新教材高中化學(xué)專題3微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)第1單元金屬鍵金屬晶體教師用書蘇教版選擇性必修2

歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！第一單元金屬鍵金屬晶體學(xué)習任務(wù)1．能描述金屬晶體中金屬鍵的成鍵特征。2．能用金屬鍵理論解釋金屬的典型性質(zhì)。3．能借助模型說明常見金屬晶體中晶胞的構(gòu)成。4．能舉例說明合金的優(yōu)越性能。一、金屬鍵與金屬特性1．金屬鍵(1)金屬鍵的概念金屬原子失去部分或全部外圍電子形成的金屬離子與自由電子之間強烈的相互作用。(2)金屬鍵的形成金屬原子失去部分或全部外圍電子形成的金屬離子與“脫落”下的自由電子相互作用。2．金屬特性(1)導(dǎo)電性在外電場作用下，自由電子在金屬內(nèi)部會發(fā)生定向移動，形成電流。溫度升高，金屬的導(dǎo)電性減弱。微點撥：電解質(zhì)導(dǎo)電和金屬導(dǎo)電的區(qū)別物質(zhì)類型電解質(zhì)金屬晶體導(dǎo)電時的狀態(tài)水溶液或熔融狀態(tài)下晶體狀態(tài)導(dǎo)電粒子自由移動的離子自由電子導(dǎo)電時發(fā)生的變化化學(xué)變化物理變化導(dǎo)電能力隨溫度的變化溫度升高導(dǎo)電能力增強溫度升高導(dǎo)電能力減弱(2)導(dǎo)熱性金屬受熱時，自由電子與金屬離子(或金屬原子)碰撞頻率增加，自由電子把能量傳給金屬離子(或金屬原子)，從而把能量從溫度高的區(qū)域傳到溫度低的區(qū)域。(3)延展性金屬鍵沒有方向性，在外力作用下，金屬原子之間發(fā)生相對滑動，各層金屬原子之間仍然保持金屬鍵的作用，不會斷裂。3．金屬鍵的強弱(1)原子化熱金屬鍵的強弱可以用金屬的原子化熱來衡量。金屬的原子化熱是指1mol金屬固體完全氣化成相互遠離的氣態(tài)原子時吸收的能量。(2)金屬鍵的強弱金屬鍵的強弱與金屬元素的原子半徑、單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目有關(guān)。一般而言，金屬元素的原子半徑越小、單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目越多，金屬鍵越強。(3)金屬鍵的強弱與金屬的物理性質(zhì)的關(guān)系金屬鍵越強，金屬晶體的硬度越大，熔、沸點越高。判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)金屬鍵是金屬離子與自由電子之間的吸引力。 (×)(2)任何固體中含有陽離子時一定含有陰離子。 (×)(3)金屬單質(zhì)中金屬鍵越強，金屬的還原性越弱。 (√)(4)熔、沸點：Li>Na>K>Rb，硬度：Na<Mg<Al<Cr。 (√)二、金屬晶體1．晶體：具有規(guī)則幾何外形的固體，通常條件下，大多數(shù)金屬單質(zhì)也是晶體。在金屬晶體中，金屬原子如同半徑相等的小球一樣，彼此相切、緊密堆積成晶體。2．晶胞：能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位。金屬晶體是晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成的。3．金屬原子在平面內(nèi)的兩種排列方式：非密置層(一個原子周圍有4個原子)和密置層(一個原子周圍有6個原子)。4．晶胞中微粒個數(shù)的計算(均攤法)(1)均攤法：是指每個圖形平均擁有的粒子數(shù)目。如某個粒子為n個圖形(晶胞)所共有，則該粒子有eq\f(1,n)屬于某個圖形(晶胞)。(2)立方體晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算：①處于頂點的粒子，同時為8個晶胞共享，每個粒子有eq\f(1,8)屬于該晶胞；②處于棱上的粒子，同時為4個晶胞共享，每個粒子有eq\f(1,4)屬于該晶胞；③處于面上的粒子，同時為2個晶胞共享，每個粒子有eq\f(1,2)屬于該晶胞；④處于晶胞內(nèi)部的粒子，則完全屬于該晶胞。5．合金的組成和性質(zhì)(1)合金：把兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。(2)合金的性能：比它的成分金屬具有許多良好的物理的、化學(xué)的、機械的性能。通常，多數(shù)合金的熔點比它的成分金屬的熔點低，而強度和硬度比它的成分金屬大。1．關(guān)于鉀型晶體結(jié)構(gòu)(如圖)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．每個晶胞內(nèi)含2個原子D．每個晶胞內(nèi)含6個原子C[鉀型晶體的晶胞為體心立方體，是非密置層的一種堆積方式，其中8個頂點和體心處各有一個原子，晶胞內(nèi)含有8×eq\f(1,8)＋1＝2個原子。]2.金屬晶體中金屬原子有三種常見的堆積方式：六方堆積、面心立方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)金屬原子個數(shù)比為()(a)(b)(c)A．3∶2∶1 B．11∶8∶4C．9∶8∶4 D．21∶14∶9A[晶胞(a)中含有12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋3＝6個金屬原子，晶胞(b)中含有8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4個金屬原子，晶胞(c)中含有8×eq\f(1,8)＋1＝2個金屬原子，晶胞內(nèi)金屬原子個數(shù)的比值為3∶2∶1。]金屬鍵與金屬特性的關(guān)系下表是部分金屬的原子半徑、原子化熱和熔點金屬NaMgAlCr原子外圍電子排布3s13s23s23p13d54s1原子半徑/pm186160143.1124.9原子化熱/(kJ·mol－1)108.4146.4326.4397.5熔點/℃97.56506601900[問題1]表格中金屬原子外圍電子數(shù)目最少和最多的分別是哪種？[提示]表格中金屬原子外圍電子數(shù)目最少和最多的分別為Na和Cr。[問題2]表格中金屬原子半徑最大和最小的分別是哪種？[提示]表格中金屬原子半徑最大和最小的分別是Na和Cr。[問題3]表格中金屬的原子化熱大小關(guān)系怎樣排序？[提示]金屬的原子化熱Na<Mg<Al<Cr。[問題4]表格中金屬的熔點從高到低的順序怎樣排列？[提示]金屬的熔點從高到低的順序Cr>Al>Mg>Na。[問題5]通過分析表格數(shù)據(jù)，總結(jié)決定金屬熔點高低的因素是什么？[提示]決定金屬熔點高低的因素是金屬鍵的強弱，金屬鍵越強，金屬的熔點越高。金屬元素的原子半徑越小、單位體積內(nèi)自由電子數(shù)目(或金屬離子的電荷數(shù))越多，金屬鍵越強。1．金屬鍵(1)成鍵微粒：金屬陽離子和自由電子。(2)存在：在金屬單質(zhì)和合金中都存在金屬鍵。(3)本質(zhì)和特點金屬鍵的本質(zhì)是一種電性作用，即金屬陽離子和自由電子之間的靜電作用。金屬鍵的特征是沒有方向性和飽和性，金屬中的電子在整個晶體內(nèi)運動，屬于整塊金屬。(4)影響因素金屬元素的原子半徑和單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目及金屬陽離子所帶電荷數(shù)。①金屬鍵的強弱差別較大。如鈉、鉀的熔、沸點低，存在的金屬鍵較弱；鉻的硬度大，熔、沸點高，存在的金屬鍵較強。②同主族元素，隨著核電荷數(shù)的增大，金屬原子的半徑增大，金屬鍵減弱；同周期元素，隨著核電荷數(shù)的增大，金屬原子半徑減小，金屬鍵增強，熔、沸點升高。2．金屬鍵與金屬的性質(zhì)金屬的延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熔沸點等均與金屬鍵有關(guān)。金屬鍵越強，金屬的熔沸點越高。1．關(guān)于金屬鍵的敘述錯誤的是()A．金屬鍵沒有方向性和飽和性B．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電吸引作用C．金屬鍵中的電子屬于整塊金屬D．金屬的性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)B[金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的相互作用，包括靜電吸引作用和靜電排斥作用。]2．下列關(guān)于金屬單質(zhì)的敘述正確的是()A．常溫下，金屬單質(zhì)都以固體形式存在B．金屬鍵在一定外力作用下，不因形變而消失C．鈣的熔、沸點低于鉀D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好B[常溫下，金屬單質(zhì)汞以液體形式存在，A項錯；離子半徑Ca2＋<K＋，電荷數(shù)Ca2＋>K＋，金屬離子半徑越小、所帶電荷數(shù)越多，金屬的熔沸點越高，故鈣的熔、沸點高于鉀，C項錯；溫度越高，自由電子能量越高難以束縛，金屬的導(dǎo)電性越差，D項錯。]有關(guān)晶胞的計算紅砷鎳礦(NiAs)是常見的鎳礦之一，是一種六方晶體(底面為60°和120°的菱形)，其晶胞如圖所示，圖中深色小球為Ni，淺色大球為As。已知NiAs的晶胞邊長分別為apm和cpm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。[問題1]紅砷鎳礦晶胞所含的鎳、砷原子數(shù)分別是多少？[提示]As位于晶胞內(nèi)部，As原子數(shù)目為2；Ni位于六方晶胞的頂點和棱上，Ni原子數(shù)目為eq\f(1,6)×4＋eq\f(1,12)×4＋eq\f(1,6)×2＋eq\f(1,3)×2＝2。[問題2]一個紅砷鎳礦晶胞的質(zhì)量為多少？[提示]eq\f(59＋75g/mol×2mol,NA)。[問題3]一個紅砷鎳礦晶胞的體積是多少？[提示]eq\f(\r(3),2)a2c×10－30cm3。[問題4]紅砷鎳礦的密度如何表示？[提示]晶胞密度ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(\f(59＋75g/mol×2mol,NA),\f(\r(3),2)a2c×10－30cm3)＝eq\f(\r(3)×5.36×1032,3a2cNA)g/cm3。晶體結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算(2)晶體密度計算公式：ρ＝eq\f(NM,NA·V)，其中N為1個晶胞中所含“分子”數(shù)目，M為摩爾質(zhì)量，NA為阿伏加德羅常數(shù)，V為1個晶胞的體積。(3)晶胞質(zhì)量＝晶胞含有的微粒的質(zhì)量＝晶胞含有的微粒數(shù)×eq\f(M,NA)。(4)空間利用率＝eq\f(晶胞含有的微粒體積,晶胞體積)×100%。(5)金屬晶體中體心立方堆積、面心立方堆積中的幾組公式(設(shè)棱長為a)①面對角線長＝eq\r(2)a；②體對角線長＝eq\r(3)a；③體心立方堆積4r＝eq\r(3)a(r為原子半徑)；④面心立方堆積4r＝eq\r(2)a(r為原子半徑)。1．金屬鋁的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示，原子之間相互位置關(guān)系的平面圖如圖乙所示。甲乙2．研究發(fā)現(xiàn)氨硼烷在低溫高壓條件下為正交晶系結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)分別為apm、bpm、cpm，α＝β＝γ＝90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。氨硼烷晶體的密度ρ＝________g·cm－3(列出計算式，設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。[解析]在氨硼烷的2×2×2的超晶胞結(jié)構(gòu)中，共有16個氨硼烷分子，晶胞的長、寬、高分別為2apm、2bpm、2cpm，若將其平均分為8份可以得到8個小長方體，則平均每個小長方體中占有2個氨硼烷分子，小長方體的長、寬、高分別為apm、bpm、cpm，則晶胞的質(zhì)量為eq\f(31×2g,NA)，小長方體的體積為abc×10－30cm3，因此，氨硼烷晶體的密度為eq\f(\f(31×2g,NA),abc×10－30cm3)＝eq\f(62,NAabc×10－30)g·cm－3。[答案]eq\f(62,NAabc×10－30)1．金屬能導(dǎo)電的原因是()A．金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間的相互作用較弱B．金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下發(fā)生定向移動C．金屬晶體中的金屬陽離子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動D．金屬晶體在外加電場作用下可失去電子B[金屬中存在自由移動電子，在外加電場的作用下，自由電子就會定向移動而形成電流。]2．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，熔點很低B．固體或熔融后易導(dǎo)電，熔點在1000℃左右C．由共價鍵結(jié)合成網(wǎng)狀晶體，熔點很高D．固體不導(dǎo)電，但溶于水或熔融后能導(dǎo)電B[A是分子晶體；B中固體能導(dǎo)電，熔點在1000℃左右，不是很高，應(yīng)是金屬晶體；C為原子晶體；D為離子晶體。]3．下列對各組物質(zhì)性質(zhì)的比較中，正確的是()A．熔點：Li＜Na＜KB．導(dǎo)電性：Ag＞Cu＞Al＞FeC．密度：Na＞Mg＞AlD．硬度：Na＞Mg＞AlB[同主族的金屬單質(zhì)，原子序數(shù)越大，熔點越低，這是因為它們的價電子數(shù)相同，隨著原子半徑的增大，金屬鍵逐漸減弱，A錯誤；常用的金屬導(dǎo)體中，導(dǎo)電性最好的是Ag，其次是Cu，再次是Al、Fe，B正確；Na、Mg、Al是同周期的金屬單質(zhì)，密度逐漸增大，C錯誤；金屬鍵：Al＞Mg＞Na，則硬度：Al＞Mg＞Na，D錯誤。]4.石墨烯可轉(zhuǎn)化為富勒烯(C60)，某金屬M與C60可制備一種低溫超導(dǎo)材料，晶胞如圖所示，M原子位于晶胞的棱上與內(nèi)部。該晶胞中M原子的個數(shù)及碳原子個數(shù)為()A．9,4B．9,180C．12,10D．12,240D[由晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞中位于棱上和體內(nèi)的M原子個數(shù)為12×eq\f(1,4)＋9＝12個，位于頂點和面心的C60個數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，碳原子個數(shù)為4×60＝240，則晶胞中M原子的個數(shù)及碳原子個數(shù)為12和240，故選D。]5．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個頂點各有一個金原子，各個面的中心有一個金原子，每個金原子被相鄰的晶胞所共有(如圖)。金原子的直徑為d，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)，M表示金的摩爾質(zhì)量。(1)金晶體每個晶胞中含有________個金原子。(2)欲計算一個晶胞的體積，除假定金原子是剛性小球外，還應(yīng)假定___________________________________________________________________。(3)一個晶胞的體積是________________。(4)金晶體的密度是________________。[解析](1)金晶體中每個晶胞中含有8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4