第三節(jié)金屬晶體

1.已知銅的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則在銅的晶胞中所含銅原子數(shù)及配位數(shù)分別為(

)A．14、6

B．14、8C．4、8 D．4、12答案：

D

變式：已知銅的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則一個(gè)銅晶胞的質(zhì)量為

；假如銅原子半徑為r厘米，則晶胞的邊長(zhǎng)為

；晶胞的體積為

。變式：已知體心立方晶胞和簡(jiǎn)單立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則一個(gè)晶胞的質(zhì)量為

；假如銅原子半徑為r厘米，則晶胞的邊長(zhǎng)為

；晶胞的體積為

。第三節(jié)金屬晶體19世紀(jì)中葉的一個(gè)冬天，駐守在彼得堡的俄軍發(fā)棉衣時(shí)發(fā)現(xiàn)，成千上萬套棉衣上的扣子都沒有了。俄皇大發(fā)雷霆，要把負(fù)責(zé)監(jiān)制軍服的大臣問罪。但所有軍服都是釘了扣子的，為什么都丟了呢？原來，這些扣子是用錫做成的，而錫一遇低溫，就會(huì)變成粉末，這種現(xiàn)象叫“錫疫”。一般情況下，只要在13.2℃以下，錫就會(huì)變成粉末。當(dāng)時(shí)是彼得堡的初冬，氣溫很低，錫當(dāng)然都“化”了。那么，錫為什么會(huì)發(fā)生“錫疫”？在發(fā)生“錫疫”前，錫原子之間是如何結(jié)合在一起的呢？1．了解金屬鍵的含義——“電子氣”理論。2．能用金屬鍵理論解釋金屬的物理性質(zhì)。3．了解金屬晶體的原子堆積模型。1．金屬鍵(1)概念：金屬原子脫落下來的

形成遍布整塊晶體的“

”，被所有原子共用，從而把所有

維系在一起。(2)成鍵微粒是

和

。2．金屬晶體(1)在金屬晶體中，原子間以

相結(jié)合。(2)金屬晶體的性質(zhì)：優(yōu)良的

、

和

。電子氣金屬陽離子自由電子金屬鍵導(dǎo)電性導(dǎo)熱性延展性金屬原子價(jià)電子(3)用電子氣理論解釋金屬的性質(zhì)。(2)金屬具有導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性的原因①延展性：當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，晶體中各原子層就會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，但不會(huì)改變?cè)瓉淼呐帕蟹绞剑覐浡诮饘僭娱g的電子氣可以起到類似軸承中滾球之間潤(rùn)滑劑的作用，即金屬的離子和自由電子之間的較強(qiáng)作用仍然存在，因而金屬都有良好的延展性。②導(dǎo)電性：金屬內(nèi)部的原子之間的“電子氣”的流動(dòng)是無方向性的，在外加電場(chǎng)的作用下，電子氣在電場(chǎng)中定向移動(dòng)形成電流。③金屬的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而降低，是由于電子氣中的自由電子在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞的緣故。(3)金屬導(dǎo)電與電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的比較運(yùn)動(dòng)的微粒過程中發(fā)生的變化溫度的影響金屬導(dǎo)電自由電子物理變化升溫，導(dǎo)電性減弱電解質(zhì)溶液導(dǎo)電陰、陽離子化學(xué)變化升溫、導(dǎo)電性增強(qiáng)(4)影響金屬熔點(diǎn)、硬度的因素一般地，熔點(diǎn)、硬度等取決于金屬晶體內(nèi)部作用力的強(qiáng)弱。一般來說，金屬原子的價(jià)電子數(shù)越多，原子半徑越小，金屬晶體內(nèi)部作用力越強(qiáng)，晶體熔點(diǎn)越高，硬度越大。1．下列說法正確的是(

)A．金屬的通性表明金屬具有類似的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相同的化學(xué)鍵類型B．金屬原子之間的相互作用即為金屬鍵C．電子很小，不可能是形成化學(xué)鍵的微粒D．金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬陽離子的半徑無關(guān)解析：

金屬具有特殊的金屬光澤、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及延展性等通性，多數(shù)金屬具有較高的密度、硬度、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。這些共同性質(zhì)表明金屬具有類似的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相同的化學(xué)鍵類型。金屬陽離子與自由電子之間存在著較強(qiáng)的相互作用，這種相互作用稱為金屬鍵。金屬晶體中金屬陽離子半徑越小，離子電荷數(shù)越多，其金屬陽離子與自由電子間的作用力越強(qiáng)。答案：

A1．二維空間模型(1)非密置層配位數(shù)為

，如圖所示：4(2)密置層配位數(shù)為

，如圖所示：62．三維空間模型(1)非密置層在三維空間堆積①簡(jiǎn)單立方堆積相鄰非密置層原子的原子核在

的堆積，空間利用率太低，只有金屬

采用這種堆積方式。同一直線上Po②體心立方堆積將上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中，并使非密置層的原子稍稍分離。這種堆積方式所得的晶胞是一個(gè)含有兩個(gè)原子的立方體，一個(gè)原子在立方體的

，另一個(gè)原子在立方體的

，其空間的利用率比簡(jiǎn)單立方堆積高，堿金屬屬于這種堆積方式。中心頂點(diǎn)(2)密置層在三維空間堆積①六方最密堆積如圖所示，按

……的方式堆積。ABABABAB②面心立方最密堆積如圖所示，按

……的方式堆積。ABCABCABC金屬晶體的原子堆積模型堆積模型采納這種堆積的典型代表空間利用率配位數(shù)晶胞非密置層簡(jiǎn)單立方堆積Po(釙)52%6體心立方堆積(bcp)Na、K、Fe68%8堆積模型采納這種堆積的典型代表空間利用率配位數(shù)晶胞非密置層密置層六方最密堆積(hcp)Mg、Zn、Ti74%12面心立方最密堆積(ccp)Cu、Ag、Au74%122011·武漢高二質(zhì)檢)物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論指出：金屬晶體中金屬離子與自由電子之間的強(qiáng)烈相互作用，叫金屬鍵。金屬鍵越強(qiáng)，其金屬的硬度越大，熔沸點(diǎn)越高。根據(jù)研究表明，一般來說，金屬原子半徑越小，價(jià)電子數(shù)越多，則金屬鍵越強(qiáng)。由此判斷下列說法錯(cuò)誤的是(

)A．鎂的硬度大于鋁 B．鎂的熔、沸點(diǎn)高于鈣C．鎂的硬度大于鉀 D．鈣的熔、沸點(diǎn)高于鉀思路指引：解答本題時(shí)要注意以下兩點(diǎn)：(1)金屬晶體熔、沸點(diǎn)高低決定于金屬鍵的強(qiáng)弱。(2)金屬陽離子所帶電荷越多，半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)。此題考查的是金屬晶體的性質(zhì)，如硬度、熔沸點(diǎn)的比較，比較依據(jù)：看價(jià)電子數(shù)和原子半徑，價(jià)電子數(shù)：Mg<Al，Mg＝Ca，Mg>K，K<Ca；原子半徑：Mg>Al，Mg<Ca，Mg<K，K>Ca，綜合分析：鎂的硬度小于鋁；鎂的熔、沸點(diǎn)高于鈣；鎂的硬度大于鉀；鈣的熔、沸點(diǎn)高于鉀。故A錯(cuò)誤。答案：

A金屬晶體的熔點(diǎn)變化規(guī)律金屬晶體熔點(diǎn)變化差別較大。如：汞在常溫下是液體，熔點(diǎn)很低(－38.9℃)，而鐵等金屬熔點(diǎn)很高(1535℃)。這是由于金屬晶體緊密堆積方式、金屬陽離子與自由電子的作用力不同而造成的差別。(1)一般情況下(同類型的金屬晶體)，金屬晶體的熔點(diǎn)由金屬陽離子半徑、所帶的電荷數(shù)、自由電子的多少?zèng)Q定。陽離子半徑越小，所帶的電荷數(shù)越多，自由電子越多，相互作用力就越大，熔點(diǎn)就會(huì)相應(yīng)升高。例如：熔點(diǎn)K<Na<Mg<Al，Li>Na>K>Rb>Cs。(2)一般合金的熔沸點(diǎn)比各成分金屬的熔沸點(diǎn)低。1.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(diǎn)低B．固體或熔融后易導(dǎo)電，熔點(diǎn)在1000℃左右C．由共價(jià)鍵結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高D．固體不導(dǎo)電，但溶于水或熔融后能導(dǎo)電答案：

B

有四種不同堆積方式的金屬晶體的晶胞如圖所示，有關(guān)說法正確的是(

)A．①為簡(jiǎn)單立方堆積，②為鎂型，③為鉀型，④為銅型B．每個(gè)晶胞含有的原子數(shù)分別為：①1個(gè)，②2個(gè)，③2個(gè)，④4個(gè)C．晶胞中原子的配位數(shù)分別為：①6，②8，③8，④12D．空間利用率的大小關(guān)系為：①＜②＜③＜④思路指引：本題考查了金屬晶體的堆積方式。準(zhǔn)確理解并記憶金屬晶體的四種常見堆積方式是解答本題的關(guān)鍵。答案：

B2．下列幾種金屬晶體中，原子堆積方式與另外三種不同的是(

)A．鈉B．鉀C．鐵 D．銅解析：

鈉、鉀、鐵的原子堆積方式都是非密置層的一種堆積方式，即鉀型，而銅屬于密置層的一種堆積方式。方法技巧：在金屬原子的堆積模式中應(yīng)該特別注意非密置層和密置層的堆積模式和典型代表物，應(yīng)用這些現(xiàn)有知識(shí)就可以解決一些金屬晶體中原子堆積模式。再有就是應(yīng)該注意在幾種堆積模式中，晶胞中原子數(shù)目的計(jì)算。答案：

DC60、金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)模型如下圖所示(石墨僅表示其中的一層結(jié)構(gòu))：(1)C60、金剛石和石墨三者的關(guān)系互為________。A．同分異構(gòu)體 B．同素異形體C．同系物 D．同位素(2)固態(tài)時(shí)，C60屬于________(填“原子”或“分子”)晶體，C60分子中含有雙鍵和單鍵，推測(cè)C60跟F2________(填“能”或“否”)發(fā)生加成反應(yīng)。(3)硅晶體的結(jié)構(gòu)跟金剛石相似，1mol硅晶體中含有硅硅單鍵的數(shù)目約是________NA個(gè)。二氧化硅的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在硅晶體結(jié)構(gòu)中每個(gè)硅硅單鍵之間插入一個(gè)氧原子。二氧化硅的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，硅、氧原子形成的最小環(huán)上氧原子數(shù)目是_____。(4)石墨層狀結(jié)構(gòu)中，平均每個(gè)正六邊形擁有的碳原子個(gè)數(shù)是________個(gè)。答案：

(1)B

(2)分子能(3)2

6

(4)2石墨與金剛石(1)石墨①石墨的晶體結(jié)構(gòu)石墨是層狀結(jié)構(gòu)的晶體，在每一層內(nèi)，碳原子排列成六邊形，一個(gè)個(gè)六邊形排列成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每一個(gè)碳原子都跟其他三個(gè)碳原子相結(jié)合。在同一層內(nèi)，相鄰的碳原子以共價(jià)鍵相結(jié)合，層與層之間以分子間作用力相結(jié)合。石墨晶體中每個(gè)碳原子提供五個(gè)電子參加成鍵形成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子最外層上的另一個(gè)電子成為自由電子，并通過自由電子在層間產(chǎn)生范德華力。石墨的很多性質(zhì)與自由電子有關(guān)。②石墨晶體不是原子晶體，而是原子晶體與分子晶體之間的一種過渡型晶體。③石墨晶體的物理性質(zhì)由于石墨晶體結(jié)構(gòu)的特殊性，它的物理性質(zhì)為熔點(diǎn)很高，有良好的導(dǎo)電性，還可作潤(rùn)滑劑。(2)石墨與金剛石的比較金剛石石墨晶體類型原子晶體混合晶體構(gòu)成微粒碳原子碳原子微粒間的作用力C—C共價(jià)鍵C—C共價(jià)鍵分子間作用力碳原子的雜化方式sp3雜化sp2雜化碳原子成鍵數(shù)43碳原子有無剩余價(jià)電子無有一個(gè)2p電子配位數(shù)43晶體結(jié)構(gòu)特征正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)平面六邊形層狀結(jié)構(gòu)金剛石石墨晶體結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)高熔點(diǎn)、高硬度、不導(dǎo)電熔點(diǎn)比金剛石還高，質(zhì)軟、滑膩、易導(dǎo)電最小碳環(huán)六元環(huán)、不共面六元環(huán)、共面①石墨具有原子晶體的一些性質(zhì)，熔點(diǎn)比金剛石高。②質(zhì)軟、滑膩：石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，層間沒有化學(xué)鍵相連，是靠范德華力維系的，而范德華力很弱，使石墨具有質(zhì)軟、滑膩的性質(zhì)。因此石墨又具有分子晶體的一些性質(zhì)。③導(dǎo)電性：由于石墨晶體中碳原子采取sp2雜化，三個(gè)sp2雜化軌道都參與形成C—C共價(jià)鍵，每個(gè)碳原子還有一個(gè)未參加雜化的2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面，每個(gè)碳原子剩余的2p電子在整個(gè)碳原子平面中運(yùn)動(dòng)，被所有碳原子共用，因此石墨的導(dǎo)電性只能沿石墨平面方向(即導(dǎo)電的各向異性)。石墨有金屬鍵，具有金屬晶體的一些性質(zhì)。3.在金剛石晶體中碳原子數(shù)與化學(xué)鍵數(shù)之比為________。在石墨晶體中，平均每個(gè)最小的碳原子環(huán)所擁有的化學(xué)鍵數(shù)為________，該晶體中碳原子數(shù)與化學(xué)鍵數(shù)之比為________。金剛石晶體與石墨晶體中的碳碳鍵長(zhǎng)(d)相比較，d石墨________d金剛石(填“>”、“＝”或“<”)。答案：

1∶2

3

2∶3

<1．不能用金屬鍵理論解釋的是(

)A．導(dǎo)電性B．導(dǎo)熱性C．延展性 D．銹蝕性解析：金屬鍵是金屬陽離子與自由電子之間的靜電作用，它決定了金屬晶體的一些性質(zhì)，可以解釋金屬晶體的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性等金屬晶體的物理性質(zhì)，但不能解釋其化學(xué)性質(zhì)，例如銹蝕性。答案：

D2．下列對(duì)各組物質(zhì)性質(zhì)的比較中，正確的是(

)A．熔點(diǎn)：Li<Na<KB．導(dǎo)電性：Ag>Cu>Al>FeC．密度：Na>Mg>AlD．空間利用率：體心立方堆積<六方最密堆積<面心立方最密堆積解析：同主族的金屬單質(zhì)，原子序數(shù)越大，熔點(diǎn)越低，這是因?yàn)樗鼈兊膬r(jià)電子數(shù)相同，隨著原子半徑的增大，金屬鍵逐漸減弱，所以A選項(xiàng)不對(duì)；Na、Mg、Al是同周期的金屬單質(zhì)，密度逐漸增大，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；不同堆積方式的金屬晶體空間利用率分別是：簡(jiǎn)單立方堆積52%，體心立方最密堆積68%，六方最密堆積和面心立方最密堆積均為74%，因此D項(xiàng)錯(cuò)誤；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，所以B選項(xiàng)正確。答案：

B

3．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．金屬原子半徑大 D．金屬鍵沒有飽和性和方向性解析：金屬晶體有多種堆積方式主要是由于金屬鍵無飽和性和方向性。答案：

D4．教材中給出了幾種晶體的晶胞如圖所示：所示晶胞分別表示的物質(zhì)正確的排序是(

)A．碘、鋅、鈉、金剛石 B．金剛石、鋅、碘、鈉C．鈉、鋅、碘、金剛石 D．鋅、鈉、碘、金剛石解析：

第一種晶胞為體心立方堆積，鉀、鈉、鐵等金屬采用這種堆積方式——鉀型；第二種晶胞為六方堆積，鎂、鋅、鈦等金屬采用這種堆積方式——鎂型；組成第三種晶胞的粒子為雙原子分子，是碘；第四種晶胞的粒子結(jié)構(gòu)為正四面體結(jié)構(gòu)，為金剛石。答案：

C5．判斷下列晶體類型。(1)SiI4：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_