人教版选修三3.3金属晶体 学案.doc

细读教材记主干1金属一般具有金属光泽，良好的导电、导热性、以及优良的延展性。2金属键是指金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。3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。4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。5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。新知探究1概念：金属离子与自由电子之间强烈的相互作用。2成键粒子：金属阳离子和自由电子。3本质：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起。4金属键的强弱和对金属性质的影响(1)金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子数，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；反之，金属键越强。(2)金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。名师点拨 金属键与离子键、共价键的比较金属键离子键共价键形成微粒金属原子与自由电子阴、阳离子原子实质静电作用形成元素金属活泼金属与活泼非金属非金属方向性、饱和性无无有对点演练1下列有关金属键的叙述中，错误的是()a金属键没有饱和性和方向性b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都与金属键有关解析：选b金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，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；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈作用，既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也存在金属阳离子之间及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；金属的性质及固体的形成都与金属键的强弱有关。2(2016六安高二检测)要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键，金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，由此判断下列说法正确的是()a金属镁的熔点高于金属铝b碱金属单质的熔、沸点从li到cs是逐渐升高的c金属镁的硬度小于金属钙d金属镁的硬度大于金属钠解析：选d因为镁离子所带2个正电荷，而铝离子带3个正电荷，所以镁的金属键比铝弱，所以镁的熔点低于金属铝，故a错误；碱金属都属于金属晶体，从li到cs金属阳离子半径增大，对外层电子束缚能力减弱，金属键减弱，所以熔沸点降低，故b错误；因为镁离子的半径比钙离子小，所以镁的金属键比钙强，则镁的硬度大于金属钙，故c错误；因为镁离子所带2个正电荷，而钠离子带1个正电荷，所以镁的金属键比钠强，则镁的硬度大于金属钠，故d正确。新知探究1金属晶体2金属晶体的物理通性及解释3金属晶体的紧密堆积模型(1)二维空间模型堆积方式非密置层密置层图示配位数46(2)三维空间模型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非密置层简单立方堆积po(钋)52%6体心立方堆积na、k、fe68%8密置层六方最密堆积mg、zn、ti74%12面心立方最密堆积cu、ag、au74%124石墨的晶体类型(1)结构特点层状结构同层内，碳原子采用 sp2杂化，以共价键相结合形成平面六元并环结构。碳原子中所有的p轨道平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个平面中运动。层与层之间以范德华力相结合。(2)晶体类型石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。名师点拨1金属晶体的性质(1)良好的导电性、导热性和延展性。(2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。同周期金属单质，从左到右(如na、mg、al)熔、沸点升高。同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低(38.9 )，而铁等金属熔点很高(1 535 )。2金属导电与电解质溶液导电的比较运动的微粒过程中发生的变化温度的影响金属导电自由电子物理变化升温，导电性减弱电解质溶液导电阴、阳离子化学变化升温，导电性增强3.金刚石与石墨的比较金刚石石墨晶体类型原子晶体混合晶体构成微粒碳原子碳原子微粒间的作用力cc共价键cc共价键分子间作用力碳原子的杂化方式sp3杂化sp2杂化碳原子成键数43碳原子有无剩余价电子无有一个2p电子配位数43晶体结构特征正四面体空间网状结构平面六边形层状结构物理性质高熔点、高硬度、不导电熔点比金刚石还高，质软、滑腻、易导电最小碳环六元环、不共面六元环、共面对点演练3(2016六安高二检测)金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方堆积(镁型)、面心立方堆积(铜型)和体心立方堆积(钾型)，图(a)、(b)、(c)分别表示这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数之比为()a321 b1184c984 d21149解析：选aa中原子个数12236，b中原子个数864，c中原子个数182，所以其原子个数比是642321，故选a。4金刚石、石墨、c60和石墨烯的结构示意图分别如图所示，下列说法不正确的是()a金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同b金刚石、石墨、c60和石墨烯的关系：互为同素异形体c这四种物质完全燃烧后的产物都是co2d石墨与c60 的晶体类型相同解析：选d金刚石中碳原子为sp3杂化，石墨烯中碳原子为sp2杂化，a项正确；金刚石、石墨、c60和石墨烯都是碳元素形成的不同单质，它们互为同素异形体，b项正确；碳元素的同素异形体完全燃烧的产物都是co2，c项正确；c60是分子晶体，石墨是混合晶体，d项错误。1(2016吉林高二检测)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，不因变形而消失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b汞在常温下呈液体，不是以晶体的形式存在，a项错误；金属键没有方向性，金属离子与自由电子之间有强烈作用，在一定外力作用下，不因变形而消失，因此金属有延展性，b项正确；ca、k属于同周期元素，半径：caalca balnalicalmgca dmgbaal解析：选c构成金属晶体的金属键越强，金属晶体的熔沸点越高。金属键强弱与金属阳离子半径和所带电荷有关系，离子半径越小，电荷数越多，金属键越强，熔沸点越高。则a项应该是almgca，错误，c正确；b项应该是allina，错误；d项应该是almgba，d错误。4.关于体心立方堆积型晶体(如图所示)的结构的叙述中正确的是()a是密置层的一种堆积方式b晶胞是六棱柱c每个晶胞内含2个原子d每个晶胞内含6个原子解析：选c本题主要考查常见金属晶体的堆积方式，体心立方堆积型晶体是非密置层的一种堆积方式，为立方体形晶胞，其中有8个顶点，1个体心，故晶胞所含原子数为812。5(1)图甲为二维平面晶体示意图，所表示的化学式为ax3的是_。甲(2)图乙为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。乙该晶胞称为_(填序号)。a六方晶胞 b体心立方晶胞c面心立方晶胞此晶胞立方体的边长为a cm，cu的相对原子质量为64，金属铜的密度为 g/cm3，则阿伏加德罗常数为_(用a、表示)。解析：(1)由图甲中直接相邻的原子数可以求得a、b中两类原子数之比分别为12、13，求出化学式分别为ax2、ax3，故答案为b。(2)面心立方晶胞； 64a3，na。答案：(1)b(2)c一、选择题1(2016宁德高二检测)下列关于金属及金属键的说法正确的是()a金属键具有方向性和饱和性b金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用c金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子d金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光解析：选b金属键存在于金属阳离子和“自由电子”之间的强的相互作用，不是存在于相邻原子之间的作用力，而是属于整块金属，没有方向性和饱和性，a错误；金属键是存在于金属阳离子和“自由电子”之间的强的相互作用，这些“自由电子”为所有阳离子所共用，其本质也是电性作用，b正确；金属中存在金属阳离子和“自由电子”，当给金属通电时，“自由电子”定向移动而导电，c错误；金属具有光泽是因为自由电子能够吸收可见光，并不是能放出可见光，d错误。2下列有关金属晶体的说法中不正确的是()a金属晶体是一种“巨分子”b“电子气”为所有原子所共有c简单立方堆积的空间利用率最低d体心立方堆积的空间利用率最高解析：选d根据金属晶体的电子气理论，a、b选项都是正确的。金属晶体的堆积方式中空间利用率分别是：简单立方堆积52%，体心立方堆积68%，面心立方最密堆积和六方最密堆积均为74%。因此简单立方堆积的空间利用率最低，六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率最高。3(2016襄阳高二检测)下列有关金属的说法正确的是()a金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子b镁型和铜型的原子堆积方式空间利用率最高c金属原子在化学变化中失去的电子数越多，其还原性越强d温度升高，金属的导电性将变大解析：选b金属原子的最外层电子为自由移动的电子，a错误；mg为六方最密堆积，cu为面心立方最密堆积，空间利用率都是74%，为金属晶体堆积模式中空间利用率最高的，b正确；金属原子的还原性的强弱与失去电子的多少无关，与失去电子的难易程度有关，c错误；温度越高，金属中的自由电子碰撞频繁，导致金属的导电性减弱，d错误。4(2016雅安高二检测)金属晶体的下列性质中，不能用金属晶体结构加以解释的是()a易导电b易导热c有延展性d易锈蚀解析：选d金属晶体的构成微粒为自由电子和金属阳离子。金属晶体中的自由电子在外加电场的作用下发生定向移动，故金属晶体易导电与金属晶体的结构有关，a错误；升高温度，金属阳离子和自由电子之间通过碰撞传递能量，故金属晶体易导热与金属晶体的结构有关，b错误；金属晶体中金属阳离子和自由电子之间存在较强的金属键，金属键没有方向性，导致金属晶体有延展性，与结构有关，c错误；金属易锈蚀说明金属原子易失电子，金属活泼性强，与金属晶体结构无关，d正确。5.关于图示的说法不正确的是()a此种最密堆积为面心立方最密堆积b该种堆积方式称为铜型c该种堆积方式可用符号“abcabc”表示d该种堆积方式称为镁型解析：选d从图示可看出，该堆积方式的第一层和第四层重合，所以这种堆积方式属于铜型堆积，可用符号“abcabc”表示，属面心立方最密堆积，而镁属于六方最密堆积，所以选项d不正确。6下列各组物质熔化或汽化时所克服的粒子间的作用力属同种类型的是()a石英和干冰的熔化 b晶体硅和晶体硫的熔化c钠和铁的熔化 d碘和氯化铵的汽化解析：选c石英的成分为sio2，熔化时需克服共价键，干冰为固体co2，熔化时需克服分子间作用力；晶体硅熔化时克服共价键，晶体硫熔化时克服分子间作用力；钠与铁均为金属晶体，熔化时克服的都是金属键；碘汽化时克服分子间作用力，nh4cl汽化时需克服离子键与共价键。7(2016晋江高二检测)金属键的强弱与金属价电子数的多少有关，价电子数越多金属键越强，与金属阳离子的半径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的()alinak bnamgalclibemg dlinamg解析：选bli、na、k价电子数相同，金属阳离子半径逐渐增大，金属键逐渐减弱，熔点逐渐降低，a错误；na、mg、al价电子数逐渐增多，金属阳离子半径逐渐减小，金属键逐渐增强，熔点逐渐升高，b正确；be、mg价电子数相同，金属阳离子半径逐渐增大，金属键逐渐减弱，熔点逐渐降低，c错误；li、na价电子数相同，金属阳离子半径逐渐增大，金属键逐渐减弱，熔点逐渐降低，d错误。8几种晶体的晶胞如图所示：所示晶胞从左到右分别表示的物质正确的排序是()a碘、锌、钠、金刚石 b金刚石、锌、碘、钠c钠、锌、碘、金刚石 d锌、钠、碘、金刚石解析：选c第一种晶胞为体心立方堆积，钾、钠、铁等金属采用这种堆积方式；第二种晶胞为六方最密堆积，镁、锌、钛等金属采用这种堆积方式；组成第三种晶胞的粒子为双原子分子，是碘；第四种晶胞的粒子构成正四面体结构，为金刚石。9(2016晋江高二检测)石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是()a10个 b18个 c24个 d14个解析：选d利用切割法分析。根据石墨晶体的结构示意图知，每个环中有6个碳原子，每个碳原子为三个环共用，对一个环的贡献为 ，则一个六元环平均占有两个碳原子，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是14，选d。10如图，铁有、三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是()afe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个bfe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个c若fe晶胞边长为a cm，fe晶胞边长为b cm，则两种晶体密度比为2b3a3d将铁加热到1 500 分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同解析：选d由题图知，fe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有8个，a项正确；fe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有6个，b项正确；一个fe晶胞占有2个铁原子，一个fe晶胞占有1个铁原子，故两者密度比为 2b3a3，c项正确；晶体加热后急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型是不同的，d项错误。11(2016孝感高二检测)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为简单立方堆积，为六方最密堆积，为体心立方堆积，为面心立方最密堆积b每个晶胞含有的原子数分别为：1个，2个，2个，4个c晶胞中原子的配位数分别为：6，8，8，12d空间利用率的大小关系为：解析：选b体心立方堆积，为六方最密堆积，a错误；根据均摊法，顶点原子属于晶胞的 ，面心原子属于晶胞的 ，体心内属于晶胞，棱上的原子属于晶胞的，所以每个晶胞含有的原子数分别是1、2、2、4，b正确；简单立方堆积中，原子的配位数是6，体心立方堆积中原子的配位数是8，后两种原子的配位数均是12，c错误；六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率相同，都是74%，d错误。12下列对各组物质性质的比较中，正确的是()a熔点：linacualfec密度：namgald空间利用率：体心立方堆积六方最密堆积面心立方最密堆积解析：选b同主族的金属单质，原子序数越大，熔点越低，这是因为它们的价电子数相同，随着原子半径的增大，金属键逐渐减弱，a项错误；na、mg、al是同周期的金属单质，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分别是：简单立方堆积52%，体心立方堆积68%，六方最密堆积和面心立方最密堆积均为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，故b项正确。二、非选择题13(1)已知下列金属晶体：ti、po、k、fe、ag、mg、zn、au其堆积方式为：简单立方堆积的是_；体心立方堆积的是_；六方最密堆积的是_；面心立方最密堆积的是_。(2)判断下列晶体的类型：sii4：熔点120.5 ，沸点271.5 ，易水解_。硼：熔点2 300 ，沸点2 550 ，硬度大_。硒：熔点：217 ，沸点685 ，溶于氯仿_。锑：熔点630.74 ，沸点1 750 ，导电_。解析：(1)简单立方堆积方式的空间利用率低，只有金属po采取这种方式。体心立方堆积是上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积的高，多数金属是这种堆积方式。六方最密堆积按abababab的方式堆积，面心立方最密堆积按abcabcabc的方式堆积，六方最密堆积常见金属为mg、zn、ti，面心立方最密堆积常见金属为cu、ag、au。(2)sii4熔点低，沸点低，是分子晶体。硼熔、沸点高，硬度大，是典型的原子晶体。硒熔、沸点低，易溶于氯仿，属于分子晶体。锑熔点较高，沸点较高，固态能导电，是金属晶体。答案：(1)pok、femg、zn、tiag、au(2)分子晶体原子晶体分子晶体金属晶体14.金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体，如图所示，即在立方体的8个顶点各有一个金原子，各个面的中心有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共有。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。(1)金晶体的每个晶胞中含有_个金原子。(2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定_。(3)一个晶胞的体积是_。(4)金晶体的密度是_。解析：(1)由题中对金晶体晶胞的叙述，可求出每个晶胞中所拥有的金原子个数，即864。(2)金原子的排列是紧密堆积方式的，所以原子要相互接触。(3)如图所示是金晶体中原子之间相互位置关系的平面图，ac为金原子直径的2倍，ab为立方体的边长，由图可得，立方体的边长为d，所以一个晶胞的体积为(d)32d3。(4)一个晶胞的质量等于4个金原子的质量，所以。答案：(1)4(2)金属原子间相互接触(3)2d3(4)15(2016忻州高二检测)mn、fe均为第四周期过渡元素，两元素的部分电离能(i)数据列于下表：元素mnfe电离能(kj/mol)i1717759i21 5091 561i33 2482 957回答下列问题：(1)fe元素价电子层的电子排布式为_，比较两元素的i2、i3可知，气态mn2再失去一个电子比气态fe2再失去一个电子难。对此，你的解释是_。(2)fe原子或离子外围有较多能量相近的空轨道，能与一些分子或离子形成配合物，则与fe原子或离子形成配合物的分子或离子应具备的条件是_。(3)三氯化铁常温下为固体，熔点282 ，沸点315 ，在300 以上易升华，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，据此判断三氯化铁晶体为_晶体。(4)金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如图所示。面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的fe原子个数之比为_，其中体心立方晶胞空间利用率为_。解析：(1)fe元素的原子序数是26，根据核外电子排布规律可知价电子层的电子排布式为3d64s2。由mn2转化为mn3时，3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态(或fe2转化为fe3时，3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态)，因此气态mn2再失去一个电子比气态fe2再失去一个电子难。(2)配位健中必须有孤对电子，因此与fe原子或离子形成配合物的分子或离子应具备的条件是具有孤对电子。(3)三氯化铁常温下为固体，熔点282 ，沸点315 ，在300 以上易升华，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，由此可知三氯化铁晶体为分子晶体。(4)根据晶胞结构可知面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的fe原子个数分别是684、182，原子个数之比为21。设铁原子半径是r，则立方体的体对角线是4r，所以立方体的边长是 ，所以体心立方晶胞空间利用率为100%68%。答案：(1)3d64s2由mn2转化为mn3时，3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态(或fe2转化为fe3时，3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态)(2)具有孤对电子(3)分子(4)2168%能力提升16(2016赣州高二检测)下表为元素周期表的一部分。请回答下列问题：(1)上述元素中，属于s区的是_ (填元素符号)。(2)写出元素的基态原子的价电子排布图_。(3)元素的第一电离能：_(选填“大于”或“小于”)。(4)元素气态氢化物的vsepr模型为_；该分子为_分子(选填“极性”或“非极性”)。向硫酸铜溶液中逐滴加入其水溶液，可观察到的现象为_。(5)元素的单质的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。若已知的原子半径为d cm，na代表阿伏加德罗常数，元素的相对原子质量为m，请回答：晶胞中原子的配位数为_，该晶体的密度为_(用字母表示)。解析：(1)区的名称来自于按照构造原理最后填入电子的轨道名称，因此上述元素中，属于s区的是h、mg、ca。(2)元素是cr，原子序数是24，所以根据核外电子排布规律可知基态原子的价电子排布图为。(3)分别是n和o，非金属性越强，第一电离能越大。但由于氮元素的2p轨道电子处于半充满状态，稳定性强，第一电离能大于氧元素，则元素的第一电离能：大于。(4)元素气态氢化物是氨气，其中氮元素含有1对孤对电子，价层电子对数是2，所以的vsepr模型为四面体形；由于实际构型是三角锥形，所以该分子为极性分子。氨气能与铜离子形成配位健，则向硫酸铜溶液中逐滴加入其水溶液，可观察到的现象为先产生蓝色沉淀，后溶解得深蓝色溶液。(5)元素是al，根据晶胞结构可知以顶点为中心，与该点距离最近的铝原子有12个，所以晶胞中原子的配位数为12；若已知的原子半径为d cm，则面对角线是4d cm，则边长是2d cm，体积是(2d cm)3。晶胞中铝原子的个数864，则该晶体的密度为gcm3。答案：(1)h、mg、ca(2) (3)大于(4)四面体形极性先产生蓝色沉淀，后溶解得深蓝色溶液(5)12g/cm317(2016武汉高二检测)铁和铜都是日常生活中常见的金属，有着广泛的用途。请回答下列问题：(1)铁的核外电子排布式为_。(2)