高考化学一轮复习（第六辑）考点九十三 金属晶体（含解析）.doc

考点九十三 金属晶体聚焦与凝萃1理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质；2能列举金属晶体的基本堆积模型；3利用模型分析石墨晶体的结构特点；4了解金属晶体的常见基本堆积模型及空间利用率的计算。解读与打通常规考点一、金属键1概念：金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属阳离子与自由电子之间存在着强烈的相互作用，化学上把这种相互作用称为金属键。2成键微粒：金属阳离子和自由电子。3本质：金属阳离子和自由电子间的作用叫静电作用。4特征：没有饱和性和方向性。5成键条件：金属单质或合金。6影响因素：金属元素的原子半径和单位体积内自由电子的数目及所带电荷的多少。一般金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子的数目越大，金属键越强。7决定金属键强弱的因素：金属键的强弱可以用金属的原子化热（升华热）来衡量。金属的原子化热（升华热）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，也就是拆散金属晶格所需的能量。显然，金属的原子化热越大，则金属键越强。金属键的强度（用原子化热衡量）主要决定于金属元素的原子半径和单位体积内自由电子的数目（价电子数）。随原子半径的增大，原子化热逐渐减少，金属键逐渐减弱。如从li到cs原子化热递减，金属键由强到弱递变。单位体积内自由电子的数目（价电子数）越多，则原子化热越大，金属键就越强。8金属熔、沸点的比较：金属原子的价电子越多，原子半径越小，金属离子与自由电子的作用力就越强，金属键也就越强，晶体的熔、沸点就越高。例如，熔、沸点：namgal。9对物理性质的影响：通常，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔沸点越高。二、金属晶体1概念：通过金属离子与自由电子之间的较强的作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。2金属的性质（1）导热性：电子气中自由电子通过运动把能量从高温区传到低温区。金属的导热性也与金属晶体里自由电子的运动有关。自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，从而引起两者能量的交换。当金属某一部分受热时，在那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，于是通过碰撞，自由电子把能量传给金属离子。金属容易导热就是由于自由电子运动时，把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。导电性好的金属导热性也好，常见金属导电导热能力大小比较（由大到小顺序）agcuaualznptsnfepbhg。（2）导电性：在外加电场作用下，电子气中自由电子在金属内部定向移动形成电流。金属晶体中的自由电子在没有外加电场存在时是自由运动的，在外加电场作用下自由电子定向运动而形成电流，呈现良好的导电性。金属受热后，晶体中的金属离子振动加剧，阻碍着自由电子的运动，因此金属的导电性随温度的升高而减弱。（3）延展性：原子之间相对滑动，而金属键仍然存在。金属有延展性，当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性，滑动以后，各层之间仍保持着这种相互作用，在外力作用下，金属虽然发生了变形，但不会导致断裂。但有少数金属，如锑、锇、锰等性质较脆，没有延展性。当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，滑动以后，各层之间仍保持着这种相互作用，不会导致断裂，一般金属具较好的延展性。注意有少数金属，如锑、锇、锰等性质较脆，没有延展性，延展性最好的金属是金。（4）金属晶体的熔点变化规律金属晶体熔点变化差别较大。如：汞在常温下是液体，熔点（-38.9）很低，而铁等金属的熔点（1535）很高。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子间的作用力不同而造成的。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、自由电子的多少而定。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，熔点就会相应升高。例如：熔点knamgal，linakrbcs。（5）金属晶体结构与物理性质关系三、金属晶体的原子堆积模型1类型：（1）紧密堆积：微粒间的作用力，使微粒间尽可能地相互接近，使它们占有最小的空间。 （2）空间利用率：空间被晶格质点占据的百分数。用来表示紧密堆积的程度。（3）配位数：在晶体中，与离子直接相连的带异电荷的离子数称为配位数。（4）非密置层和密置层金属原子在二维平面放置得到两种方式，一是每个金属原子周围有4个原子与其相邻；即配位数为4，为非密置层。二是每个金属原子周围有6个原子与其相邻，配位数为6，为密置层。 非密置层 密置层所谓密堆积结构是指在由无方向性的金属键和分子间作用力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微粒总是趋向于相互配位数高、能充分利用空间的堆积密度大的那些结构。密堆积方式由于充分利用了空间，从而可使体系的势能尽可能降低结构稳定。2金属晶体中的原子在空间的堆积方式（1）简单立方堆积：此种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，每个晶胞只含一个原子，配位数为6。该种方式的空间利用率较低，属于非密置层型。如下图所示：简单立方堆积（2）钾型：非密置层的另一种堆积方式（如下图），是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积。配位数为8。这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积高，碱金属属于此种堆积方式。钾型（3）镁型和铜型密置层的原子按上述钾型堆积方式堆积，会得到两种基本的堆积方式镁型和铜型。 镁型，按abababab的方式堆积。铜型，按abcabcabc的方式堆积。镁型 铜型镁型和铜型属于金属晶体的最密堆积，配位数均为12，空间利用率均为74，但所得晶胞的形式不同。3金属晶体的四种堆积模型对比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po(钋）52%6钾型（bcp）na、k、fe68%8镁型（hcp）mg、zn、ti74%12铜型（ccp）cu、ag、au74%12四、混合晶体在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环，伸展成片层结构，这里cc键的键长皆为142 pm，这正好属于原子晶体的键长范围，因此对于同一层来说，它是原子晶体。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互重叠。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体特征。因此也归类于金属晶体。石墨晶体中层与层之间相隔340 pm，距离较大，是以范德华力结合起来的，即层与层之间属于分子晶体。但是，由于同一平面层上的碳原子间结合很强，极难破坏，所以石墨的溶点也很高，化学性质也稳定。所以，石墨是原子晶体，金属晶体，分子晶体的一种混合型晶体。隐性考点一、难点、疑点金属性质表现的多样性 1金属晶体的熔沸点有的很高，如钨、铂等；有的则很低，如汞、铯等。 2金属晶体硬度有的很大，如铬；有的很小，如铯。 3金属并非都有金属光泽。如铁、银等金属，块状固体呈银白色金属光泽而粉末却是灰黑色。 4金属晶体有的密度很大，如锇（=22.48 gcm-3）；有的密度很小，如锂。 5有的金属活泼性很强，如铯；有的活泼性弱，如金、铂。二、金属导电与离子晶体在熔融状态下导电的区别金属能导电是因为在金属晶体中存在着自由运动的大量自由电子，这些自由电子通常在金属晶体中进行杂乱无章无规则地运动，但在连接电源后在外电场的作用下，这些自由电子就进行定向运动，起导电作用。而在通常情况下固定状况的离子晶体中的阴、阳离子虽带电荷但不能自由运动，只能在自己的固定位置上进行微小的振动，如此即使接通电源，离子晶体也不能导电。然而，当将离子晶体加热至熔化，晶体中的阴、阳离子受热获得了大量能量后，得以挣脱相互作用力（离子键）的束缚而离开固定位置成为自由运动的带电粒子，此时如果接通电源，该液体中的阴、阳离子就能进行反向定向运动，形成电流而导电。可见，金属晶体的导电是晶体内的自由电子导电，而离子晶体的导电是离子导电，且必须是在高温下离子晶体的熔融状态才行。融合与应用例1下列有关金属元素特征的叙述，正确的是 ()a金属元素原子只有还原性，离子只有氧化性b金属元素在化合物中一定显正化合价c金属元素在不同化合物中一定显不同的化合价d金属元素的单质在常温下均为金属晶体答案：b例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：常温下，hg为液态，不属于晶体形式，故a选项错误；因为金属键没有方向性，因此金属键在一定范围内不因形变而消失，这实际上是金属有延展性的原因，b选项正确；钙的金属键应强于k，故熔沸点应高于k，c选项错误；温度高，金属离子的热运动加强，对自由电子的移动造成阻碍，导电性减弱，故d选项错误。答案：b例3金属原子在二维空间里的放置如图所示的两种方式，下列说法中正确的是 () a图（a）为非密置层，配位数为6b图（b）为密置层，配位数为4c图（a）在三维空间里堆积可得镁型和铜型d图（b）在三维空间里堆积仅得简单立方答案：c例4美国科学杂志评选2001年世界科技十大成就中，名列第五的日本青山大学教授秋光纯发现的金属间化合物硼化镁超导转变温度高达39 k，该金属间化合物的晶体结构如右图，则它的化学式为() amgb bmg2b cmgb2 dmg2b3解析：如题图知，位于棱柱顶点的每个镁原子被6个这样的结构单元共用，一个结构单元只用这个镁原子的六分之一，而位于面上的镁原子被2个这样的结构单元共用，一个结构单元只用这个镁原子的二分之一，故这个结构单元中含mg的个数为1/612+1/22=3，含6个b，故化学式为mgb2。答案：c例5晶胞即晶体中最小的重复单元。已知铁为面心立方晶体，其结构如下图（）所示，面心立方的结构特征如下图（）所示。若铁原子的半径为1.2710-10 m，试求铁金属晶体中的晶胞长度，即下图（）中ab的长度。扫描与矫正【正误判断】(正确的打“”，错误的打“”)（每个判断2分，共40分）（ ）1金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系（ ）2金属晶体具有延展性的原因是密堆积层的阳离子容易发生滑动，但不会破坏密堆积的排列方式，也不会破坏金属键 （ ）3金属元素的单质在常温下均为金属晶体（ ）4金属键具有方向性和饱和性（ ）5金属晶体的熔点一定比分子晶体的熔点高（ ）6金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用 （ ）7价电子越多的金属原子的金属性越强（ ）8金属铜采取方式堆积（ ）9金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子（ ）10镁型和铜型的原子堆积方式空间利用率最高（ ）11金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动（ ）12金属晶体一般具有较高的硬度，所以金刚石属于金属晶体（ ）13金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光（ ）14最外层电子数较少的金属元素，一定比最外层电子数较它多的金属元素活泼性强（ ）15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价电子，形成了“电子气”，在外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（ ）16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发生碰撞，传递了能量（ ）17钋po的堆积方式为简单立方堆积，空间利用率为52%，配位数为6（ ）18锌zn堆积方式为镁型，空间利用率为68%，配位数为8（ ）19金属键的强弱和金属晶体熔沸点的变化规律：阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强，熔沸点越高 （ ）20金属晶体体心立方堆积的空间利用率最高实训与超越【7+1模式】一、单选（76分=42分）1下列几种金属晶体中，原子堆积方式与另外三种不同的是 ()a钠 b钾 c铁 d铜 2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金属原子的价电子数少 b金属晶体中有自由电子 c金属原子半径大 d金属键没有饱和性和方向性 3金属晶体和离子晶体是重要晶体类型，下列关于它们的说法中，正确的是 ()a金属晶体和离子晶体都能导电b在镁晶体中，1个mg2+只与2个价电子存在强烈的相互作用c金属晶体和离子晶体都可采取“紧密堆积”方式d金属晶体和离子晶体中分别存在金属键和离子键等强烈的相互作用，很难断裂，因而都具有延展性4金属晶体具有延展性的原因是 ()a金属键很微弱 b金属键没有饱和性c密堆积层的阳离子容易发生滑动，但不会破坏密堆积的排列方式，也不会破坏金属键 d金属阳离子之间存在斥力5金属能导电的原因是 ()a金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱b金属晶体中的自由电子在外加电场作用下发生定向移动c金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动d金属晶体在外加电场作用下可失去电子6已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别为 ()a14、6 b14、8 c4、8 d4、127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，a、b、c三种晶胞内金属原子个数比为 ()a321 b1184 c984 d21149二、填空（18分）8【2012江苏，21a】一项科学研究成果表明，铜锰氧化物(cumn2o4)