第二节金属晶体与离子晶体

第二节金属晶体与离子晶体

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。

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。

例1. 金属晶体的形成是因为晶体中存在(

)

①金属原子②金属离子③自由电子④阴离子

A. 只有① B. 只有③ C. ②③ D. ②④

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：C

3. 金属晶体的结构型式：

（1）特点：最常见的结构型式具有堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间等

特点。

（2）分类：Ca 、Al 、Cu 、Ag 、Au 等金属晶体属于A 1型最密堆积，Mg 、Zn 等金属晶体

属于A 3型最密堆积，A 2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

21

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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。

（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。

（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

（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：

Li>Na>K>Rb>Cs，Na

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：D

5. 合金及合金的优点

⑴合金：①定义：把两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。

②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。

⑵合金的不同类型及各自的性质特点

①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和硬度大。

②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

Ag 3Al 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。

③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。

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。

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：AD

2. 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1∶1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。

⑴NaCl 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。

⑵CsCl 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。

⑶ZnS 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；1＋12×1/4=4 Na 为：8×1/8﹢6×1/2=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

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

111问的图）：钠离子数：8×＋6×＝4；氯离子数：12×＋1824

＝4。

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∝q 1⋅q 2

r ，此外还与离子晶体的结构型式有关。

例5：NaF 、NaI 、MgO 晶体均为离子晶体，根据下列数据，这三种晶体的熔点高低顺

解析：离子晶体的熔点与离子键的强弱有关，而离子键的强弱可用晶格能来衡量。晶

格能∝q 1⋅

q 2

r ，即离子所带电荷数越多，离子间距离越小，晶格能越大，离子键越强，熔点

越高。故答案为B 。

答案：B

5. 离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性：

（1）离子晶体具有较高的熔点、沸点，难挥发。离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相

互作用（离子键），要克服离子间的相互作用力使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。 例6：离子晶体熔点的高低决定于晶体中阳离子与阴离子之间的静电引力，静电引力大

则熔点高，引力小则反之。试根据你学到的电学知识，判断KCl 、NaCl 、CaO 、BaO 四种晶

体熔点的高低顺序（ ）

A ．KCl>NaCl>BaO>CaO B ．NaCl>KCl>CaO>BaO

C ．CaO>BaO>NaCl>KCl D ．CaO>BaO>KCl>NaCl

解析：一般说来阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔、沸点越高。

答案：C

（2）离子晶体硬而脆。离子晶体中，阴阳离子间有较强的离子键，离子键表现出较强的硬度，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。

（3）离子晶体不导电，熔化或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量，克服了离子间的相互作用，成了自由移动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而导电。离子化合物溶于水时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子（或水合离子），在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。

（4）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、煤油）中。当把离子晶体放在水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的

例7：下列性质中，可以证明某化合物形成的晶体一定是离子晶体的是( )

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：熔融状态能导电的化合物形成的晶体一定是离子晶体。分子晶体和原子晶体熔融状态成为分子和原子，不导电。金属晶体在固态和熔融状态均能导电，但金属晶体是单质。

答案：D

本节主要介绍了两种典型的晶体类型金属晶体和离子晶体。构成这两种晶体的微粒类型不同，微粒间的作用力也不同，故性质有所不同。在学习过程中注意将两种晶体类型的构成微粒、化学键、堆积模型、物理性质等进行对比分析。

1、银是一种银白色的金属，但是在氯化银的分解实验中却观察到生成灰黑色的固体粉末，这是为什么？

对于这个问题的思考，应首先考虑金属晶体为什么呈现金属光泽，它源于金属晶体的结构：金属离子紧密堆积、规则排列且存在自由移动的电子。

由于金属晶体中金属原子以最紧密堆积状态排列，且存在可以自由移动的电子，所以，当光线照射到金属晶体表面时，自由电子可以吸收所有频率的射光，然后又很快辐射出各种频率的光，这就使得绝大多数金属呈现银灰色以至银白色光泽。

粉末状态的金属由许许多多微小的晶体组成，微小晶体的晶面取向杂乱，晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。氯化银分解时，得到的是粉末状的银，所以看上去是灰黑色的。

2. 金属晶体具有延展性，为什么离子晶体硬而脆不具有延展性？

金属晶体中层与层之间发生滑动过程中自由电子能够维系整个金

属键的存在。

离子晶体中阴、阳离子通过离子键结合在一起，半径大的离子采用等

径圆球的紧密堆积，半径小的离子填充在空隙中。受力时发生错位，使正

正离子“相切”、负负离子“相切”，彼此排斥，离子键失去作用，故离子晶体无延展性，如CaCO 3可用于雕刻，而不可用于锻造，即不具有延展性。

3. 金属无论在固态还是液态都可以导电，而离子晶体却不能导电，它只有溶于水后或者在熔融状态下才可以导电。如何来解释这一事实？

物质导电是因为物质中具有可自由移动的电荷。金属晶体是由金属离子和自由电子组成的，在固态时，金属离子不能自由移动，但自由电子是分布于整块金属晶体可以自由移动，因此在外加电场的作用下定向移动，产生电流；在熔融状态，除了自由电子外，金属离子变得也可以自由移动，因此可以导电。离子晶体是阳离子和阴离子组成的，在固态时，阴、阳离子只能在各自的位置作轻微的振动，不能改变位置，因此不能发生带电微粒的定向移动，所以固态的离子化合物不能导电；溶于水或者在熔融状态，阴、阳离子离解成可以自由移动的离子，可以传递电荷，因此具有导电性。

例1. 下列不属于金属晶体共性的是( )

A. 易导电 B. 易导热 C. 有延展性 D. 高熔点

解析：金属晶体共性的是易导电、易导热、有延展性，金属晶体的熔点差别较大，有的比原子晶体还高，有的比分子晶体还低。

答案：D

例2：要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是（ ）

A 、金属镁的硬度大于金属铝

B 、碱金属单质的熔、沸点从Li 到Cs 是逐渐增大的

C 、金属镁的熔点大于金属钠

D 、金属镁的硬度小于金属钙

解析：镁离子比铝离子的半径大而所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔、沸点和硬度都小；从Li 到Cs ，离子的半径是逐渐增大的，所带电荷相同，金属键逐渐减弱，熔、沸点和硬度都逐渐减小；因离子的半径小而所带电荷多，使金属镁比金属钠的金属键强，所以金属镁比金属钠的熔、沸点和硬度都大；因离子的半径小而所带电荷相同，使金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬度都大。

答案：C

例3. 金属晶体堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因是（ ）

A 、金属原子的价电子数少 B 、金属晶体中有自由电子

C 、金属原子的原子半径大 D 、金属键没有饱和性和方向性

解析：这是因为分别借助于没有方向性的金属键形成的金属晶体的结构中，都趋向于使原子吸引尽可能多的原子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。

答案：D

例4. 如图是CsCl 晶体的晶胞（晶体中最小重复单元），已知晶体中两个最近的Cs + 核间距为a cm，氯化铯的式量为M ，N A 为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为（ ）

Ma 38M -3g ⋅cm g ⋅cm -3

3A. N A a B. 8N A

Ma 3M -3-3g ⋅cm g ⋅cm 3C. N A a D. N A

解析：解法一：晶体的密度等于晶体的质量与晶体在该质量下的体积

晶体的摩尔质量

的比值（即晶体的密度=晶体的摩尔体积），据式量可知，1mol CsCl的质量为M 克，故需求出1mol CsCl的体积。因晶体是由晶胞构成的，而1个CsCl 晶胞的体积为a 3 cm 3。因此，此题解题的关键是找出1mol CsCl晶体中的晶胞数目，由晶胞的示意图可知，1个晶胞中含1个Cs + 和1个Cl ˉ，所以，在1molCsCl 晶体中含N A 个的晶胞。由此可得，晶体的密度Mg/molM 3=g/cm333为a cm ⨯N A /molN A a 。

解法二：一个晶胞的体积为a 3 cm 3，若求出一个晶胞的质量，则可以求出晶胞的密度，也就是晶体的密度（因为晶胞是晶体中最小的结构单元）。根据晶胞的结构示意图可知，1

+个晶胞中含1个Cs 和1个Cl ˉ，所以一个晶胞的质量也就是1个Cs + 和1个Cl ˉ的质量，CsCl 的摩尔质量M Cs +的摩尔质量Cl -的摩尔质量N A N A N A 所以晶胞的质量为+，即=N A ，因此也

可得出晶体的密度。

例5. 下列各类化合物中，固态时只能形成离子晶体的是（ ）

A 、非金属氧化物 B 、非金属单质 C 、强酸 D 、强碱

解析：根据分类标准，纯净物可分为单质和化合物，

单质又分为金属单质与非金属单质，

化合物可以分为离子化合物和共价化合物，在这四类物质中，金属单质形成的晶体一定是金属晶体，离子化合物形成的晶体一定是离子晶体，非金属单质与共价化合物形成的晶体可能是分子晶体，也可能是原子晶体。非金属氧化物、强酸都属于共价化合物，强碱属于离子化合物。

答案：D

例6同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：

A 组物质 NaCl KCl CsCl B组物质 Na Mg Al

熔点（K ） 1074 1049 918 熔点（K ） 317 923 933

解析：晶体熔、沸点的变化规律，首先要明确晶体属于哪一种晶体类型，这一类型的晶体中存在怎样的相互作用。因为相互作用的强弱影响着晶体熔、沸点的高低。

晶体熔点、沸点的高低，决定于组成晶体微粒间的作用力的大小。

A 组为离子晶体，离子之间存在离子键，强度可借助库仑定律比较：F=

+++q 1q 2r 2，由于NaCl 、KCl 、CsCl 中的阴、阳离子所带电荷数相等，而r （Na ）F

（KCl ）>F(CsCl)，离子键越来越弱，故熔点是逐渐降低的。

+2+3++B 组为金属晶体，是由金属键相互结合而成的，因为q(Na)

2+3++2+3+r(Mg)> r(Al) ，所以F(Na)MgO；NaCl>CsCl等。

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，晶体的熔沸点越高。

1. 离子晶体和金属晶体熔点高低比较

离子晶体的熔沸点与离子键有关，离子键与阴、阳离子所带电荷多少及半径大小有关，一般来说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔沸点越高，如熔沸点：Al 2O 3>MgO；NaCl>CsCl等。

金属晶体的熔沸点与金属键的强弱有关，金属键与金属离子所带电荷多少及半径大小有关，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，晶体的熔沸点越高。

2. 常见的金属晶体和离子晶体举例

常见的离子晶体有：

强碱：KOH 、Ca(OH)2 、NaOH 、Ba(OH)2等。

大部分盐类：NaCl 、CaF 2、Na 2SO 4、CH 3COONa 、NH 4Cl 等。

某些金属氧化物：CaO 、K 2O 等

常见的金属晶体有：金属和合金

基础强化：

1. （2004·上海）离子晶体不可能具有的性质是( )

A. 较高的熔、沸点 B. 良好的导电性

C. 溶于极性溶剂 D. 坚硬而易粉碎

解析：离子晶体是阴、阳离子通过离子键结合而成的，在固态时，阴、阳离子受到彼此的束缚不能自由移动，因而不导电。只有在离子晶体溶于水或熔融后，电离成可以自由移动的阴、阳离子，才可以导电。

答案：B

2. 由短周期元素构成的离子化合物中，一个阳离子和一个阴离子的核外电子数之和为20，下列说法正确的是

A ．晶体中阳离子和阴离子个数不一定相等

B ．晶体中一定只有离子键而没有共价键

C ．所含元素一定不在同一周期也不在第一周期

D ．晶体中阳离子半径一定大于阴离子半径

解析：短周期元素形成的一个阳离子和一个阴离子的核外电子数之和为20，可能的阳离子为Li 、Be 、Na 、Mg 2+、Al +2++3+，阴离子可能是N 、O 3-2-、F 、S -2-、Cl 这-些阴、阳离子组合成的离子化合物中，阴、阳离子个数不一定相等，所以选项A 正确；这

2-些阴、阳离子中一定只有离子键而没有共价键错误，因为O 2中有共价键；从以上分析可知，

元素可以在同一周期，如Be 与O 元素同在第二周期，选项C 不正确；晶体中阳离子半径不一定大于阴离子半径，如Na 半径比O +2-半径小。

答案：A

3. 离子晶体通常具有的性质是（ ）。

A 、熔点、沸点都较高，难于挥发 B 、硬度很小，容易变形

C 、都能溶于有机溶剂而难溶于水 D 、密度很小

解析：离子晶体中的阴、阳离子通过一种强烈的相互作用——离子键结合在一起，离子键的键能较大，且极性很强，除了有些在极性溶剂中容易断裂外，其他的必须在高温下才能断裂，所以其熔点、沸点都较高不挥发，硬度很大，不易变形，难溶于有机溶剂；又因为在离子晶体中，较大的离子采取密堆积型式，较小离子填隙，所以密度一般都较大。

答案：C

4. 下列物质容易导电的是 （ ）

A ．熔融的氯化钠 B. 硝酸钾溶液 C ．硫酸铜晶体 D. 无水乙醇

解析：离子晶体是阴、阳离子通过离子键结合而成的，在固态时，阴、阳离子受到彼此的束缚不能自由移动，因而不导电。只有在离子晶体溶于水或熔融后，电离成可以自由移动的阴、阳离子，才可以导电。无水乙醇是非电解质，不导电。

答案：C

5. 下列说法中，不正确的是（ ）

A 、离子晶体中不一定含有金属离子

B 、在含有阳离子的化合物的晶体中，一定含有阴离子

C 、含有金属元素的离子不一定是阳离子

D 、金属晶体中原子的堆积方式都是A 3或A 1型最密堆积

解析：离子晶体中不一定含有金属离子，如氯化铵晶体；金属晶体中只含有阳离子而没有阴离子，但此选项说的是化合物，含有阳离子的化合物只能是离子化合物，必定含有阴离

--子；含有金属元素的离子不一定是阳离子，如MnO 4或[Al(OH)4]等；金属晶体中也存在非最

密堆积型式，如A 2型密堆积，配位数只有八个。

答案：D

6. 关于金属晶体的六方最密堆积的结构型式的叙述正确的是（ ）。

A 、晶胞是六棱柱 B 、晶胞是六面体

C 、每个晶胞中含4个原子 D 、每个晶胞中含17个原子

解析：金属晶体的六方最密堆积结构型式的晶胞是六棱柱的3——平行六面体，有8个顶点和1个内部原子，晶胞中绝对占有2个原子。

答案：B

7. 金属能导电的原因是（ ）

A 、金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱 B 、金属晶体中的自由电子在外加电场作用下发生定向移动 C 、金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动 D 、金属晶体在外加电场作用下可失去电子

解析：金属原子失去电子后变为金属离子，失去的电子称为自由电子，自由电子可以在金属晶体中自由移动，在外加电场的作用下，自由电子就会定向移动而形成电流。

答案：B

+-8. 氯化铯晶胞（晶体中重复的结构单元）如图（1）所示，该晶体中Cs 与Cl 的个数比为

1:1，化学式为CsCl 。若某晶体晶胞结构简式如图（2）所示，其中含有A 、B 、C 三种元素的微粒，则该晶体中A 、B 、C 的微粒个数比为（ ）。

（1） （2）

A 、8:6:1 B 、4:3:1 C 、1:6:1 D 、1:3:1

解析：根据晶胞中微粒的计算方法，该晶胞中所含有的三种微粒分别A: 8×8=1，B ：6×2=3，C ：1×1=1，所以个数比A:B:C=1:3:1。

答案：D

9. 下列各指定微粒的数目之比不是1∶1的是( ) A.Na 2O 2晶体中的阴离子和阳离子

B.NaHCO 3晶体中的钠离子和碳酸氢根离子 C. 2412Mg 2+离子中的质子和中子

D. 常温下，pH ＝7的氯化铵溶液中的铵根离子和氯离子

－＋

解析：Na 2O 2晶体中的阴离子（O 22）和阳离子数目（Na ）之比是1∶2；常温下pH

＋＋－－

＝7，说明溶液呈中性，则根据电荷守恒C （NH 4）＋C （H ）＝C （Cl ）＋C （OH ），而

＋－＋－

C （H ）＝C （OH ）所以C （NH 4）＝C （Cl ）。

答案：A

10. 如图所示，食盐晶体由钠离子和氯离子构成。已知食盐的M ＝58.5 g·mol -1 ，食盐的密度是2.2 g ·cm -3 ，阿伏加德罗常数为6.0×1023 mol -1 ，在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近下列哪个数据（ ）

－

A ．3.0×108cm

－

B ．3.5×108cm

－

C ．4.0×108cm

－

D ．5.0×108cm

解析：从图中可看出，顶点上的每个离子同为8个小立方体所共有，NaCl 晶体的一个晶胞中有Na ：8×+6×2=4个，有Cl ：12×4+1=4个，即晶体为4个“NaCl 分子”所占的体积。设每个小立方体的边长为a 。则(2a3×2.2 g·cm -3) ×6.0×1023 mol-1=58.5 g·mol -1。所以，两个距离最近的钠离子中心间的距离为2a=4.0×10cm 。

-8

+

1

－

1

答案：C 。

11、1986年，在瑞士苏黎世工作的两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体，使超导研究工作取得了突破性进展，为此两位科学家也获得了1987年的诺贝尔物理学奖，该化合物被称为苏黎世化合物。实验测定表明，其晶胞结构如右图所示，根据晶胞结构，推算晶体化学式 。

解析：观察晶体结构示意图，1个Y 原子位于晶胞的中心，完全属于 该晶胞；两个Ba 原子同样也是全属于该晶胞，有12个O 原子位于晶胞的棱

上，为四个晶胞所共用，属于该晶胞的个数为：12×4=3，有8个O 原子位于晶胞面上，为两个晶胞共用，属于该晶胞的个数为：8×2=4，每个晶胞中的O 原子个数为7个，有8个Cu 原子位于晶胞顶点上，为8个晶胞所共用，属于该晶胞的个数为8×=1，有8个Cu 原子位于晶胞棱上，属于该晶胞个数为8×4=2，每个晶胞的Cu 的个数为3。不难得出晶体的化学式为YBa 2Cu 3O 7 。

答案：YBa 2Cu 3O 7 综合应用：

12. （2005·滨州）某固体仅有一种元素组成，其密度为5.0 g·cm -3。用X 射线研究该固体的结构时得知：在边长为10-7cm 的正方体中含有20个原子，则此元素的相对原子质量最接近于下列数据中的( )

A.32 B.120 C.150 D.180

解析：一个正方体的体积为（10-7）3=10-21cm 3, 质量为5×10-21g, 则1 mol 该元素原子的质量为5×10-21/20×6.02×1023=150.5 g其数值与该元素的相对原子质量相等，所以选C 。

答案：C

13. （2005·海淀）萤石(CaF2) 晶体属于立方晶系，萤石中每个Ca 2+被8个F -所包围，则每个F -周围最近距离的Ca 2+数目为( )

A 、2 B 、4 C 、 6 D 、8

解析：萤石(CaF2) 中Ca 2+和F -的数目之比为1∶2，Ca 2+被8个F -所包围，配为数是8，F -的配位数应为4，所以每个F -周围最近距离的Ca 2+数目为4。

答案：B

14. 下面列出的是一些离子晶体空间结构示意图（○阴离子，●阳离子）：用M 和N 分别代表阳离子和阴离子，分别写出各离子晶体的化学式：

1

A ： B ：

184⨯84⨯

C ： D ：

118⨯+1⨯814⨯+2⨯22

解析：A 中M 与N 的个数比为

=；B 中M 与N 的个数比为

1

1

=；C 中M 与

3

2

4⨯

N 的个数比为

111⨯1

1

8⨯=。 ==；D 中M 与N 的个数比为1

11⨯211

答案：MN M2N 3 MN2 MN

15. 下图所示是三种常见AB 型离子晶体的晶胞[设三个立方体的边长分别为a 、b 、c （单位为cm ）]，请计算三种晶体密度。

+- +- 2+2- ○Cs ●Cl ○Na ●Cl ○Zn ●S

CsCl型 NaCl型 立方ZnS 型

解析：要求密度，需知道对应一定量物质的质量和体积，一般可以取1mol 物质为研究对象。三种物质的摩尔质量很容易可以算出，关键要准确地表达出各物质的摩尔体积。一个晶胞的体积很容易算出，需要算出1mol 该晶体含有几个晶胞。对于CsCl 来说，1mol 含有

－+－+

N A 个Cl （或Cs ），又一个晶胞中含有1个Cl (或Cs ) ，所以1mol 该晶体含有N A 个晶胞。

N A

同样的道理，可以算出1mol NaCl晶体和1mol ZnS晶体中含有晶胞的个数分别为4和

N A 4

。

答案：ρ(CsCl)= m =

6. 02⨯10a 3⨯

1

g ·cm =

-3

-22

a g ·cm

-3

ρ(NaCl)= m =

102336. 02⨯b ⨯

4

g·cm =

-3

3. 89⨯10-22

b 3

g·cm

-3

ρ(ZnS)= m =

97

6. 02⨯1023c 3⨯

4

g·cm =

-3

-22

c 3

g·cm

-3

创新拓展：

16. 最近发现一种由钛（Ti ）原子和碳原子构成的气态团簇分子，分子模型如图所示，．．．．．．其中圆圈表示钛原子，黑点表示碳原子，则它的化学式为（ ）

A.TiC B. T i 13C 14 C. Ti 4C 7 D. T i

14C 13

解析：此题一定要注意此结构为一个具有规则结构的大分子，不是晶胞。在这个题目中，我们只需数出两种原子的数目就可以了（Ti 14C 13）。

答案：D

17、910℃以下铁为α型体心立方晶胞，910℃以上铁转变为γ型面心立方晶胞。两种晶体中最相邻的铁原子间距离相同。求转变温度时两者的密度比。

解析：在体心立方晶胞中，立方体的体心和8个顶角各有1个铁原子，

晶胞中含Fe 原子数计算如下：8个顶角Fe 原子分别为8个晶胞共有，所以属于这个晶胞的Fe 原子数为8×8=1，体心Fe 原子为这个晶胞独有，所有每个晶胞中含有2个Fe 原子。在体心立方晶胞中，最邻近Fe 原子为顶角与体心Fe 原子，设距离为a ，则晶胞边长为3。又设Fe 原子质量为m ，则其密度为ρ

(体心)

1

2a

=

2m ⎛2a ⎫

⎪⎝3⎭

3

。

在面心立方晶胞中，立方体的8个顶角和6个面心各有1个Fe 原子，晶胞中含Fe 原子数可算得：8×8+6×2=4，即含4个Fe 原子。在面心立方晶胞中，最邻近Fe 原子为顶角与面心的Fe 原子，其距离亦为a ，所以晶胞边长为2a ，密度为ρ

(体心)

=

4m 2a

。

答案：

ρ(体心)

ρ(面心)

=

2m

⎛⎫

a ⎪ ⎪

⎝⎭

4m

2a

=4m ·

⎛⎝

2a a

3

⎫⎪⎭

3

=0.92。

18. 研究离子晶体，常考查1个离子为中心时其周围不同距离的离子对它的吸引和排斥

+-+

的静电作用力。设NaCl 晶体中Na 与 离它最近的Cl 之间的距离为d, 以其中1个Na 为中心，

+

其他离子可看做围绕此Na 分层排布，则：

（1）第二层离子是 离子，有 个，离中心离子的距离为 。 （2）纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它具有许多特殊性质的根本原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好和NaCl 晶胞的相同，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比。

（3）假设某氯化钠颗粒也是立方体，但其边长为NaCl 晶胞边长的10倍，试估算表面原子占总原子数的百分比。

－

解析：解本题时，要弄清NaCl 晶体的排列规则，如图所示，●为Cl ，++-×为Na ，Na 处于立方体的中心和12条棱的中心，Cl 处于立方体的顶点和面

+—+

心。离中心Na 最近的是6个处于面心的Cl （第一层），其次近的是12个Na

+-（第二层）。将Na 和Cl 均看成小球，它们的间距为d ，则在1个NaCl 晶胞中

共有小球3×3×3=27个，其中只有1个处于体心，另外26个都在表面上，所以表面原子占原子总数的百分比是很容易得出。假设将晶胞的立方体边长扩大为原来的10倍，从其表面图可以看出，晶体的边长为20d ，可放2×

3

10+1=21个小球，所以共有21=9 261个小球；其中，顶点8个，棱心：21-2=19

22

个，面心：19=361个。所以，表面球为8+19×12+19×6=2 402个。由此得到答案为9261×100%=26%。

2402

+

答案：（1）Na 12 2d （2）27×100%=96%

27-1

8+19⨯12+192⨯6

×100%=26%

（3）213

1.AC 2.A 3.C,D 4.

5. （1）金属键在整个晶体的范围內起作用，而且金属键一般都较强，因此使金属键断裂比

较困难。由于金属晶体通常采用密堆积方式，在锻压或捶打时，密堆积层的阳离子之间比较容易产生滑动，这种滑动不会破坏密堆积的排列型式。

（2）由于离子晶体的密堆积形式与金属晶体不同，在锻压或捶打时，容易破坏离子键，使离子键容易断裂。

6. 由于离子晶体中的离子键是阴阳离子之间的相互作用，不是一个或两个之间，而是所有相邻的离子之间的相互作用，故离子晶体中不存在单个分子。 7. 离子晶体的熔沸点的高低与离子键的强弱有关，而离子键的强弱又是晶格能决定。晶格能的绝对值随着离子间距的减小而增大，另外还与阴阳离子所带电荷数成正比，故氧化钙的熔点大于氯化钠的熔点。

8. 由数据可知离子间距越大，晶格能的绝对值越小，熔沸点越高。晶格能的大小与阴阳离子间的距离成反比。

＋－

9. （1）8 8 （2）1个Cs 和1个Cl

3－3

10. （1）62.0/a g•cm （2）6：91

美开发出可重复使用的催化剂

美国布鲁克海艾国立实验室的化学家开发出一种新型钨基催化剂，这种催化剂可使化学反应中的几种反应物完全反应，全部转化为所需产物，且这种催化剂很容易回收并可重复使用，不产生任何废弃物。该成果的取得是向绿色化学迈出的一大步。

据悉:"该催化剂在合成诸如药物及杀虫剂等多种有机化合物时，不需要采用溶剂。" 它可将所有反应物质完全转换成产物，而不需进行另外的分离、提纯等方法去掉残余金属催化剂，这对制药工业具有特别重大的意义。" 避免采用溶剂是防止化学制造过程中产生废物的重要方法。而这种催化剂用两种方式达到上述目标:首先，它溶解在反应物中; 其次，该催化剂在反应结束时，以固体形式沉淀出。这样，就不需要用溶剂或采用另外步骤将催化剂同产品分离开来。你仅仅需要将产物倒在另一个容器中，而剩下的固体催化剂可再一次使用。"

《金属键理论及其金属通性的解释》 《金属为什么有颜色和光泽》