2020高中化学 专题三 微粒间作用力与物质性质 第一单元 金属键 金属晶体讲义+测试（含解析）苏教

-1-EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.第一单元金属键金属晶体[学习目标]1.了解金属键的含义，知道金属键的本质。认识金属键与金属物理性质的关系，了解金属晶体的共性。2.能列举金属晶体的堆积模型，并能运用堆积模型来描述和解释金属晶体的结构特点。3.通过金属键理论的研讨，培养终身学习的意识和严谨求实的科学态度。自主学习区对应学生用书P024一、金属键与金属晶体1.金属键2.金属晶体的物理通性物理通性解释导电性在外电场作用下，自由电子在金属内部发生□03定向移动，形成电流导热性通过□04自由电子的运动把能量从温度高的区域传到温度低的区域，从而使整块金属达到同样的温度延展性由于金属键无□05方向性，在外力作用下，金属原子之间发生相对滑动时，各层金属原子之间仍保持□06金属键的作用3.影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的主要因素有金属元素的原子半径、单位体积内自由电子的数目等。一般而言，金属元素的原子半径越□07小、单位体积内自由电子的数目越□08多，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。4.金属的原子化热(1)金属的原子化热是指□091_mol金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。(2)意义：衡量金属键的强弱。金属的原子化热数值越大，金属键越□10强。-2-5.合金一种□11金属与另一种或几种□12金属(或非金属)的融合体。二、金属晶体的原子堆积模型1.二维空间模型堆积方式□01非密置层□02密置层图示配位数462.三维空间模型堆积模型典例简单立方堆积□03钋(Po)□04体心立方堆积钠、钾、铬、钼、钨六方堆积□05镁、锌、钛□06面心立方堆积金、银、铜、铅三、晶胞1.概念：描述晶体结构特征的□01基本单元。2.结构：晶胞一般都是平行六面体，晶体是晶胞在空间□02连续重复延伸而形成。3.平行六面体晶胞中微粒数目的计算(1)晶胞的顶点原子是□038个晶胞共用。(2)晶胞棱上的原子是□044个晶胞共用。(3)晶胞面上的原子是□052个晶胞共用。(4)处于体心的原子完全属于该晶胞。下图是金属晶体的体心立方晶胞示意图。该晶胞中的金属原子个数为□068×18＋1＝2。-3-1.金属晶体都是纯净物吗？提示：金属晶体包括金属单质及其合金，合金是混合物。2.晶胞是否全是平行六面体？提示：不是。如有的晶胞呈六棱柱形。3.由晶胞构成的晶体，其化学式是否表示一个分子中原子的数目？提示：不是。只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。教师点拨区对应学生用书P025一、金属键和金属晶体1.金属键(1)含义：金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用。(2)成键微粒：金属阳离子和自由电子。(3)实质：从本质来看金属键是一种静电作用，不过它不是存在于特定的固定不变的正负电荷之间，而是广泛存在于晶体中的金属阳离子和自由电子之间。(4)特征：金属键没有方向性和饱和性。2.金属晶体的性质(1)导电性金属晶体中存在许多自由电子，这些自由电子的运动是没有方向性的，但在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动形成电流，所以金属容易导电。(2)导热性自由电子在运动时与金属离子(或原子)碰撞而引起能量的交换，从而使能量从温度高的部分传到温度低的部分，使整块金属达到相同的温度。(3)延展性大多数金属具有较好的延展性，与金属离子和自由电子之间的较强作用有关。当金属受到外力时，晶体中的各层金属原子就会发生相对滑动，由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性，受到外力后，相互作用没有被破坏，金属虽然发生了形变但不会导致断裂。(4)颜色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。而金属在粉末状态时，金属的晶面取向杂乱，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。-4-3.金属晶体熔、沸点高低的比较金属晶体中的金属键越强，金属的熔、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)一般来说，合金的熔沸点比其各成分金属的熔沸点低。(4)金属晶体熔点差别很大，如汞常温为液体，熔点很低(－38.9℃)，而铁等金属熔点很高(1535℃)。特别提醒金属晶体中只有金属阳离子，无阴离子。[练习与实践]1.金属键越强，金属的硬度越大，熔、沸点越高，且据研究表明，一般来说，金属原子半径越小，价电子数目越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是()A.镁的硬度小于铝B.镁的熔、沸点低于钙C.镁的硬度大于钾D.钙的熔、沸点高于钾答案B解析2.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自由电子，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(或原子)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-5-解析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。方法规律影响金属单质熔点、硬度的因素金属键的强弱与金属物理性质有关，一般情况下(同类型的金属晶体)，金属晶体的熔点、硬度等由金属阳离子的半径、所带的电荷数共同决定。二、金属晶体模型的四种结构堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数晶胞简单立方堆积Po(钋)52%6体心立方堆积Na、K、Fe68%8六方堆积Mg、Zn、Ti74%12面心立方堆积Cu、Ag、Au74%12特别提醒利用均摊法计算金属晶体的密度的方法-6-(1)首先利用均摊法确定一个晶胞中平均含有的原子数目。(2)其次确定金属原子的半径和晶胞边长之间的关系。具体方法是：根据晶胞中金属原子的位置，灵活运用数学上立体几何的对角线(体对角线或面对角线)和边长的关系，将金属原子的半径和晶胞的边长放在同一个直角三角形中，通过解直角三角形即可。(3)计算金属晶体的密度。首先求一个晶胞的质量：m＝NMNA，N表示一个晶胞中平均含有的金属原子数，M表示金属的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数。然后求金属晶体的密度：密度ρ＝mV，V表示一个晶胞的体积。[练习与实践]3.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.a为简单立方堆积，b为六方最密堆积，c为体心立方堆积，d为面心立方最密堆积B.每个晶胞含有的原子数分别为a：1个，b：2个，c：2个，d：4个C.晶胞中原子的配位数分别为a：6，b：8，c：8，d：12D.空间利用率的大小关系为abcd答案B解析a为简单立方堆积，b为体心立方堆积，c为六方最密堆积，d为面心立方最密堆积，A项错误；每个晶胞含有的原子数分别为a：8×18＝1个，b：8×18＋1＝2个，c：4×16＋4×112＋1＝2个，d：8×18＋6×12＝4个，B项正确；晶胞c中原子的配位数应为12，C项不正确；四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，所以D项不正确，应为d＝cba。4.晶胞即晶体中最小的重复单元。已知铜为面心立方晶体，其结构如图(Ⅰ)所示，面心立方的结构特征如图(Ⅱ)所示。若铜原子的半径为1.27×10－10m，试求铜金属晶体中的晶胞长度，即图(Ⅲ)中AB的长度。-7-答案3.59×10－10m解析AC之间的距离相当于4倍的Cu原子半径：AC＝4×1.27×10－10m。AB＝22AC≈3.59×10－10m。方法规律堆积原理和堆积模型(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)堆积模型二维空间模型非密置层简单立方堆积(Po)三维空间模型体心立方堆积(钾型)密置层六方最密堆积(镁型)面心立方最密堆积(铜型)三、晶胞1.晶胞的特点(1)晶胞一般是平行六面体，其三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定。(2)整个晶体就是晶胞按其周期性在三维空间重复排列而成。每个晶胞上下左右前后无隙并置地排列着与其一样的无数晶胞，决定了晶胞的8个顶角、平行的面以及平行的棱完全相同。2.晶胞中粒子数目的计算——均摊法如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有1n属于这个晶胞。-8-特别提醒晶胞中粒子个数的计算，其重要问题是正确分析晶胞中任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共用。[练习与实践]5.如图所示的甲、乙、丙三种晶体：试写出：(1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为________。(2)乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比是________。(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是________个。答案(1)X2Y(2)1∶3∶1(3)8解析晶胞任意位置上的一个粒子如果被n个晶胞所共有，那么每个晶胞对这个粒子分得的份额就是1n。顶点粒子在立方体中实占18，立方体面上粒子实占12，立方体棱边上粒子实占14，立方体内部粒子完全归晶胞所有。甲中X位于立方体体心，为1，Y位于立方体顶点，实际占有18×4＝12个；X∶Y＝1∶12＝2∶1，所以甲的化学式为X2Y。乙中A占有18×8＝1，B占有12-9-×6＝3，C占有1个，由此推出N(A)∶N(B)∶N(C)＝1∶3∶1。丙中D周围的E的个数与E周围D的个数相同，E周围有8个D，所以D周围有8个E。6.元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶体结构如图所示。(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为__________。(2)该晶体中Xn＋离子中n＝__________。(3)X元素的原子序数是__________。(4)晶体中每个N3－被______个等距离的Xn＋包围。答案(1)3∶1(2)1(3)29(4)6解析(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×14＝3个，N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×18＝1个，故其个数比为3∶1。(2)由晶体的化学式X3N知X的所带电荷为1。(3)因为K、L、M三个电子层充满，故为2、8、18，所以X的原子序数是29。(4)N3－位于晶胞顶角，故其被6个X＋在上、下、左、右、前、后包围。-10-本课小结1.金属键是指金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。2.金属晶体中，原子之间以金属键相结合，金属键的强弱决定金属晶体的熔点和硬度。3.金属原子在二维空间里有两种放置方式：密置层和非密置层。4.金属原子在三维空间里有四种堆积方式：简单立方堆积、体心立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积。学习效果检测对应学生用书P0271.下列叙述错误的是()A.构成金属的微粒是原子B.金属晶体内部都有自由电子C.金属晶体内自由电子分布均匀，不专属于某个特定的金属阳离子D.同一类晶体间，熔点差距最大的是金属晶体答案A解析金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，自由电子几乎均匀分布在金属晶体内，不专属于某一个或几个特定的金属阳离子。2.下列金属晶体中，自由电子与金属阳离子间的作用力最弱的是()A.NaB.KC.MgD.Al答案B解析离子半径最大的K＋与自由电子间形成的金属键最弱。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.金属原子的外围电子数少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答案D解析由于金属键没有方向性和饱和性才能吸引尽