高中化学 3_3_1 金属键、金属晶体的原子堆积模型课时作业 新人教版选修3 5页

第三节　金属晶体 第 1 课时　金属键、金属晶体的原子堆积模型 [目标要求]　1.掌握金属键的含义和金属晶体的结构特点。2.能用金属键理论解释金属 的一些物理性质。3.掌握金属晶体的原子堆积模型的分类及结构特点。 一、金属键 1．本质 描述金属键本质的最简单理论是“________理论”。该理论把金属键描述为金属原子脱 落下来的__________形成遍布整块晶体的“__________”，被所有原子所共用，从而把所有 金属原子维系在一起。 2．金属晶体 在金属单质的晶体中，原子之间以________相互结合，构成金属晶体的粒子是___和 ____________。 3．金属键的强度差别________，例如，金属钠的熔点较低，硬度较小，而钨是熔点最 高的金属，这是由于________________________不同的缘故。一般来说，金属的____________ 越小，金属键越强，金属的____________越多，金属键越强。 4．金属材料有良好的延展性，由于金属键________方向性，当金属受到外力作用时， ____________________________________而不会破坏金属键；金属材料有良好的导电性是由 于金属晶体中的________________________________________发生定向移动；金属的热导率 随温度升高而降低是由于在热的作用下，________________________频繁碰撞，阻碍了 ____________________的传递。 二、金属晶体的原子堆积模型 金属原子在二维平面里有两种排列方式，一种是“____________”(填“密置层”或“非 密 置层”)，其配位数为______；另一种是____________(填“密置层”或“非密置层”)， 其配位数为____。金属晶体可看作是金属原子在________空间中堆积而成，有如下基本模式： 1．简单立方堆积 是按“____________”(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成，其空间利用率 ____________，晶胞构成：一个立方体，____个原子，如________。 2．体心立方堆积 是按____________(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成，晶胞构成：________ 立方，________个原子，如碱金属。 3．六方最密堆积和面心立方最密堆积 六方最密堆积和面心立方最密堆积是按照______________(填“密置层”或“非密置层”) 的堆积方式堆积而成，配位数均为____，空间利用率均为______。 六方最密堆积：按________________方式堆积；面心立方最密堆积：按________________ 方式堆积。 三、石墨——混合晶体 1．结构特点——层状结构 (1)同层内，碳原子采用________杂化，以________________相结合，形成____________ 平面网状结构。所有碳原子的 2p 轨道平行且相互重叠，p 电子可在整个平面中运动。 (2)层与层之间以____________________。 2．晶体类型 石墨晶体中，既有____________，又有____________和____________，属于____________。 1．金属的下列性质中，不能用晶体结构加以解释的是(　　) A．易导电 B．易导热 C．有延展性 D．易锈蚀 2．在金属晶体中，如果金属原子的价电子数越多，原子半径越小，自由电子与金属阳 离子间的作用力就越大，金属的熔、沸点就越高。则下列各组金属熔、沸点的高低顺序，排 列正确的是(　　) A．Mg＞Al＞Ca B．Al＞Na＞Li C．Al＞Mg＞Ca D．Mg＞Ba＞Al 3. 右图是金属钨晶体中的一个晶胞的结构示意图，它是一种体心立方结构。实验测得金属 钨的密度为 19.30 g·cm－3，钨的相对原子质量是 183.9。假设金属钨原子为等径刚性球， 试完成下列问题： (1)每一个晶胞中分摊到________个钨原子。 (2)计算晶胞的边长 a。 (3)计算钨的原子半径 r(提示：只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。 练基础落实 知识点 1　金属键和金属晶体 1．金属晶体的形成是因为晶体中存在(　　) A．脱落价电子后的金属离子间的相互作用 B．金属原子间的相互作用 C．脱落了价电子的金属离子与脱落的价电子间的相互作用 D．金属原子与价电子间的相互作用 2．下列有关化学键、氢键和范德华力的叙述中，不正确的是(　　) A．金属键是金属离子与“电子气”之间的较强作用，金属键无方向性和饱和性 B．共价键是原子之间通过共用电子对形成的化学键，共价键有方向性和饱和性 C．范德华力是分子间存在的一种作用力，分子的极性越大，范德华力越大 D．氢键不是化学键，而是分子间的一种作用力，所以氢键只存在于分子与分子之间 知识点 2　金属晶体的物理特性 3．金属晶体的特征是(　　) A．熔点都很高 B．熔点都很低 C．都很硬 D．都有导电、导热、延展性 4．某物质熔融状态可导电，固态可导电，将其投入水中，水溶液也可导电，则可推测 该物质可能是(　　) A．金属 B．非金属 C．可溶性碱 D．可溶性盐 5．金属能导电的原因是(　　) A．金属晶体中的金属阳离子与自由电子间的作用较弱 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 C．金属晶体中的金属阳离子在外加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 知识点 3　金属晶体的原子堆积模型 6．下列有关金属晶体的说法中不正确的是(　　) A．金属晶体是一种“巨分子” B．“电子气”为所有原子所共有 C．简单立方堆积的空间利用率最低 D．体心立方堆积的空间利用率最高 7．金属原子在二维空间里的放置有如图所示的两种方式，下列说法中正确的是(　　) A．图 a 为非密置层，配位数为 6 B．图 b 为密置层，配位数为 4 C．图 a 在三堆空间里堆积可得六方最密堆积和面心立方最密堆积 D．图 b 在三维空间里堆积仅得简单立方堆积 练方法技巧 金属晶体熔、沸点高低的比较方法 8．要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般 取决于金属键的强弱，而金属键与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下 列说法正确的是(　　) A．金属镁的熔点大于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从 Li 到 Cs 是逐渐增大的 C．金属铝的硬度大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙 9．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是(　　) ①O2、I2、Hg　②CO、KCl、SiO2　③Na、K、Rb　④Na、Mg、Al A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 金属晶胞有关计算的技巧 10．晶胞即晶体的最小重复单元。已知铁为面心立方晶体，其晶胞结构如图Ⅰ所示，面 心立方的晶胞结构特征如图Ⅱ所示。若铁原子的半径为 1.27×10－10 m，试求铁的晶胞边长， 即图Ⅲ中 AB 的长度为____________ m。 11．(1)如图所示为二维平面晶体示意图，表示化学式为 AX3 的是________。 (2)下图为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。 ①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是________个。 ②该晶胞称为________(填序号)。 A．六方晶胞 B．体心立方晶胞 C．面心立方晶胞 D．简单立方晶胞 ③此晶胞立方体的边长为 a cm，Cu 的相对原子质量为 64 g·mol－1，金属铜的密度为 ρ g·cm－3，则阿伏加德罗常数为________(用 a、ρ 表示)。 第三节　金属晶体 第 1 课时　金属键、金属晶体的原子堆积模型 基础落实 一、 1．电子气　价电子　电子气 2．金属键　金属阳离子　自由电子 3．很大　形成的金属键强弱　原子半径　价电子数 4．没有　晶体中的各原子层发生相对滑动　自由电子可以在外加电场作用下　自由电 子与金属原子 自由电子对能量 二、 密置层　6　非密置层　4　三维 1．非密置层　比较低　1　钋(Po) 2．非密置层　体心　2 3．密置层　12　74%　ABABAB…　ABCABC…… 三、 1．(1)sp2　共价键　正六边形　(2)范德华力相结合 2．共价键　金属键　范德华力　混合晶体 课堂练习 1．D　[金属的晶体结构只能解释金属有金属光泽、导电性、导热性、延展性、硬度、 熔点等物理性质，是否容易生锈是金属的化学性质，只能用金属的原子结构加以解释。] 2．C 3．(1)2　(2)3.16×10－8 cm　(3)1.37×10－8 cm 解析　(1)正确应用均摊法确定一个晶胞中包含的各粒子的数目。 (2)应用基本关系式： M ρ＝V NA x ，先求出晶胞的体积，然后根据 V＝a3 计算晶胞的边长。 课时作业 1．C 2．D　[氢键是一种分子间作用力，比范德华力强，但是比化学键要弱。氢键既可以存 在于分子间(如水、乙醇、甲醇、液氨等)，又可以存在于分子内(如 )，所以 应选择 D 项。] 3．D　4.A 5．B　[根据电子气理论，电子是属于整个晶体的，在外加电场作用下，发生了定向移 动从而导电，故 B 项正确；有的金属中金属键较强，但依然导电，故 A 项错误；金属导电是 靠自由电子的定向移动，而不是金属阳离子发生定向移动，故 C 项错误；金属导电是物理变 化，而不是失去电子的化学变化，故 D 项错误。] 6．D　[根据金属晶体的电子气理论，选项 A、B 都是正确的。金属晶体的堆积方式中空 间利用率分别是：简单立方堆积 52%，体心立方堆积 68%，面心立方最密堆积和六方最密堆 积均为 74%。因此简单立方堆积的空间利用率最低，六方最密堆积和面心立方最密堆积的空 间利用率最高。] 7．C　[金属原子在二维空间里有两种排列方式，一种是密置层排列，一种是非密置层 排列。密置层排列的空间利用率高，原子的配位数为 6，非密置层的配位数较密置层小，为 4。由此可知，上图中 a 为密置层，b 为非密置层。密置层在三维空间堆积可得到六方最密 堆积和面心立方最密堆积两种堆积模型，非密置层在三维空间堆积可得简单立方堆积和体心 立方堆积两种堆积模型。所以，只有 C 选项正确。] 8．C　[镁离子比铝离子的半径大而所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱， 熔、沸点和硬度都小；从 Li 到 Cs，离子的半径是逐渐增大的，所带电荷相同，金属键逐渐 减弱，熔、沸点和硬度都逐渐减小；因铝离子比钠离子的半径小而所带电荷多，使金属铝比 金属钠的金属键强，所以金属铝比金属钠的熔、沸点和硬度都大；因镁离子比钙离子的半径 小而所带电荷相同，使金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点高，硬 度大。] 9．D 10．3.59×10－10 解析　由图Ⅲ可以得：AB＝ 2×2×1.27×10－10 m ≈3.59×10－10 m。 11．(1)②　(2)①4　②C　③ 256 ρ·a3 解析　(1)由图中直接相邻的原子数可以求得①②中两类原子数之比分别为 1∶2、1∶3， 求出化学式分别为 AX2、AX3，故答案为②。(2)①用“均摊法”求解，8× 1 8＋6× 1 2＝4；②该 晶胞为面心立方晶胞；③ 4 NA·64＝ρ·a3，NA＝ 256 ρ·a3。