高中化学第三章晶体结构与性质第三节金属晶体同步练习新人教版选修32 9页

第三节　金属晶体 ‎[明确学习目标]　1.知道金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。2.能列举金属晶体的基本堆积模型。3.知道金属晶体的结构微粒、微粒间作用力以及与其他晶体的区别。‎ 学生自主学习 一、金属键与金属晶体 ‎1．金属键 ‎(1)概念：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。‎ ‎(2)成键粒子是金属阳离子和自由电子。‎ ‎(3)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，原子半径越小，价电子数越多，金属键越强；反之，金属键越弱。‎ ‎②金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。‎ ‎2．金属晶体 ‎(1)在金属晶体中，原子间以金属键相结合。‎ ‎(2)金属晶体的性质：优良的导电性、导热性和延展性。‎ 二、金属晶体的原子堆积模型 ‎1．二维空间模型 ‎2．三维空间模型 ‎(1)简单立方堆积：按非密置层(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成，其空间利用率52%，配位数为6，晶胞构成：一个立方体，每个晶胞含有1个原子。这种堆积方式空间利用率太低，只有金属钋(Po)采用这种堆积方式。‎ ‎(2)体心立方堆积：按非密置层(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成，配位数为 - 9 -‎ 8，空间利用率为68%。晶胞构成：体心立方，每个晶胞含有2个原子，如碱金属。‎ ‎(3)六方最密堆积和面心立方最密堆积：按照密置层(填“密置层”或“非密置层”)的堆积方式堆积而成，配位数均为12，空间利用率均为74%。‎ 金属导电和电解质溶液导电原理相同吗？‎ 提示：不同。(1)导电微粒不同。电解质在水溶液或熔融状态下导电的粒子是阴、阳离子，金属导电的微粒是电子。‎ ‎(2)金属导电不会生成新物质，属于物理变化；而电解质导电的同时要在阴阳两极生成新物质，属于化学变化。‎ - 9 -‎ ‎课堂互动探究 一、用电子气理论解释金属的性质 ‎ [即时练]‎ ‎1．金属键的实质是(　　)‎ A．自由电子与金属阳离子之间的相互作用 B．金属原子与金属原子间的相互作用 C．金属阳离子与阴离子的吸引力 D．自由电子与金属原子之间的相互作用 答案　A 解析　‎ - 9 -‎ 金属晶体由金属阳离子与自由电子构成，金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用即为金属键。‎ ‎2．金属键越强，金属的硬度越大，熔、沸点越高，研究表明，一般来说，金属原子半径越小，价电子数目越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是(　　)‎ A．镁的硬度小于铝 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 答案　B 解析　‎ 规律方法 ‎ ‎(1)同周期从左到右金属单质(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高；同主族从上到下金属单质(如碱金属)熔、沸点降低。‎ ‎(2)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(1535 ℃)。‎ 二、金属晶体的原子堆积模型　石墨晶体 ‎1．金属晶体的四种堆积模型对比 - 9 -‎ ‎2．石墨晶体的结构与性质 ‎(1)结构 石墨晶体中每个碳原子采取sp2杂化，形成三个sp2杂化轨道，分别与相邻的三个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成 σ键。六个碳原子在同一平面上形成了正六边形的环，伸展形成无限的平面网状结构。这里C—C键的键长为0.142 nm，键角为120°；每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，这些2p轨道互相平行，并垂直于碳原子sp2杂化轨道构成的平面，形成遍及整个平面的大π键。这些网络状的平面结构以范德华力结合形成层状的结构，层与层之间的距离为0.335 nm，如图所示。‎ - 9 -‎ 因此：石墨属于混合晶体，既有共价键、又有金属键，还有范德华力，兼具有原子晶体、分子晶体、金属晶体的特征。‎ ‎(2)性质 ‎①导电性、导热性：石墨晶体中，形成大π键的电子可以在整个原子平面上活动，比较自由，相当于金属中的自由电子，类似金属键的性质，所以石墨能导电、导热，并且沿层的平行方向导电性强，这也是晶体各向异性的表现。‎ ‎②润滑性：石墨层间为范德华力，结合力弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性，因而可用作润滑剂等。‎ ‎(3)石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键，故熔点很高。‎ ‎3．大多数金属原子形成晶体时服从最密堆积原理的原因 组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。‎ ‎[即时练]‎ ‎3.石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，如右图所示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(　　)‎ A．10 B．18 ‎ C．24 D．14‎ 答案　D 解析　每个六元环平均占有的碳原子数为6×＝2,7个六元环完全占有的碳原子数为2×7＝14。‎ ‎4．金属晶体的原子堆积方式常有以下四种，请认真观察模型(见下图)，回答下列问题：‎ - 9 -‎ ‎(1)四种堆积模型的堆积名称依次是________、________、________、________。‎ ‎(2)甲堆积方式中的空间利用率为________，只有金属________采用这种堆积方式。‎ ‎(3)乙与丙中两种堆积方式中金属原子的配位数________(填“相同”或“不相同”)；乙中的空间利用率为________。‎ ‎(4)采取丁中堆积方式的金属通常有________(任写三种金属元素的符号)，每个晶胞中所含有的原子数为________。‎ 答案　(1)简单立方堆积　六方最密堆积　面心立方最密堆积　体心立方堆积　(2)52%　Po(钋)　(3)相同　74%　(4)K、Na、Fe(合理即可)　2‎ 解析　(1)甲中的堆积方式是将非密置层的金属原子上下对齐，形成的晶胞是1个立方体，在立方体的顶角有1个金属原子，称为简单立方堆积。乙和丙中都是密置层原子的堆积方式，乙中上面A层和下面A层的3个原子组成的三角形方向相同，称为六方最密堆积。丙中A层和C层的3个原子组成的三角形方向相反，称为面心立方最密堆积。丁中的堆积方式是将非密置层的上层金属原子填入下层金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积，形成的晶胞是1个立方体，在立方体的顶角有1个原子，立方体的中心含有1个金属原子，称为体心立方堆积。‎ ‎(2)简单立方堆积的空间利用率最低，为52%，采取这种堆积方式的只有Po(钋)。‎ ‎(3)乙和丙中两种堆积方式，金属原子的配位数均为12，且其空间利用率均为74%。‎ ‎(4)丁中是体心立方堆积，采取这种堆积方式的金属有K、Na、Fe等。用“均摊法”可求得每个晶胞中含有金属原子的个数为1＋8×＝2。‎ 本课归纳总结 - 9 -‎ ‎　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 学习效果检测 ‎1．下列生活中的问题不能用金属键知识解释的是(　　)‎ A．用铁制品做炊具 B．用金属铝制成导线 C．用铂金做首饰 D．铁易生锈 答案　D 解析　用铁制品做炊具主要是因为金属有导热性；用铝制成导线主要是因为金属有导电性；用铂金做首饰主要利用的是金属的延展性。以上均与金属键有关。而铁易生锈与铁的化学性质及周围介质有关。‎ ‎2．下列四种有关性质的叙述，可能属于金属晶体的是(　　)‎ A．由分子间作用力结合而成，熔点低 B．固体或熔融后易导电，熔点在1000 ℃左右 C．由共价键结合成网状结构，熔点高 D．固体和熔融状态不导电，但溶于水后可能导电 答案　B 解析　A、D应为分子晶体，C为原子晶体。‎ ‎3.已知金属钾的晶胞如图所示，下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．该晶胞属于密置层的一种堆积方式 B．该晶胞是六棱柱 C．每个晶胞平均拥有9个K原子 D．每个K原子周围距离最近且相等的K原子有8个 答案　D - 9 -‎ 解析　钾晶胞是非密置层的两种堆积方式中的一种，A错误；晶胞呈立方体，不是六棱柱，B错误；根据均摊法计算，每个晶胞有2个K原子，C错误。‎ ‎4．铝单质的晶胞结构如图甲所示，原子之间相对位置关系的平面图如图乙所示。‎ 若已知铝原子半径为r，NA表示阿伏加德罗常数，铝的摩尔质量为M，则该晶体的密度可表示为__________。铝原子采取的面心立方最密堆积的空间利用率为________。‎ 答案　　74%‎ 解析　由图甲可知每个晶胞中含有的铝原子数为8×＋6×＝4。由图乙知晶胞的棱长为＝2r。若该晶体的密度为ρ，则ρ×(2r)3＝×M，ρ＝。‎ - 9 -‎