高三化学教案：金属晶体1

1、第三节金属晶体学习目标 知道金属键的涵义能用金属键理论解释金属的物理性质能列举金属晶体的基本堆积模型了解金属晶体性质的一般特点理解金属晶体的类型与性质的关系知识梳理 1.在金属单质的晶体中， 原子之间以 _相互结合 .描述金属键本质的最简单理论是_理论 . 构成金属晶体的粒子是_和_.2.金属键的强度差别_.例如 ,金属钠的熔点较低,硬度较小 ,而_是熔点最高 ,硬度最大的金属 ,这是由于 _ 的缘故 . 铝硅合金在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。 在铝硅铝硅合金三种晶体中， 它们的熔点从低到高的顺序是 _。3.金属材料有良好的延展性是由于_. 金属材料有良好的导电性是由于 _. 金属

2、的热导率随温度升高而降低是由于_.4. 金属原子在二维平面里有两种方式为非密置层和密置层,其配位数分别为 _和_.5.金属晶体可看成金属原子在_里堆积而成 .金属原子堆积有4 种基本模式 ,分别是 _,_,_,_.金属晶体的最密堆积是_,配位数是 _.方法导引 1.金属晶体性质及理论解释导电性导热性延展性金属离子和自由电子自由电子在外加电场自由电子与金属离子晶体中各原子层相对的作用下发生定向移碰撞传递热量滑动仍保持相互作用动2.金属晶体的熔点变化规律第1页共18页金属晶体熔点差别较大，汞在常温下是液体，熔点很低( 38.9 )，而钨的熔点高达3410 这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与

3、自由电子的作用力不同而造成的差别一般情况下 (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金属离子半径越小，所带的电荷越多，自由电子越多，金属键越强，熔点就越高例如，熔点：NaMgNaKRbCs例 1 金属的下列性质中和金属晶体无关的是（）A 良好的导电性B 反应中易失电子C良好的延展性D 良好的导热性解析：备选答案A 、 C、 D 都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体所决定的，备选答案 B ，金属易失电子是由原子的结构决定的，所以和金属晶体无关答案： B例 2 关于晶体的下列说法正确的是（）A 、在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子B、在晶体中

4、只要有阳离子就一定有阴离子C、原子晶体的熔点一定比金属晶体的高D、分子晶体的熔点一定比金属晶体的低解析：只有认识四类晶体物理性质差异的本质原因才能对此题进行正确判断。在四类晶体中，金属晶体的结构及物理性质最特殊， 应予重视。金属晶体中， 构成晶体的微粒既有金属原子，又有金属阳离子， 且二者不断转换， 晶体中自由电子与金属离子间的电性作用形成了金属键。因此晶体中有阳离子，不一定有阴离子，如金属晶体。金属键强弱相差很大（主要由阳离子半径大小决定） ，因此金属晶体的熔、沸点、硬度等物理性质相差极大，它与其他类晶体相比很特殊， 有的晶体熔沸点很低，甚至小于分子晶体如金属汞、碱金属等；有的金属熔沸点很高

5、，甚至高于原子晶体如金属钨。答案： A例 3.下列有关金属元素特征的叙述正确的是（）A 、金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性B、金属元素在一般化合物中只显正价C、金属元素在不同的化合物中的化合价均不同D、金属元素的单质在常温下均为金属晶体第2页共18页解析： A 、对于变价金属中，较低价态的金属离子既有氧化性，又有还原性， 如 Fe2+。B 、金属元素的原子只具有还原性，故在化合物中只显正价。C、金属元素有的有变价，有的无变价，如 Na +。 D、金属汞常温下为液体。答案： B。例 4.物质结构理论推出： 金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用，叫金属键金属键越强，其金属的硬度越

6、大，熔沸点越高，且据研究表明，一般说来金属原子半径越小，价电子数越多，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镁的熔沸点低于钙C镁的硬度大于钾D钙的熔沸点高于钾解析：价电子数Al Mg，原子半径Al Mg ，所以 Al 的金属键更强， 所以 A 的说法错误 Mg和 Ca 的价电子数相同，而原子半径Mg Ca，所以金属键的强弱Mg Ca，所以 B 的说法错误价电子数Mg K ，原子半径Mg Ca K ，所以 C 的说法正确价电子数Ca K ，原子半径 Ca K，所以 D 的说法也正确答案： AB基础训练 1下列有关金属元素的特征叙述正确的是()A 金属元素的原子具有还原性，离

7、子只有氧化性D金属元素的化合价一定显正价C金属元素在不同化合物中的化合价均不相同D金属元素的单质在常温下均为金属晶体2下列有关金属元素特征的叙述中正确的是()A金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性B金属元素在化合物中一定显正价C金属元素在不同化合物中的化合价均不同D金属单质在常温下都是金属晶体3金属的下列性质中，不能用金属的电子气理论加以解释的是()A易导电B 易导热 C有延展性D 易锈蚀4下列晶体中由原子直接构成的单质有()A白磷B 氦 C金刚石D 金属镁5金属具有延展性的原因是()第3页共18页A 金属原子半径都较大，价电子较少B金属受外力作用变形时，金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈

8、作用C金属中大量自由电子受外力作用时，运动速度加快D自由电子受外力作用时能迅速传递能量6下列说法不正确的是()A金属单质的熔点一定比非金属单质高B离子晶体中不一定含有金属元素C在含有阳离子的晶体中，一定含有阴离子D含有金属元素的离子不一定是阳离子7金属晶体的形成是因为晶体中存在()A金属离子间的相互作用B金属原子间产生相互作用C金属离子与自由电子间的相互作用D 金属原子与自由电子间的相互作用8关于金属元素的特征，下列叙述正确的是()金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性金属元素在化合物中一般显正价金属性越强的元素相应的离子氧化性越弱金属元素只有金属性，没有非金属性价电子越多的金属原子的金属性

9、越强A BCD全部9金属的下列性质中，与自由电子无关的是()A密度大小B容易导电C延展性好D易导热10下列有关金属的叙述正确的是()A金属元素的原子具有还原性，其离子只有氧化性B金属元素的化合价般表现为正价C熔化状态能导电的物质定是金属的化合物D金属元素的单质在常温下均为金属晶体11.下列叙述正确的是()A原子晶体中可能存在离子键B分子晶体中不可能存在氢键C在晶体中可能只存在阳离子不存在阴离子D金属晶体导电是金属离子所致12.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可发生定向移动第4页共18页C金属晶体中的金属阳离子在外加

10、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13下列叙述正确的是（）A. 任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子B原子晶体中只含有共价键C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键D分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键14.在核电荷数118 的元素中，其单质属于金属晶体的有，属于分子晶体的有，属于原子晶体的有15. 简要填空：(1)金属导电是 _ 的结果(2)金属导热是 _ 的结果(3)金属抽成丝或压成薄板是金属受到外力作用，紧密堆积的原子(离子 )层发生了_，而金属离子和自由电子之间的_没有改变16. 碱金属单质的熔点顺序为 Li Na K Rb Cs，试用金属晶体结

11、构的知识加以解释17.在金属晶体中存在的粒子是_ 和_ 通过 _形成的单质晶体叫做金属晶体18.(1)请描述金属晶体中自由电子的存在状态答： _ (2)请说明金属晶体中自由电子所起的作用答： _ 19. 金属导电靠 _，电解质溶液导电靠 _; 金属导电能力随温度升高而_,溶液导电能力随温度升高而_.20.有一种金属结构单元是一个“面心立方体 ”（注：八个顶点和六个面分别有一个金属原子）。该单元平均是由_个金属原子组成的。 拓展提高 21.晶胞是晶体中最小的重复单元已知铁为面心立方晶体，其结构如下图甲所示，面心立第5页共18页方的结构特征如下图乙所示若铁原子的半径为1.2710 10 m ，试求

12、铁金属晶体中的晶胞长度，即下图丙中 AB 的长度为 _m 22. 某些金属晶体 (Cu、 Ag 、 Au) 的原子按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中可以划出一块正立方体的结构单元，金属原子处于正立方体的八个顶点和六个侧面上，试计算这类金属晶体中原子的空间利用率。23.石墨片层结构如右图所示，问：（ 1）平均多少个碳原子构成一个正六边形？（ 2） n g 碳原子可构成多少个正六边形？第三节金属晶体 基础训练 参考答案1 B2 B 3D 4 BC 5 B 6 AC7 C8 B 9 A 10 B 11. C12. B 13. B14.答案： Li 、 Be 、Na、 Mg 、 Al;H 2、

13、He、 N2 、O2、 F2、 Ne 、 P4 、S、Cl2 、 Ar;C、 Si、 B15.答案(1)自由电子在电场作用下定向移动(2)自由电子碰撞金属离子而将能量传给金属离子(3)相对滑动较强烈的相互作用(金属键 )16.金属晶体的熔点高低取决于晶体中金属离子与自由电子之间的作用力大小，由库仑定律q1q 2Fkr 2可知，作用力的大小又取决于金属离子的半径和自由电子的数量，显然， 半径越小，作用力越强，熔点越高而离子的半径顺序为LiNaKRbCs，因此锂的熔点最高17.金属离子；自由电子；金属键18.(1)自由电子均匀地分布在整个晶体中，被许多金属离子所共有第6页共18页(2)使金属阳离子

14、结合在一起形成晶体; 使金属晶体具有导电性、导热性和延展性19. 自由电子；自由离子；减弱；增强20. 421 3.5910 10提示：AB2BC 2AC 2AB21（41.27101022）AB3.59101022. 依题意画出侧面图，设正立方体边长为a，则体积为 a3。原子半径 r2a，每个正立方体包括金属原子481 8+6 1/2 4(个 ) ，球体体积共42a)30.74a3, 空间利用率为：0.74a 3100% 74% .4(4a 3323.解析：（1）方法 1：利用点与面之间的关系，平均每个正六边形需碳原子数：6 1/3=2 ；方法 2：利用点、线、面的关系，每个碳原子提供的边数

15、：3 1/2= 1.5(6 1/2)/1.5=2（2） (n/12)N A/2.二轮专题复习资料电化学、胶体一、知识网络：第7页共18页二、知识内化（一）原电池与电解池的判断原电池、电解池、电镀池判定规律：若无外接电源， 可能是原电池， 然后依据原电池的形成条件分析判定； 若有外接电源，两极插入电解质溶液中， 则可能是电解池或电镀池。 当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其余情况为电解池。（二）实际生活中常见电池的分析方法原仅有一电极材料参与反应电两电极材料均参与反应两电极材料均不参与反应池电解质为酸性介质电解质为中性介质电解质为碱性介质含不活泼金属的盐溶液电解质为酸性介质电解

16、质为碱性介质电解质为酸性介质电解质为中性介质电解质为碱性介质（三）判断电极反应和电池反应的书写1、电化学的本质是氧化还原反应，所以判断电极反应首先应理解电化学中的氧化还原反应的关系。 原电池中负极发生氧化反应， 正极发生还原反应， 而电解池中，阴极发生还原反应， 阳极发生氧化反应； 这种关系应用在充电电池中则形成一个放电时负极电极反应的逆反应正好是充电时阴极的电极反应。其判断方法有：（ 1）第8页共18页正极： O2+4e+2H2O=4OH-2、电极反应式的书写（ 1） 关键是放电顺序：阳极：（活性电极） S2- I - Br - Cl - OH-含氧酸根 F-阴极： Ag+Hg2+Fe3+C

17、u2+H+ Pb2+ Sn2+ Fe 2+ Zn 2+ H+ Al3+ Mg2+ Na+ Ca 2+ K +具体书写类型和方法举例如下：1、仅有一电极材料参与反应规律：参与反应的金属电极本身为负极，另一电极往往为正极，负极是参与反应的金属失电子，正极是介质溶液中的微粒得电子（反应一般为析氢、吸氧、析Cu、Ag 等）（1） 酸性较强介质：正极一般是析氢反应。例：图 1 电极反应：负极： Zn-2e=Zn2+2正极： 2H +2e=H（2） 接近中性介质：正极一般是吸氧反应。例：图 2 电极反应：负极： 2Fe-4e=2Fe2+练习 1：我国首创的以铝空气海水电池为能源的新型航标灯，它以海水为电解

18、质溶液，利用空气中的氧使铝不断氧化产生电流，写出这种电池的电极材料和电极反应式。（3）碱性介质：正极一般也是吸氧反应。例：图 3 电极反应：负极：2+-2Fe-4e=2Fe正极： O +4e+2H O=4OH22（4）含不活泼金属的盐溶液为介质：正极析出不活泼金属（Cu、 Ag 等）。例：图 4 电极反应：负极：Fe-2e=Fe2+正极： Cu2+2e=Cu2、两电极材料均参与反应（常见于蓄电池式或纽扣式电池）规律：两电极材料通常由金属和金属化合物构成，金属作负极。电子得失均由两电极本身发生。在书写电极反应式时， 应考虑电解质对电极的影响（如生成难溶物、 弱电解质等） 。介质为酸性溶液时，反应

19、式两边不能出现OH-离子；碱性溶液为介质时，反应式两边不能出第9页共18页现 H+离子。（ 1）酸性介质 例：实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制氯气，已知铅蓄电池工作时总的方程式如下：Pb+PbO +2H SO2PbSO +2H2O 试写出放电时的电极反应式。2244分析得出：负极： Pb-2e+SO42-=PbSO4正极： PbO2+2e+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O（ 2）碱性介质 例：蓄电池在放电时起原电池作用，在充电时起电解池作用。下式是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：Fe+NiO +2H OFe（ OH）+Ni（ OH）2222试写出起原电池作用的电极反应式

20、。分析得出：负极： Fe-2e+2OH-=Fe（ OH） 2正极： NiO2+2e+2H2O=Ni（OH）2+2OH-知识迁移：蓄电池的充电过程即电解，充电时电极反应式书写，只要将放电时的电极反应式反过来写，然后将负极改为阴极、原来的正极改为阳极即可：阴极： Fe（ OH） 2+2e= Fe+2OH-阳极： Ni（ OH） 2+2OH2e= NiO2 +2H2 O练习 2、电子表和电子计算器中常用一种微型纽扣原电池，它以锌为负极，氧化银为正极（即金属银上覆盖一薄层该金属氧化物），氢氧化钾溶液为电解质溶液，这种电池工作时，正极反应是 (）A Zn+2OH-=ZnO+H2O+2eB ZnO+H-2

21、O=Zn+2OH-2e+D Ag-C Ag 2O+2H=2Ag+HO-2e2O+H2O=2Ag+2OH-2e练习 3、氢镍电池是近年来开发的可充电电池，具有质轻、容量大的优良特性，其性能远优于镍镉电池， 对环境污染程度也小于镍镉电池。目前已基本取代了镍镉电池。氢镍电池的总反应式是 H2+2NiO（ OH）2Ni（ OH）2试写出放电和充电时的电极反应式。3、电极材料本身均不参与反应（常见于燃料电池）规律：两电极材料均为惰性电极（本身不参与反应，仅作导电的载体），负极是还原剂即燃料失电子， 正极是氧化剂得电子。在书写电极反应式时， 应考虑电解质对电极反应的影响，介质为酸性溶液时，反应式两边不能出

22、现OH-离子；碱性溶液为介质时，反应式两边不能出现 H+离子。同时参照总方程式中反应物和生成物来确定书写的微粒。例：飞船上使用的氢氧燃料电池是一种摸擦型化学电源。它具有高能、轻便、不污染环境等优点。 这种燃料电池的构造如图5 所示，两个电极均由多孔性碳制成。通入的气体由第 10页共 18页孔隙中逸出并在电极表面放电。总的方程式为：2H2+O2=2H2O写出电极反应式。分析讨论得出：a 为负极， b 为正极。当电解质溶液接近中性时；负极： 2H2-4e=4H+正极： O2+4e+2H2O=4OH-当电解质溶液呈酸性时；负极： 2H2+2+2-4e=4H正极： O +4e+4H =2H O当电解质

23、溶液呈碱性时；负极： 2H2-2O22-4e+4OH =4H正极： O +4e+2H O=4OH例：（ 2000 年 3+综合高考题）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用 Li2 323的熔融盐混和物作电解质，CO为阳极燃气，空气和2CO 和 Na COCO 的混和气为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式：阳极反应式：2-4CO2+4e2CO+2CO3阴极反应式：。总电池反应式：。练习 4、将两铂片插入KOH溶液中作为电极，在两极区分别通入甲烷( 或氢气、一氧化碳等可燃性气体 ) 和氧气构成燃料电池， 则通入甲烷气体的极是原电池的，该极的电极 反 应 是

24、， 电 池 工 作 时 的 总 反 应 的 离 子 方 程 式是。通入一氧化碳时的电极反应式：负极：，正极：，总反应的化学方程式：。练习 5、目前人们正在研究开发一种高能电池钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两极，以 Na+导电的 Al 2O3 陶瓷作固体电解质，反应式为：2Na + xSNa2SX（ 1） 写出放电时两电极名称、电极反应式；（ 2）写出充电时两电极名称及电极反应式，其中钠这一电极与电源极相连。（四）电解各电解质溶液的类型及特点第 11页共 18页练习：电解液中含有 K+、Cl22+、SO4、 OH （少量）、 Cu 、 H+（少量），用两个石墨棒作电极，电解时，阳极上析出_, 电

25、极反应式是 _；阴极析出 _,电 极 反 应 式 是 _ 。 改 用 两 个 铜 棒 作 电 极 ， 则 阳 极 变 化 是_ ，电极反应式是_；阴极上析出 _, 电极反应式是 _ 。（五）计算各电极产物的物质的量（定量）（ 1）电解有关计算的方法规律：有关电解的计算通常是求电解后某产物质量、气体的体积、 某元素的化合价以及溶液的PH、物质的量浓度等。解答此类题的方法有两种：一是根据电解方程式或电极反应式比例求解； 二是利用各电极、 线路中转移的电子数目守恒列等式求解。 以电子守恒较为简便，注意运用。（ 2）根据得失电子守恒各电极析出的物质的量有如下关系：O2 2Cl2 2Cu4Ag2H2 4

26、e-这是电化学简单计算中重要的基本关系。（六）、原电池、电解的应用原电池原理的三个应用和依据：（ 1）电极反应现象判断正极和负极，以确定金属的活动性。其依据是：原电池的正极上现象是： 有气体产生， 电极质量不变或增加； 负极上的现象是： 电极不断溶解， 质量减少。（ 2）分析判断金属腐蚀的速率， 分析判断的依据， 对某一个指定金属其腐蚀快慢顺序是：作电解池的阳极作原电池的负极非电池中的该金属作原电池的正极作电解池的阴极。判断依据：（ 1）根据反应现象原电池中溶解的一方为负极，金属活动性强。（ 2）根据反应的速度判断强弱。第 12页共 18页（ 3）根据反应的条件判断强弱。（ 3）由电池反应分析

27、判断新的化学能源的变化，分析的思路是先分析电池反应有关物质化合价的变化， 确定原电池的正极和负极， 然后根据两极的变化分析其它指定物质的变化。三、典型习题分析例 1下列五个烧杯中均有天然水铁被腐蚀由快到慢的顺序是：_。回答：从图和复习归纳的方法可以分析， 有外接电源时铁放在电源的正极， 铁被腐蚀的最快；若放在负极腐蚀的最慢； 原电池中， 两极的金属活动性差别越大， 反应越快，但若有活动性强于铁的金属存在则铁不被腐蚀（保护了铁），所以此题的答案是：（ 4）、（ 2）、（ 1）、（ 3）、（ 5）。例题 2：如图 2-17 ，E 为沾有 Na2SO4溶液的滤纸，并加入几滴酚酞。 A， B 分别为

28、Pt 片，压在滤纸两端， R、S 为电池的电极。 M、 N是用多微孔的 Ni 的电极材料，它在碱溶液中可以视为惰性电极。 G为电流计， K 为开关。 C、D 和电解池中都充满浓 KOH溶液。若在滤纸中央点上一滴紫色的 KMnO4溶液， K 打开，接通电源一段时间后， C、 D 中有气体产生。（ 1）外电源的正、负极分别是R 为 _， S 为 _。（ 2） A 附近溶液的现象是 _， B 附近发生的电极反应式为 _。（ 3）滤纸上的紫色点向哪方移动 _。（4）当 C、D 里的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，经过一段时间， C、D中气体逐渐减少，主要因为_，有关的反应式为_。第 13页

29、共 18页解析：根据图分析（1） C、 D产生气体的体积是不相同的，由此可以判断C 端的气体是氢气，D端产生的气体是氧气，所以确定R 为负极而S 端是正极。（2） A 附近的变化是变为红色，因为D 端放氧气， N端为阳极，而A 端为阴极，吸引阳离子，阳离子放电 2H+-2e=H2。因为，电解破坏了水的电离平衡，所以，此处 OH-浓度增大，溶液显红色。而在 B 端发生 OH-放电，其反应为： 4OH-4e=2H2O+O2。（ 4）氢气和氧气在碱的环境下发生的是电池反应，（类似燃烧电池），消耗了氢气和氧气。（ - ） 2H2+4OH-4e=4H2O（ +） O2+2H2O+4e=4OH-【评价】此

30、题是一道比较综合的题，它考察了电化学知识的大部分内容。此题的突破点是，示意图中的两种气体的体积，由此确定电源的正、负极，使题中所有问题迎刃而解。例题 3：用石墨电极电解100mLH2SO4和 CuSO4混合溶液，通电一段时间后，两极各出现气体 2.24L （标准状况），求原来溶液中CuSO4的浓度。解析：阳极产生的氧气为2.24L ，阴极产生的氢气为2.24L 。由 CuSO4电解时放出的氧气为0.05mol ，计算是：2Cu2+ O22/y=1/0.05y=0.1mol第 14页共 18页c（ Cu2+） =0.1/0.1=（ mol/L ）【评价】此题的突破口是根据题意分析出两极各产生的气

31、体为2.24L ；根据得失电子守恒可解。精选题一、选择题1银锌电池广泛应用各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：反应的物质是（）A AgB Zn（ OH） 2C Ag2ODZn2应用惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解，当电解溶液的pH 从 6 变为 3时（设阴极没有H2 析出，电解前后的溶液体积不变），电极上析出银的质量是（）A 27mgB 54mgC 108mgD 216mg二、非选择题离子组成符合下列情况的电解质，进行电解（各离子只能使用一次）。（ 1）以碳棒为电极进行电解，电解质的含量减少，水量保持不变，两极都有气体生成，气体体积相同，则该电解质的化学式为_，电解