2023-2024學(xué)年蘇教版新教材選擇性必修二 專題3第一單元 金屬鍵 金屬晶體（第2課時(shí)） 學(xué)案

第一單元金屬鍵金屬晶體第2課時(shí)金屬晶體[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.能從微觀角度分析金屬晶體中的構(gòu)成微粒及粒子之間的相互作用，培養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)。2.能利用金屬晶體的通性判斷晶體類型，進(jìn)一步理解金屬晶體中各微粒之間的作用力，理解金屬晶體的堆積模型，并能用均攤法分析晶胞組成，強(qiáng)化證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。一、金屬晶體1．概念(1)晶體：內(nèi)部粒子(原子、離子或分子)在空間呈現(xiàn)有規(guī)則的重復(fù)排列，外觀具有規(guī)則幾何外形的固體物質(zhì)，通常條件下，金屬單質(zhì)及其合金屬于晶體。(2)晶胞：能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位。金屬晶體是金屬晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成的。(3)金屬晶體：通過(guò)金屬陽(yáng)離子與自由電子之間的強(qiáng)烈的作用而形成的晶體。2．金屬材料——合金(1)概念：將兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)共熔，制備出的特殊金屬材料。(2)性能①合金的硬度一般都比組成它的純金屬大。②多數(shù)合金的熔點(diǎn)低于組成它的任何一種組分金屬。③合金的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性一般低于任一組分金屬。3．金屬晶體的常見(jiàn)堆積方式(1)金屬原子在二維空間中放置的兩種方式金屬晶體中的原子可看成直徑相等的球體。把它們放置在平面上(即二維空間里)，可有兩種方式——a：非密置層，b：密置層(如下圖所示)。特別提醒密置層放置時(shí)，平面的利用率比非密置層的高。(2)金屬晶體的原子在三維空間里的3種堆積方式金屬原子在三維空間按一定的規(guī)律堆積，有3種基本堆積方式(圖中不同顏色的小球都代表同一種金屬原子)。堆積方式圖式實(shí)例簡(jiǎn)單立方堆積釙體心立方堆積鈉、鉀、鉻、鉬、鎢等面心立方堆積金、銀、銅、鉛等1．晶體中一個(gè)原子周圍距離相等且最近的原子的數(shù)目叫配位數(shù)，回答下列問(wèn)題。(1)非密置層和密置層的配位數(shù)分別為______、________________________________。答案46(2)簡(jiǎn)單立方堆積、體心立方堆積和面心立方堆積的配位數(shù)分別為________、________、________。答案68122．金屬粉末往往沒(méi)有金屬光澤的原因是什么？提示金屬粉末往往沒(méi)有金屬光澤，這是因?yàn)樵诜勰顣r(shí)，金屬的晶面分布在各個(gè)方向，非常雜亂，晶格排列也不規(guī)則，吸收可見(jiàn)光后輻射不出去，所以失去光澤。1．對(duì)圖中某金屬晶體結(jié)構(gòu)的模型進(jìn)行分析，有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．該種堆積方式稱為六方堆積B．該種堆積方式稱為體心立方堆積C．該種堆積方式稱為面心立方堆積D．金屬M(fèi)g就屬于此種堆積方式答案C解析由圖示知該堆積方式為面心立方堆積，A、B錯(cuò)誤，C正確，Mg是六方堆積，D錯(cuò)誤。2．鈉鉀合金在通常狀況下呈液態(tài)，可作為原子反應(yīng)堆的導(dǎo)熱劑。以下是對(duì)鈉鉀合金具有導(dǎo)熱性的主要原因的分析，其中正確的是()A．鈉鉀合金的熔點(diǎn)很低B．鈉、鉀原子的電離能都很小C．鈉鉀合金中有自由電子D．鈉鉀合金中有金屬離子答案C3．結(jié)合金屬晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，回答以下問(wèn)題。(1)已知下列金屬晶體：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au，其堆積方式為①簡(jiǎn)單立方堆積的是________；②體心立方堆積的是________；③六方堆積的是________；④面心立方堆積的是________。(2)根據(jù)下列敘述，判斷一定為金屬晶體的是________(填字母)。A．由分子間作用力形成，熔點(diǎn)很低B．由共價(jià)鍵結(jié)合形成網(wǎng)狀晶體，熔點(diǎn)很高C．固體有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性答案(1)①Po②Na、K、Fe③Mg、Zn④Cu、Au(2)C解析(1)簡(jiǎn)單立方堆積的空間利用率太低，只有金屬Po采取這種方式。體心立方堆積是上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中，這種堆積方式的空間利用率比簡(jiǎn)單立方堆積的高，多數(shù)金屬是這種堆積方式。六方堆積常見(jiàn)金屬為Mg、Zn、Ti，面心立方堆積常見(jiàn)金屬為Cu、Ag、Au。二、均攤法分析晶胞的組成均攤法：指在一個(gè)晶胞中按比例均攤出該晶胞中的每個(gè)粒子，如某個(gè)粒子為n個(gè)晶胞所共有，則該粒子有屬于該晶胞。如下圖所示的晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計(jì)算：即：(1)處于立方體頂點(diǎn)上的原子為8個(gè)晶胞共享。(2)處于立方體面上的原子為2個(gè)晶胞共享。(3)處于立方體棱上的原子為4個(gè)晶胞共享。(4)處于立方體體心的原子完全屬于該晶胞。填寫①簡(jiǎn)單立方堆積、②體心立方堆積、③六方堆積每個(gè)晶胞中所含的原子數(shù)目。(1)長(zhǎng)方體(或正方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計(jì)算：(2)六棱柱晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計(jì)算：如圖所示，六方晶胞中所含微粒數(shù)目為12×＋3＋2×＝6。1．現(xiàn)有甲、乙、丙(如圖)三種晶體的晶胞(甲中x處于晶胞的中心，乙中a處于晶胞的中心)，可推知：甲晶胞中x與y的個(gè)數(shù)比是__________，乙晶胞中a與b的個(gè)數(shù)比是______，丙晶胞中有________個(gè)c離子，有____個(gè)d離子。答案4∶31∶144解析處于晶胞中心的x或a為該晶胞單獨(dú)占有，位于立方體頂點(diǎn)的微粒為8個(gè)晶胞共享，位于立方體棱上的微粒為4個(gè)晶胞共享，位于立方體面上的微粒為2個(gè)晶胞共享，所以x∶y＝1∶(6×)＝4∶3；a∶b＝1∶(8×)＝1∶1；丙晶胞中c離子為12×＋1＝4個(gè)，d離子為8×＋6×＝4個(gè)。2．硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超導(dǎo)的最高紀(jì)錄。如圖所示的是該化合物的晶體結(jié)構(gòu)：鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上、下底面還各有一個(gè)鎂原子；6個(gè)硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學(xué)式為()A．MgBB．MgB2C．Mg2BD．Mg3B答案B解析棱柱內(nèi)硼原子數(shù)為6，均屬于這個(gè)晶胞。鎂原子位于上、下面心(2個(gè))及12個(gè)頂點(diǎn)，共有鎂原子數(shù)為2×＋12×＝3，則鎂、硼原子個(gè)數(shù)之比為1∶2。1．下列有關(guān)晶胞的敘述正確的是()A．晶胞的結(jié)構(gòu)是晶體的結(jié)構(gòu)B．不同的晶體中，晶胞的大小和形狀都相同C．晶胞中的任何一個(gè)粒子都屬于該晶胞D．已知晶胞的組成就可推知晶體的組成答案D2．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．金屬鍵無(wú)方向性、飽和性答案D3．鋁鈉合金有著廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)有三種晶體：①鋁、②鈉、③鋁鈉合金，它們的熔點(diǎn)從低到高的順序是()A．①②③ B．②①③C．③②① D．③①②答案C解析三種晶體中，一般合金的熔點(diǎn)低于各組成金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)，而鋁與鈉比較，鈉的熔、沸點(diǎn)較低。4．下列關(guān)于體心立方堆積晶胞結(jié)構(gòu)(如圖)的敘述正確的是()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解析體心立方堆積晶體的晶胞為立方體，是非密置層的一種堆積方式，其晶胞內(nèi)含有2個(gè)原子。5．如圖所示是晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單元(晶胞)的排列方式，圖中—X、—Y、—Z。其對(duì)應(yīng)的化學(xué)式不正確的是()答案B解析A圖中X、Y原(離)子的位置、數(shù)目完全等同，化學(xué)式為XY，正確；B圖化學(xué)式應(yīng)為XY，錯(cuò)誤；C圖中X的數(shù)目：4×＋1＝，Y的數(shù)目：4×＝，化學(xué)式為X3Y，正確；D圖中X的數(shù)目：8×＝1，Y的數(shù)目：6×＝3，Z位于內(nèi)部，數(shù)目為1，化學(xué)式為XY3Z，正確。6．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(shuō)法正確的是()A．①為簡(jiǎn)單立方堆積，②為六方最密堆積，③為體心立方堆積，④為面心立方最密堆積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答案B解析①為簡(jiǎn)單立方堆積，②為體心立方堆積，③為六方堆積，④為面心立方堆積，A項(xiàng)錯(cuò)誤；每個(gè)晶胞含有的原子數(shù)分別為①8×＝1，②8×＋1＝2，③8×＋1＝2，④8×＋6×＝4，B項(xiàng)正確；晶胞③中原子的配位數(shù)應(yīng)為12，C項(xiàng)錯(cuò)誤；四種晶體的空間利用率分別為52%、68%、74%、74%，D項(xiàng)錯(cuò)誤，應(yīng)為④＝③>②>①。7．(1)如圖所示為二維平面晶體示意圖，所表示的化學(xué)式為AX3的是________。(2)如圖為一個(gè)金屬銅的晶胞，請(qǐng)完成以下各題。①該晶胞“實(shí)際”擁有的銅原子數(shù)是______個(gè)。②該晶胞稱為______(填字母)。A．六方晶胞B．體心立方晶胞C．面心立方晶胞答案(1)b(2)4解析(1)a中，每個(gè)黑球周圍有6個(gè)白球，每個(gè)白球周圍有3個(gè)黑球，白球與黑球個(gè)數(shù)比為2∶1，化學(xué)式為AX2；b中，每個(gè)黑球周圍有6個(gè)白球，每個(gè)白球周圍有2個(gè)黑球，白球與黑球個(gè)數(shù)比為3∶1，化學(xué)式為AX3。題組一金屬晶體及堆積模型1．下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是()A．用鉑金做首飾不能用金屬鍵理論解釋B．固態(tài)和熔融時(shí)易導(dǎo)電，熔點(diǎn)在1000℃C．Al、Na、Mg的熔點(diǎn)逐漸升高D．金屬晶體一定是無(wú)色透明的固體答案B解析用鉑金做首飾利用了金屬晶體的延展性，能用金屬鍵理論解釋，A錯(cuò)誤；金屬晶體在固態(tài)和熔融時(shí)能導(dǎo)電，其熔點(diǎn)差異很大，故題設(shè)條件下的晶體可能是金屬晶體，B正確；一般來(lái)說(shuō)，金屬中單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目越多，金屬元素的原子半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)，故金屬鍵的強(qiáng)弱順序?yàn)锳l>Mg>Na，其熔點(diǎn)的高低順序?yàn)锳l>Mg>Na，C錯(cuò)誤。2．金屬鈉是體心立方堆積，下列關(guān)于鈉晶體的判斷合理的是()A．其熔點(diǎn)比金屬鋁的熔點(diǎn)高B．一個(gè)鈉的晶胞中，平均含有4個(gè)鈉原子C．該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)D．該晶體中的鈉離子在外加電場(chǎng)的作用下可發(fā)生定向移動(dòng)答案C解析金屬的原子半徑越小，金屬離子所帶電荷數(shù)越多，金屬鍵越強(qiáng)，金屬熔化時(shí)破壞金屬鍵，所以Al的金屬鍵強(qiáng)度大于Na的金屬鍵強(qiáng)度，所以Na的熔點(diǎn)比金屬Al的熔點(diǎn)低，故A錯(cuò)誤；晶胞中Na原子位于立方體的頂點(diǎn)和體心，則一個(gè)鈉的晶胞中，平均含有的鈉原子數(shù)為×8＋1＝2個(gè)，故B錯(cuò)誤；自由電子在電場(chǎng)的作用下可以定向移動(dòng)，金屬晶體中存在自由移動(dòng)的電子，所以該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)，故C正確；晶體中的鈉離子不能自由移動(dòng)，所以晶體中的鈉離子在外加電場(chǎng)的作用下不能定向移動(dòng)，故D錯(cuò)誤。3．(2020·北京承德月考)下列金屬的晶體結(jié)構(gòu)類型都屬于面心立方最密堆積的是()A．Li、Na、Mg、Ca B．Li、Na、K、RbC．Pb、Ag、Cu、Au D．Be、Mg、Cu、Zn答案C4．金屬原子在二維空間里放置有如圖所示的兩種排列方式，下列說(shuō)法正確的是()A．(a)為非密置層，配位數(shù)為6B．(b)為密置層，配位數(shù)為4C．(a)在三維空間里堆積可得六方堆積和面心立方堆積D．(b)在三維空間里堆積僅得簡(jiǎn)單立方堆積答案C解析金屬原子在二維空間里有兩種排列方式，一種是密置層排列，另一種是非密置層排列。密置層排列的空間利用率高，原子的配位數(shù)為6，非密置層排列的空間利用率低，配位數(shù)為4。由此可知，(a)為密置層，(b)為非密置層。密置層在三維空間堆積可得到六方堆積和面心立方堆積兩種堆積方式，非密置層在三維空間堆積可得到簡(jiǎn)單立方堆積和體心立方堆積兩種堆積方式。5.仔細(xì)觀察如圖，這種堆積方式是()A．體心立方堆積B．簡(jiǎn)單立方堆積C．六方堆積D．面心立方堆積答案B6．如圖是金屬晶體的面心立方晶胞示意圖，在密堆積中處于同一密置層上的原子組合是()A．④⑤⑥⑩?? B．②③④⑤⑥⑦C．①④⑤⑥⑧ D．①②??⑧⑤答案B解析面心立方晶胞的體對(duì)角線是垂直于密置層面的直線，所以要找處于同一層上的原子，必須找出垂直于體對(duì)角線的面。7．下列能夠表示出每個(gè)晶胞中所含實(shí)際微粒個(gè)數(shù)的面心立方晶胞的是()答案B解析A項(xiàng)和B項(xiàng)是面心立方晶胞，其中B項(xiàng)是經(jīng)過(guò)切割后的面心立方晶胞，它能表示出此晶胞中所含微粒的實(shí)際數(shù)目，C項(xiàng)和D項(xiàng)是體心立方晶胞。題組二晶胞中微粒數(shù)目的計(jì)算8．科學(xué)家把C60和K摻雜在一起制造出的物質(zhì)具有超導(dǎo)性能，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該物質(zhì)中K和C60的個(gè)數(shù)之比為()A．1∶1 B．2∶1C．3∶1 D．4∶1答案C解析根據(jù)均攤法可知，該晶胞中K的個(gè)數(shù)為2×6×＝6，C60的個(gè)數(shù)為1＋8×＝2，所以該物質(zhì)中K和C60的個(gè)數(shù)之比為6∶2＝3∶1。9．已知某化合物的晶體是由如圖所示的最小結(jié)構(gòu)單元密置堆積而成，下列關(guān)于該化合物的敘述錯(cuò)誤的是()A．1mol該化合物中含有1molYB．1mol該化合物中含有3molCuC．1mol該化合物中含有2molBaD．該化合物的化學(xué)式是YBa2Cu3O6答案D解析由圖可知，白球代表的Y原子位于長(zhǎng)方體的八個(gè)頂點(diǎn)上，大黑球代表的Ba原子位于長(zhǎng)方體的四條棱上，灰球代表的Cu原子位于長(zhǎng)方體的內(nèi)部，小黑球代表的O原子有的位于長(zhǎng)方體的內(nèi)部、有的位于長(zhǎng)方體的面上，運(yùn)用均攤法可計(jì)算出Y原子個(gè)數(shù)為8×＝1，Ba原子個(gè)數(shù)為8×＝2，Cu原子個(gè)數(shù)為3，O原子個(gè)數(shù)為10×＋2＝7，故該化合物的化學(xué)式為YBa2Cu3O7。10．金屬晶體中金屬原子有三種常見(jiàn)的堆積方式，a、b、c分別代表這三種晶體內(nèi)晶胞的結(jié)構(gòu)，其晶胞a、b、c內(nèi)金屬原子個(gè)數(shù)比為()A．3∶2∶1 B．11∶8∶4C．9∶8∶4 D．21∶14∶9答案A解析a晶胞中，頂點(diǎn)的微粒被6個(gè)晶胞共享，所以a中原子個(gè)數(shù)為12×＋2×＋3＝6；b中原子個(gè)數(shù)為8×＋6×＝4；c中原子個(gè)數(shù)為8×＋1＝2。11．釔鋇銅氧化合物晶胞的結(jié)構(gòu)如圖所示，則該化合物的化學(xué)式可能是()A．YBa2Cu3O4 B．YBa2Cu2O5C．YBa2Cu3O5 D．YBaCu4O4答案C解析位于頂點(diǎn)的銅原子(最上層平面和最下層平面)共8個(gè)，這個(gè)晶胞中只分?jǐn)偟?×＝1個(gè)；位于棱上的也是8個(gè)，這個(gè)晶胞分?jǐn)偟降氖?×＝2個(gè)，所以，每個(gè)晶胞單獨(dú)含有的銅原子數(shù)為3個(gè)。氧原子位于晶胞面上(不含棱)的有7個(gè)，位于晶胞棱上的有6個(gè)，所以，每個(gè)晶胞單獨(dú)含有的氧原子數(shù)為7×＋6×＝5個(gè)。所以該晶體每個(gè)晶胞中平均分?jǐn)偟?即單獨(dú)含有)的釔原子、鋇原子、銅原子和氧原子個(gè)數(shù)分別為1、2、3、5，化學(xué)式為YBa2Cu3O5。12．“神九”載人飛船上使用了鋰鎂合金和鋰鋁合金等合金材料，下列有關(guān)敘述不正確的是()A．飛船使用的合金材料，一般具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)B．鋰鋁合金中鋁、鋰的金屬性不如鈉強(qiáng)C．鋰鎂合金和鋰鋁合金性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，不會(huì)與酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)D．鋰鎂合金是一種具有金屬特性的物質(zhì)，易導(dǎo)熱、導(dǎo)電答案C解析A項(xiàng)，航天材料要符合質(zhì)地輕、硬度大等基本要求；B項(xiàng)，根據(jù)堿金屬元素性質(zhì)遞變規(guī)律可知Na的金屬性比Li強(qiáng)，根據(jù)金屬活動(dòng)性順序可知Na的金屬性比鋁強(qiáng)；C項(xiàng)，鋰、鎂按一定比例熔合而得到鋰鎂合金，具有活潑金屬的性質(zhì)，能與酸反應(yīng)；D項(xiàng)，合金改變了金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但仍具有金屬的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性等性質(zhì)。13．銅是生活中比較常見(jiàn)的一種金屬，而納米銅能在空氣中自燃，這是因?yàn)榧{米銅的表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)的比例較大。假設(shè)某納米顆粒的大小和形狀如圖所示，則這種納米顆粒的表面粒子數(shù)與總粒子數(shù)之比是()A．7∶11B．1∶2C．7∶8D．26∶27答案A解析由該納米顆粒的大小和形狀結(jié)構(gòu)圖可知，表面粒子數(shù)為8個(gè)(頂點(diǎn))＋6個(gè)(面心)＝14，而粒子總數(shù)為14＋8＝22，所以表面粒子數(shù)與總粒子數(shù)之比為14∶22＝7∶11。14．有一種鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如圖所示，頂點(diǎn)和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，它的化學(xué)式為()A．Ti14C13 B．C．Ti4C4 D．Ti4答案A解析由題意知該物質(zhì)是氣態(tài)團(tuán)簇分子，故題目中圖示應(yīng)是該物質(zhì)的一個(gè)完整的分子，由14個(gè)鈦原子和13個(gè)碳原子構(gòu)成。15．請(qǐng)仔細(xì)觀察下列幾種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖，判斷下列說(shuō)法正確的是()A.硼鎂超導(dǎo)物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)單元如圖所示(B原子位于棱柱內(nèi))，則這種超導(dǎo)材料的化學(xué)式為Mg3B2B.鋰的某種氧化物的晶胞如圖所示，則該氧化物的化學(xué)式為L(zhǎng)i2OC.某晶體的晶胞如圖所示，則這種晶體中A、B、C三種粒子數(shù)目之比是3∶9∶4D.Mn和Bi形成的某種晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示(白球均在六棱柱內(nèi))，則該晶體物質(zhì)的化學(xué)式為Mn2Bi答案B解析該晶胞中Mg原子個(gè)數(shù)為12×＋2×＝3，B原子個(gè)數(shù)為6，Mg、B原子個(gè)數(shù)之比為3∶6＝1∶2，所以其化學(xué)式為MgB2，故A錯(cuò)誤；該晶胞中Li原子個(gè)數(shù)為8，O原子個(gè)數(shù)為8×＋6×＝4，則Li、O原子個(gè)數(shù)之比為8∶4＝2∶1，所以其化學(xué)式為L(zhǎng)i2O，故B正確；該晶胞中B粒子個(gè)數(shù)為6×＋3×＝2，A粒子個(gè)數(shù)為6×＝，C粒子個(gè)數(shù)為1，則A、B、C粒子個(gè)數(shù)之比為∶2∶