高中化學(xué)人教版物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第三節(jié)金屬晶體 第三章第三節(jié)

第三節(jié)金屬晶體[目標(biāo)導(dǎo)航]1.初步了解金屬鍵的含義，能用“電子氣理論”解釋金屬的一些物理性質(zhì)。2.初步了解金屬晶體的4種基本堆積模型。3.了解混合晶體石墨的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。一、金屬鍵1．概念(1)金屬鍵：在金屬單質(zhì)晶體中原子之間以金屬陽(yáng)離子與自由電子之間強(qiáng)烈的相互作用。(2)成鍵微粒：金屬陽(yáng)離子和自由電子。(3)成鍵條件：金屬單質(zhì)或合金。2．決定金屬鍵強(qiáng)弱的因素金屬鍵的強(qiáng)度(用原子化熱衡量)主要決定于金屬元素的原子半徑和單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目(價(jià)電子數(shù))。隨原子半徑的增大，原子化熱逐漸減小，金屬鍵逐漸減弱。如從Li到Cs原子化熱遞減，金屬鍵由強(qiáng)到弱遞變。單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目(價(jià)電子數(shù))越多，則金屬鍵就越強(qiáng)。3．金屬熔、沸點(diǎn)的比較金屬原子的價(jià)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(qiáng)，金屬鍵也就越強(qiáng)，晶體的熔、沸點(diǎn)就越高。例如：熔、沸點(diǎn)：Na＜Mg＜Al?！咀h一議】1．電解質(zhì)在熔化狀態(tài)或溶于水時(shí)能導(dǎo)電，這與金屬導(dǎo)電的本質(zhì)是否相同？答案金屬導(dǎo)電依靠的是自由電子，電解質(zhì)熔化或溶于水后導(dǎo)電依靠的是自由移動(dòng)的陽(yáng)、陰離子。金屬導(dǎo)電過(guò)程不會(huì)生成新物質(zhì)，屬物理變化；而電解質(zhì)導(dǎo)電的同時(shí)要在陰、陽(yáng)兩極生成新物質(zhì)，屬化學(xué)變化，二者的導(dǎo)電本質(zhì)是不同的。另外金屬的導(dǎo)電能力隨溫度的升高而降低，而電解質(zhì)溶液或熔融狀態(tài)的電解質(zhì)的導(dǎo)電能力隨溫度的升高而增強(qiáng)。二、金屬晶體1．概念通過(guò)金屬離子與自由電子之間的較強(qiáng)的作用形成的單質(zhì)晶體，叫做金屬晶體。2．電子氣理論：金屬原子脫落下來(lái)的價(jià)電子形成遍布整塊金屬的“電子氣”，被所有原子共用，從而把所有金屬原子維系在一起，形成像原子晶體一樣的“巨分子”。3．金屬的性質(zhì)金屬具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。導(dǎo)熱性：電子氣中自由電子通過(guò)運(yùn)動(dòng)把能量從高溫區(qū)傳到低溫區(qū)。導(dǎo)電性：外電場(chǎng)下，電子氣中自由電子在金屬內(nèi)部定向移動(dòng)形成電流。延展性：原子之間相對(duì)滑動(dòng)，而金屬鍵仍然存在?！咀h一議】2．如何解釋金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性？答案(1)金屬導(dǎo)電性的解釋在金屬晶體中，充滿(mǎn)著帶負(fù)電的“電子氣”，這些電子氣的運(yùn)動(dòng)是沒(méi)有一定方向的，但在外加電場(chǎng)的條件下電子就會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，因而形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電。(2)金屬導(dǎo)熱性的解釋金屬容易導(dǎo)熱，是由于電子氣中的自由電子在熱的作用下與金屬原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(dá)到相同的溫度。(3)金屬延展性的解釋當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，晶體中的各原子層就會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，但不會(huì)改變?cè)瓉?lái)的排列方式，彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類(lèi)似軸承中滾珠之間潤(rùn)滑劑的作用，所以在各原子層之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)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。一、金屬鍵對(duì)金屬的物理性質(zhì)的影響【例1】下列關(guān)于金屬鍵的敘述中，不正確的是()A．金屬鍵是金屬陽(yáng)離子和自由電子這兩種帶異性電荷的微粒間的強(qiáng)烈相互作用，其實(shí)質(zhì)與離子鍵類(lèi)似，也是一種電性作用B．金屬鍵可以看作是許多原子共用許多電子所形成的強(qiáng)烈的相互作用，所以與共價(jià)鍵類(lèi)似，也有方向性和飽和性C．金屬鍵是帶異性電荷的金屬陽(yáng)離子和自由電子間的相互作用，故金屬鍵無(wú)飽和性和方向性D．構(gòu)成金屬鍵的自由電子在整個(gè)金屬內(nèi)部的三維空間中做自由運(yùn)動(dòng)答案B解析從基本構(gòu)成微粒的性質(zhì)看，金屬鍵與離子鍵的實(shí)質(zhì)類(lèi)似，都屬于電性作用，特征都是無(wú)方向性和飽和性，自由電子是由金屬原子提供的，并且在整個(gè)金屬內(nèi)部的三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，為整個(gè)金屬的所有陽(yáng)離子所共有，從這個(gè)角度看，金屬鍵與共價(jià)鍵有類(lèi)似之處，但兩者又有明顯的不同，如金屬鍵無(wú)方向性和飽和性。故選B。規(guī)律總結(jié)1．金屬晶體的熔點(diǎn)比較(1)金屬的熔點(diǎn)高低與金屬鍵的強(qiáng)弱直接相關(guān)。金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔點(diǎn)(沸點(diǎn))越高，硬度一般也越大。(2)金屬鍵的強(qiáng)弱主要取決于金屬陽(yáng)離子的半徑和離子所帶的電荷。金屬陽(yáng)離子半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)；離子所帶電荷越多，金屬鍵越強(qiáng)。(3)同周期金屬單質(zhì)，從左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸點(diǎn)升高。同主族金屬單質(zhì)，從上到下(如堿金屬)熔、沸點(diǎn)降低。(4)金屬晶體熔點(diǎn)差別很大，如汞常溫為液體，熔點(diǎn)很低(－℃)，而鐵等金屬熔點(diǎn)很高(1535℃)。2．金屬晶體物理特性分析(1)金屬鍵沒(méi)有方向性，當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，晶體中的各原子層發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)而不會(huì)破壞金屬鍵，金屬發(fā)生形變但不會(huì)斷裂，故金屬晶體具有良好的延展性。(2)金屬材料有良好的導(dǎo)電性是由于金屬晶體中的自由電子可以在外加電場(chǎng)作用下發(fā)生定向移動(dòng)。(3)金屬的導(dǎo)熱性是自由電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)與金屬離子碰撞而引起能量的交換，從而使能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。變式訓(xùn)練1下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是()A．常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在B．金屬陽(yáng)離子與自由電子之間的強(qiáng)烈作用，在一定外力作用下，不因形變而消失C．鈣的熔、沸點(diǎn)低于鉀D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好答案B解析常溫下，Hg為液態(tài)，A錯(cuò)；因?yàn)榻饘冁I無(wú)方向性，故金屬鍵在一定范圍內(nèi)不因形變而消失，B正確；鈣的金屬鍵強(qiáng)于鉀，故熔、沸點(diǎn)高于鉀，C不正確；溫度升高，金屬的導(dǎo)電性減弱，D錯(cuò)。二、金屬晶體中金屬原子的堆積方式【例2】有四種不同堆積方式的金屬晶體的晶胞如圖所示，有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．①為簡(jiǎn)單立方堆積，②為鎂型，③為鉀型，④為銅型B．每個(gè)晶胞含有的原子數(shù)分別為：①1個(gè)，②2個(gè)，③2個(gè)，④4個(gè)C．晶胞中原子的配位數(shù)分別為：①6，②8，③8，④12D．空間利用率的大小關(guān)系為：①＜②＜③＜④答案B解析①為簡(jiǎn)單立方堆積，②為鉀型，③為鎂型，④為銅型，②與③判斷有誤，A項(xiàng)錯(cuò)誤；每個(gè)晶胞含有的原子數(shù)為別為：①8×eq\f(1,8)＝1，②8×eq\f(1,8)＋1＝2，③8×eq\f(1,8)＋1＝2，④8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，B項(xiàng)正確；晶胞③中原子的配位數(shù)應(yīng)為12，其他判斷正確，C項(xiàng)不正確；四種晶體的空間利用率分別為52%、68%、74%、74%，所以D項(xiàng)不正確，應(yīng)為④＝③＞②＞①。規(guī)律總結(jié)1．堆積原理組成晶體的金屬原子在沒(méi)有其他因素影響時(shí)，在空間的排列大都服從緊密堆積原理。這是因?yàn)樵诮饘倬w中，金屬鍵沒(méi)有方向性和飽和性，因此都趨向于使金屬原子吸引更多的其他原子分布于周?chē)?，并以密堆積方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。2．堆積模型變式訓(xùn)練2關(guān)于鉀型晶體(如右圖所示)的結(jié)構(gòu)的敘述中正確的是()A．是密置層的一種堆積方式B．晶胞是六棱柱C．每個(gè)晶胞內(nèi)含2個(gè)原子D．每個(gè)晶胞內(nèi)含6個(gè)原子答案C解析鉀型晶體的晶胞為立方體，是非密置層的一種堆積方式，其中有8個(gè)頂角原子和1個(gè)體心原子，晶胞內(nèi)含有8×eq\f(1,8)＋1＝2個(gè)原子，選項(xiàng)C正確。1．下列關(guān)于金屬及金屬鍵的說(shuō)法正確的是 ()A．金屬鍵具有方向性與飽和性B．金屬鍵是金屬陽(yáng)離子與自由電子間的相互作用C．金屬導(dǎo)電是因?yàn)樵谕饧与妶?chǎng)作用下產(chǎn)生自由電子D．金屬具有光澤是因?yàn)榻饘訇?yáng)離子吸收并放出可見(jiàn)光答案B解析金屬鍵沒(méi)有方向性和飽和性，A錯(cuò)；B對(duì)；金屬內(nèi)部本身就存在自由電子，金屬導(dǎo)電是由于在外加電場(chǎng)的作用下電子發(fā)生了定向移動(dòng)，C錯(cuò)；金屬具有光澤是因?yàn)殡娮游詹⒎懦隹梢?jiàn)光，D錯(cuò)。2．物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論推出：金屬鍵越強(qiáng)，其金屬的硬度越大，熔沸點(diǎn)越高。且研究表明，一般來(lái)說(shuō)，金屬陽(yáng)離子半徑越小，所帶電荷越多，則金屬鍵越強(qiáng)，由此判斷下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 ()A．硬度：Mg＞Al B．熔點(diǎn)：Mg＞CaC．硬度：Mg＞K D．熔點(diǎn)：Ca＞K答案A解析根據(jù)題目所給信息，鎂、鋁原子的電子層數(shù)相同，價(jià)電子數(shù)：Al＞Mg，離子半徑：Al3＋＜Mg2＋。3．金屬晶體堆積密度大，原子配位數(shù)高，能充分利用空間的原因是 ()A．金屬原子的價(jià)電子數(shù)少B．金屬晶體中有“自由電子”C．金屬原子的原子半徑大D．金屬鍵沒(méi)有飽和性和方向性答案D解析這是因?yàn)榻柚跊](méi)有方向性和飽和性的金屬鍵形成的金屬晶體的結(jié)構(gòu)中，都趨向于使原子吸引盡可能多的其他原子分布于周?chē)?，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。4．下列有關(guān)金屬的說(shuō)法正確的是 ()A．金屬原子的核外電子在金屬晶體中都是自由電子B．六方最密堆積和面心立方最密堆積的原子堆積方式空間利用率最高C．金屬原子在化學(xué)變化中失去的電子數(shù)越多，其還原性越強(qiáng)D．金屬晶體都有很高的熔點(diǎn)和很大的硬度答案B解析金屬晶體中的自由電子是金屬原子的價(jià)電子，A項(xiàng)錯(cuò)；立方最密堆積和面心立方最密堆積空間利用率最高，B正確；金屬元素的還原性決定于金屬原子失去電子的難易程度，與失電子的多少無(wú)關(guān)，C項(xiàng)錯(cuò)；金屬晶體的熔點(diǎn)和硬度差別較大，如堿金屬元素的晶體一般熔點(diǎn)都很低，硬度很小，D項(xiàng)錯(cuò)。5．金屬晶體的原子堆積方式常有以下四種方式，請(qǐng)認(rèn)真觀察模型回答下列問(wèn)題：圖1圖2圖3圖4(1)四種堆積模型的堆積名稱(chēng)依次是____________、____________、____________、____________。(2)圖1方式的堆積，空間利用率為_(kāi)_________，只有金屬__________采用這種堆積方式。(3)圖2與圖3兩種堆積方式中金屬原子的配位數(shù)__________(填“相同”或“不相同”)，圖2的空間利用率為_(kāi)_______，圖3的表示符號(hào)為_(kāi)_________。(4)采取圖4堆積方式的金屬通常有__________(任寫(xiě)三種金屬元素的符號(hào))，每個(gè)晶胞中所含有的原子數(shù)為_(kāi)_________。答案(1)簡(jiǎn)單立方堆積六方最密堆積面心立方最密堆積體心立方堆積(2)52%Po(3)相同74%ABCABC……(4)K、Na、Fe(合理即可)26．金晶體的最小重復(fù)單元(也稱(chēng)晶胞)是面心立方體，如圖所示即在立方體的8個(gè)頂角各有一個(gè)金原子，各個(gè)面的中心有一個(gè)金原子，每個(gè)金原子被相鄰的晶胞所共有。金原子的直徑為dcm，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，M表示金的相對(duì)原子質(zhì)量。(1)金晶體每個(gè)晶胞中含有________個(gè)金原子。(2)欲計(jì)算一個(gè)晶胞的體積，除假定金原子是剛性小球外，還應(yīng)假定__________。(3)一個(gè)金晶胞的體積是多少？(4)金晶體的密度是多少？答案(1)4(2)在立方體各個(gè)面的對(duì)角線(xiàn)上的三個(gè)金原子彼此兩兩相切(3)V＝(eq\r(2)d)3＝2eq\r(2)d3(cm3)(4)ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(\f(4M,NA),V)＝eq\f(\f(4M,NA),2\r(2)d3)＝eq\f(\r(2)M,d3NA)(g·cm－3)解析(1)由題中對(duì)金晶胞的敘述，可求出每個(gè)晶胞中所擁有的金原子個(gè)數(shù)，即為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。(2)金原子的排列是緊密堆積的，因此面上金原子間要相互接觸。(3)如圖是取金晶胞中某一面的平面部分，AC為2倍金原子的直徑，AB為立方體的棱長(zhǎng)，由圖可得，立方體的棱長(zhǎng)為eq\r(2)dcm，所以晶胞的體積為(eq\r(2)d)3＝2eq\r(2)d3(cm3)。(4)密度＝eq\f(質(zhì)量,體積)，質(zhì)量用晶胞中4個(gè)金原子的質(zhì)量，體積用晶胞的體積，即密度為ρ＝eq\f(\f(4M,NA),2\r(2)d3)＝eq\f(\r(2)M,d3NA)(g·cm－3)。[經(jīng)典基礎(chǔ)題]1．不能用金屬鍵理論解釋的是 ()A．導(dǎo)電性 B．導(dǎo)熱性 C．延展型 D．銹蝕性答案D解析金屬鍵是金屬陽(yáng)離子與自由電子之間的靜電作用，它決定了金屬晶體的一些性質(zhì)，可以解釋金屬晶體的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性等金屬晶體的物理性質(zhì)，但不能解釋其化學(xué)性質(zhì)，例如銹蝕性。2．下列對(duì)各組物質(zhì)性質(zhì)的比較中，正確的是 ()A．熔點(diǎn)：Li<Na<KB．導(dǎo)電性：Ag>Cu>Al>FeC．密度：Na>Mg>AlD．空間利用率：體心立方堆積<六方最密堆積<面心立方最密堆積答案B解析同主族的金屬單質(zhì)，原子序數(shù)越大，熔點(diǎn)越低，這是因?yàn)樗鼈兊膬r(jià)電子數(shù)相同，隨著原子半徑的增大，金屬鍵逐漸減弱，所以A選項(xiàng)不對(duì)；Na、Mg、Al是同周期的金屬單質(zhì)，密度逐漸增大，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；不同堆積方式的金屬晶體空間利用率分別是：簡(jiǎn)單立方堆積52%，體心立方最密堆積68%，六方最密堆積和面心立方最密堆積均為74%，因此D項(xiàng)錯(cuò)誤；常用的金屬導(dǎo)體中，導(dǎo)電性最好的是銀，其次是銅，再次是鋁、鐵，所以B選項(xiàng)正確。3．只有陽(yáng)離子而沒(méi)有陰離子的晶體是 ()A．金屬晶體 B．原子晶體C．離子晶體 D．分子晶體答案A解析分子晶體和原子晶體中不存在離子，所以不能選擇B、D兩項(xiàng)；離子晶體的構(gòu)成粒子是陰離子和陽(yáng)離子，C項(xiàng)也不符合題意；金屬晶體的構(gòu)成粒子是金屬陽(yáng)離子和自由電子，沒(méi)有陰離子，因此應(yīng)該選擇A項(xiàng)。4．按下列四種有關(guān)性質(zhì)的敘述，可能屬于金屬晶體的是 ()A．由分子間作用力結(jié)合而成，熔點(diǎn)低B．固體或熔融后易導(dǎo)電，熔點(diǎn)在1000℃左右C．由共價(jià)鍵結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高D．固體和熔融狀態(tài)不導(dǎo)電，但溶于水后可能導(dǎo)電答案B解析A為分子晶體；B中固體能導(dǎo)電，熔點(diǎn)在1000℃左右，不是很高，應(yīng)為金屬晶體；C為原子晶體；D為分子晶體。5．金屬晶體中金屬原子有三種常見(jiàn)的堆積方式，六方最密堆積、面心立方最密堆積和體心立方堆積，下圖(a)、(b)、(c)分別代表這三種晶胞的結(jié)構(gòu)，其晶胞內(nèi)金屬原子個(gè)數(shù)比為 ()A．3∶2∶1 B．11∶8∶4C．9∶8∶4 D．21∶14∶9答案A解析晶胞(a)中所含原子＝12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋3＝6，晶胞(b)中所含原子＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，晶胞(c)中所含原子＝8×eq\f(1,8)＋1＝2。6．金屬能導(dǎo)電的原因是 ()A．金屬晶體中的金屬陽(yáng)離子與自由電子間的作用較弱B．金屬晶體中的自由電子在外加電場(chǎng)作用下可發(fā)生定向移動(dòng)C．金屬晶體中的金屬陽(yáng)離子在外加電場(chǎng)作用下可發(fā)生定向移動(dòng)D．金屬晶體在外加電場(chǎng)作用下可失去電子答案B解析根據(jù)電子氣理論，電子是屬于整個(gè)晶體的，在外加電場(chǎng)作用下，發(fā)生了定向移動(dòng)從而導(dǎo)電，故B項(xiàng)正確；有的金屬中金屬鍵較強(qiáng)，但依然導(dǎo)電，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；金屬導(dǎo)電是靠自由電子的定向移動(dòng)，而不是金屬陽(yáng)離子發(fā)生定向移動(dòng)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；金屬導(dǎo)電是物理變化，而不是失去電子的化學(xué)變化，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。7．下列性質(zhì)能說(shuō)明石墨具有分子晶體的性質(zhì)的是 ()A．晶體能導(dǎo)電 B．熔點(diǎn)高C．硬度小 D．燃燒產(chǎn)物是CO2答案C解析分子晶體具有硬度小、熔點(diǎn)低的特點(diǎn)，因此C項(xiàng)能說(shuō)明石墨具有分子晶體的性質(zhì)。A項(xiàng)晶體能導(dǎo)電是金屬晶體的性質(zhì)；B項(xiàng)熔點(diǎn)高是原子晶體的性質(zhì)；D項(xiàng)燃燒產(chǎn)物是CO2只能說(shuō)明石墨能燃燒，是碳元素的化學(xué)性質(zhì)。8．下列說(shuō)法正確的是 ()A．金屬鎂的硬度大于金屬鋁B．堿金屬單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)從Li到Cs是逐漸增大的C．金屬鎂的熔點(diǎn)大于金屬鈉D．金屬鎂的硬度小于金屬鈣答案C解析鎂離子比鋁離子的半徑大而所帶的電荷少，所以金屬鎂比金屬鋁的金屬鍵弱，熔、沸點(diǎn)和硬度都小；從Li到Cs，離子半徑是逐漸增大的，所帶電荷數(shù)相同，金屬鍵逐漸減弱，熔、沸點(diǎn)和硬度都逐漸減??；因離子半徑小而所帶電荷數(shù)多，使金屬鎂比金屬鈉的金屬鍵強(qiáng)，所以金屬鎂比金屬鈉的熔、沸點(diǎn)和硬度都大；因離子半徑小而所帶電荷數(shù)相同，使金屬鎂比金屬鈣的金屬鍵強(qiáng)，所以金屬鎂比金屬鈣的熔、沸點(diǎn)和硬度都大。9．在核電荷數(shù)1～18的元素中，其單質(zhì)屬于金屬晶體的有__________；金屬中，密度最小的是________，地殼中含量最多的金屬元素是________，熔點(diǎn)最低的是________，既能與酸反應(yīng)又能堿反應(yīng)的是________，單質(zhì)的還原性最強(qiáng)的是________。答案Li、Be、Na、Mg、AlLiAlNaBe、AlNa解析金屬元素在元素周期表中的位置，一般可根據(jù)周期、族和主族序數(shù)來(lái)推斷。凡是周期序數(shù)(原子的電子層數(shù))大于主族序數(shù)(原子的最外層電子數(shù))的元素，均為金屬元素；若兩序數(shù)相等的元素一般為既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)的金屬元素(H例外)，但其單質(zhì)仍為金屬晶體，如Be、Al；周期序數(shù)小于主族序數(shù)的元素一般為非金屬元素。[能力提升題]10．銅是重要金屬，Cu的化合物在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中具有許多用途，如CuSO4溶液常用作電解液、電鍍液等。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)CuSO4可由金屬銅與濃硫酸反應(yīng)制備，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______。(2)CuSO4粉末常用來(lái)檢驗(yàn)一些有機(jī)物中的微量水分，其原因是_________________________________________________________________。(3)SO42－的立體構(gòu)型是________，其中S原子的雜化軌道類(lèi)型是________。(4)元素金(Au)處于周期表中的第六周期，與Cu同族，Au原子最外層電子排布式為_(kāi)_______；一種銅金合金晶體具有面心立方最密堆積的結(jié)構(gòu)，在晶胞中Cu原子處于面心、Au原子處于頂角位置，則該合金中Cu原子與Au原子數(shù)量之比為_(kāi)_______；該晶體中，原子之間的作用力是________。(5)上述晶體具有儲(chǔ)氫功能，氫原子可進(jìn)入到由Cu原子與Au原子構(gòu)成的四面體空隙中。若將Cu原子與Au原子等同看待，該晶體儲(chǔ)氫后的晶胞結(jié)構(gòu)與CaF2的結(jié)構(gòu)相似，該晶體儲(chǔ)氫后的化學(xué)式應(yīng)為_(kāi)_______。答案(1)Cu＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O(2)白色無(wú)水硫酸銅可與水結(jié)合生成藍(lán)色的CuSO4·5H2O，顯示水合銅離子的特征藍(lán)色(3)正四面體形sp3(4)6s13∶1金屬鍵(5)H8AuCu3解析本題是對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合考查。包含有銅元素相關(guān)的性質(zhì)考查、硫酸根空間結(jié)構(gòu)考查、雜化軌道考查、原子結(jié)構(gòu)考查、晶體結(jié)構(gòu)及計(jì)算考查。本題各小題內(nèi)容考查點(diǎn)相互的聯(lián)系不大，屬于“拼盤(pán)”式題。(3)硫酸根中心原子的孤電子對(duì)數(shù)為6－2×4＋2＝0，成鍵電子對(duì)數(shù)為4，所以為正四面體結(jié)構(gòu)，中心原子為sp3雜化；(4)Au原子最外層電子排布式可類(lèi)比Cu，只是電子層多兩層，由于是面心立方，晶胞內(nèi)N(Cu)＝6×eq\f(1,2)＝3，N(Au)＝8×eq\f(1,8)＝1；(5)CaF2結(jié)構(gòu)如圖所示，所以氫原子在晶胞內(nèi)有8個(gè)，可得儲(chǔ)氫后的化學(xué)式為H8AuCu3。11．碳族元素包括：C、Si、Ge、Sn、Pb。(1)碳納米管由單層或多層石墨層卷曲而成，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于石墨晶體，每個(gè)碳原子通過(guò)________雜化與周?chē)荚映涉I，多層碳納米管的層與層之間靠________結(jié)合在一起。(2)CH4中共用電子對(duì)偏向C，SiH4中共用電子對(duì)偏向H，則C、Si、H的電負(fù)性由大到小的順序?yàn)開(kāi)_______。(3)用價(jià)層電子對(duì)互斥理論推斷，SnBr2分子中Sn—Br鍵的鍵角________120°(填“>”、“<”或“＝”)。(4)鉛、鋇、氧形成的某化合物的晶胞結(jié)構(gòu)是：Pb4＋處于立方晶胞頂角，Ba2＋處于晶胞中心，O2－處于晶胞棱的中心，該化合物化學(xué)式為_(kāi)_______，每個(gè)Ba2＋與________個(gè)O2－配位。答案(1)sp2范德華力(2)C>H>Si(3)<(4)PbBaO312解析本題綜合考查混合晶體、原子軌道雜化方式、電負(fù)性、價(jià)層電子對(duì)互斥理論、空間結(jié)構(gòu)及晶胞粒子數(shù)的計(jì)算等重點(diǎn)知識(shí)。(1)石墨的每個(gè)碳原子用sp2雜化軌道與鄰近的三個(gè)碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合，形成無(wú)限的六邊形平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)碳原子還有一個(gè)與碳環(huán)平面垂直的未參與雜化的2p軌道，并含有一個(gè)未成對(duì)電子，這些平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)再以范德華力結(jié)合形成層狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)碳納米管結(jié)構(gòu)與石墨類(lèi)似，可得答案。(2)共用電子對(duì)偏向電負(fù)性大的原子，故電負(fù)性：C>H>Si。(3)SnBr2分子中，Sn原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)目是2＋eq\f(1,2)(4－2×1)＝3，配位原子數(shù)為2，故Sn原子含有孤電子對(duì)，SnBr2的空間構(gòu)型為V形，鍵角小于120°。(4)每個(gè)晶胞含有Pb4＋：8×eq\f(1,8)＝1個(gè)，Ba2＋：1個(gè)，O2－：12×eq\f(1,4)＝3個(gè)，故化學(xué)式為PbBaO3。Ba2＋處于晶胞中心，只有1個(gè)，O2－處于晶胞棱的中心，共12個(gè)，故每個(gè)Ba2＋與12個(gè)O2－配位。12．A、B、C、D為前四周期元素，A元素的原子價(jià)電子排布式為ns2np2，B元素的最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的3倍，C元素原子的M能層的p能級(jí)有3個(gè)未成對(duì)電子，D元素原子核外的M能層中只有兩對(duì)成對(duì)電子。(1)當(dāng)n＝2時(shí)，AB2屬于________分子(填“極性”或“非極性”)，分子中有________個(gè)σ鍵，________個(gè)π鍵。A6H6分子中A原子的雜化軌道類(lèi)型為_(kāi)_______雜化。(2)當(dāng)n＝3時(shí)，A與B形成的晶體屬于________晶體。(3)若A元素的原子價(jià)電子排布式為3s23p2，A、C、D三種元素的電負(fù)性由大到小的順序是________(用元素符號(hào)表示)，A、C、D三種元素的第一電離能由大到小的順序是________(用元素符號(hào)表示)。(4)已知某紫紅色絡(luò)合物的組成為CoCl3·5NH3·H2O，該絡(luò)合物中的中心離子鈷離子在基態(tài)時(shí)核外電子排布式為_(kāi)_______，作為配位體之一的NH3分子的空間構(gòu)型為_(kāi)_______。(5)金屬鐵的晶體在不同溫度下有兩種堆積方式，晶胞如圖所示。體心立方晶胞和面心立方晶胞中實(shí)際含有的Fe原子個(gè)數(shù)之比為_(kāi)_______。答案(1)非極性22sp2(2)原子(3)S>P>SiP>S>Si(4)1s22s22p63s23p63d6(或[Ar]3d6)三角錐形(5)1∶2解析根據(jù)題意，結(jié)合A元素的原子價(jià)電子排布式為ns2np2，當(dāng)n＝2時(shí)，A為碳元素，當(dāng)n＝3時(shí)，A為硅元素；B元素的最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的3倍，可知B為氧元素；C元素原子的M能層的p能級(jí)有3個(gè)未成對(duì)電子，則可知C元素原子的電子排布式為1s22s22p63s23p3，為磷元素；D元素原子核外的M能層中只有兩對(duì)成對(duì)電子，則可知D元素原子的電子排布式為1s22s22p63s23p4，為硫元素。(1)當(dāng)n＝2時(shí)，AB2為CO2，屬于非極性分子。根據(jù)σ鍵和π鍵的形成方式可知，兩個(gè)原子之間只形成單鍵時(shí)，則只有σ鍵，沒(méi)有π鍵；若兩個(gè)原子形成兩個(gè)或兩個(gè)以上共價(jià)鍵時(shí)，存在σ鍵的同時(shí)一定存在π鍵。由共價(jià)雙鍵組成的分子中有一個(gè)σ鍵，一個(gè)π鍵；由共價(jià)三鍵組成的分子中有一個(gè)σ鍵，兩個(gè)π鍵，則CO2分子中有兩個(gè)σ鍵、兩個(gè)π鍵。苯分子中六個(gè)碳原子成鍵時(shí)呈sp2雜化，得到的sp2雜化軌道在同一平面上，碳原子之間以σ鍵結(jié)合成六碳環(huán)，其余sp2雜化軌道上的電子與氫原子形成σ鍵。(2)當(dāng)n＝3時(shí)，A與B形成的晶體為SiO2，屬于原子晶體。(3)若A元素的原子價(jià)電子排布式為3s23p2，A、C、D三種元素分別為Si、P、S，都位于第三周期，其電負(fù)性由大到小的順序就是非金屬性由強(qiáng)到弱的順序，即S>P>Si。第一電離能的順序有反常，原因是ⅤA族元素原子最外層的p能級(jí)半充滿(mǎn)是穩(wěn)定狀態(tài)，故第一電離能的順序?yàn)镻>S>Si。(4)鈷元素是第四周期Ⅷ族元素，原子序數(shù)為27，價(jià)電子排布式為3d74s2，故Co3＋的電子排布式為1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6；作為配位體之一的NH3分子的空間構(gòu)型為三角錐形。(5)根據(jù)均攤法可知，一個(gè)體心立方晶胞實(shí)際含有鐵原子的個(gè)數(shù)為8×1/8＋1＝2，一個(gè)面心立方晶胞中實(shí)際含有的Fe原子個(gè)數(shù)為8×1/8＋6×1/2＝4，其個(gè)數(shù)之比為1∶2。13．金屬鎢晶體中晶胞的結(jié)構(gòu)模型如圖所示。它是一種體心立方結(jié)構(gòu)。實(shí)際測(cè)得金屬鎢的密度為ρ，鎢的摩爾質(zhì)量為M，假定鎢原子為等直徑的剛性球，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)每一個(gè)晶胞分?jǐn)偟絖_______個(gè)鎢原子。(2)晶胞的邊長(zhǎng)a為_(kāi)_______。(3)鎢的原子半徑r為_(kāi)_______(只有體對(duì)角線(xiàn)上的各個(gè)球才是彼此接觸的)。(4)金屬鎢原子形成的體心立方結(jié)構(gòu)的空間利用率為_(kāi)_______。答案(1)2(2)eq\r(3,\f(2M,NA·ρ))(3)eq\f(\r(3),4)×eq\r(3,\f(2M,NA·ρ))(4)68%解析(1)晶胞中每個(gè)頂角的鎢原子為8個(gè)晶胞所共有，體心的鎢原子完全為該晶胞所有，故每一個(gè)晶胞分?jǐn)偟?個(gè)鎢原子。(2)每個(gè)晶胞中含有2個(gè)鎢原子，則每個(gè)晶胞的質(zhì)量m＝eq\f(2M,NA)，又因每個(gè)晶胞的體積V＝a3，