高中化學(xué)新人教版選擇性必修2第3章第3節(jié)金屬晶體與離子晶體第1課時(shí)學(xué)案

第1課時(shí)金屬晶體必備知識(shí)·自主學(xué)習(xí)金屬鍵與金屬晶體1．金屬鍵(1)概念：金屬陽(yáng)離子和自由電子之間存在的強(qiáng)烈的相互作用稱為金屬鍵。(2)本質(zhì)：金屬原子脫落下來(lái)的價(jià)電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。這一理論稱為“電子氣理論”。(3)成鍵粒子：金屬陽(yáng)離子和自由電子。(4)存在：金屬單質(zhì)或合金。(5)金屬鍵的強(qiáng)弱及其對(duì)金屬性質(zhì)的影響①金屬鍵的強(qiáng)弱主要取決于金屬元素的原子半徑和價(jià)電子數(shù)，原子半徑越小，價(jià)電子數(shù)越多，金屬鍵越強(qiáng)；反之，金屬鍵越弱。②金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。2．金屬晶體：(1)概念：原子間以金屬鍵結(jié)合形成的晶體。(2)用電子氣理論解釋金屬的性質(zhì)。(1)判斷下列說(shuō)法是否正確。①在晶體中只要有陽(yáng)離子就一定有陰離子。()提示：×。在金屬晶體中只有陽(yáng)離子和自由電子，不存在陰離子。②金屬晶體的熔點(diǎn)一定比分子晶體的熔點(diǎn)高。()提示：×。金屬晶體的熔點(diǎn)差異很大，如鎢熔點(diǎn)很高，超過(guò)3000℃，有的則很低，如汞在常溫下為液體。③金屬受外力作用時(shí)常發(fā)生變形而不易折斷，是由于金屬原子間有較強(qiáng)的作用。()提示：×。金屬受外力作用發(fā)生變形而不易折斷，是因?yàn)榻饘倬w中各層發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，但不會(huì)改變?cè)瓉?lái)的排列方式。(2)根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)，判斷下列晶體類型：①SiI4：熔點(diǎn)120.5℃，沸點(diǎn)271.5℃，易水解____________。②硼：熔點(diǎn)2300℃，沸點(diǎn)2550℃，硬度大____________。③硒：熔點(diǎn)217℃，沸點(diǎn)685℃，溶于氯仿____________。④銻：熔點(diǎn)630.74℃，沸點(diǎn)1750℃，導(dǎo)電____________。答案：①分子晶體②共價(jià)晶體③分子晶體④金屬晶體關(guān)鍵能力·合作學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1．金屬鍵(1)金屬鍵的特征金屬鍵無(wú)方向性和飽和性。晶體中的電子不專屬于某一個(gè)或幾個(gè)特定的金屬陽(yáng)離子，而幾乎是均勻地分布在整塊晶體中，因此晶體中存在所有金屬陽(yáng)離子與所有自由電子之間“彌漫”的電性作用，這就是金屬鍵，因此金屬鍵沒(méi)有方向性和飽和性。(2)金屬鍵的強(qiáng)弱比較一般來(lái)說(shuō)，金屬鍵的強(qiáng)弱主要取決于金屬元素原子的半徑和價(jià)電子數(shù)。原子半徑越大，價(jià)電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；原子半徑越小，價(jià)電子數(shù)越多，金屬鍵越強(qiáng)。2．金屬晶體的性質(zhì)(1)金屬晶體具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。(2)熔、沸點(diǎn)：金屬鍵越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高。①同周期金屬單質(zhì)，從左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸點(diǎn)升高。②同主族金屬單質(zhì)，從上到下(如堿金屬)熔、沸點(diǎn)降低。③合金的熔、沸點(diǎn)一般比其各成分金屬的熔、沸點(diǎn)低。④金屬晶體熔點(diǎn)差別很大，如汞常溫下為液體，熔點(diǎn)很低；而鐵常溫下為固體，熔點(diǎn)很高。(3)硬度：金屬鍵越強(qiáng)，晶體的硬度越大。3．金屬晶體物理特性分析(1)良好的延展性。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。(1)(思維升華)金屬原子的核外電子在金屬晶體中都為自由電子嗎？提示：不是。因金屬的原子半徑大，最外層電子受原子核的吸引力小，易脫落而成為自由電子；內(nèi)層電子受到核內(nèi)質(zhì)子的吸引而不自由。(2)金屬鍵可以看成是許多原子共用許多電子所形成的強(qiáng)烈相互作用，和共價(jià)鍵類似。金屬鍵有飽和性和方向性嗎？提示：沒(méi)有。金屬鍵是金屬陽(yáng)離子和自由電子之間的強(qiáng)烈相互作用，自由電子為整個(gè)金屬的所有陽(yáng)離子所共有，故金屬鍵沒(méi)有方向性和飽和性?！镜淅?2021·南寧高二檢測(cè))關(guān)于金屬性質(zhì)和原因的描述不正確的是()A．金屬具有金屬光澤是因?yàn)榻饘僦械淖杂呻娮游樟丝梢?jiàn)光，又把部分能量以光的形式釋放出來(lái)B．金屬具有良好的導(dǎo)電性，是因?yàn)榻饘倬w中共享了金屬原子的價(jià)電子，形成了“電子氣”，在外電場(chǎng)的作用下自由電子定向移動(dòng)形成電流C．金屬具有良好的導(dǎo)熱性能，是因?yàn)樽杂呻娮釉谑軣岷?，加快了運(yùn)動(dòng)速率，自由電子通過(guò)與金屬離子發(fā)生碰撞，傳遞能量D．金屬晶體具有良好的延展性，是因?yàn)榻饘倬w中的原子層可以通過(guò)破壞金屬鍵以達(dá)到相對(duì)滑動(dòng)【解題指南】解答本題需要注意理解以下兩個(gè)方面：(1)金屬晶體的微觀結(jié)構(gòu)及金屬鍵的特點(diǎn)。(2)金屬晶體物理特性與其晶體結(jié)構(gòu)間的關(guān)系?！窘馕觥窟xD。金屬一般具有銀白色光澤是由于金屬鍵中的自由電子在吸收可見(jiàn)光以后，發(fā)生躍遷，成為高能態(tài)，然后又會(huì)回到低能態(tài)，把多余的能量以可見(jiàn)光的形式釋放出來(lái)，故A正確；金屬內(nèi)部有自由電子，當(dāng)有外加電壓時(shí)電子定向移動(dòng)，故B正確；金屬自由電子受熱后運(yùn)動(dòng)速率增大，與金屬離子碰撞頻率增大，傳遞了能量，故金屬有良好的導(dǎo)熱性，故C正確；當(dāng)金屬晶體受到外力作用時(shí)，金屬原子間滑動(dòng)而不斷裂金屬鍵，所以表現(xiàn)出良好的延展性，故D錯(cuò)誤?！灸割}追問(wèn)】(1)金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬晶體的什么因素有關(guān)？提示：金屬鍵的強(qiáng)弱主要決定于金屬元素的原子半徑和價(jià)電子數(shù)，原子半徑越大，價(jià)電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；反之，金屬鍵越強(qiáng)。(2)金屬鍵的強(qiáng)弱和對(duì)金屬性質(zhì)有什么影響？提示：金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)金屬的物理性質(zhì)用晶體結(jié)構(gòu)和電子氣理論解析和分析；金屬的化學(xué)性質(zhì)由原子結(jié)構(gòu)和金屬活動(dòng)性決定。1．(2021·長(zhǎng)沙高二檢測(cè))下列關(guān)于金屬晶體的敘述不正確的是()A．常溫下，金屬單質(zhì)不都以金屬晶體形式存在B．金屬鍵在一定外力作用下，會(huì)因形變而消失C．鈣的溶、沸點(diǎn)高于鉀D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越弱【解析】選B。常溫下，Hg為液態(tài)，故A正確；金屬鍵無(wú)方向性，故金屬鍵在一定范圍內(nèi)不因形變而消失，故B錯(cuò)誤；鈣的金屬鍵強(qiáng)于鉀，故熔、沸點(diǎn)高于鉀，故C正確；溫度升高，自由電子的能量增大，無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇，影響了自由電子的定向移動(dòng)，金屬的導(dǎo)電性減弱，故D正確。2．如圖所示，花絲工藝又稱為細(xì)金工藝，是將金、銀、銅等抽成細(xì)絲，以堆壘編織等技法制成。鑲嵌則是把金銀薄片打成器皿，然后鏨出圖案，或用鎪弓鎪出圖案，并鑲嵌寶石而成。由一根根花絲到成為一件完整的作品，要依靠堆、壘、編、織、掐、填、攢、焊八大工藝，而每種工藝細(xì)分起來(lái)又是千變?nèi)f化。(1)金屬被壓成薄片、拉絲、制成導(dǎo)線的過(guò)程中金屬的化學(xué)性質(zhì)有沒(méi)有改變？提示：沒(méi)有改變。金屬被壓成薄片、拉絲、制成導(dǎo)線的過(guò)程僅是改變金屬形狀的物理變化，其成分沒(méi)有改變。(2)金屬為什么具有一定的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和延展性呢，從金屬的結(jié)構(gòu)應(yīng)怎樣理解這些性質(zhì)？提示：金屬中存在自由電子，自由電子被所有原子共用，從而把所有金屬原子維系在一起，當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，各原子層發(fā)生滑動(dòng)而具有良好的延展性；在外加電場(chǎng)作用下，自由電子會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)而導(dǎo)電；自由電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)與金屬原子發(fā)生碰撞而傳遞熱量。三言兩語(yǔ)話重點(diǎn)1．金屬鍵是指金屬原子脫落下來(lái)的價(jià)電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。2．金屬晶體中，原子之間以金屬鍵相結(jié)合，金屬鍵的強(qiáng)弱決定金屬晶體的熔點(diǎn)和硬度。金屬晶體具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、延展性。3．金屬鍵的強(qiáng)度差別很大，鎢是熔點(diǎn)最高的金屬，鉻是硬度最大的金屬。4．金屬晶體中有陽(yáng)離子而無(wú)陰離子。課堂檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1．(2021·太原高二檢測(cè))在金屬晶體中，自由電子與金屬離子碰撞時(shí)有能量傳遞，可以用此來(lái)解釋金屬的()A．延展性B．導(dǎo)電性C．導(dǎo)熱性D．還原性【解析】選C。金屬具有延展性主要是因?yàn)榻饘僭谑艿酵饬ψ饔脮r(shí)，原子之間可以發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，各層之間仍保持金屬鍵的作用，A選項(xiàng)不滿足題意；金屬具有導(dǎo)電性主要是因?yàn)榻饘倬w內(nèi)部存在自由移動(dòng)的電子，在外加電場(chǎng)的作用下，自由電子在金屬內(nèi)部發(fā)生定向移動(dòng)，B選項(xiàng)不滿足題意；金屬具有導(dǎo)熱性主要是因?yàn)樵诮饘倬w內(nèi)部，自由電子與金屬離子碰撞時(shí)有能量傳遞，C選項(xiàng)滿足題意；金屬的還原性是金屬的化學(xué)性質(zhì)，與碰撞時(shí)能量傳遞無(wú)關(guān)，D選項(xiàng)不滿足題意。2．(2021·包頭高二檢測(cè))只有陽(yáng)離子而沒(méi)有陰離子的晶體是()A．金屬晶體 B．共價(jià)晶體C．分子晶體 D．無(wú)法判斷【解析】選A。分子晶體和共價(jià)晶體中不存在離子，所以不能選擇B、C兩項(xiàng)；金屬晶體的構(gòu)成微粒是金屬陽(yáng)離子和自由電子，沒(méi)有陰離子，因此應(yīng)該選擇A項(xiàng)。3．(2021·濟(jì)南高二檢測(cè))金屬具有延展性的原因是()A．金屬原子半徑都較大，價(jià)電子數(shù)較少B．金屬受外力作用變形時(shí)，金屬陽(yáng)離子與自由電子間仍保持較強(qiáng)烈的作用C．金屬中大量自由電子受外力作用時(shí)，運(yùn)動(dòng)速率加快D．自由電子受外力作用時(shí)能迅速傳遞能量【解析】選B。A.金屬價(jià)電子較少，容易失去電子，能說(shuō)明有還原性，A錯(cuò)誤；B.金屬鍵存在于整個(gè)金屬中，且一般較強(qiáng)，難以斷裂。金屬通常采取最密集的堆積方式，鍛壓或者錘打時(shí)，金屬原子之間容易滑動(dòng)，但不影響緊密的堆積方式，故有延展性，B正確；C.金屬延展性是原子的相對(duì)滑動(dòng)，而不是電子的運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤；D.自由電子傳遞能量，與延展性無(wú)關(guān)，可以影響金屬的導(dǎo)熱性，D錯(cuò)誤。4．(2021·徐州高二檢測(cè))我國(guó)的超級(jí)鋼研究居于世界領(lǐng)先地位。某種超級(jí)鋼中除Fe外，還含Mn10%、C0.47%、Al2%、V0.7%。下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A．上述五種元素中，有兩種位于周期表的p區(qū)B．超級(jí)鋼的晶體一定是金屬晶體C．X射線衍射實(shí)驗(yàn)可以確定超級(jí)鋼的晶體結(jié)構(gòu)D．超級(jí)鋼中存在金屬鍵和離子鍵【解析】選D。上述五種元素中，F(xiàn)e價(jià)電子排布式為3d64s2，Mn價(jià)電子排布式為3d54s2，V價(jià)電子排布式為3d34s2，這三種元素原子位于d區(qū)；C價(jià)電子排布式為2s22p2，Al價(jià)電子排布式為3s23p1，這兩種元素原子位于p區(qū)，故A正確；超級(jí)鋼的晶體符合金屬晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此為金屬晶體，故B正確；X射線衍射實(shí)驗(yàn)可以確定超級(jí)鋼的晶體結(jié)構(gòu)，故C正確；超級(jí)鋼是金屬晶體，因此存在金屬鍵，不存在離子鍵，故D錯(cuò)誤。5．(2021·濟(jì)南高二檢測(cè))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．金屬導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是金屬陽(yáng)離子在外電場(chǎng)作用下的定向移動(dòng)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．金屬晶體的堆積方式會(huì)影響金屬的性質(zhì)【解析】選D。因金屬的價(jià)電子受原子核的吸引力小，則金屬原子中的價(jià)電子在金屬晶體中為自由電子，而不是所有的核外電子，A錯(cuò)誤；金屬導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是在外電場(chǎng)作用下自由電子定向移動(dòng)而產(chǎn)生電流的結(jié)果，B錯(cuò)誤；金屬原子在化學(xué)變化中失去電子越容易，其還原性越強(qiáng)，C錯(cuò)誤；金屬晶體中原子的堆積方式會(huì)影響金屬的性質(zhì)，如延展性，D正確。6.(2021·福州高二檢測(cè))金晶體的晶胞如圖所示。設(shè)金原子的直徑為d，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)，在立方體的各個(gè)面的對(duì)角線上，3個(gè)金原子彼此兩兩相切，M表示金的摩爾質(zhì)量。則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．金晶體每個(gè)晶胞中含有4個(gè)金原子B．金屬鍵無(wú)方向性，金屬原子盡可能采取密堆積C．一個(gè)晶胞的體積是16eq\r(2)d3D．金晶體的密度是eq\f(\r(2)M,d3NA)【解析】選C。金原子處于頂點(diǎn)與面心上，晶胞中含有的金原子數(shù)目為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，故A正確；金屬晶體中，金屬鍵無(wú)方向性，金屬原子采取密堆積，故B正確；在立方體的各個(gè)面的對(duì)角線上3個(gè)金原子彼此兩兩相切，金原子的直徑為d，故面對(duì)角線長(zhǎng)度為2d，棱長(zhǎng)為eq\f(\r(2),2)×2d＝eq\r(2)d，故晶胞的體積為(eq\r(2)d)3＝2eq\r(2)d3，故C錯(cuò)誤；晶胞中含有4個(gè)原子，故晶胞質(zhì)量為eq\f(4M,NA)，晶胞的體積為2eq\r(2)d3，故晶胞密度為eq\f(\f(4M,NA),2\r(2)d3)＝eq\f(\r(2)M,d3NA)，故D正確。素養(yǎng)新思維7．(2021·武漢高二檢測(cè))鉀的化合物廣泛存在于自然界中?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)原子坐標(biāo)參數(shù)可表示晶胞內(nèi)部各原子的相對(duì)位置，金屬鉀是體心立方晶系，其構(gòu)型如圖。其中原子坐標(biāo)參數(shù)A(0，0，0)、B(1，0，0)，則C處原子的坐標(biāo)參數(shù)為_(kāi)_______。(2)鉀晶體的晶胞參數(shù)為apm。假定金屬鉀原子為等徑的剛性小球且處于體對(duì)角線上的三個(gè)球相切，則鉀原子的半徑為_(kāi)_______pm，晶體鉀的密度計(jì)算式是________g·cm－3。【解析】(1)C處原子位于體心處，則C處原子的坐標(biāo)參數(shù)為(eq