学年苏教版化学选修三新素养同步学案专题3第一单元金属键金属晶体Word版含答案.docx
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学年苏教版化学选修三新素养同步学案专题3第一单元金属键金属晶体Word版含答案
1•了解晶胞的概念。
2•了解金属
晶体模型和金属键的本质。
3•认识金属键与金属物理性质的辩证关系。
4.了解金属晶体内原子的几种常见排列方式。
5•认识合金及其广泛应用。
1.金属键
（1）金属离子和自由电子的形成
通常情况下，金属原子的部分或全部外围电子受原子核的束缚比较弱，在金属晶体内部，
它们可以从原子上“脱落”下来,形成自由流动的电子。
金属原子失去部分或全部外围电子
形成金属离子。
（2）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.金属特性
⑴导电性
通常情况下，金属内部自由电子的运动不具有固定的方向性，但在外电场作用下，自由
电子在金属内部会发生定向运动，从而形成电流。
（2）导热性
当金属某一部分受热时，该区域里自由电子的能量增加，运动速率加快，自由电子与金属离子（或金属原子）的碰撞频率增加，自由电子把能量传给金属离子（或金属原子）。
从而把
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。
⑶延展性
金属键没有方向性。
在外力作用下，金属原子之间发生相对滑动时，各层金属原子间仍
然保持金属键的作用。
1•判断正误（正确的打“V”，错误的打“X”）。
（1）不存在只有阳离子，而没有阴离子的物质。
（）
（2）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。
（）
（3）金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键也被破坏。
（）
（4）金属有导热性。
（）
（5）金属原子半径越小，价电子数越多，其金属单质熔、沸点越高，硬度越大。
（）
答案：
（1）X
（2）X（3）X⑷V（5）V
2.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强烈的相互作用
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，所以有方向性
和饱和性
C.金属键无饱和性和方向性
D.金属锂中的金属键比金属钠中的金属键强
答案：
B
1.
2.金属晶体的熔点变化规律
（-38.9C），而钨
金属晶体熔点变化差别较大。
例如：
汞在常温下是液体，熔点很低的熔点高达3000C以上。
这与金属键的强弱密切相关。
一般情况下（同类型的金属晶体），金属晶体的熔点由金属阳离子半径、所带的电荷数、自由电子的多少决定。
阳离子半径越小，所带的电荷越多，自由电子越多，相互作用就越大,熔点就会越高。
例如：
熔点KvNavMgvAl,Li>Na>K>Rb>Cs。
（1）下列叙述中正确的是。
A•金属受外力作用时常常发生变形而不易折断是由于金属原子之间有较强的作用
B.通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流
C.金属是借助金属离子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分
D•金属的导电性随温度的升高而减弱
⑵要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。
金属晶体熔、沸点的高低和硬度大小一
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.金属镁的熔点大于金属铝
B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的
C.金属铝的硬度大于金属钠
D.金属镁的硬度小于金属钙
［解析］
（1）金属受外力作用时常常发生变形而不易折断是因为金属晶体中各原子层会
发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，故A项不正确；金属里的自由电子要在外加电场作用下才能发生定向移动产生电流，故B项不正确；金属的导热性是由于自由电子碰撞金属离子将能量进行传递，故C项不正确。
（2）金属阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强，据此判断。
［答案］
（1）D
（2）C
题组®练
金属键与金属特性
1．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•自由电子与自由电子之间的相互作用
解析：
选A。
金属晶体由金属阳离子与自由电子构成，金属阳离子与自由电子之间的强
烈的相互作用即为金属键。
2.下列叙述正确的是（）
A•任何晶体中，若含有阳离子，就一定含有阴离子
B•金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互作用
C.价电子数越多的金属原子的金属性越强
D•含有金属元素的离子不一定是阳离子
解析：
选D。
金属晶体中虽存在阳离子，但没有阴离子，A错误；金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子与自由电子间的相互作用，B错误；价电子数多的金属元素的金属性不一定强，如Fe的价电子数比Na多，但Fe的金属性却没有Na的强，C错误；含有金属元素的离子不一定是阳离子，如AlO2就是阴离子，D正确。
3•下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是（）
A•用铁制品做炊具B•用金属铝制成导线
C用铂金做首饰D•铁易生锈
解析：
选D。
铁制炊具是因为金属具有导热性，A项正确；铝做导线，是因为金属具有
导电性，B项正确；铂做首饰是因为金属具有延展性，C项正确。
4.金属钠、镁、铝的熔点高低顺序正确的是（）
A.Na>Mg>AlB.Al>Mg>Na
C.Mg>Al>NaD.Na>Al>Mg
解析：
选B。
金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强。
钠、镁、铝离子的电荷数逐渐增多，半径逐渐减小，故钠、镁、铝的熔点逐渐升高。
金属晶体
1.自然界中许多固态物质都是晶体」们有规则的几何外形。
通常条件下，大多数金属单质及其合金也是晶体。
2•晶胞：
反映晶体结构特征的基本重复单位。
3.金属晶体中原子的常见堆积方式：
简单立方堆积，如针：
六方堆积，如镁、锌、钛
等；面心立方堆积，如金、银、铜、铅等；体心立方堆积，如钠、钾、铬等。
4.合金
⑴定义：
一种金属与另一种或几种金属—（或非金属）的融合体。
（2）合金的某些性质比单纯的金属更优越」金的熔点一般比各成分金属都要低；硬度比各成分金属高。
1•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
解析：
选D。
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。
2.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•已知晶胞的组成不可推知晶体的组成
解析：
选A。
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；因为晶胞能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布，也是晶体中最小的结构单元，所以已知晶胞的组成可以推知晶体的组成。
3•金属原子在二维空间里的放置有如图所示的两种方式，下列说法中正确的是
A•图⑻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：
选C。
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
原子的配位数为4。
由此可知，图（a）为密置层，图（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，非密置层在三维空间堆积可得简单立方和体心立方两种堆积。
突氨点耐，破隠佃
1．金属晶体二维空间模型
金属原子在二维空间中的排列可以有两种方式：
（a）非密置层，其结构特点是行列对齐、
四球一空、非最紧密排列，如图（a）所示，原子配位数为4；（b）密置层，其结构特点是行列相错、三球一空、最紧密排列，如图（b）所示，原子配位数为6。
非密置层原子排列不紧密，原子间的空隙大，空间利用率比密置层低。
2．金属晶体三维空间模型
（1）简单立方堆积：
将非密置层在三维空间一层一层地堆积，有两种堆积方式，其中一种的堆积方式如下图所示，相邻非密置层的原子核在同一直线上，不难理解，这种堆积方式形成的晶胞为一个立方体，被称为简单立方堆积，配位数为6，分别位于上、下，前、后，
左、右。
这种堆积的空间利用率太低，只有金属钋（Po）采取这种堆积方式。
（2）体心立方堆积：
非密置层在三维空间一层一层地堆积的另一种方式是将上层的金属原子填入下层四个金属原子形成的凹穴中，下一层的原子核与上一层中四个球围成的空在同一直线上，晶胞类型为体心立方，配位数为8，即体心周围的八个顶点。
这种堆积方式的空
间利用率比简单立方要高，许多金属都采取这种堆积方式，如碱金属、铁、铬、钼、钨等。
（3）面心立方堆积：
密置层的原子的空间堆积方式也有两种，其中一种如下图甲所示，若将密置层的第一层标记为A层，第二层标记为B层，则B层中三球围成的空隙正对A层的球心，第三层标记为C层，C层的球心正对B层中三球围成的空隙，但C层的球心不与A、B层中任一层的球心正对，这样以ABCABC……三层周期性重复方式堆积，这种堆积的
晶胞如下图中乙所示，称为面心立方晶胞，配位数为12，同层6个，上层3个，下层3个，
该晶胞的对角线垂直于密置层。
这种堆积方式的空间利用率更高，金、银、铜、铝等都采取这种堆积方式。
（4）六方堆积：
密置层空间堆积的另一种方式如下图中甲所示，在A、B双层上堆积第
三层时，第三层的球心正对第一层的球心，而第四层的球心正对第二层的球心，如此以ABAB……二层周期性重复方式堆积，这种堆积的晶胞如下图丙所示，称为六方晶胞，配位数为12,同层6个，上层3个，下层3个。
这种堆积方式的空间利用率也很高，镁、锌、钛等属于这种堆积方式。
3.四种堆积方式的比较
堆积方式
晶胞类型
空间利
用率
配
位
数
实例
简单立方堆
积
52%
6
Po
体心立方堆
积
68%
8
Na、K、Fe
面心立方堆
积
74%
12
Cu、Ag、
Au
六方堆积
74%
12
Mg、Zn、
Ti
4•四种晶胞中所含原子数目的计算方法和配位数的确定方法
晶胞类型
原子数
配位数
简单立方堆积
1
8x》=1
8
6（上、下、左、右、前、后）
体心立方堆积
1
8x-+1=2
8
8（立方体的8个顶点）
六方堆积
1
8x—+1=2
8
12（上、下层各3个，中间层6个）
面心立方堆积
11
8X+6X2=4
5•空间利用率的计算方法
将原子（离子）设想为一个球，依据1个晶胞内所含原子（离子）的数目计算原子（离子）的体
积，再确定晶胞的体积，即可计算晶体（胞）的空间利用率。
（1）在简单立方堆积中，各个原子是相互靠拢的，对于1个晶胞来说，含有1个金属原
43
3n
（2）3
子，设立方体的边长为a,则其体积为a3,金属原子的半径为号，则空间利用率为3一x
2a
100%=nx100%~52%。
6
（2）在体心立方堆积中，在立方体的体对角线上球是相互接触的。
如图所示，设立方体
的边长为a,原子半径为r，则，3a=4r,而1个晶胞中含有2个金属原子，所以空间利用率
r）
（3）在六方堆积中，如下图，设原子半径为r，则底面边长为2r，底面高h=.3r，所以
底面积S=2rx3r=23r2。
晶胞的咼H=2x—芥r,
所以晶胞体积晶胞SXH
43
2个原子的体积V球=2X3n¥。
则a=22r，V球=4X4nr，
晶胞a3=（2^2r）3=16承「3。
43
4x3n3——3x100%
16.2r3
金属晶体的原子堆积方式常有以下四种方式，请认真观察模型（下图），回答下列问题：
（1）四种堆积模型的堆积名称依次是
（2）如图所示甲中的堆积方式，空间利用率为，只有金属采用这种堆
积方式。
（3）如图所示乙与丙中两种堆积方式中金属原子的配位数（填“相同”或“不相
同”）；乙中的空间利用率为，丙中按的方式进行堆积。
（4）采取丁中堆积方式的金属通常有
（任写三种金属元素的符号），每个晶胞中所含有的原子数为。
［解析］
（1）甲中的堆积方式是将非密置层的金属原子上下对齐，形成的晶胞是1个立方体，在立方体的每个顶角有1个金属原子，称为简单立方堆积。
乙和丙中都是密置层原子的堆积方式，乙中上面A层和下面A层的3个原子组成的三角形方向相同，称为六方堆积。
丙中A层和C层的3个原子组成的三角形方向相反，称为面心立方堆积。
丁中的堆积方式
是将非密置层的上层金属原子填入下层金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积，形成的晶
胞是1个立方体，在立方体的每个顶角有1个金属原子，立方体的中心含有1个金属原子，称为体心立方堆积。
（2）简单立方堆积的空间利用率最低，为52%，采取这种堆积方式的金
属只有Po。
（3）乙和丙中两种堆积方式相同，金属原子的配位数均为12，且其空间利用率均
为74%。
⑷丁中是体心立方堆积，采取这种堆积方式的金属有K、Na、Fe等。
用“均摊法”
1
可求得每个晶胞中含有金属原子的个数为1+8X8=2。
［答案］⑴简单立方堆积六方堆积面心立方堆积体心立方堆积
（2）52%Po
⑶相同74%ABCABCABC……（4）K、Na、Fe（合理即可）2
今有四种金属的晶胞结构如下，有关
说法不正确的是（）
A•四种结构中，①、④金属堆积时，小球在平面内紧密排列构成非密置层
B•②、③密置层小球空间排列时，分别是“ABCABCABC……”和“ABABAB……”
堆积
C.四种晶胞中，原子数分别为2,4,6,1
D•第3周期金属元素的单质，钠按①、镁按②、铝按③的方式堆积
解析：
选D。
A项，①④为非密置层，正确；B项，②③为密置层，正确；C项，晶胞
11
中原子数：
①中1+8X1/8=2,②中8X1/8+6X1/2=4,③中12X+2^:
+3=6,④中8
62
X1/8=1,正确；D项，钠按①、镁按③、铝按②的方式堆积，不正确。
题组®练
金属晶体的堆积模型
A•此种堆积方式为面心立方堆积
B•该种堆积方式每一层上为密置层
C.该种堆积方式可用符号“ABCABCABC……”表示
D•金属Mg就属于此种堆积方式
解析：
选D。
观察题图，该晶体为“ABCABCABC……”的面心立方堆积，每一层上
为密置层，金属Mg属于六方堆积方式，所以D错误。
2•有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是（）
A.①为简单立方堆积，②为六方堆积，③为体心立方堆积，④为面心立方堆积
B•每个晶胞含有的原子数分别为①1②2，③2,④4
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①v②v③v④
解析：
选B。
②为体心立方堆积，③为六方堆积，②与③判断有误，A项错误；每个晶
11111
胞含有的原子数分另U为①8X-=1,②8X"+1=2,③8X-+1=2,④8X"+6X-=4,B项
88882
正确；晶胞③中原子的配位数应为12,其他判断正确，C项错误；四种晶体的空间利用率
分别为52%、68%、74%、74%,应为④二③〉②〉①，D项错误。
有关晶胞的计算
3.CU20在稀硫酸中生成Cu和CuS04。
铜晶胞结构如图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为。
解析：
根据晶胞可知，铜晶体是面心立方结构，顶点离面心的铜原子距离最近，一个晶胞中，一个顶点离它最近的面心铜原子有3个，经过一个顶点的晶胞有8个，则一个顶点离它最近的面心铜原子共24个，1个面心铜原子由2个晶胞共有，故每个铜原子周围距离最近的铜原子有12个。
答案：
12
4.第4周期金属元素D的M能层为全充满状态，其核外的未成对电子只有一个。
则D
的基态原子中有种能量不同的电子；D2+的价电子排布式为;图中
（填“甲”“乙”或“丙”）表示的是D晶体中微粒的堆积方式。
若该晶体中的一个晶胞的边长为acm,则D晶体的密度为（写出含a的表达式，用Na表示阿
伏加德罗常数的值）。
若D的原子半径为r，贝UD晶胞这种堆积模型的空间利用率为
（用含r的式子表示，不需化简）。
1s122s22p63s23p63d104s1,
Cu2+的价电子排布式为
解析：
由题意可推知D是铜元素。
其基态原子的电子排布式为
核外电子排布在7个不同的能级上，因此有7种能量不同的电子。
11
3d9。
晶体Cu是面心立方堆积，故选乙。
该晶胞中有Cu原子：
8X-+6X了=4（个）,故p=
43
4X3n3
X100%。
（2^2r）
4n
4X^_
答案：
3d9乙眾g/cm3（2、2r）3X100%
重难易错提炼
1．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.钙的硬度小于钾
D.温度越高，金属的导电性越好
答案：
B
2.金属的下列性质中与金属晶体结构无关的是（）
A.导电性
B.化学反应中易失去电子
C.延展性
D.硬度
解析：
选B。
金属晶体内部存在“自由电子”，在外电场的作用下，“自由电子”在金属内部发生定向运动，使金属表现出导电性。
金属阳离子与“自由电子”之间的作用没有方向性，当金属受到外力作用时，金属原子之间发生相对滑动，各层金属原子之间仍然保持金属键的作用，这使金属表现出良好的延展性。
同样，金属的硬度也与金属晶体的结构相关，
如锰钢的高强度就是晶体结构发生了变化。
而化学反应中金属容易失去电子的性质主要是金属原子的原子结构决定的，金属原子一般容易失去电子形成更稳定的结构。
故B项不正确。
3.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，是因为在外电场的作用下自由电子在金属内部定向移动便
形成了电流
C.金属具有良好的导热性能，是因为自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量
D.金属晶体具有良好的延展性，是因为金属受到外力作用时，金属原子层可以滑动而不破坏金属键
解析：
选A。
金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光大部分再反射出来，
因而金属一般显银白色光泽；金属具有导电性是因为在外加电场作用下，自由电子在金属内部定向移动形成电流；导热性是自由电子受热后，与金属离子发生碰撞，传递能量；良好的延展性是因为原子层可以滑动，但金属键未被破坏。
4.铝硅合金（含硅13.5%）在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。
有下列三种
晶体：
①铝②硅③铝硅合金，它们的熔点由低到高的顺序是（）
A.①②③B.②①③
C.③②①D.③①②
解析：
选D。
合金的熔点一般比其各成分金属的熔点都要低，所以最低的是铝硅合金。
硅晶体是熔点极高的原子晶体。
5.下列对各物质性质的比较中，正确的是（）
A.熔点：
LiB.导电性：
Ag>Cu>AI>Fe
C.密度：
Na>Mg>AI
D.金属晶体空间利用率：
体心立方堆积<六方堆积<面心立方堆积
解析：
选B。
按Li、Na、K的顺序，金属键逐渐减弱，熔点逐渐降低,A项错误；按Na、Mg、Al的顺序，密度逐渐增大，C项错误；不同堆积方式的金属晶体空间利用率：
简单立方堆积为52%,体心立方堆积为68%,六方堆积和面心立方堆积均为74%,D项错误；
常用的金属导体中，导电性最好的是银，其次是铜，再次是铝、铁，B项正确。
6.下列关于金属元素特征的叙述正确的是（）
①金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性②金属元素在化合物中显正化合价
③金属性越强的元素相应的离子氧化性越弱④金属元素只有金属性，没有非金属性⑤外
围电子数越多，金属性越强⑥离子化合物中一定含有金属元素⑦铵盐都只含有非金属元
素，一定不含有金属元素
A.①③⑤B.②⑤⑥
C.①④⑤D.②③
解析：
选D。
有些金属离子既有还原性又有氧化性，如Fe2+,①错；金属元素在化合
物中显正化合价，金属原子越容易失去电子，其对应的离子（如Fe对应Fe2+）就越难得到电子，即氧化性越弱，②③正确；位于金属元素与非金属元素分界线附近的元素既有金属性也有非金属性，④错；Al的外围电子数比Na多，但Na的金属性比Al强，NH4CI等离子化合物中不含有金属元素，（NH4）2Fe（SO4）2、（NH4）2Cr2O7等铵盐中含有金属元素，⑤⑥⑦错。
7.
A.铝与硅
C.钠与硫
根据下表中提供的数据，判断可以形成合金的是（）
金属或非金属
钠
铝
铁
硅
硫
熔点/C
97.8
660.4
1535
1410
112.
8
沸点/C
883
2467
2750
2353
444.
6
B.铝与硫
D.钠与硅
解析：
选A。
能发生化学反应的物质不能形成合金,B项铝与硫、C项钠与硫能发生化
学反应。
钠的沸点远低于硅的熔点，当硅融化时钠已经汽化，所以D不能形成合金。
&下列叙述错误的是（）
A.组成金属的粒子是阳离子和自由电子
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不均匀，专属于某个特定的金属离子
D.同一类晶体间熔点（或沸点）相差最大的是金属晶体
解析：
选C。
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离子。
9•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，镍原子用
大O球，镁原子用大•球）如图所示。
该晶体的化学式是（）
A.Mg2CNi3
B.MgC2Ni
C.MgCNi2
D.MgCNi3
11
解析：
选D。
该晶体的结构单元中含Mg原子个数：
8X1=1；含Ni原子个数：
6X1=
82
3;含C原子个数：
1。
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