专题3 第1单元 金属键 金属晶体.docx

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专题3第1单元金属键金属晶体

第一单元　金属键　金属晶体

1.了解金属键的含义，知道金属键的本质。

（重点）

2.认识金属键与金属物理性质的关系，了解金属晶体的共性。

3.能正确分析金属键的强弱。

4.了解金属晶体模型、晶胞的概念及金属晶体的堆积方式。

（难点）

金属键与金属特性

[基础·初探]

1.金属键

（1）概念：

金属离子与自由电子之间强烈的相互作用称为金属键。

（2）特征：

无饱和性也无方向性。

（3）金属键的强弱

①主要影响因素：

金属元素的原子半径、单位体积内自由电子的数目等。

②与金属键强弱有关的性质：

金属的硬度、熔点、沸点等（至少列举三种物理性质）。

2.金属特性

特性

解释

导电性

在外电场作用下，自由电子在金属内部发生定向移动，形成电流

导热性

通过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金属键的作用

（1）金属中的自由电子来源于金属原子的部分或全部自由电子。

（　　）

（2）金属的导电属于物理变化而电解质溶液导电属于化学变化。

（　　）

（3）金属晶体的熔点均较高。

（　　）

（4）金属的导电性与导热性均与自由电子有关。

（　　）

（5）金属受外力作用变形后仍保持金属键的作用。

（　　）

【答案】　

（1）√　

（2）√　（3）×　（4）√　（5）√

[核心·突破]

1.金属键

2.金属晶体的性质

3.金属键的强弱对金属物理性质的影响

（1）金属键的强弱比较：

金属键的强度主要取决于金属元素的原子半径和外围电子数，原子半径越大，外围电子数越少，金属键越弱。

（2）金属键对金属性质的影响

①金属键越强，金属熔、沸点越高。

②金属键越强，金属硬度越大。

③金属键越强，金属越难失电子。

如Na的金属键强于K，则Na比K难失电子，金属性Na比K弱。

[题组·冲关]

题组1　金属键的含义

1.下列关于金属的叙述中，不正确的是（　　）

A.金属键是金属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.金属中的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动

【解析】　从基本构成微粒的性质看，金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，特征都是无方向性和饱和性，自由电子是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。

【答案】　B

2.下列有关金属键的叙述错误的是（　　）

【导学号：

61480022】

A.金属键没有饱和性和方向性

B.金属键是金属离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用

C.金属键中的电子属于整块金属

D.金属的性质和金属固体的形成与金属键有关

【解析】　金属原子脱落下来的电子被所有原子所共有，从而把所有的金属原子维系在一起，故金属键无饱和性和方向性。

金属键是金属离子和自由电子之间的强烈作用，既包括金属离子与自由电子之间的静电吸引作用，也存在金属离子与自由电子之间的静电排斥作用。

金属键中的电子属于整块金属。

金属的性质及固体形成与金属键的强弱密切相关。

【答案】　B

题组2　金属的特性与熔、沸点比较

3.与金属的导电性和导热性有关的是（　　）

A.原子半径大小　　　B.最外层电子数

C.金属的活泼性.D.自由电子

【解析】　金属的导电性是由于自由电子在外加电场中的定向移动造成的。

金属的导热性是因为自由电子热运动的加剧会不断和金属离子碰撞而交换能量，使热能在金属中迅速传递。

【答案】　D

4.下列关于金属晶体的叙述正确的是（　　）

A.常温下，金属单质都以金属晶体形式存在

B.金属离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失

C.钙的熔、沸点低于钾

D.温度越高，金属的导电性越好

【解析】　A：

Hg在常温下为液态。

C：

r（Ca）K，所以金属键Ca>K，故熔、沸点Ca>K。

D：

金属的导电性随温度升高而降低。

【答案】　B

【温馨提醒】　

1.并非所有金属的熔点都较高，如汞在常温下为液体，熔点很低，为－38.9℃；碱金属元素的熔点都较低，KNa合金在常温下为液态。

2.合金的熔点低于其成分金属。

3.金属晶体中有阳离子，无阴离子。

4.主族金属元素原子单位体积内自由电子数多少，可通过价电子数的多少进行比较。

金属晶体

[基础·初探]

1.晶胞：

反映晶体结构特征的基本重复单位。

2.金属晶体

（1）概念：

金属阳离子和自由电子之间通过金属键结合而形成的晶体叫金属晶体。

（2）构成微粒：

金属阳离子和自由电子。

（3）微粒间的作用：

金属键。

（4）常见堆积方式

①平面内

金属原子在平面上（二维空间）紧密放置，可有两种排列方式。

其中方式a称为非密置层，方式b称为密置层。

②三维空间内

金属原子在三维空间按一定的规律堆积，有4种基本堆积方式。

堆积方式

图式

实例

简单立方堆积

钋

体心立方堆积

钠、钾、铬、钼、钨等

面心立方堆积

金、银、铜、铅等

六方堆积

镁、锌、钛等

3.合金

（1）定义

一种金属与另一种或几种金属（或非金属）的融合体。

（2）性能

①合金的熔点比各成分金属都要低；

②合金比各成分金属具有更好的硬度、强度和机械加工性能。

金属晶体绝大多数采用密堆积方式，为什么？

【提示】　由于金属键没有饱和性和方向性，金属原子能从各个方向相互靠近，彼此相切，紧密堆积成晶体，密堆积能充分利用空间，使晶体能量降低。

[合作·探究]

晶胞中粒子数目的计算方法探究——均摊法

1.长方体（正方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算

2.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）________。

（2）乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比________。

（3）丙晶体中每个D周围结合E的个数__________________________。

【提示】　

（1）X2Y　

（2）1∶3∶1　（3）8

3.在晶体中如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子属于某一晶胞的个数是多少？

【提示】　个。

[核心·突破]

1.晶胞的特点

（1）习惯采用的晶胞是平行六面体，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.晶胞粒子数计算的原则

（1）对于平行六面体晶胞；每个晶胞的上、下、左、右、前、后共有六个与之共面的晶胞。

如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。

（2）非长方体（正方体）晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点（1个碳原子）被三个六边形共有，则每个六边形占。

[题组·冲关]

题组1　金属晶体的堆积排列

1.如图所示为金属原子在二维空间里放置的两种方式，下列说法中正确的是（　　）

A.图（a）为非密置层，配位数为6

B.图（b）为密置层，配位数为4

C.图（a）在三维空间里堆积可得六方堆积和面心立方堆积

D.图（b）在三维空间里堆积仅得简单立方堆积

【解析】　金属原子在二维空间里有两种排列方式，一种是密置层排列，一种是非密置层排列。

密置层排列的空间利用率高，原子的配位数为6，非密置层的配位数较密置层小，为4。

由此可知，图中（a）为密置层，（b）为非密置层。

密置层在三维空间堆积可得到六方堆积和面心立方堆积两种堆积模型，非密置层在三维空间堆积可得简单立方堆积和体心立方堆积两种堆积模型。

所以，只有C选项正确。

【答案】　C

2.已知某金属单质晶体中（如碱金属）原子堆积方式如下图所示，则该堆积方式是（　　）

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

【答案】　B

题组2　晶胞中粒子的有关计算

3.下列有关晶胞的叙述，正确的是（　　）

A.晶胞是晶体中最小的结构重复单元

B.不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同

C.晶胞中的每一个粒子都完全属于该晶胞

D.已知晶胞的形成就可推知晶体的组成

【解析】　晶胞是晶体中重复出现的最小结构单元，不同的晶体中的晶胞的形状可能相同（空间构型相同），但晶胞的大小不同；晶胞中的粒子会与其他晶胞共用，并由共同的特征推断晶体的组成。

【答案】　A

4.最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。

鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。

该新型超导材料的一个晶胞（碳原子用小球“●”表示，镍原子用小球“○”表示，镁原子用大球“●”表示）如图所示，则该晶体的化学式为（　　）

【导学号：

61480023】

A.Mg2CNi3.B.MgC2Ni

C.MgCNi2.D.MgCNi3

【解析】　根据该晶体的结构知该晶胞内Mg原子数为8×＝1，C原子数为1，Ni原子数为6×＝3，所以该晶体的化学式为MgCNi3。

【答案】　D

5.铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝，广泛地应用于电气、机械制造、国防等领域。

回答下列问题：

（1）铜原子基态电子排布式为____________。

（2）用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。

对金属铜的测定得到以下结果：

晶胞为面心立方最密堆积，边长为361pm。

又知铜的密度为9.00g·cm－3，则铜晶胞的体积是______cm3，晶胞的质量是______g，阿伏加德罗常数为_________________[列式计算，已知Ar（Cu）＝63.6]。

【解析】　

（2）体积是a3；质量＝体积×密度；一个体心晶胞含4个原子，则摩尔质量＝四分之一×晶胞质量×NA，可求NA。

【答案】　

（1）1s22s22p63s23p63d104s1（或[Ar]3d104s1）

（2）4.70×10－23　4.23×10－22

NA＝＝6.01×1023mol－1

【规律方法】　　　　晶胞的一般计算公式

已知：

晶体密度（ρ）、晶胞体积（V）、晶胞含有的组成个数（n）和NA的有关计算公式：

NA＝M

如NaCl晶体：

NA＝58.5。