2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第2節(jié) 第1課時(shí) 金屬晶體學(xué)案 魯科版選修3.docx

第1課時(shí)金屬晶體學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.進(jìn)一步熟悉金屬晶體的概念和特征，能用金屬鍵理論解釋金屬晶體的物理性質(zhì)。2.知道金屬晶體中晶胞的堆積方式。3.學(xué)會(huì)關(guān)于金屬晶體典型計(jì)算題目的分析方法。一金屬晶體中的原子在空間的堆積方式1將金屬的密堆積方式、對(duì)應(yīng)晶胞類型及其實(shí)例進(jìn)行連線。密堆積方式晶胞類型實(shí)例A1六方 MgA3面心 Cu答案2金屬晶體可看作是金屬原子在三維空間(一層一層地)中堆積而成。其堆積模式有以下四種。這四種堆積模式又可以根據(jù)每一層中金屬原子的二維放置方式不同分為兩類：非密置層的堆積(包括簡(jiǎn)單立方堆積和體心立方密堆積)，密置層堆積(包括六方最密堆積和面心立方最密堆積)。填寫下表：堆積模型采納這種堆積的典型代表晶胞配位數(shù)空間利用率每個(gè)晶胞所含原子數(shù)非密置層簡(jiǎn)單立方堆積Po(釙)652%1體心立方密堆積(A2型)Na、K、Fe868%2密置層六方最密堆積(A3型)Mg、Zn、Ti1274%6面心立方最密堆積(A1型)Cu、Ag、Au1274%4歸納總結(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圍，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堆積模型活學(xué)活用1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)榉謩e借助于沒(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。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)頂點(diǎn)原子和1個(gè)體心原子，晶胞內(nèi)含有812個(gè)原子，選項(xiàng)C正確。二關(guān)于金屬晶體的計(jì)算1右圖是金屬鎢晶體中的一個(gè)晶胞的結(jié)構(gòu)示意圖，它是一種體心立方結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得金屬鎢的密度為19.30gcm3，鎢的相對(duì)原子質(zhì)量是183.9。假設(shè)金屬鎢原子為等徑剛性球，試完成下列問(wèn)題：(1)每一個(gè)晶胞中分?jǐn)偟絖個(gè)鎢原子。(2)計(jì)算晶胞的邊長(zhǎng)a_。(3)計(jì)算鎢的原子半徑r(提示：只有體對(duì)角線上的各個(gè)球才是彼此接觸的)。答案(1)2(2)3.16108cm(3)1.37108cm解析(1)據(jù)均攤法，每個(gè)晶胞中分?jǐn)偟降逆u原子數(shù)為182(個(gè))。(2)鎢的相對(duì)原子質(zhì)量為183.9,1mol02mol鎢原子，其質(zhì)量為2mol183.9gmol1367.8g，故1mol鎢晶胞的體積為19.057cm3，由題意a36.02102319.057cm3，a3.16108cm。(3)由a2a2a2(4r)2得3(3.16108cm)216r2，r1.37108cm。2鋁單質(zhì)的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示，原子之間相對(duì)位置關(guān)系的平面圖如圖乙所示。若已知鋁原子半徑為d，NA表示阿伏加德羅常數(shù)，相對(duì)原子質(zhì)量為M，則該晶體的密度可表示為_(kāi)。據(jù)上圖計(jì)算，鋁原子采取的面心立方堆積的空間利用率為_(kāi)。答案74%解析由圖甲可知每個(gè)晶胞中含有的鋁原子數(shù)為864。由圖乙知晶胞的棱長(zhǎng)為2d。若該晶體的密度為，則(2d)3M，?？臻g利用率為100%74%。歸納總結(jié)1熟練掌握各典型晶胞中含有金屬原子數(shù)的計(jì)算方法。2要有較好的立體幾何知識(shí)和空間想象能力?；顚W(xué)活用3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密堆積。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()A321B1184C984D21149答案A解析晶胞(a)中所含原子數(shù)12236，晶胞(b)中所含原子數(shù)864，晶胞(c)中所含原子數(shù)812。4某固體僅由一種元素組成，其密度為5.0gcm3。用X射線研究該固體的結(jié)構(gòu)時(shí)得知：在邊長(zhǎng)為107cm的正方體中含有20個(gè)原子，則此元素的相對(duì)原子質(zhì)量最接近于下列數(shù)據(jù)中的()A32B120C150D180答案C解析一個(gè)正方體的體積為(107cm)31021cm3，質(zhì)量為51021g，則1mol該元素原子的質(zhì)量為51021/206.021023150.5g，其數(shù)值與該元素的相對(duì)原子質(zhì)量相等，所以選C。當(dāng)堂檢測(cè)1金屬的下列性質(zhì)中和金屬晶體無(wú)關(guān)的是()A良好的導(dǎo)電性B反應(yīng)中易失電子C良好的延展性D良好的導(dǎo)熱性答案B解析A、C、D都是金屬共有的物理性質(zhì)，這些性質(zhì)都是由金屬晶體所決定的。金屬易失電子是由金屬原子的結(jié)構(gòu)決定的，所以和金屬晶體無(wú)關(guān)。2下列敘述中錯(cuò)誤的是()A金屬單質(zhì)或其合金在固態(tài)和熔融態(tài)時(shí)都能導(dǎo)電B晶體中存在離子的一定是離子晶體C金屬晶體中的自由電子為整塊晶體所共有D鈉比鉀的熔點(diǎn)高是因?yàn)殁c中金屬陽(yáng)離子與自由電子之間的作用力強(qiáng)答案B解析金屬中有自由移動(dòng)的電子，因此在固態(tài)和熔融態(tài)時(shí)均可導(dǎo)電，A正確；離子晶體中存在陰、陽(yáng)離子，而在金屬晶體中存在金屬陽(yáng)離子和自由電子，所以B錯(cuò)誤；自由電子在整塊金屬中可自由運(yùn)動(dòng)，為整個(gè)金屬晶體所共有，C正確；金屬晶體的熔點(diǎn)高低取決于金屬鍵的強(qiáng)弱，金屬鍵越強(qiáng)，金屬晶體的熔點(diǎn)越高；反之，越低。金屬鍵即為金屬陽(yáng)離子和自由電子之間強(qiáng)烈的相互作用，所以D正確。3兩種金屬A和B，已知A、B常溫下為固態(tài)，且A、B屬于質(zhì)軟的輕金屬，由A、B熔合而成的合金不可能具有的性質(zhì)有()A導(dǎo)電、導(dǎo)熱、延展性較純A或純B金屬?gòu)?qiáng)B常溫下為液態(tài)C硬度較大，可制造飛機(jī)D有固定的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)答案D解析合金為混合物，通常無(wú)固定組成，因此熔、沸點(diǎn)通常不固定；金屬形成合金的熔點(diǎn)比各組成合金的金屬單質(zhì)低，如Na、K常溫下為固體，而NaK合金常溫下為液態(tài)；輕金屬M(fèi)gAl合金的硬度比Mg、Al高。4關(guān)于金屬晶體的體心立方密堆積的結(jié)構(gòu)型式的敘述中，正確的是()A晶胞是六棱柱B屬于A2型密堆積C每個(gè)晶胞中含有4個(gè)原子D每個(gè)晶胞中含有5個(gè)原子答案B解析金屬晶體的體心立方密堆積的晶胞是平行六面體，體心立方密堆積的堆積方式為立方體的頂點(diǎn)和體心各有1個(gè)原子，屬于A2型密堆積，每個(gè)晶胞中含有812個(gè)原子。5在金屬晶體中最常見(jiàn)的三種堆積方式有：(1)配位數(shù)為8的是_堆積。(2)配位數(shù)為_(kāi)的是面心立方最密堆積。(3)配位數(shù)為_(kāi)的是_堆積。其中以ABAB方式堆積的_和以ABCABC方式堆積的_空間利用率相等，就堆積層來(lái)看，二者的區(qū)別是在第_層。答案(1)體心立方密(2)12(3)12六方最密六方最密堆積面心立方最密堆積三40分鐘課時(shí)作業(yè)基礎(chǔ)過(guò)關(guān)一、金屬晶體及其物理特性1下列有關(guān)金屬晶體的說(shuō)法中正確的是()A常溫下金屬單質(zhì)都是晶體B最外層電子數(shù)少于3個(gè)的都是金屬C任何狀態(tài)下都有延展性D都能導(dǎo)電、傳熱答案D解析Hg常溫下是液態(tài)，不是晶體，A項(xiàng)錯(cuò)誤；H、He最外層電子數(shù)都少于3個(gè)，但它們不是金屬，B項(xiàng)錯(cuò)誤；金屬的延展性指的是能抽成細(xì)絲、軋成薄片的性質(zhì)，在液態(tài)時(shí)，由于金屬具有流動(dòng)性，不具備延展性，所以C項(xiàng)也是錯(cuò)誤的；金屬晶體中存在自由電子，能夠?qū)щ姟鳠?，因此D項(xiàng)是正確的。2下列性質(zhì)中可證明某單質(zhì)屬于金屬晶體的是()A有金屬光澤B具有較高熔點(diǎn)C.熔融態(tài)不導(dǎo)電D固態(tài)導(dǎo)電且延展性好答案D解析硅晶體有金屬光澤，屬于原子晶體；金剛石等原子晶體都具有較高熔點(diǎn)；金屬晶體熔融態(tài)導(dǎo)電，固態(tài)也導(dǎo)電，并具有良好的延展性。3金屬晶體能導(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)金屬鍵理論，自由電子是屬于整個(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。二、金屬晶體性質(zhì)比較4下列敘述正確的是()同周期金屬元素的原子半徑越大晶體熔點(diǎn)越高同周期金屬元素的原子半徑越小晶體熔點(diǎn)越高同主族金屬元素的原子半徑越大晶體熔點(diǎn)越高同主族金屬元素的原子半徑越小晶體熔點(diǎn)越高ABCD答案B5下列有關(guān)金屬的說(shuō)法正確的是()A鋰的熔點(diǎn)比鈉的低B鎂的硬度大于鋁的硬度C溫度越高，金屬中自由電子的運(yùn)動(dòng)速度越快，所以金屬的導(dǎo)電性越強(qiáng)D金屬的延展性與金屬鍵沒(méi)有方向性有關(guān)答案D解析同主族金屬元素隨著電子層數(shù)的增加，原子半徑逐漸增大，金屬鍵逐漸減弱，金屬的熔點(diǎn)逐漸降低，故A錯(cuò)誤；同周期金屬元素隨著核電荷數(shù)的增加，原子半徑逐漸減小，金屬鍵逐漸增強(qiáng)，金屬的硬度逐漸增大，故B錯(cuò)誤；溫度越高，金屬中自由電子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)速度越快，在電場(chǎng)作用下做定向移動(dòng)的能力越弱，故金屬的導(dǎo)電性越差，故C錯(cuò)誤；由于金屬鍵沒(méi)有方向性，當(dāng)金屬受外力作用時(shí)，金屬原子之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，但金屬原子之間仍然保持金屬鍵的作用，故金屬表現(xiàn)出良好的延展性，D正確。6下列對(duì)各物質(zhì)性質(zhì)的比較中，正確的是()A熔點(diǎn)：LiNaKB導(dǎo)電性：AgCuAlFeC密度：NaMgAlD空間利用率：鉀型鎂型銅型答案B解析按Li、Na、K的順序，金屬鍵逐漸減弱，熔點(diǎn)逐漸降低，A項(xiàng)錯(cuò)；按Na、Mg、Al的順序，密度逐漸增大，C項(xiàng)錯(cuò)；不同堆積方式的金屬晶體空間利用率：簡(jiǎn)單立方為52%，鉀型為68%，鎂型和銅型均為74%，D項(xiàng)錯(cuò)；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，B項(xiàng)正確。三、金屬晶體中金屬原子的堆積方式7下列金屬的晶體結(jié)構(gòu)類型都屬于面心立方最密堆積型的是()ALi、Na、Mg、CaBLi、Na、K、RbCPb、Ag、Cu、AuDBe、Mg、Cu、Zn答案C8下列有關(guān)金屬晶體的說(shuō)法中不正確的是()A金屬晶體是一種“巨分子”B“自由電子”為所有原子所共有C簡(jiǎn)單立方堆積的空間利用率最低D體心立方密堆積的空間利用率最高答案D解析根據(jù)金屬晶體的金屬鍵理論，選項(xiàng)A、B都是正確的。金屬晶體的堆積方式中空間利用率分別是簡(jiǎn)單立方堆積52%，體心立方密堆積68%，面心立方最密堆積和六方最密堆積均為74%。因此簡(jiǎn)單立方堆積的空間利用率最低，六方最密堆積和面心立方最密堆積的空間利用率最高。9金屬晶體的堆積方式、空間利用率和配位數(shù)關(guān)系正確的是()釙Po簡(jiǎn)單立方堆積52%6鈉Na鉀型74%12鋅Zn鎂型68%8銀Ag銅型74%12ABCD答案D解析鉀型空間利用率為68%，配位數(shù)為8；中Zn為鎂型，空間利用率為74%，配位數(shù)為12；堆積方式、空間利用率和配位數(shù)均正確。10鐵有、三種晶體結(jié)構(gòu)，以下依次是、三種晶體不同溫度下轉(zhuǎn)化的圖示。有關(guān)說(shuō)法不正確的是()AFe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有8個(gè)BFe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有12個(gè)C如圖Fe晶胞邊長(zhǎng)若為acm，F(xiàn)e晶胞邊長(zhǎng)若為bcm，則兩種晶體密度比為b3a3D將鐵加熱到1500分別急速冷卻和緩慢冷卻，得到的晶體類型不相同答案C解析Fe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有8個(gè)(設(shè)晶胞邊長(zhǎng)為ccm，則兩個(gè)鐵原子間的最近距離為cm)；Fe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有12個(gè)(Fe晶胞邊長(zhǎng)若為bcm，則兩個(gè)鐵原子間的最近距離應(yīng)為bcm)。若Fe晶胞邊長(zhǎng)為acm，F(xiàn)e晶胞邊長(zhǎng)為bcm，則兩種晶體密度比為b32a3。將鐵加熱到1500分別急速冷卻和緩慢冷卻，得到的晶體類型不同。能力提升11.最近發(fā)現(xiàn)一種由鈦(Ti)原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，分子模型如圖所示，其中圓圈表示碳原子，黑點(diǎn)表示鈦原子，則它的化學(xué)式為()ATiCBTi13C14CTi4C7DTi14C13答案D解析此題一定要注意此結(jié)構(gòu)為一個(gè)具有規(guī)則結(jié)構(gòu)的大分子，不是晶胞。在此題目中，只需數(shù)出兩種原子的數(shù)目即可(Ti14C13)。12回答下列問(wèn)題：(1)金屬晶體的構(gòu)成微粒是_，微粒間的相互作用稱為_(kāi)。這種作用力越強(qiáng)，晶體的熔、沸點(diǎn)越_，硬度越_。(2)金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬價(jià)電子數(shù)的多少有關(guān)，價(jià)電子數(shù)越多，金屬鍵越強(qiáng)；與金屬原子的半徑大小也有關(guān)，金屬原子半徑越大，金屬鍵越弱。據(jù)此判斷下列金屬熔點(diǎn)逐漸升高的是_。ALi、Na、KBNa、Mg、AlCLi、Be、MgDLi、Na、Mg(3)已知下列金屬晶體：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au其堆積方式為簡(jiǎn)單立方堆積的是_。體心立方密堆積的是_。六方最密堆積的是_。面心立方最密堆積的是_。答案(1)金屬離子和自由電子金屬鍵高大(2)B(3)PoNa、K、FeMg、ZnCu、Au13根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)和下表所提供的信息，分析并回答下列問(wèn)題。物理性質(zhì)物理性質(zhì)比較導(dǎo)電性(以銀為100)銀銅金鋁鋅鐵1009974612717密度/gcm3金鉛銀銅鐵鋅鋁19.311.310.58.927.867.142.7熔點(diǎn)/鎢鐵銅金銀鋁錫3410153510831064962660232硬度(以金剛石為10)鉻鐵銀銅金鋁鉛9452.542.532.5322.91.5(1)為什么菜刀、錘子等通常用鐵制而不用鉛制？(2)銀的導(dǎo)電性比銅好，為什么導(dǎo)線一般用銅制而不用銀制？(3)為什么燈泡里的燈絲用鎢制而不用錫制？(4)上述物理性質(zhì)中與自由電子關(guān)系最為密切的是_。答案(1)因?yàn)殍F的硬度比鉛大，且鉛有毒，故常用鐵而不用鉛制作菜刀、錘子等。(2)銀和銅的導(dǎo)電性相近，但銀比銅貴得多，且電線用量大，所以用銅不用銀作導(dǎo)線。(3)因?yàn)殒u的熔點(diǎn)高(3410)，而錫的熔點(diǎn)(232)太低，通電時(shí)錫就熔化了，所以用鎢絲而不用錫絲做燈泡的燈絲。(4)導(dǎo)電性解析在確定金屬的用途時(shí)，要考慮其硬度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性等多種性質(zhì)，有時(shí)還要考慮價(jià)格、資源、是否便利、是否有毒、是否利于回收等因素。正確解答本題還要會(huì)讀題，充分利用題中所給信息進(jìn)行比較解題。14Mn、Fe均為第4周期過(guò)渡金屬元素，兩元素的部分電離能數(shù)據(jù)列于下表：元素MnFe電離能/kJmol1I1717759I215091561I332482957回答下列問(wèn)題：(1)Mn元素基態(tài)原子的價(jià)電子層的電子排布式為_(kāi)，比較兩元素的I2、I3可知，氣態(tài)Mn2再失去一個(gè)電子比氣態(tài)Fe2再失去一個(gè)電子難。對(duì)此你的解釋是_。(2)金屬鐵的晶體在不同溫度下有兩種堆積方式，晶胞分別如下圖所示。面心立方晶胞和體心立方晶胞中實(shí)際含有的Fe原子個(gè)數(shù)之比為_(kāi)，F(xiàn)e原子配位數(shù)之比為_(kāi)。答案(1)3d54s2Mn2轉(zhuǎn)化為Mn3時(shí)，3d能級(jí)由較穩(wěn)定的3d5半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的3d4狀態(tài)(或Fe2轉(zhuǎn)化為Fe3時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d6狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的3d5半充滿狀態(tài))(2)2132解析(1)根據(jù)錳在元素周期表中的位置可寫出其價(jià)電子排布，由于Mn2轉(zhuǎn)化為Mn3時(shí)，3d能級(jí)由較穩(wěn)定的3d5半充滿狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的3d4狀態(tài)(或Fe2轉(zhuǎn)化為Fe3時(shí)，3d能級(jí)由不穩(wěn)定的3d6狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的3d5半充滿狀態(tài))，所以，氣態(tài)Mn2再失去一個(gè)電子比氣態(tài)Fe2再失去一個(gè)電子難。(2)根據(jù)題給晶胞的結(jié)構(gòu)，在每個(gè)體心立方晶胞中含有的鐵原子數(shù)目是2個(gè)(配位數(shù)是8)，在每個(gè)面心立方晶胞中含有的鐵原子數(shù)目是4個(gè)(配位數(shù)是12)。拓展探究15金晶體的最小重復(fù)單元(也稱晶胞)是面心立方體，即在立方體的8個(gè)頂點(diǎn)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共用。金原子的直徑為dcm，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)，M表示金的摩爾質(zhì)量(單位：gmol1)。(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)晶胞的體積為_(kāi)cm3。(4)金晶體的密度為_(kāi)gcm3。答案(1)4(2)在立方體各個(gè)面的對(duì)角線上的3個(gè)金原子緊密排列且相鄰的兩個(gè)金原子處于相切狀態(tài)(3)2d3(4)解析處于立方體頂點(diǎn)的金屬原子為8個(gè)晶胞共用，此晶胞只占；處于面心上的金屬原子為2個(gè)晶胞共用，此晶胞只占。