2023-2024學(xué)年蘇教版新教材選擇性必修二 專(zhuān)題3第一單元 金屬鍵 金屬晶體（第1課時(shí)） 學(xué)案

第一單元金屬鍵金屬晶體第1課時(shí)金屬鍵與金屬特性[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.了解金屬鍵的概念，理解金屬鍵的本質(zhì)和特征，能利用金屬鍵理論解釋金屬單質(zhì)的某些性質(zhì)，促進(jìn)宏觀辨識(shí)與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。2.能結(jié)合原子半徑、原子化熱解釋、比較金屬單質(zhì)性質(zhì)的差異，促進(jìn)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。一、金屬鍵1．概念：指金屬離子與自由電子之間強(qiáng)烈的相互作用。2．成鍵微粒：金屬陽(yáng)離子和自由電子。3．特征：沒(méi)有方向性和飽和性。4．存在：存在于金屬單質(zhì)和合金中。1．自由電子是否專(zhuān)屬于某個(gè)特定的金屬陽(yáng)離子？提示自由電子不專(zhuān)屬于某個(gè)特定的金屬陽(yáng)離子，也就是每個(gè)金屬陽(yáng)離子均可享有所有的自由電子，但都不能獨(dú)占某個(gè)或某幾個(gè)自由電子，電子在整塊金屬中自由運(yùn)動(dòng)。2．金屬鍵可以看成是許多原子共用許多電子所形成的強(qiáng)烈相互作用，和共價(jià)鍵類(lèi)似。金屬鍵有飽和性和方向性嗎？提示沒(méi)有；金屬鍵是金屬離子和自由電子之間強(qiáng)烈的相互作用，自由電子為整個(gè)金屬的所有離子所共有，故金屬鍵沒(méi)有方向性和飽和性。1．下列關(guān)于金屬鍵的敘述不正確的是()A．金屬鍵是金屬離子和自由電子這兩種帶異性電荷的微粒間的強(qiáng)烈相互作用，其實(shí)質(zhì)與離子鍵類(lèi)似，也是一種電性作用B．金屬鍵可以看作是許多原子共用許多電子所形成的強(qiáng)烈的相互作用，有方向性和飽和性C．金屬鍵是帶異性電荷的金屬離子和自由電子間的強(qiáng)烈的相互作用，故金屬鍵無(wú)飽和性和方向性D．構(gòu)成金屬鍵的自由電子在整個(gè)金屬內(nèi)部的三維空間中做自由運(yùn)動(dòng)答案B解析從基本構(gòu)成微粒的性質(zhì)看，金屬鍵與離子鍵的實(shí)質(zhì)類(lèi)似，都屬于電性作用，特征都是無(wú)方向性和飽和性；自由電子是由金屬原子提供的，并且在整個(gè)金屬內(nèi)部的三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，為整個(gè)金屬的所有陽(yáng)離子所共有，從這個(gè)角度看，金屬鍵無(wú)方向性和飽和性。2．下列物質(zhì)中只含有陽(yáng)離子的物質(zhì)是()A．氯化鈉 B．金剛石C．金屬鋁 D．氯氣答案C解析氯化鈉是離子化合物，既含陽(yáng)離子又含陰離子；金屬鋁中含有陽(yáng)離子和自由電子；金剛石由原子組成，氯氣由分子組成，都不含陽(yáng)離子，故C正確。易錯(cuò)提醒某物質(zhì)有陽(yáng)離子，但不一定有陰離子；而有陰離子時(shí)，則一定有陽(yáng)離子。二、金屬的物理性質(zhì)1．物理特性分析(1)良好的導(dǎo)電性：金屬中的自由電子可以在外加電場(chǎng)作用下發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，從而形成電流。(2)金屬的導(dǎo)熱性：是自由電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)與金屬離子(或金屬原子)碰撞而引起能量的交換，從而使能量從溫度高的區(qū)域傳到溫度低的區(qū)域，從而使整塊金屬達(dá)到同樣的溫度。(3)良好的延展性：金屬鍵沒(méi)有方向性，當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，金屬原子之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)；各層金屬原子之間仍然保持金屬鍵的作用，因此，在一定強(qiáng)度的外力作用下，金屬可以發(fā)生形變。2．金屬的原子化熱是指1_mol金屬固體完全氣化成相互遠(yuǎn)離的氣態(tài)原子時(shí)吸收的能量。3．物理性質(zhì)的影響因素金屬NaMgAl原子外圍電子排布3s13s23s23p1原子半徑/pm186160143.1原子化熱/(kJ·mol－1)108.4146.4326.4熔點(diǎn)/℃97.5650660由上表中數(shù)據(jù)可知：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，原子化熱越大，金屬鍵越強(qiáng)，金屬晶體的硬度越大，熔、沸點(diǎn)越高。1．為什么金屬鋰中的金屬鍵比金屬鈉的強(qiáng)？提示Li和Na的外圍電子排布一樣，但Li的原子半徑比Na小，原子化熱大，所以L(fǎng)i的金屬鍵強(qiáng)。2.金屬的導(dǎo)電性與電解質(zhì)的導(dǎo)電性有什么不同？提示金屬導(dǎo)電的微粒是自由電子，電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的微粒是自由移動(dòng)的陽(yáng)離子和陰離子；前者導(dǎo)電過(guò)程中不生成新物質(zhì)，為物理變化，后者導(dǎo)電過(guò)程中有新物質(zhì)生成，為化學(xué)變化。因而，二者導(dǎo)電的本質(zhì)不同。1．某新型“防盜玻璃”為多層結(jié)構(gòu)，每層中間嵌有極細(xì)的金屬線(xiàn)。當(dāng)玻璃被擊碎時(shí)，與金屬線(xiàn)相連的警報(bào)系統(tǒng)就會(huì)立即報(bào)警，“防盜玻璃”能報(bào)警是利用了金屬的()A．延展性 B．導(dǎo)電性C．彈性 D．導(dǎo)熱性答案B解析當(dāng)玻璃被擊碎時(shí)，與金屬線(xiàn)相連的警報(bào)系統(tǒng)就會(huì)立即報(bào)警，說(shuō)明當(dāng)玻璃被擊碎時(shí)，形成閉合回路，利用了金屬的導(dǎo)電性，故選B。2．下列各組金屬熔、沸點(diǎn)的高低順序，排列正確的是()A．Mg＞Al＞Ca B．Al＞Na＞LiC．Al＞Mg＞Ca D．Mg＞Ba＞Al答案C解析金屬元素的原子半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高。1．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．金屬離子與自由電子之間的強(qiáng)烈作用，在一定外力作用下，不因形變而消失C．固態(tài)時(shí)能導(dǎo)電是判斷金屬的標(biāo)志D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好答案B2．下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯(cuò)誤的是()A．金屬鍵沒(méi)有飽和性和方向性B．金屬鍵是金屬陽(yáng)離子和自由電子之間存在的強(qiáng)烈的靜電吸引作用C．金屬鍵中的電子屬于整塊金屬D．金屬的導(dǎo)熱性與金屬鍵有關(guān)答案B3．下列有關(guān)金屬的敘述正確的是()A．金屬受外力作用時(shí)常常發(fā)生形變而不易折斷，是由于金屬離子之間有較強(qiáng)的作用B．通常情況下，金屬中的自由電子會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，而形成電流C．金屬是借助金屬離子的運(yùn)動(dòng)，把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分D．金屬的導(dǎo)電性隨溫度的升高而降低答案D4．下列性質(zhì)體現(xiàn)了金屬通性的是()A．鐵能夠被磁鐵磁化B．鋁在常溫下不溶于濃硝酸C．銅有良好的延展性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性D．鈉與水劇烈反應(yīng)放出氫氣答案C解析金屬通性指的是金屬的某些共有的性質(zhì)，如“不透明、有金屬光澤、有延展性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性”等。5．金屬晶體的形成是因?yàn)榫w中存在()①金屬原子②金屬離子③自由電子④陰離子A．只有①B．只有③C．②③D．②④答案C6．金屬能導(dǎo)電的原因是()A．金屬內(nèi)部金屬離子與自由電子間的相互作用較弱B．金屬內(nèi)部自由電子在外加電場(chǎng)作用下發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)C．金屬內(nèi)部金屬離子在外加電場(chǎng)作用下發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)D．金屬在外加電場(chǎng)作用下可失去電子答案B題組一金屬鍵及其影響因素1．金屬鍵的實(shí)質(zhì)是()A．自由電子與金屬陽(yáng)離子之間強(qiáng)烈的相互作用B．金屬原子與金屬原子之間強(qiáng)烈的相互作用C．金屬陽(yáng)離子與陰離子之間的吸引力D．自由電子與金屬原子之間強(qiáng)烈的相互作用答案A解析金屬晶體由金屬陽(yáng)離子與自由電子構(gòu)成，金屬陽(yáng)離子與自由電子之間強(qiáng)烈的相互作用稱(chēng)為金屬鍵。2．金屬鉀、銅的部分結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的數(shù)據(jù)如下表所示，則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()金屬KCu原子外圍電子排布4s13d104s1原子半徑/pm255128原子化熱/(kJ·mol－1)90.0339.3熔點(diǎn)/℃63.41083A.單位體積內(nèi)自由電子數(shù)目：K<CuB．金屬鍵強(qiáng)弱順序?yàn)镵<CuC．金屬的硬度大小順序?yàn)镵<CuD．兩者最外層電子數(shù)目相等，因此其金屬鍵的強(qiáng)弱取決于原子半徑大小答案D解析決定金屬鍵強(qiáng)弱的因素是單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目和原子半徑的大小，金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大；金屬單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目則取決于金屬的外圍電子數(shù)目，而不是金屬的最外層電子數(shù)目。題組二金屬的物理特性3．金屬的下列性質(zhì)中，不能用金屬鍵理論加以解釋的是()A．易導(dǎo)電 B．易導(dǎo)熱C．有延展性 D．易銹蝕答案D解析金屬鍵理論只能解釋金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性、硬度、熔點(diǎn)等物理性質(zhì)，是否容易生銹是金屬的化學(xué)性質(zhì)，只能用金屬的原子結(jié)構(gòu)加以解釋。4．金屬具有延展性的原因是()A．金屬原子半徑都較大，價(jià)電子較少B．金屬受外力作用變形時(shí)，金屬陽(yáng)離子與自由電子間仍保持較強(qiáng)烈作用C．金屬中大量自由電子受外力作用時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度加快D．自由電子受外力作用時(shí)能迅速傳遞能量答案B解析金屬具有延展性是原子層發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，但金屬陽(yáng)離子與自由電子形成的化學(xué)鍵沒(méi)有被破壞，故金屬陽(yáng)離子與自由電子間仍保持較強(qiáng)烈作用。5．在金屬中，自由電子與金屬離子(或金屬原子)的碰撞有能量傳遞，可以用此來(lái)解釋的金屬的物理性質(zhì)是()A．延展性 B．導(dǎo)電性C．導(dǎo)熱性 D．硬度答案C解析在金屬中，自由電子獲得能量后，在與金屬離子(或金屬原子)的碰撞過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了能量傳遞，把能量從溫度高的區(qū)域傳到溫度低的區(qū)域，從而使整塊金屬達(dá)到同樣的溫度，體現(xiàn)了金屬的導(dǎo)熱性。6．下列有關(guān)金屬元素的特性，敘述正確的是()A．金屬元素的原子具有還原性，離子只具有氧化性B．金屬元素在化合物中一般顯正價(jià)C．金屬元素在不同化合物中的化合價(jià)均不同D．金屬元素的單質(zhì)在常溫下均為固體答案B解析Fe2＋既有氧化性又有還原性，A項(xiàng)錯(cuò)誤；金屬元素在化合物中一般顯正價(jià)，B項(xiàng)正確；同種金屬元素在不同化合物中的化合價(jià)可能相同，也可能不同，C項(xiàng)錯(cuò)誤；汞在常溫下呈液態(tài)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。7．金屬具有的通性是()①具有良好的導(dǎo)電性②具有良好的導(dǎo)熱性③具有延展性④都具有較高的熔點(diǎn)⑤都是固體⑥都具有很大的硬度A．①②③ B．②④⑥C．④⑤⑥ D．①③⑤答案A解析金屬并不一定具有較高的熔點(diǎn)，如汞在常溫下是液態(tài)，鈉、鉀等的硬度都不大，所以④⑤⑥均錯(cuò)誤。題組三由金屬鍵的強(qiáng)弱判斷金屬的熔、沸點(diǎn)8．下列金屬中金屬離子與自由電子間的作用最強(qiáng)的是()A．NaB．MgC．AlD．K答案C解析影響金屬鍵強(qiáng)弱的主要因素為金屬元素的原子半徑、單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目等。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，金屬鍵就越強(qiáng)，金屬離子與自由電子間的作用就越強(qiáng)。Na、Mg、Al均位于第3周期，原子半徑逐漸減小，外圍電子數(shù)目逐漸增多，所以金屬鍵逐漸增強(qiáng)，其中Al的金屬鍵最強(qiáng)，Na的金屬鍵最弱，而K和Na位于同一主族，且K的半徑比Na大，故K的金屬鍵比Na弱。9．金屬晶體中的金屬鍵越強(qiáng)，其硬度越大，熔、沸點(diǎn)越高；且研究表明，一般來(lái)說(shuō)，金屬元素的原子半徑越小，價(jià)電子數(shù)越多，則金屬鍵越強(qiáng)。由此判斷下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．鋁的硬度大于鎂B．鈣的熔點(diǎn)低于鋇C．鎂的硬度大于鉀D．鈣的熔、沸點(diǎn)高于鉀答案B解析鎂和鋁的電子層數(shù)相同，價(jià)電子數(shù)：Al＞Mg，原子半徑：Al＜Mg，故鋁的硬度大于鎂，A項(xiàng)正確；鋇、鈣的價(jià)電子數(shù)相同，但原子半徑：Ba＞Ca，金屬鍵強(qiáng)度：Ca＞Ba，鈣的熔點(diǎn)高于鋇，B項(xiàng)不正確；鈣和鉀位于同一周期，價(jià)電子數(shù)：Ca＞K，原子半徑：K＞Ca，金屬鍵強(qiáng)度：Ca＞K，故熔、沸點(diǎn)：Ca＞K，D項(xiàng)正確；結(jié)合以上分析，知硬度：Mg＞K，C項(xiàng)正確。10．要使金屬熔化必須破壞其中的金屬鍵，而原子化熱是比較金屬鍵強(qiáng)弱的依據(jù)之一。下列說(shuō)法正確的是()A．金屬鎂的硬度大于金屬鋁B．金屬鎂的熔點(diǎn)低于金屬鈣C．金屬鎂的原子化熱大于金屬鈉的原子化熱D．堿金屬單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)從Li到Cs是逐漸增大的答案C解析鎂原子比鋁原子的半徑大且所帶的外圍電子少，所以金屬鎂比金屬鋁的金屬鍵弱，硬度小，A錯(cuò)誤；因鎂原子的半徑小且所帶外圍電子與鈣相同，使金屬鎂比金屬鈣的金屬鍵強(qiáng)，所以金屬鎂比金屬鈣的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高，B錯(cuò)誤；因鎂原子的半徑小且所帶外圍電子多，使金屬鎂比金屬鈉的金屬鍵強(qiáng)，原子化熱比鈉大，C正確；從Li到Cs，原子的半徑是逐漸增大的，所帶外圍電子相同，金屬鍵逐漸減弱，熔、沸點(diǎn)和硬度都逐漸減小，D錯(cuò)誤。11．下列敘述正確的是()A．任何晶體中，若含有陽(yáng)離子，就一定含有陰離子B．金屬晶體的形成是因?yàn)榫w中存在金屬陽(yáng)離子間的相互作用C．價(jià)電子數(shù)越多，金屬元素的金屬性越強(qiáng)D．含有金屬元素的離子不一定是陽(yáng)離子答案D解析金屬晶體中雖然存在陽(yáng)離子，但沒(méi)有陰離子，A錯(cuò)誤；金屬晶體的形成是因?yàn)榫w中存在金屬陽(yáng)離子與自由電子之間強(qiáng)烈的相互作用，B錯(cuò)誤；價(jià)電子數(shù)多的金屬元素的金屬性不一定強(qiáng)，如Fe的價(jià)電子數(shù)比Na多，但Fe的金屬性卻沒(méi)有Na的強(qiáng)，C錯(cuò)誤；含有金屬元素的離子不一定是陽(yáng)離子，如AlO是陰離子，D正確。12．關(guān)于金屬性質(zhì)和原因的描述不正確的是()A．金屬一般具有銀白色光澤，是物理性質(zhì)，與金屬鍵沒(méi)有關(guān)系B．金屬具有良好的導(dǎo)電性，是因?yàn)樵诮饘倬w中共享了金屬原子的價(jià)電子，形成了“自由電子”，在外加電場(chǎng)的作用下自由電子定向運(yùn)動(dòng)便形成了電流，所以金屬易導(dǎo)電C．金屬具有良好的導(dǎo)熱性，是因?yàn)樽杂呻娮釉谑軣岷螅涌炝诉\(yùn)動(dòng)速率，自由電子通過(guò)與金屬離子(或金屬原子)發(fā)生碰撞，傳遞了能量D．金屬晶體具有良好的延展性，是因?yàn)榻饘倬w中的原子層可以滑動(dòng)而不破壞金屬鍵答案A解析金屬具有金屬光澤是金屬中的自由電子吸收了各種波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，吸收后又把它們幾乎全部反射出去，因而金屬一般顯銀白色光澤；金屬導(dǎo)電性是在外加電場(chǎng)下，“自由電子”的定向運(yùn)動(dòng)形成電流；導(dǎo)熱性是自由電子受熱后，與金屬離子(或金屬原子)發(fā)生碰撞，傳遞了能量；良好的延展性是原子層滑動(dòng)，但金屬鍵未被破壞。13．物質(zhì)的性質(zhì)決定了物質(zhì)的用途，下面列出了金屬的幾種性質(zhì)：①導(dǎo)熱性、②導(dǎo)電性、③還原性、④延展性、⑤具有金屬光澤。請(qǐng)?jiān)谙旅娼饘儆猛竞蟮臋M線(xiàn)上填上金屬主要性質(zhì)對(duì)應(yīng)的序號(hào)。(每空限選一個(gè))(1)用鋁錠制成包裝用的鋁箔________。(2)用鋁制成的高壓鋁鍋________。(3)用鐵粉回收照相業(yè)廢液中的銀________。(4)電信業(yè)中大量使用的銅絲、金屬電纜________。答案(1)④(2)①(3)③(4)②解析(1)用鋁錠制成包裝用的鋁箔利用了鋁的延展性。(2)用鋁制成的高壓鋁鍋利用了鋁的導(dǎo)熱性。(3)用鐵粉回收照相業(yè)廢液中的銀利用了鐵的還原性。(4)用銅絲、金屬做電纜利用了金屬的導(dǎo)電性。14．工業(yè)上生產(chǎn)Na、Ca、Mg都是電解其熔融態(tài)的氯化物，但鉀不能用電解熔融KCl的方法制得，因?yàn)榻饘兮浺兹塾谌廴趹B(tài)的KCl中而產(chǎn)生危險(xiǎn)，難以得到鉀，且降低電解效率。現(xiàn)在生產(chǎn)金屬鉀是用金屬鈉和熔化的KCl反應(yīng)來(lái)制取，有關(guān)數(shù)據(jù)如下：熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃密度/(g·cm－3)Na97.88830.97K63.77740.86NaCl80114132.165KCl7701500(升華)1.984工業(yè)上生產(chǎn)金屬鉀的化學(xué)方程式和條件是KCl＋NaNaCl＋K(1)工業(yè)上制金屬鉀主要應(yīng)用什么原理使反應(yīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)？(2)工業(yè)上制金屬鉀時(shí)主要運(yùn)用了上表所列的哪些物理常數(shù)，并說(shuō)明原因。答案(1)應(yīng)用平衡移動(dòng)原理，鉀蒸氣逸出，使生成物濃度減小，平衡