高中化學金屬晶體導學案含答案新人教版選修4

1、三.3.3第三節(jié)金屬晶體學習目標學習目標：1、知道金屬鍵的涵義，能用電子氣理論解釋金屬的一些物理性質；2、能列舉金屬晶體的 4種基本堆積模型；3、了解金屬晶體性質的一般特點；4、知道金屬晶體與其它晶體的結構微粒、微粒間作用力的區(qū)別。學習重點：1、金屬鍵的涵義；用“電子氣理論”解釋金屬的一些物理性質；2、金屬晶體的4種基本堆積模型。學習難點：金屬晶體的4種基本堆積模型知識要點一、金屬鍵：（金屬晶體中，金屬陽離子和自由電子之間的較強的相互作用）1、金屬鍵與電子氣理論：金屬鍵：金屬原子的電離能低， 容易失去電子而形成陽離子和自由電子，陽離子整體共同吸引自由電子而結合在一起。金屬鍵可看成是由許多金屬離

2、子共用許多電子的一種特殊形式的共價鍵，這種鍵既沒有方向性也沒有飽和性，金屬鍵的特征是成鍵電子可以在金屬中自由流動，使得金屬呈現出特有的屬性。 在金屬單質的晶體中，原子之間以金屬鍵相互結合。 金屬鍵是一種遍布整個晶體的離域化學鍵。電子氣理論：描述金屬鍵本質的最簡單理論是“電子氣理論”。該理論把金屬鍵形象地描繪成從金屬原子上“脫落”下來的大量自由電子形成可與氣體相比擬的帶負電的“電 子氣”，金屬原子則.“浸泡”在“電子氣”的“海洋”之中。金屬原子脫落下來的自由電 子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有金屬陽離子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。由此可見，金屬晶體跟原子晶體一樣，是一種“巨分子

3、”。小結：r定義；以金屬鍵為基本作用力的晶體稱為金屬晶體，金屬單質的固態(tài)就是金屬晶體, 構成微粒！金屬陽離子和自由電子士金屬晶體 J微粒間的作用,金屬德；結棉特點！金屬陽離子被自由電子所包圍.在晶年中不存在單個的分子；:物理性質；易導電、導麴、有進展性、有金屬光澤等2、電子氣理論對金屬通性的解釋：金屬共同的物理性質：易導電、導熱、有延展性、有金屬光澤等。金屬導電性的解釋：在金屬晶體中，充滿著帶負電的“電子氣”，這些電子氣的運動是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下電子氣就會發(fā)生定向移動，因而形成電流，所以金屬容易導電。金屬導熱性的解釋：金屬容易導熱，是由于電子氣中的自由電子在熱的作用下與金屬原

4、子頻繁碰撞從而把能 量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達到相同的溫度。金屬延展性的解釋：當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對.滑動，但不會改變原來的排列方式，彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，所以在各原子層之間發(fā)生相對滑動以后， 仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變 也不易斷裂。因此，金屬都有良好的延展性。說明：當向金屬晶體中摻人不同的金屬或非金屬原子時，一就像在滾珠之間摻人了細小 而堅硬的砂土或碎石一樣，會使這種金屬的延展性甚至硬度發(fā)生改變，這也是對金屬材料形成合金以后性能發(fā)生改變的一種比較粗淺的解釋。、金屬晶體的原子

5、堆積模型：（金屬晶體內原子的空間排列方式）金屬鍵沒有方向性，因此趨向于使原子或分子吸引盡可能多的其他原子或分子分布于周圍, 并以密堆積的方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。1、幾個概念：緊密堆積：微粒之間的作用力使微粒間盡可能的相互接近，使它們占有最小的空間配位數：在晶體中與每個微粒緊密相鄰的微粒個數空間利用率：晶體的空間被微粒占滿的體積百分數，用它來表示緊密堆積的程度2、二維空間中的堆積方式2金屬晶體中的原子可看成直徑相等的球體，二維空間里），可有兩種方式：U JJ J J非密置層，配位數4金屬晶體中的原子可看成直徑相等的球體，二維空間里），可有兩種方式：U JJ J J非密置層，配位數

6、4說明：在一個平面上進行最緊密堆積排列只有象鋼球一樣堆積著。把它們放置在平面上（即密置層，配位數S種，即只有當每個等徑圓球與周圍其他6個球相接觸時，才能做到最緊密堆積一一密置層。密置層的空間利用率比非密置層的空間利用率（Wj。3、三維空間中的堆積方式金屬晶體可看成金屬原子在三維空間中堆積而成。簡單立方體堆積：（非密置層與非密置層的簡單疊加）助一力內相銘非專置層意子的煞子較在同一營控上的埴根為漕斷期見，我1使金屬麋干不相摟射,以便更好也春森這沖堆織的晶跑這種堆積方式形成的晶胞是一個立方體， 用率太低，只有金屬針采取這種堆積方式。說明：每個晶胞含原子數：這種堆積方式形成的晶胞是一個立方體， 用率太

7、低，只有金屬針采取這種堆積方式。說明：每個晶胞含原子數：1;配位數:鉀型：（非密置層疊加、緊密堆積）被稱為簡單立方堆積。這種堆積方式的空間利如果是非密置層上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中,每層均照此堆積，如卜圖:如果是非密置層上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中,每層均照此堆積，如卜圖:這種堆積方式的空間利用率顯然比簡單立方堆積的高多了，許多金屬是這種堆積方式， 如堿金屬，簡稱為鉀型。說明：每個晶胞含原子數：2;配位數：8鎂型和銅型：（密置層疊加、最密堆積）密置層的原子按鉀型堆積方式堆積， 會得到兩種基本堆積方式， 鎂型和銅型。鎂型如圖 左側，按 ABABABAB的方式堆積；銅

8、型如圖右側，按ABCABCABC的方式堆積.這兩種堆 積方式都是金屬晶體的最密堆積，配位數均為12 （同層6,上下層各3）,空間利用率均為74%,但所得的晶胞的形式不同。說明：鎂型，每個晶胞含原子數：2銅型，每個晶胞含原子數：4注意：左右兩圖的1、2、3小球的位置的區(qū)別。小結：金屬晶體的四種堆積模型對比單枳輯也的央型和表文同利用華A篦M單立方52%6VrJ, V|奢微卜卬N*、K、FttkJ!K S(hcpMg. Zci, Ti12#1 (pCgAu74%12WL 三、混合晶體石墨不同于金剛石，其碳原子不像金剛石的碳原子那樣呈sp3雜化。而是呈 sp2雜化，形成平面六元環(huán)狀結構，因此石墨晶體是

9、c層狀結構的，層內的碳原子白核間距為 142Pm層間距離為335pm,說明層間沒有化學鍵相連，是靠范德華力維系的；石墨的二維結構內，每 一個碳原子的配位數為 3,有一個末參與雜化的 2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面。 石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵，還有范德華力，不能簡單地歸屬于其中任何.一種晶體，是一種混合晶體。方法指導一、金屬晶體的一般性質及其結構根源由于金屬晶體中存在大量的自由電子和金屬離子（或原子）排列很緊密，使金屬具有很多共同的性質。狀態(tài)：通常情況下，除 Hg外都是固體；有自由電子存在，是良好的導體；自由電子與金屬離子碰撞傳遞熱量，具有良好的傳熱性能；自由電子能夠吸收可見光

10、并能隨時放出，使金屬不透明，且有光澤；等徑圓球的堆積使原子間容易滑動，所以金屬具有良好的延展性和可塑性；金屬間能“互溶”，易形成合金。金屬除有共同的物理性質外，還具有各自的特性。不同的金屬在某些性質方面， 如密度、硬度、熔點等又表現出很大差別。這與金屬原子本身、晶體中原子的排列方式等因素有關。、配位數：在晶體中與離子直接相連的離子數輒型綠心立方堆積）一配位數, S苞單立方堆積一配位數二輒型綠心立方堆積）一配位數, S篌型（立方最密堆積）一配位數：12三、金屬晶體熔沸點的判斷：金屬晶體熔點變化差別較大。如汞在常溫下是液體，熔點很低（38.9 C）。而鐵等金屬熔點很高（1535C）。這是由于金屬晶

11、體緊密堆積方式、金屬陽離子與自由電子的靜電作 用力（金屬鍵）不同而造.成的差別金屬晶體的熔沸點高低和金屬鍵的強弱有關。金屬原子價電子越多， 原子半徑越小，金屬離子與自由電子的作用力就越強，晶體的熔沸點就越高，反之越低。例如：堿金屬單質的熔沸點從上到下逐漸降低一一價電子相同，原子半徑逐漸增大。鹵素單質的熔沸點從上到下卻逐漸升高一一.相對分子質量逐漸增大，范德華力逐漸增大。四、金屬導電與電解質溶液導電的區(qū)別：這些自由電子的運動是沒有一定方因而形成電流，所以金屬容易導金屬導電：在金屬晶體中，存在著許多自由電子, 向的，但在外加電場的條件下自由電子就會發(fā)生定向運動， 這些自由電子的運動是沒有一定方因而

12、形成電流，所以金屬容易導電解質溶液導電： 電解質在熔融狀態(tài)下導電、電解質溶液的導電， 實質是在外加電場 作用下，陰陽離子發(fā)生定向移動。 電解質溶液導電的過程就是電解質溶液被電解的過程, 于化學變化。經典例題例題1、金屬的下列性質中和金屬晶體無關的是（）A、良好的導電性B、反應中易失電子C良好的延展性D、良好的導熱性思路點撥：本題考查金屬晶體結構與性質的關系，金屬晶體結構主要和物理性質有關。解析：B項應該與元素原子有關，金屬元素最外層電子數較少，在化學反應中容易失電 子?！敬鸢浮緽總結升華：金屬晶體中，微粒之間以金屬鍵結合， 根據電子氣理論， 金屬原子脫落下來 的自由電子形成遍布整塊晶體的“電子

13、氣”， 被所有金屬陽離子所共用， 從而把所有的金屬 原子維系在一起。金屬晶體獨特的結構，決定了其具有與其他晶體不同的性質。舉一反三：【變式1】金屬晶體的形成是因為晶體中存在（）A、金屬離子間的相互作用B、金屬原子間的相互作用C金屬離子與自由電子間的相互作用D、金屬原子與自由電子間的相互作用【答案】C例題2、物質結構理論指出：金屬晶體中金屬陽離子與自由電子之間的強烈相互作用， 稱為金屬鍵.金屬鍵越強，其金屬的硬度越大，熔沸點越高，且據研究表明，一般說來金屬 原子半徑越小，價電子數越多，則金屬鍵越強。由此判斷下列說法錯誤的是（）A、鎂的硬度大于鋁日 鎂的熔沸點低于鈣C鎂的硬度大于鉀D鈣的熔沸點高于

14、鉀思路點撥：本題考查金屬晶體熔沸點、硬度的比較，理解題目所給信息是本題的關鍵。解析：價電子數AlMg原子半徑AKMcj,所以Al的金屬鍵更強，A的說法錯誤。Mg 和Ca的價電子數相同，而原子半徑Mg Ca, B的說法錯誤。價電子數Mg K,原子半徑 Mg K,原子半徑 Cac K, D 的說法也正確?！敬鸢浮緼B總結升華：金屬晶體的熔沸點差別很大，如汞在常溫下是液體，熔點很低（38.9 C）。而欷等金屬熔點很高（1535C）。這主要和金屬晶體緊密堆積方式、金屬陽離子與自由電子 的靜電作用力（金屬鍵）的強弱有關。此題所給信息：一般說來金屬原子半徑越小，價電子 數越多，則金屬鍵越強?？梢宰鳛榻饘倬?/p>

15、體熔沸點高低的判斷依據。舉一反三：【變式2】關于IA族和HA族元素的下列說法中正確的是A、同一周期中，IA 族單質的熔點比HA 族的高日濃度都是0.01 mol/L時，氫氧化鉀溶液的 pH比氫氧化鋼的小C氧化鈉的熔點比氧化鎂的高D加熱時碳酸鈉比碳酸鎂易分解例題3、1987年2月，朱經武教授等發(fā)現鈕鋼銅氧化合物在溫度90 K下即具有超導性,若該化合物的基本結構單元如圖所示，則該化合物的化學式可能是（）A、YBaCuO-xB、YBaCuG-xC YBaCusG-xD YBaCuG-x思路點撥：考查有關晶胞的知識，可用分攤法計算。解析：由軌銀銅氧化合物的結構單元可以看出該結構單元中含有完全的Y原子1

16、個，Ba原子2個，Cu原子1/8 X 8+1/4 X 8=3個，O原子若干。故化學式為 YBaCibQ-x。【答案】C總結升華：在晶胞中的原子或離子，是被晶胞“占有”而非“獨占”。在一個晶胞結構中出現的多個原子，這些原子并不是只為這個晶胞所獨立占有，而是為多個晶胞所共有，舉一反三：【變式3】由鉀和氧組成的某種離子晶體中，陽離子與陰離子質量之比為13： 8,其中陰離子只有過氧離子（Q2-）和超氧離子（Q-）兩種，在此晶體中，過氧離子與超氧離子的 物質的量之比為A、1 ： 1B、1 ： 3C 2： 1D、1 ： 2解析：由陽離子（K+）與陰離子（Q2-、。-）質量比為13 ： 8,可得其物質的量之

17、比 n（K+） ： n （Q2-、Q-） =4： 3。由電荷守恒原則，若 Q2-的物質的量為 x、Q-的物質的量為 V,則有 2r + j = 4 molJ - 3mI 得 x=1 mol , y=2 mol。D選項符合題意?！菊n后練習】 TOC o 1-5 h z 1、構成金屬晶體的微粒是（）A、金屬原子B、金屬陽離子和自由電子C金屬原子和電子D、陽離子和陰離子2、在金屬中，自由移動的電子所屬的微粒（）A、與電子最近的金屬陽離子B、整塊金屬的所有金屬陽離子C在電子附近的金屬陽離子D、與電子有吸引力的金屬陽離子3、金屬的下列性質不能用金屬的電子氣理論加以解釋的是（）A、有金屬光澤B、易生銹C、

18、易導電D、有延展性 TOC o 1-5 h z 4、下列化學式既能表示物質的組成，又能表示物質分子式的是（）A、NHNOB、SiO2C CsHNOD Cu5、下列各組物質按照熔點由低到高的順序排列正確的是（）A Q、12、HgB、I 2、KI、SiO2C Li、Na、KD、C CO、CC146、下列敘述正確的是（）A、任何晶體中，若含有陽離子也一定含有陰離子以原子晶體中只含有共價鍵C離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價鍵D分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其他化學鍵7、下列有關金屬元素特征的敘述中正確的是A、金屬元素的原子只有還原性，離子只有氧化性以金屬元素在化合物中一定顯正價C金屬元素在不同

19、化合物中的化合價均不同D金屬單質的熔點總是高于分子晶體8、自然界中已發(fā)現的100多種元素里，金屬元素約占 ,其中含量最多的元 素是,含量最多的金屬元素是 。金屬導電靠 ,電解質溶液導電靠 ,金 屬導電能力隨溫度升高而 ,溶液導電能力隨溫度升高而 。9、為什么金屬容易導電、 導熱并具有延展性，而通常情況下離子晶體卻沒有這些性質？同步檢測 TOC o 1-5 h z 1、某晶體不導電，在熔融狀態(tài)下能被電解，則該晶體是（）A、分子晶體B、原子晶體C、離子晶體D、金屬晶體2、下列各組物質中作用力和晶體類型完全相同的一組是（）A CO SiO2 SO2 NQB、NaCl NH,Cl HCl KClC H

20、2 N2 He FeD 金剛石 水晶 晶體硅金剛砂（SiC）3、據報道，科學家用激光把石墨“炸松”，再射入氮氣流，并用射頻電火花處理，可得到一種硬似金剛石的化合物。有關敘述不正確的是（）A、兩種單質反應物在通常狀態(tài)下均很不活潑日該化合物呈片狀結構C該化合物中原子間作用力只有共價鍵，鍵長短，形成空間網狀結構D碳氮鍵比金剛石中碳碳鍵強4、下列事實能說明A元素的金屬性一定比B元素強的是（）A、A的熔點比B的熔點高以 發(fā)生氧化還原反應時，A元素原子失去的電子比 B原子多C B陽離子的氧化性比 A陽離子氧化性強D A能與水劇烈反應放出氫氣，而 B不能5、下列特性適合金屬晶體的是（）A熔點1031 C,固

21、態(tài)不導電，水溶液能導電日熔點97.81 C,固態(tài)能導電，質軟C熔點162.7 C,固態(tài)不導電，水溶液能導電D熔點1070 C,液態(tài)能導電，但固態(tài)不能導電6、生鐵可看成C- Fe合金，則石墨、鐵、生鐵三者熔點由大到小的順序為（）A、石墨、鐵、生鐵B、鐵、石墨、生鐵C生鐵、石墨、鐵D、石墨、生鐵、鐵7、有一種金屬的結構單元是一個“面心立方體”（注：八個頂點和六個面分別有一個 金屬原子）。該單元平均是由 個金屬原子組成的。8、堿金屬單質的熔點順序為 Li NaKRbCs,試用金屬晶體結構的知識加以解釋。9、某些金屬晶體（Cu、Ag、Au）的原子按面心立方的形式緊密堆積，即在晶體結構中 可以劃出一塊正

22、立方體的結構單元，金屬原子處于正立方體的八個頂點和六個側面上，試計算這類金屬中原子的空間利用率。答案與提示1、B 解析：注意四種晶體類型的區(qū)分。2、B 解析：電子氣理論知識的考查。金屬原子脫落下來的自由電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有金屬陽離子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。3、B解析：金屬晶體中金屬陽離子緊密堆積，自由電子在整個晶體里自由移動。在外加電場的作用下，自由電子可以發(fā)生定向運動。 受到外力作用時，金屬晶體的各原子層發(fā)生相對滑動，但金屬離子與自由電子的相互作用并沒有改變。故金屬晶體一般有光澤、 能導電，具有延展性。并不是所有的金屬都易生銹，生銹是金屬原子失去電子被氧化

23、為金屬陽離子的過程，發(fā)生了氧化還原反應。4、C解析：只有分子晶體的化學式才能稱作表示分子式，在晶體中存在分子。其他晶體的化學式，只代表個數比，在晶體中不存在分子。NHNO、SiO2、Cu只能表示物質的組成，但不是分子晶體，故不能表示分子式。5、B解析：注意不同晶體的熔沸點的比較依據不同。A組中可根據常溫下的狀態(tài)得出QvHgv 12； B組熔點順序正確； C組中Kv Nav Li ; D組中COv CCl,v C6、B解析：A項金屬晶體中只有陽離子，沒有陰離子；C項離子晶體中一定有離子鍵，可以有共價鍵；D項分子晶體中，分子之間存在著分子間作用力，而分子內可以有共價 鍵。7、B解析：A錯誤，金屬元

24、素可以有多種價態(tài)，如Fe2+既有還原性又有氧化性；C錯誤，有些金屬元素正價只有一種，如Na+; D錯誤，如汞常溫下為液態(tài)，有很多分子晶體常溫下是固態(tài)。8、【思路分析】金屬導電是由于金屬晶體中存在自由移動的電子，而電解質溶液的導電是溶液中的陰、陽離子在外加電場的作用下做定向移動。溫度升高時，金屬晶體內部的金屬陽離子運動速度加快，使電子的傳遞受影響，導電性減弱。溫度升高時，電解質溶液中的自由移動的離子運動速率加快，導電性增強。答案：4/5 氧 鋁 自由電子 陰、陽離子 減弱 增強【思路分析】金屬晶體的某些性質與其特殊結構有關。答案：金屬容易導電、導熱是由于金屬晶體里有自由電子，在外加電場的條件下，自由電子就會定向運動，故易導電，電子.運動經常與金屬離子碰撞從而引起兩者能量交換，把能量傳給其他金屬離子，故能導熱。金屬的延展性是因為晶體的各原子層受外力作用發(fā)生相 對滑動，而離子晶體中，陰、陽離子按一定規(guī)律在空間排列，離子以離子鍵結合，離子不能 啟由移動，也沒有自由電子，所以，通