一个NaCl晶胞中,含Cl-的个数为12×+1=4;含Na+的个数为8×+6×=4。
(4)设Cl-与Na+中心之间的最近距离为a cm,则两个最近的Na+中心之间的距离为a cm,根据·NA=M,则a=。所以Na+间的最近距离为 cm。
【必备知识基础练】
1．（2022秋·四川内江·高二威远中学校校考期中）有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是
A．①为简单立方堆积；②、③为体心立方堆积；④为面心立方最密堆积
B．每个晶胞含有的原子数分别为：①1个，②2个，③2个，④4个
C．晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③8，④12
D．空间利用率的大小关系为：①＜②＜③＜④
【答案】B
【解析】A．由金属晶体的晶胞结构图可知：①为简单立方堆积；②为体心立方堆积；③为六方最密堆积；④为面心立方最密堆积，A错误；
B．顶点为8个晶胞共用；面为2个晶胞共用；晶胞体内原子为1个晶胞单独占有。晶胞①中原子个数=8×=1；晶胞②中原子个数=1+8×=2；晶胞③中原子个数=1+8×=2，晶胞④中原子个数=8×+6×=4，B正确；
C．①为简单立方堆积，配位数为6；②为体心立方堆积，配位数为8；③为六方最密堆积，配位数为12；④为面心立方最密堆积，配位数为12，C错误；
D．六方最密堆积与面心立方最密堆积的空间利用率相等，简单立方堆积、体心立方堆积不是最密堆积，空间利用率比六方最密堆积和面心立方最密堆积的小；体心立方堆积空间利用率比简单立方堆积的高，故空间利用率的大小关系为：①＜②＜③=④，D错误；
故合理选项是B。
2．（2022春·云南曲靖·高二曲靖市马龙区第一中学校考阶段练习）物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。且研究表明，一般来说，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是
A．硬度：Mg＞Al B．熔点：Mg＞Ca
C．硬度：Mg＞K D．熔点：Ca＞K
【答案】A
【解析】A．Mg2+半径比Al3+大，带电荷数比Al3+少，则金属键能Mg＜Al，硬度：Mg＜Al，A错误；
B．Mg2+半径比Ca2+小，带电荷数相同，则金属键能Mg＞Ca，熔点：Mg＞Ca，B正确；
C．Mg2+半径比K+小，带电荷数比K+多，则金属键能Mg＞K，硬度：Mg＞K，C正确；
D．Ca2+半径比K+小，带电荷数比K+多，则金属键能Ca＞K，熔点：Ca＞K，D正确；
故选A。
3．（2022秋·甘肃张掖·高二高台县第一中学校考阶段练习）如图是金属晶体内部电子气理论图。电子气理论可以用来解释金属的某些性质。下列说法正确的是
A．金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动
B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导
C．金属具有良好的延展性是因为在外力的作用下，金属晶体各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，而且自由电子可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用
D．合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，使电子数目增多，所以合金的延展性比纯金属强、硬度比纯金属小
【答案】C
【解析】A．金属能导电是因为金属中自由移动的电子在外加电场作用下作定向移动，A错误；
B．金属能导热是因为自由电子和金属阳离子在热的作用下运动加快，相互碰撞增加，从而发生热的传导，B错误；
C．金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属阳离子各层间会出现相对滑动,但不改变原有的排列方式，自由电子可以起到润滑的作用，使金属不会断裂，C正确；
D．合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，改变了金属原子有规则的层状排列，一般情况下，使其层与层之间相对滑动变得困难，所以合金的延展性比纯金属差，硬度比纯金属大，D错误；
故合理选项是C。
4．（2023秋·吉林通化·高二梅河口市第五中学校考期末）下列说法中正确的有
①金属晶体的导电性、导热性均与自由电子有关
②离子键是阴、阳离子间的相互吸引作用
③分子晶体的熔点一定比金属晶体低
④共价键的强弱决定分子晶体熔、沸点的高低
⑤共价晶体中一定含有共价键
⑥含有离子的晶体一定是离子晶体
⑦硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅
⑧NaCl晶体中，阴离子周围紧邻的阳离子数为8
A．2个 B．3个 C．4个 D．5个
【答案】B
【解析】①金属晶体的导电性、导热性均与自由电子有关，故正确；
②离子键是阴、阳离子间的静电作用力，包括吸引力和排斥力，故错误；
③分子晶体的熔点不一定比金属晶体低，如汞在常温下为液体，碘是分子晶体，常温下为固体，故错误；
④分子晶体熔、沸点的高低由分子间作用力决定，故错误；
⑤共价晶体是原子通过共价键结合而成，所以共价晶体含有共价键，故正确；
⑥金属晶体由金属阳离子和电子构成，所以含有离子的晶体不一定是离子晶体，可能是金属晶体，故错误；
⑦金刚石、碳化硅、晶体硅均为原子晶体，键能越大，硬度越大，原子半径：C＞Si，键长：C-C＞C-Si＞Si-Si，键能：C-C＞C-Si＞Si-Si，故硬度由大到小：金刚石＞碳化硅＞晶体硅，故正确；
⑧NaCl晶体中，阴离子周围紧邻的阳离子数为6，故正确；
综上所述，共4个正确；
故选C。
5．（2023秋·河北邢台·高二邢台市第二中学校考期末）共价键、离子键、范德华力、氢键等都是微观粒子之间的不同作用力，下列物质在熔化时破坏的作用力相同的是
A．硼和金刚石 B．NaCl 和AlN C．干冰和冰 D．Fe和S
【答案】A
【分析】大多非金属元素之间形成的键是共价键，以共价键结合的物质可能为共价晶体，也可能为分子晶体，在分子晶体中还存在分子间作用力；活泼金属和活泼的非金属之间形成的键大多是离子键，离子晶体中含有离子键；金属晶体中含有金属键；电负性很大的元素（N、O、F）与氢元素形成共价键时，H原子几乎是裸露的质子，不同分子之间存在氢键，以此来解答。
【解析】A．金刚石和硼单质都属于共价晶体，原子与原子之间形成共价键，熔化时破坏共价键，A符合题意；
B．NaCl属于离子晶体，钠离子与氯离子之间形成离子键，只存在离子键，熔化时破坏离子键；AlN属于共价晶体，铝原子与氮原子之间通过共价键结合， 熔化时破坏共价键，B不符合题意；
C．干冰和冰都属于分子晶体，分子中都存在共价键，干冰分子间存在分子间作用力，冰中H2O分子间存在分子间作用力和氢键，熔化时干冰破坏分子间作用力，冰熔化时破坏分子间作用力和氢键，C不符合题意；
D．Fe是金属晶体，铁原子与铁原子间形成金属键，熔化时破坏金属键；S单质是分子晶体，硫分子和硫分子之间存在分子间作用力，所以熔化时破坏分子间作用力，D不符合题意；
故选A。
6．（2023秋·吉林通化·高二梅河口市第五中学校考期末）下列有关离子晶体的说法正确的是
A．离子晶体中一定含有金属元素，含有金属元素的化合物一定是离子晶体
B．离子键只存在于离子晶体中，离子晶体中一定含有离子键
C．离子晶体中不可能含有共价键
D．离子晶体受热熔化破坏化学键，吸收热量，属于化学变化
【答案】B
【解析】A．离子晶体中不一定含有金属元素，含有金属元素的化合物不一定是离子晶体，A错误；
B．含有离子键的化合物一定是离子晶体，离子晶体中可能含有共价键，B正确；
C．离子晶体中可能含有共价键，如过氧化钠，C错误；
D．离子晶体受热熔化时，虽然离子键被破坏，但没有生成新的物质，不属于化学变化，如氯化钠晶体熔化，D错误；
故选：B。
7．（2023秋·四川遂宁·高二遂宁中学校考期末）萤石是制作光学玻璃的原料之一，其主要成分氟化钙的晶胞结构如图所示。下列说法错误的是
A．Ca位于元素周期表s区
B．每个周围距离最近且等距的有4个
C．位于构成的四面体空隙
D．基态氟原子核外电子的原子轨道有四种伸展方向
【答案】B
【解析】A．Ca位于第四周期第ⅡA族，为元素周期表s区，A正确；
B．由面心的可知，每个周围距离最近且等距的有8个，B错误；
C．由晶胞结构图可知，距离最近且等距的为4个，所以位于构成的四面体空隙，C正确；
D．基态氟原子核外电子排布式为1s22s22p5，其中s能级有一种伸展方向，p能级有三种伸展方向，共4种，D正确；
故选B。
8．（2022春·山东青岛·高二统考期末）NiO晶体与NaCl具有相同晶胞结构。在一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”(如图所示)，可以认为作密置单层排列，填充其中。设为阿伏加德罗常数的值，半径为r pm。下列说法错误的是
A．Ni位于元素周期表第4周期第Ⅷ族
B．NiO晶体中、的配位数均为6
C．NiO晶胞中八面体空隙与四面体空隙比为1：2
D．该“单分子层”面积密度为
【答案】D
【解析】A．Ni是28号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，可知其处干第四周期第Ⅷ族，故A正确；
B．NaCl晶体中离子的配位数为6, NiO晶体与NaCl具有相同晶胞结构，NiO晶体中Ni2+、O2-的配位数均为6，故B正确；
C．如图晶胞结构： (以Ni为研究对象，每个晶胞面对角线上的4个Ni形成正四面体空隙，晶胞中含有8个正四面体空隙，6个面心Ni形成正八面体空隙，同一棱顶点Ni与2个面心Ni形成正八面体空隙的，晶胞含有正八面体空隙为，NiO晶胞中八面体空隙与四面体空隙比为4: 8=1: 2，故C正确；
D．取平面NiO基本结构单元为，每个结构单元含1个“NiO”，取质量为， O2-的半径为r pm，则结构单元的面积为2r× 10-10cm×2r×10-10cm×sin60°，则该“单分子层”面积密度为 =，故D错误；
故答案选 D。
【关键能力提升练】
9．（2022春·福建龙岩·高二统考期末）根据下表数据判断错误的是
物质 NaCl
熔点 920 801 1291 190 2073 1723
A．表格中的物质涉及三种晶体类型
B．含铝的化合物不一定是离子晶体
C．和的熔点差异是由于键长不同
D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
【答案】C
【解析】A．干冰是分子晶体、二氧化硅是原子晶体、氟化铝为离子晶体，则表格中的物质涉及三种晶体类型，A项正确；
B．由表格中的数据可知，氯化铝的熔点较低，属于分子晶体，而氧化铝、氟化铝为离子晶体，B项正确；
C．和均为分子晶体，两者熔点差异是由于分子间的作用力不同，C项错误；
D．氧化钠和氧化铝都是离子晶体，所以不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体，D项正确；
答案选C。
10．（2022春·陕西西安·高二校联考期末）硼及其化合物在材料制造、有机合成等方面应用广泛。图(a)为一种无限长单链状结构的多硼酸根，图(b)硼氢化钠晶胞结构。NA代表阿伏伽德罗常数的值，下列说法正确的是
A．图a中多硼酸根的化学式为
B．硼氢化钠晶体中的配位数为4
C．图(a)中O-B-O的键角小于中的H-B-H的键角
D．若硼氢化钠晶体的密度为ρg·cm-3，则a=
【答案】D
【解析】A．每个硼均摊两个O原子（除两端的B外），所以多硼酸根的化学式为，A项错误；
B．以体内看离它最近的Na+如图红色标注的离子共8个，则其配位数为8，B项错误；
C．a图中O-B-O为sp2杂化，键角为120°。而为sp3杂化，键角为109°28′。键角前者大于后者，C项错误；
D．Na+分别为位于6个面上和4条棱上，则Na+为，则NaBH4为4个。由密度计算公式为，且，，，则D正确；
答案选D。
11．（2022春·高二单元测试）如图是某活泼金属元素A与活泼非金属元素B形成的化合物晶体的一个晶胞，则下列说法中正确的是
A．该晶胞是二维空间粒子非密置层的一层层堆积
B．若晶胞边长为a，则该晶体中A与B粒子之间的最短距离为
C．该晶胞中与A粒子最近且等距的A粒子有8个
D．该晶胞中A粒子、B粒子的配位数都是8
【答案】B
【解析】A．该图片是立体结构，A错误；
B．若晶胞边长为a，则该晶体中A与B粒子之间的最短距离为体对角线的四分之一，而体对角线为，故该距离为，B正确；
C．顶点上的每个A粒子，与A粒子最近且等距的A粒子数为，C错误；
D．根据图可知，A的配位数为8，B的配位数为4，D错误；
故选B。
12．（2022春·山东泰安·高二宁阳县第四中学校考阶段练习）分子晶体的熔点通常都在200℃以下，下列数据是对应物质的熔点：据此做出的下列判断中正确的是
物质 Na2O NaCl AIF3 AlCl3 BCl2 Al2O3 CO2 SiO2
熔点/℃ 920 801 1291 190 －107 2073 －57 1723
A．NaCl晶体熔化时，吸收的热量用于破坏离子键
B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C．碳和硅是同一主族，故CO2和 SiO2的晶体类型相同
D．两种含钠化合物是离子晶体，三种含铝化合物也是离子晶体
【答案】A
【解析】试题分析：A．NaCl晶体熔化时，离子键断键，吸收的热量用于破坏离子键，A正确；
B．表中AlCl3、BCl3和干冰的熔沸点均较低，属于分子晶体，B错误；
C．碳和硅是同一主族，但CO2是分子晶体， SiO2是原子晶体，C错误；
D．两种含钠化合物是离子晶体，氯化铝是分子晶体，D错误，
答案选A。
13．（2023秋·吉林长春·高二长春市第五中学校考期末）通常情况下，氯化钠、氯化铯、二氧化碳和二氧化硅的晶体晶胞结构分别如图所示，下列关于这些晶体晶胞结构和性质的叙述不正确的是
A．同一主族的元素与另一相同元素所形成的化学式相似的物质一定具有相同的晶体结构
B．氯化钠、氯化铯和二氧化碳的晶体都是立方的晶胞结构，它们具有相似的物理性质
C．二氧化碳晶体是分子晶体，其中不仅存在分子间作用力，而且也存在共价键
D．在二氧化硅晶体中，平均每个Si形成4个Si－O共价单键
【答案】AB
【解析】A．SiO2和CO2的化学式相似，但其晶体结构不同，A项错误；
B．二氧化碳为分子晶体，氯化钠和氯化铯为离子晶体，所以物理性质不同，B项错误；
C．二氧化碳为分子晶体，分子间存在分子间作用力，而分子内部碳原子和氧原子间形成共价键，C项正确；
D．在二氧化硅晶体中，平均每个Si形成4个Si—O共价单键，D项正确。
故选AB。
14．根据下图推测,若CsCl晶体中两距离最近的Cs+间距离为a,则每个Cs+周围与其距离为a的Cs+数目为 ,每个Cs+周围距离相等且次近的Cs+数目为 ,距离为 ;每个Cs+周围距离相等且第三近的Cs+数目为 ,距离为 ;每个Cs+周围紧邻且等距的Cl-数目为 。
【答案】6 12 a 8 a 8
【解析】根据左图的晶体结构分析,以体心的Cs+为研究对象,每个Cs+周围距离为a的Cs+分别位于其上、下、前、后、左、右的六个方位,即6个;每个与其次近(距离为a)的Cs+分别位于通过体心Cs+的3个切面的大正方形的顶点,个数为4×3=12;与其第三近(距离为a)的Cs+分别位于大立方体的8个顶点上;每个Cs+周围紧邻且等距的Cl-数目为8。
15．如图为一些晶体中的部分结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨中的某一种。
(1)其中代表金刚石的是 (填字母,下同),其中每个碳原子与 个碳原子最近且距离相等,金刚石属于 晶体。
(2)其中代表石墨的是 ,其中每个六元环平均占有的碳原子数为 。
(3)其中表示NaCl的是 ,NaCl晶体中每个Na+周围与它最近且等距离的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。
【答案】(1)D 4 共价 (2)E 2 (3)A 12
(4)C 离子 8 (5)B 分子 12
【解析】根据不同物质晶体的结构特点来分析各图形所代表的物质。NaCl晶胞是立方单元,每个Na+与6个Cl-紧邻,每个Cl-又与6个Na+紧邻,每个Na+周围与其最近且等距离的Na+有12个。CsCl晶体由Cs+、Cl-构成体心立方结构。干冰也是立方体结构,在立方体每个顶点和面心都有1个CO2分子,所以每个CO2分子在三维空间里与其紧邻的CO2分子有12个。金刚石中每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层结构中每个碳原子紧邻3个碳原子,即每个正六边形占有的碳原子数是6×1/3=2。
【学科素养拔高练】
16．钛(Ti)、钒(V)、镍(Ni)、镧(La)等在储氢材料方面具有广泛的用途。下图Ⅰ、Ⅱ是一些晶体材料的结构示意图。
请回答下列问题:
(1)写出基态镍原子的核外电子排布式: 。
(2)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表。某合金储氢后的晶胞如图Ⅰ所示,该合金的化学式为 ,1 mol镧形成的该合金能储存 mol氢气。
(3)嫦娥三号卫星上的PTC元件(热敏电阻)的主要成分——钡钛矿晶体的晶胞结构如图Ⅱ所示,该晶体经X射线分析鉴定,重复单元为立方体,边长为 a cm。顶点位置被Ti4+所占据,体心位置被Ba2+所占据,所有棱心位置被O2-所占据。
①该晶体中的O元素与H元素形成的简单化合物的中心原子的杂化类型为 ,其分子的空间结构为 。
②写出该晶体的化学式: 。
③若该晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则a= 。
【答案】(1)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)
(2)LaNi5 3
(3)①sp3杂化 V形 ②BaTiO3 ③（ρNA/333）1/3cm
【解析】(1)Ni是28号元素,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。
(2)根据某合金储氢后的晶胞结构示意图可知,该晶胞中含有La:8×1/8=1、Ni:8×1/2+1=5,所以合金的化学式为LaNi5;1 mol该合金吸附氢气的物质的量是8 mol×1/4+2 mol×1/2=3 mol。
(3)①该晶体中的O元素与H元素形成的简单化合物是H2O,中心原子O原子的杂化类型为sp3杂化,其分子空间结构为V形;②根据晶胞结构示意图可知,一个晶胞中Ba2+的数目为1,Ti4+的数目为8×1/8=1,O2-的数目为12×1/4=3,所以该晶体的化学式是BaTiO3;③由于晶胞为立方体,边长为a cm,1 mol晶胞中含有1 mol BaTiO3,若该晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则根据晶体的密度为ρ g·cm-3,可得a=（ρNA/333）1/3cm。考点14 金属晶体与离子晶体
【核心考点梳理】
考点一、金属键与金属晶体
1．金属键
(1)概念：“电子气理论”把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。
(2)成键粒子是金属阳离子和自由电子。
(3)金属键的强弱和对金属性质的影响
①金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子数。原子半径越大、价电子数越少，金属键越弱；反之，金属键越强。
②金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。如：熔点最高的金属是钨，硬度最大的金属是铬。
特别提醒 金属键没有方向性和饱和性。
2．金属晶体
(1)在金属晶体中，原子间以金属键相结合。
(2)金属晶体的性质：优良的导电性、导热性和延展性。
【典型例题】
例1．（2023·四川达州·高二期末）下图是金属晶体的“电子气”理论示意图。用该理论解释金属导电的原因是( )
A.金属能导电是因为含有金属阳离子
B.金属能导电是因为含有的自由电子在外电场作用下做定向运动
C.金属能导电是因为含有的电子作无规则运动
D.金属能导电是因为金属阳离子和自由电子的相互作用
例2．(2023·济南高二检测)下列有关金属的说法正确的是( )
A．金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子
B．金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动
C．金属原子在化学变化中失去的电子数越多，其还原性越强
D．金属晶体的堆积方式会影响金属的性质
考点二、金属晶体的原子结构模型
1．金属原子在在二维空间的排列方式
(1)金属晶体中的原子可以看成直径相等的球体，在平面上（即二维空间），有两种堆积方式：
图① 图②
图①的堆积方式为非密置层，原子的配位数为4；图②的堆积方式为密置层，原子的配位数为6。
(2)金属晶体的配位数：指距离某个原子最近且距离相等的原子个数。
2．金属晶体的堆积方式
图③ 图④
图⑤ 图⑥
(1)图③所示的堆积方式为简单立方堆积，配位数为6。实例：钋。
(2)图④所示的堆积方式为体心立方堆积，配位数为8。实例：钠、钾、铬、钼、钨等。
(3)图⑤所示的堆积方式为面心立方 堆积，配位数为12。实例：金、银、铜、铅等。
(4)图⑥所示的堆积方式为六方堆积，配位数为12。实例：镁、锌、钛等。
【典型例题】
例1．（2023·四川达州·高二期中）有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列叙述错误的是
A．晶体中原子的配位数分别为：①6，②8，③12，④12
B．③为六方堆积
C．晶胞中含有的原子数分别为：③2，④4
D．金属晶体是一种“巨分子”，可能存在分子间作用力
例2．（2023·江苏南通·高二期末）对图中某金属晶体结构的模型进行分析，判断下列有关说法正确的是
A．该种堆积方式称为六方堆积 B．该种堆积方式称为体心立方堆积
C．该种堆积方式称为面心立方堆积 D．金属就属于此种堆积方式
例3．（2023·江苏苏州·高二期中）金属晶体的堆积方式和配位数关系正确的是
A．简单立方堆积 B．体心立方堆积
C．六方堆积 D．面心立方堆积-12
考点三、离子晶体
1．离子键及其影响因素
(1)概念：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。
(2)影响因素：离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强。
特别提醒 离子键没有方向性和饱和性。
2．离子晶体及其物理性质
(1)概念：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。
(2)离子晶体的性质
①熔、沸点较高，硬度较大。
②离子晶体不导电，但熔化或溶于水后能导电。
③大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。
3．常见离子晶体的结构
(1)NaCl晶胞
NaCl晶胞如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－有6个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体，每个Cl－周围距离最近的Na＋有 6个，构成正八面体，由此可推知晶体的化学式为NaCl。回答下列问题：
①每个Na＋(Cl－)周围距离相等且最近的Na＋(Cl－)是12个。
②每个晶胞中实际拥有的Na＋数是4个，Cl－数是4个。
③若晶胞参数为a pm，则氯化钠晶体的密度为 g·cm－3。
(2)CsCl晶胞
CsCl晶胞如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－有8个，每个Cl－周围距离最近的Cs＋有 8个，它们均构成正六面体，由此可推知晶体的化学式为CsCl。回答下列问题：
①每个Cs＋(Cl－)周围距离最近的Cs＋(Cl－)有 6个，构成正八面体。
②每个晶胞中实际拥有的Cs＋有 1个，Cl－有 1个。
③若晶胞参数为a pm，则氯化铯晶体的密度为 g·cm－3。
【典型例题】
例1．（2023·四川达州·高二期末）下列物质中，含有共价键的离子晶体是
A． B． C． D．
例2．（2023·山东·烟台市高二期末）CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似(如图所示),但CaC2晶体中由于哑铃形的存在,使晶胞沿一个方向拉长。则关于CaC2晶体的描述不正确的是( )
A.CaC2晶体的熔点较高、硬度也较大
B.与Ca2+距离相同且最近的构成的多面体是正六面体
C.与Ca2+距离相同且最近的有4个
D.CaC2晶胞中共含有4个Ca2+和4个
例3．（2023·江苏南通·高二期末）如图表示NaCl晶体的一个晶胞,直线交点处的圆圈表示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晶胞结构示意图。
(2)在NaCl晶体中,在每个Na+的周围与它最接近且距离相等的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。根据(1)中画出的NaCl的晶胞结构示意图分析,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)。
(4)设NaCl的摩尔质量为M g·mol-1,NaCl晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA。则NaCl晶体中两个距离最近的钠离子中心之间的距离为 cm。
【必备知识基础练】
1．（2022秋·四川内江·高二威远中学校校考期中）有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是
A．①为简单立方堆积；②、③为体心立方堆积；④为面心立方最密堆积
B．每个晶胞含有的原子数分别为：①1个，②2个，③2个，④4个
C．晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③8，④12
D．空间利用率的大小关系为：①＜②＜③＜④
2．（2022春·云南曲靖·高二曲靖市马龙区第一中学校考阶段练习）物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。且研究表明，一般来说，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是
A．硬度：Mg＞Al B．熔点：Mg＞Ca
C．硬度：Mg＞K D．熔点：Ca＞K
3．（2022秋·甘肃张掖·高二高台县第一中学校考阶段练习）如图是金属晶体内部电子气理论图。电子气理论可以用来解释金属的某些性质。下列说法正确的是
A．金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动
B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导
C．金属具有良好的延展性是因为在外力的作用下，金属晶体各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，而且自由电子可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用
D．合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，使电子数目增多，所以合金的延展性比纯金属强、硬度比纯金属小
4．（2023秋·吉林通化·高二梅河口市第五中学校考期末）下列说法中正确的有
①金属晶体的导电性、导热性均与自由电子有关
②离子键是阴、阳离子间的相互吸引作用
③分子晶体的熔点一定比金属晶体低
④共价键的强弱决定分子晶体熔、沸点的高低
⑤共价晶体中一定含有共价键
⑥含有离子的晶体一定是离子晶体
⑦硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅
⑧NaCl晶体中，阴离子周围紧邻的阳离子数为8
A．2个 B．3个 C．4个 D．5个
5．（2023秋·河北邢台·高二邢台市第二中学校考期末）共价键、离子键、范德华力、氢键等都是微观粒子之间的不同作用力，下列物质在熔化时破坏的作用力相同的是
A．硼和金刚石 B．NaCl 和AlN C．干冰和冰 D．Fe和S
6．（2023秋·吉林通化·高二梅河口市第五中学校考期末）下列有关离子晶体的说法正确的是
A．离子晶体中一定含有金属元素，含有金属元素的化合物一定是离子晶体
B．离子键只存在于离子晶体中，离子晶体中一定含有离子键
C．离子晶体中不可能含有共价键
D．离子晶体受热熔化破坏化学键，吸收热量，属于化学变化
7．（2023秋·四川遂宁·高二遂宁中学校考期末）萤石是制作光学玻璃的原料之一，其主要成分氟化钙的晶胞结构如图所示。下列说法错误的是
A．Ca位于元素周期表s区
B．每个周围距离最近且等距的有4个
C．位于构成的四面体空隙
D．基态氟原子核外电子的原子轨道有四种伸展方向
8．（2022春·山东青岛·高二统考期末）NiO晶体与NaCl具有相同晶胞结构。在一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”(如图所示)，可以认为作密置单层排列，填充其中。设为阿伏加德罗常数的值，半径为r pm。下列说法错误的是
A．Ni位于元素周期表第4周期第Ⅷ族
B．NiO晶体中、的配位数均为6
C．NiO晶胞中八面体空隙与四面体空隙比为1：2
D．该“单分子层”面积密度为
【关键能力提升练】
9．（2022春·福建龙岩·高二统考期末）根据下表数据判断错误的是
物质 NaCl
熔点 920 801 1291 190 2073 1723
A．表格中的物质涉及三种晶体类型
B．含铝的化合物不一定是离子晶体
C．和的熔点差异是由于键长不同
D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
10．（2022春·陕西西安·高二校联考期末）硼及其化合物在材料制造、有机合成等方面应用广泛。图(a)为一种无限长单链状结构的多硼酸根，图(b)硼氢化钠晶胞结构。NA代表阿伏伽德罗常数的值，下列说法正确的是
A．图a中多硼酸根的化学式为
B．硼氢化钠晶体中的配位数为4
C．图(a)中O-B-O的键角小于中的H-B-H的键角
D．若硼氢化钠晶体的密度为ρg·cm-3，则a=
11．（2022春·高二单元测试）如图是某活泼金属元素A与活泼非金属元素B形成的化合物晶体的一个晶胞，则下列说法中正确的是
A．该晶胞是二维空间粒子非密置层的一层层堆积
B．若晶胞边长为a，则该晶体中A与B粒子之间的最短距离为
C．该晶胞中与A粒子最近且等距的A粒子有8个
D．该晶胞中A粒子、B粒子的配位数都是8
12．（2022春·山东泰安·高二宁阳县第四中学校考阶段练习）分子晶体的熔点通常都在200℃以下，下列数据是对应物质的熔点：据此做出的下列判断中正确的是
物质 Na2O NaCl AIF3 AlCl3 BCl2 Al2O3 CO2 SiO2
熔点/℃ 920 801 1291 190 －107 2073 －57 1723
A．NaCl晶体熔化时，吸收的热量用于破坏离子键
B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C．碳和硅是同一主族，故CO2和 SiO2的晶体类型相同
D．两种含钠化合物是离子晶体，三种含铝化合物也是离子晶体
13．（2023秋·吉林长春·高二长春市第五中学校考期末）通常情况下，氯化钠、氯化铯、二氧化碳和二氧化硅的晶体晶胞结构分别如图所示，下列关于这些晶体晶胞结构和性质的叙述不正确的是
A．同一主族的元素与另一相同元素所形成的化学式相似的物质一定具有相同的晶体结构
B．氯化钠、氯化铯和二氧化碳的晶体都是立方的晶胞结构，它们具有相似的物理性质
C．二氧化碳晶体是分子晶体，其中不仅存在分子间作用力，而且也存在共价键
D．在二氧化硅晶体中，平均每个Si形成4个Si－O共价单键
14．根据下图推测,若CsCl晶体中两距离最近的Cs+间距离为a,则每个Cs+周围与其距离为a的Cs+数目为 ,每个Cs+周围距离相等且次近的Cs+数目为 ,距离为 ;每个Cs+周围距离相等且第三近的Cs+数目为 ,距离为 ;每个Cs+周围紧邻且等距的Cl-数目为 。
【答案】6 12 a 8 a 8
【解析】根据左图的晶体结构分析,以体心的Cs+为研究对象,每个Cs+周围距离为a的Cs+分别位于其上、下、前、后、左、右的六个方位,即6个;每个与其次近(距离为a)的Cs+分别位于通过体心Cs+的3个切面的大正方形的顶点,个数为4×3=12;与其第三近(距离为a)的Cs+分别位于大立方体的8个顶点上;每个Cs+周围紧邻且等距的Cl-数目为8。
15．如图为一些晶体中的部分结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨中的某一种。
(1)其中代表金刚石的是 (填字母,下同),其中每个碳原子与 个碳原子最近且距离相等,金刚石属于 晶体。
(2)其中代表石墨的是 ,其中每个六元环平均占有的碳原子数为 。
(3)其中表示NaCl的是 ,NaCl晶体中每个Na+周围与它最近且等距离的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。
【答案】(1)D 4 共价 (2)E 2 (3)A 12
(4)C 离子 8 (5)B 分子 12
【解析】根据不同物质晶体的结构特点来分析各图形所代表的物质。NaCl晶胞是立方单元,每个Na+与6个Cl-紧邻,每个Cl-又与6个Na+紧邻,每个Na+周围与其最近且等距离的Na+有12个。CsCl晶体由Cs+、Cl-构成体心立方结构。干冰也是立方体结构,在立方体每个顶点和面心都有1个CO2分子,所以每个CO2分子在三维空间里与其紧邻的CO2分子有12个。金刚石中每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层结构中每个碳原子紧邻3个碳原子,即每个正六边形占有的碳原子数是6×1/3=2。
【学科素养拔高练】
16．钛(Ti)、钒(V)、镍(Ni)、镧(La)等在储氢材料方面具有广泛的用途。下图Ⅰ、Ⅱ是一些晶体材料的结构示意图。
请回答下列问题:
(1)写出基态镍原子的核外电子排布式: 。
(2)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表。某合金储氢后的晶胞如图Ⅰ所示,该合金的化学式为 ,1 mol镧形成的该合金能储存 mol氢气。
(3)嫦娥三号卫星上的PTC元件(热敏电阻)的主要成分——钡钛矿晶体的晶胞结构如图Ⅱ所示,该晶体经X射线分析鉴定,重复单元为立方体,边长为 a cm。顶点位置被Ti4+所占据,体心位置被Ba2+所占据,所有棱心位置被O2-所占据。
①该晶体中的O元素与H元素形成的简单化合物的中心原子的杂化类型为 ,其分子的空间结构为 。
②写出该晶体的化学式: 。
③若该晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则a= 。
【答案】(1)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)
(2)LaNi5 3
(3)①sp3杂化 V形 ②BaTiO3 ③（ρNA/333）1/3cm
【解析】(1)Ni是28号元素,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。
(2)根据某合金储氢后的晶胞结构示意图可知,该晶胞中含有La:8×1/8=1、Ni:8×1/2+1=5,所以合金的化学式为LaNi5;1 mol该合金吸附氢气的物质的量是8 mol×1/4+2 mol×1/2=3 mol。
(3)①该晶体中的O元素与H元素形成的简单化合物是H2O,中心原子O原子的杂化类型为sp3杂化,其分子空间结构为V形;②根据晶胞结构示意图可知,一个晶胞中Ba2+的数目为1,Ti4+的数目为8×1/8=1,O2-的数目为12×1/4=3,所以该晶体的化学式是BaTiO3;③由于晶胞为立方体,边长为a cm,1 mol晶胞中含有1 mol BaTiO3,若该晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则根据晶体的密度为ρ g·cm-3,可得a=（ρNA/333）1/3cm。
