2019-2020学年高中化学 第三章 第三节 金属晶体课件 新人教版选修3

第三章晶体结构与性质1.宏观辨识与微观探析：能辨识常见的金属晶体，能从微观角度分析金属晶体中的构成微粒及微粒间的相互作用。2.证据推理与模型认知：能利用金属晶体的通性推导晶体类型，从而理解金属晶体中各微粒之间的作用，理解金属晶体的堆积模型，并能用均摊法分析其晶胞结构。核心素养发展目标达标检测检测评价达标过关新知导学启迪思维探究规律内容索引NEIRONGSUOYIN新知导学XINZHIDAOXUE01一、金属键和金属晶体答案1.金属键(1)概念：与之间的强烈的相互作用。(2)实质：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起，形成一种“巨分子”。(3)特征：金属键没有性和性。金属阳离子自由电子电子气方向饱和2.金属晶体(1)金属晶体通过与之间的较强作用形成的晶体，叫做金属晶体。(2)用电子气理论解释金属的性质金属阳离子自由电子相对滑动排列方式定向移动能量答案相关视频归纳总结(1)金属单质和合金都属于金属晶体。(2)金属晶体中含有金属阳离子，但没有阴离子。(3)金属导电的微粒是自由电子，电解质溶液导电的微粒是自由移动的阳离子和阴离子；前者导电过程中不生成新物质，为物理变化，后者导电过程中有新物质生成，为化学变化。因而，二者导电的本质不同。例1下列关于金属键的叙述中，不正确的是A.金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用，其实质与离子键类似，也是一种电性作用B.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性C.金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用，故金属键无饱和性和方向性D.构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动√答案解析例2下列各组金属熔点高低顺序正确的是A.MgAlCaB.AlNaLiC.AlMgCaD.MgBaAl解析电荷数Al3＋Mg2＋＝Ca2＋＝Ba2＋Li＋＝Na＋，金属阳离子半径：r(Ba2＋)r(Ca2＋)r(Na＋)r(Mg2＋)r(Al3＋)r(Li＋)，故C正确，A错误；B中LiNa，D中AlMgBa。答案解析√方法规律(1)金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，自由电子越多，金属键越强，金属晶体的熔点越高。如K＜Na＜Mg＜Al，Li＞Na＞K＞Rb。(2)一般合金的熔点低于各成分金属的熔点。二、金属晶体的堆积方式1.二维空间的堆积模型金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即二维空间里)，可有两种方式——(a)和(b)(如下图所示)，其配位数分别为和。答案非密置层密置层462.三维空间模型三维空间模型三维空间堆积图示说明非密置层在三维空间堆积简单立方堆积相邻非密置层原子的原子核在________的堆积，空间利用率太低，只有金属(Po)采用这种堆积方式体心立方堆积将上层金属原子填入下层金属原子形成的凹穴中，并使非密置层的原子稍稍分离，每层均照此堆积。这种堆积方式所得的晶胞是一个含有两个原子的立方体，一个原子在立方体的，另一个原子在立方体的，其空间利用率比简单立方堆积，碱金属属于这种堆积方式答案同一直线上钋顶角体心高密置层在三维空间堆积六方最密堆积按ABABAB……的方式堆积面心立方最密堆积按ABCABCABC……的方式堆积相关视频3.常见的堆积模型三种典型结构型式面心立方最密堆积体心立方堆积六方最密堆积常见金属Cu、Au、AgNa、K、FeMg、Zn、Ti结构示意图答案晶胞配位数____________空间利用率____68%74%每个晶胞所含原子数____________1281274%422相关视频特别提醒(1)堆积原理：组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性和饱和性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。(2)六方最密堆积的晶胞是平行六面体但不是立方体，底面中的角度不是90°，而是60°和120°，晶胞内的原子不是在晶胞的中心。相关视频解析A项，金属晶体中的原子在二维空间只有非密置层和密置层两种放置方式；B项，非密置层在三维空间可以形成简单立方堆积和体心立方堆积两种堆积方式，其配位数分别是6和8；D项，金属晶体中的原子在三维空间有四种堆积方式，其中六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率较高。例3(2019·沈阳高二检测)下列关于金属晶体的堆积模型的说法正确的是A.金属晶体中的原子在二维空间有三种放置方式B.金属晶体中非密置层在三维空间可形成两种堆积方式，其配位数都是6C.六方最密堆积和面心立方最密堆积是密置层在三维空间形成的两种堆积方式D.金属晶体中的原子在三维空间的堆积有多种方式，其空间利用率相同√答案解析解析根据晶胞结构可知，金晶胞中含有金原子数目为8×18＋6×12＝4。求：(1)金晶体中最小的一个立方体含有________个金原子。例4金属金的晶胞结构是面心立方体，立方体的每个面上5个金原子紧密堆积(如图，其余各面省略)，金原子半径为Acm。答案解析4(2)金的密度为__________g·cm－3(用带A的计算式表示)。答案解析解析金原子半径为Acm，则晶胞中面对角线是4Acm，所以晶胞的边长是22Acm，19742A3NA所以(22A)3·ρ197×NA＝4，解得ρ＝4×197(22A)3·NA。(3)金原子空间占有率为____________(Au的相对原子质量为197)。答案解析解析晶胞的体积是(22A)3cm3，而金原子占有的体积是4×43πA3cm3，所以金原子空间占有率为4×43πA3(22A)3×100%＝4×43π(22)3×100%≈74%。0.74(或74%)1.结构特点——层状结构(1)同层内，碳原子采用杂化，以相结合形成平面网状结构。所有碳原子的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。(2)层与层之间以相结合。2.晶体类型石墨晶体中，既有，又有和，属于。三、混合晶体——石墨答案sp2共价键正六边形范德华力共价键金属键范德华力混合晶体归纳总结石墨的性质(1)导电性、导热性：石墨晶体中，形成大π键的电子可以在整个碳原子平面上运动，比较自由，相当于金属中的自由电子，类似金属键的性质，所以石墨能导电、导热，并且沿层的平行方向导电性强，这也是晶体各向异性的表现。(2)润滑性：石墨层间作用力为范德华力，结合力弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性，因而可以作润滑剂、铅笔芯等。例5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：答案解析回答下列问题：(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__________。同素异形体解析金刚石、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)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为____、____。答案解析sp3sp2解析在金刚石中，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)C60属于______晶体，石墨属于_____晶体。解析一个“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。答案解析分子混合(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142pm，而金刚石中C—C键的键长为154pm。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。答案解析σσπ(或大π或p-pπ)返回学习小结达标检测DABIAOJIANCE021.正误判断(1)常温下，金属单质都以晶体形式存在()(2)固态时能导电是判断金属晶体的标志()(3)金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用()(4)金属晶体的熔点一定比分子晶体高()(5)金属键的强弱决定金属晶体的熔点和硬度()(6)金属晶体的堆积模型仅与金属原子半径有关()(7)石墨为混合晶体，层与层之间存在分子间作用力，故熔点低于金刚石()答案123456××××√××72.(2019·龙岩高二月考)金属键的实质是A.自由电子与金属阳离子之间的相互作用B.金属原子与金属原子间的相互作用C.金属阳离子与阴离子的吸引力D.自由电子与金属原子之间的相互作用解析金属晶体由金属阳离子与自由电子构成，微粒间的作用力称为金属键。√答案解析12345673.(2018·四川中江龙台中学高二月考)金属晶体的形成是因为晶体中存在A.金属离子间的相互作用B.金属原子间的相互作用C.金属阳离子与自由电子间的相互作用D.自由电子间的相互作用√答案1234567电子气理论可以用来解释金属的性质，其中正确的是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，但自由电子可以起到润滑的作用，使金属不会断裂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.下图是金属晶体内部电子气理论图√123456答案解析75.根据下列晶体的相关性质，判断可能属于金属晶体的是答案解析123456选项晶体的相关性质A由分子间作用力结合而成，熔点低B固态或熔融态时易导电，熔点在1000℃左右C由共价键结合成空间网状结构，熔点高D固体不导电，但溶于水或熔融后能导电√7解析石墨烯是平面结构，碳原子的杂化方式为sp2杂化，故A错误；石墨烯中平均每个六元碳环含有2个碳原子，故B错误；从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力，不破坏化学键，故C错误；石墨烯具有导电性，故D正确。6.(2018·南昌一中期中)石墨烯是从石墨材料中剥离出来的由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。其结构如图：下列有关说法正确的是A.石墨烯中碳原子的杂化方式为sp3杂化B.石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子C.从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键D.石墨烯具有导电性123456√答案解析7简单立方堆积的空间利用率为52%，体心立方堆积的空间利用率为68%，六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率均为74%，D项错误。7.金属铜的晶胞结构如图所示，下列有关说法正确的是A.金属钋也采取这种堆积方式B.这种堆积方式中，金属原子的配位数为8C.每个晶胞中含有4个Cu原子D.这种堆积方式的空间利用率较低根据“均摊法”，该晶胞中含有的Cu原子数为8×18＋6×12＝4，C项正确；解析Po采取简单立方堆积，A项错误；在面心立方最密堆积中，金属原子的配位数为12，B项错误；123456√返回答案解析7