3.1金属键金属晶体 学案（含答案）

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1、3.1金属键金属晶体明课程标准扣核心素养1.知道金属键的特点与金属某些性质的关系。2.借助金属晶体等模型认识晶体的结构特点。3.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞。证据推理与模型认知：建构金属键、金属晶体模型，并运用模型认识金属晶体的结构特点、解释金属的某些性质。建构晶胞认知模型，能用均摊法分析晶体中微粒个数比，并能进行有关晶体密度的计算。 1请结合示意图分析金属键的实质。提示：金属键的实质为金属离子与自由电子之间强烈的相互作用。2金属有哪些物理通性？如何运用金属键进行解释？提示：导电性、导热性、延展性等。导电性：在外电场作用下，自由电子定向运动，形成电流。导热性：通过自由电子

2、的运动把能量从温度高的区域传到温度低的区域。延展性：受到外力作用时，金属原子之间发生相对滑动，依然保持金属键的作用，可以发生形变。问题探讨1金属的硬度和熔、沸点等物理性质与金属键的强弱有关，金属键的强弱可以用金属的原子化热来衡量。金属的原子化热是指1 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。根据下表的数据，请总结影响金属键的因素及规律。金属NaMgAlCr原子外围电子排布3s13s23s23p13d54s1原子半径/pm186160143.1124.9原子化热/ (kJmol1)108.4146.4326.4397.5熔点/97.56506601 900提示：影响金属键强弱的主

3、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小、单位体积内自由电子数目越多，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。2试比较金属Na、K、Mg的熔点高低。提示：MgNaK。1金属键概念金属离子与自由电子之间强烈的相互作用形成金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属离子，与“脱落”下的自由电子之间存在着强烈的相互作用实质金属键本质是一种电性作用特征(1)金属键无方向性和饱和性(2)金属键中电子在整个三维空间里运动，属于整块固态金属影响因素(1)原子半径(2)单位体积内自由电子的数目2金属特性特性原因导电性通常情况下，金属内部自由电子的运动不具有固定

4、的方向性，但在外加电场作用下，自由电子在金属内部会发生定向运动，从而形成电流导热性当金属某一部分受热时，该区域里自由电子与金属离子碰撞频率增加，自由电子把能量传给金属离子，从而把能量从温度高的区域传到温度低的区域延展性金属键没有方向性，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3金属键对金属性质的影响金属的硬度和熔、沸点等物理性质与金属键的强弱有关，即与金属离子和自由电子之间的作用大小有关。(1)同一周期，从左到右，金属元素的原子半径逐渐减小，单位体积内自由电子数逐渐增多，金属键逐渐增强，金属的熔、沸点逐渐升高，硬度逐渐增大。(2)同一主族，从上到下，

5、金属元素原子的原子半径逐渐增大，单位体积内自由电子数逐渐减少，金属键逐渐减弱，金属的熔、沸点逐渐降低，硬度逐渐减小。(3)1 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，叫作金属的原子化热。金属的原子化热数值越大，金属键越强。1下列叙述正确的是()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，金属中的自由电子会发生定向运动而形成电流C金属是借助自由电子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分D金属原子的外围电子容易脱离原子核的束缚在所形成的金属阳离子之间“自由”运动，即成为自由电子解析：选D金属受外力作用时常常发生变形而不易折断是因为金属

6、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；金属中的自由电子要在外加电场作用下才能发生定向运动形成电流，故B项不正确；金属是通过自由电子碰撞金属阳离子将能量进行传递的，故C项不正确。2物质结构理论指出：金属晶体中金属离子与自由电子之间存在的强的相互作用，叫金属键。金属键越强，金属的硬度越大，熔、沸点越高，一般说来金属离子半径越小，外围电子数越多，则金属键越强。由此判断下列说法错误的是()A镁的硬度大于铝 B镁的熔点高于钙C镁的硬度大于钾 D钙的熔点高于钾解析：选A根据题目所给条件：镁和铝的电子层数相同，外围电子数：AlMg，离子半径：Al3Mg2，金属键Mg强于Ca，

7、熔点：MgCa；用以上比较方法可推出：外围电子数：MgK，离子半径：Mg2Ca2K，硬度：MgK；钙和钾位于同一周期，外围电子数：CaK，离子半径：KCa2，金属键：CaK，熔点：CaK。 1晶胞是怎样形成晶体的？提示：晶胞在空间连续重复延伸堆积即可形成晶体。2金属原子在平面内的两种排列方式是什么？提示：非密置层、密置层。3金属晶体的堆积方式有哪些？提示：简单立方、体心立方、面心立方、六方堆积。问题探讨1计算晶胞中微粒数目为什么采用均摊法？提示：晶体中晶胞无隙并置，位于晶胞顶点、棱上、面上的微粒，不完全归该晶胞所有，只占其中的，故采用均摊法。2为什么人们使用更多的是合金而不是纯金属？提示：与单

8、组分金属相比，合金的某些性能更优越。1晶体与晶胞(1)晶体：具有规则的几何外形的固体，晶体外形规则是其内部结构规则的外部表现，构成晶体的微粒的排列是规则的。(2)晶胞：能够反映晶体结构特征的基本重复单位，它在空间是连续重复延伸的。2金属晶体中原子的堆积方式(1)金属晶体中原子平面堆积模型金属晶体中原子是以紧密堆积的形式存在的。(2)三维空间堆积模型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)概念：由一种金属与另一种或几种金属(或非金属)混合形成具有金属性质的物质

9、称为合金。如钠钾合金、铜锌合金等。(2)合金的性质合金的熔、沸点一般比组成它的各成分金属的熔、沸点低。形成合金后硬度、强度增大(一般情况下)。名师点拨(1)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，尽量紧密堆积成晶体，紧密堆积能充分利用空间，使晶体能量降低，所以金属晶体绝大多数采用紧密堆积方式。(2)配位数是指晶体中一种微粒周围和它紧邻的其他微粒的数目。1下列关于金属晶体的说法不正确的是()A金属晶体中一定存在金属键B金属晶体中的金属键没有方向性和饱和性C不同金属晶体中金属原子的堆积方式都一样D金属晶体中的自由电子为整块金属所共有解析：选CCa、Al晶体中金属原子的

10、堆积方式一样，但与Mg晶体中金属原子的堆积方式不一样，故C项错误。2已知下列金属晶体：Na、Po、K、Cu、Mg、Zn、Au。其堆积方式为：(1)简单立方堆积的是_；(2)体心立方堆积的是_；(3)六方堆积的是_；(4)面心立方堆积的是_。解析：(1)采用简单立方堆积的金属为Po。(2)采用体心立方堆积的金属为K、Na。(3)采用六方堆积的金属有Mg、Zn。(4)采用面心立方堆积的有Cu、Au等。答案：(1)Po(2)Na、K(3)Mg、Zn(4)Cu、Au 晶胞中微粒的计算方法均摊法均摊是指每个晶胞中平均拥有的微粒数目。若每个微粒为n个晶胞所共享，则该微粒就有个微粒属于该晶胞。(1)立方体(

11、正方体)晶胞中微粒数的计算。(2)非立方体(非正方体)晶胞中微粒对晶胞的贡献视具体情况而定。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)对六边形的贡献为。(3)六方晶胞中微粒数目的计算方法如镁晶胞中含有的镁原子数为4412。1已知某晶体晶胞如图所示，则该晶体的化学式为()AXYZ BX2Y4ZCXY4Z DX4Y2Z解析：选C该晶体的晶胞是正方体形晶胞。该晶胞拥有的X粒子数为81；Y位于该晶胞内，共有4个，因此该晶胞中拥有的Y粒子数为4；Z只有1个，位于晶胞的体心上，故该晶体的化学式为XY4Z。2如图为甲、乙、丙三种晶体部分结构：试写出：(1)甲晶体化学式(X为阳离子)为_。(2)

12、乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是_。(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是_个。解析：顶角微粒在立方体中实占，立方体面上微粒实占，立方体棱边上微粒实占，立方体内部微粒实占1。(1)甲中X位于立方体体心，算作1，Y位于立方体顶点，实际占有4，XY(个数比)121，所以甲的化学式为X2Y。(2)乙中A占有81，B占有63，C占有1，由此推出ABC(个数比)131。(3)丙中每个D周期的E的个数与每个E周围D的个数相同，每个E周围有8个D，所以每个D周围有8个E。答案：(1)X2Y(2)131(3)8 氮化铁磁粉是近几年发展起来的一种新型磁记录材料，具有记录密度高、信噪比大、稳定性及耐腐蚀性好等

13、特点。利用氨气在400 以上分解，将分解的氮原子渗透到铁粉中制备氮化铁。某种磁性氮化铁的结构如图所示，N随机排列在Fe构成的正四面体空隙中。(1)该化合物的化学式为_。提示：Fe的个数为12236，N的个数为2，故化学式为Fe3N。(2)六棱柱底边长为a cm，高为b cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该磁性氮化铁的晶体密度为_ gcm3(列出计算式)。提示：晶胞的质量为 g，晶胞体积为a cma cm6b cma2b cm3，故晶体密度为 ga2b cm3 gcm3。晶胞密度的有关计算假设某晶体的晶胞如下：以M表示该晶体的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数，N表示一个晶胞中所含的微粒数，a表示

14、晶胞的棱长，表示晶体的密度，计算如下：该晶胞的质量用密度表示：ma3用摩尔质量表示：mM则有：a3M，M(1)立方晶胞的面对角线与边长a的关系：面对角线等于a；晶胞的体对角线与边长的关系：体对角线等于a。(2)晶体的密度是晶体的质量与晶体体积的比值，可把晶胞扩大阿伏加德罗常数(NA)倍，再进行计算。如图为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。(1)该晶胞“实际”拥有的铜原子数是_个。(2)该晶胞称为_(填字母)。A六方晶胞B体心立方晶胞C面心立方晶胞 D简单立方晶胞(3)此晶胞立方体的边长为a cm，Cu的摩尔质量为64 gmol1，金属铜的密度为 gcm3，则阿伏加德罗常数的值为_(用a、表示)

15、。解析：(1)根据“均摊法”可计算晶胞中的原子个数：864。(2)该晶胞为面心立方晶胞。(3)根据公式a3M可得：NAM，将N4和M64代入该式，可得NA。答案：(1)4(2)C(3)分级训练课课过关_ 1金属晶体的堆积密度大，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因金属键没有饱和性和方向性，故在金属晶体中，原子可以尽可能多地吸引其他原子分布于周围，并以紧密堆积的方式排列以降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。2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

16、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：选BA项，Hg在常温下为液态；D项，金属的导电性随温度升高而降低；C项，r(Ca)K，所以金属键：CaK，故熔、沸点：CaK。3金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：六方堆积、面心立方堆积和体心立方堆积。a、b、c分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞a、b、c内金属原子个数比为()A321 B1184C984 D21149解析：选Aa晶胞中原子个数：12236，b晶胞中原子个数：864，c晶胞中原子个数：812，所以a、b、c晶胞中原子个数比为642321。4.金晶体的晶胞结构如图所示。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是()A金晶体每个晶胞中含有4个金原子B金属键无方向性C一个晶胞的体积是16d3D金晶体的密度是解析：选CA项，Au原子处于立方体的顶点与面心上，故晶胞中含有的Au原子数目为864，正确；B项，金属晶体中，金属键无方向性，正确；C项，在立方体的各个面的对角线上有3个金原子，金原子的直径为d，故面对角线长度为2d，晶胞棱长为2dd，故晶胞的体积为(d)32d3，错误；D项，晶胞中含有4个原子，故晶胞的质量为，晶胞的体积为2d3，故晶胞的密度为，正确。5连线题。答案：A(4)B(1)C(2)D(3)