新教材2025版高中化學(xué)專題3微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)第一單元金屬鍵金屬晶體學(xué)生用書蘇教版選擇性必修2

第一單元金屬鍵金屬晶體課程目標(biāo)1．知道金屬鍵的特點與金屬某些性質(zhì)的關(guān)系。2．了解晶體、晶胞的概念，相識金屬晶體中微粒間的積累方式，能從晶胞的角度相識晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖說考點基礎(chǔ)知識自學(xué)·思記·嘗試[新知預(yù)習(xí)]一、金屬鍵與金屬特性1．金屬鍵2．金屬特性性質(zhì)說明導(dǎo)電性在外電場作用下，自由電子將會發(fā)生________，形成電流導(dǎo)熱性金屬受熱時，________與________的碰撞頻率增加，________把能量傳給________，從而把能量從溫度高的區(qū)域傳到溫度低的區(qū)域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)生相對滑動時，各層金屬原子之間仍舊保持________的作用，不會斷裂二、金屬晶體1．晶胞反映晶體結(jié)構(gòu)特征的________________。2．金屬晶體的常見積累方式(1)二維空間內(nèi)的兩種積累方式積累方式________________圖示(2)三維空間內(nèi)的四種積累方式積累方式晶胞實例簡潔立方積累如________體心立方積累如________等面心立方積累如________等六方積累如________等3.晶胞中所含有的原子數(shù)目的計算方法4．合金定義一種________與另一種或幾種________(或________)的融合體性能合金的熔點一般比各成分金屬__________合金比各成分金屬具有更好的硬度、強度和機械加工性能[即時性自測]1．下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯誤的是()A．金屬鍵沒有飽和性和方向性B．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子間的劇烈的靜電吸引作用C．自由電子屬于整塊金屬D．金屬的物理性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)2．下列敘述中，不正確的是()A．金屬元素在化合物中一般顯正價B．金屬元素的單質(zhì)在常溫下均為晶體C．金屬晶體有良好延展性，因為金屬鍵無方向性D．構(gòu)成金屬的自由電子在整個金屬內(nèi)部的三維空間中做自由運動3．金屬的下列性質(zhì)中與金屬晶體無關(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4．金屬原子在二維空間里的放置有如圖所示的兩種方式，下列說法中正確的是()A．圖(a)為非密置層，配位數(shù)為6B．圖(b)為密置層，配位數(shù)為4C．圖(a)在三維空間里積累可得六方最密積累和面心立方最密積累D．圖(b)在三維空間里積累僅得簡潔立方積累5．如圖所示為甲、乙兩種晶體的晶胞：甲晶體的化學(xué)式(X為陽離子)為__________，乙晶體中A、B、C三種微粒的個數(shù)比__________。6．元素X位于第4周期，其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子，且最外層電子數(shù)為2。元素Y基態(tài)原子的3p軌道上有4個電子。X與Y所形成化合物晶體的晶胞如圖所示。(1)在1個晶胞中，X離子的數(shù)目為________。(2)該化合物的化學(xué)式為________。技能素養(yǎng)合作·探究·共享提升點一金屬鍵強弱與金屬性的變更[例1]下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是()A．常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在B．金屬陽離子與自由電子之間的劇烈作用，在肯定外力作用下，不因形變而消逝C．鈣的熔沸點低于鉀D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好狀元隨筆金屬鍵沒有方向性，其強弱取決于金屬原子半徑大小和價電子數(shù)目多少。[提升1]在金屬晶體中，假如金屬原子的價電子數(shù)越多，原子半徑越小，自由電子與金屬陽離子間的作用力越大，金屬的熔沸點越高。由此推斷下列各組金屬熔沸點凹凸依次，其中正確的是()A．Mg>Al>CaB．Al>Na>LiC．Al>Mg>CaD．Mg>Ba>Al[關(guān)鍵實力]金屬鍵的強弱與金屬性質(zhì)的變更1．金屬鍵的特征金屬鍵無方向性和飽和性。晶體中的電子不專屬于某一個或幾個特定的金屬陽離子，而幾乎是勻稱地分布在整塊晶體中，因此晶體中存在全部金屬陽離子與全部自由電子之間“充溢”的電性作用，這就是金屬鍵，因此金屬鍵沒有方向性和飽和性。2．金屬鍵的強弱比較一般來說，金屬鍵的強度主要取決于金屬元素原子的半徑和價電子數(shù)。原子半徑越大，價電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；原子半徑越小，價電子數(shù)越多，金屬鍵越強。3．金屬鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響①金屬鍵越強，晶體的熔、沸點越高。②金屬鍵越強，晶體的硬度越大。例如，對Na、Mg、Al而言，由于價電子數(shù)：Al>Mg>Na，原子半徑：Na>Mg>Al，故金屬鍵由強到弱的依次是Al>Mg>Na，故熔點：Na<Mg<Al(97.8℃<648.9℃<660.4℃)，硬度：Na<Mg<Al。狀元隨筆金屬晶體的性質(zhì)及變更規(guī)律：(1)金屬晶體具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。(2)熔、沸點：金屬鍵越強，熔、沸點越高。①同周期金屬單質(zhì)，從左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸點上升。②同主族金屬單質(zhì)，從上到下(如堿金屬)熔、沸點降低。③合金的熔、沸點一般比其各成分金屬的熔、沸點低。④金屬晶體熔點差別很大，如汞常溫下為液體，熔點很低；而鐵常溫下為固體，熔點很高。提升點二晶胞中粒子數(shù)目及晶體化學(xué)式的確定[例2]元素X的某價態(tài)離子Xn＋中全部電子正好充溢K、L、M三個電子層，它與N3－形成的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。(1)該晶體的陽離子與陰離子個數(shù)比為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)該晶體中Xn＋離子中n＝________________________________________________________________________。(3)X元素的原子序數(shù)是________________________________________________________________________。(4)晶體中每個N3－被______個等距離的Xn＋離子包圍。[提升2](1)某晶體的晶胞的結(jié)構(gòu)如圖所示，8個頂點被X原子()占據(jù)，每個面中心被Y原子()占據(jù)，立方體體心被Z原子(*)占據(jù)。則晶體中X、Y、Z原子個數(shù)比為________。(2)如圖所示為甲、乙兩種晶體的晶胞結(jié)構(gòu)：試推斷甲晶體的化學(xué)式(X為陽離子)為________，乙晶體中每個D四周結(jié)合E的個數(shù)是________。[關(guān)鍵實力]晶胞中粒子數(shù)目及晶體化學(xué)式的確定1．晶體化學(xué)式含義一般地，晶體的化學(xué)式表示的是晶體(也可以說是晶胞)中各類原子或離子的最簡整數(shù)比。2．均攤法確定晶胞中粒子的個數(shù)如晶胞中某個粒子為n個晶胞所共用，則該粒子有1n屬(1)長方體形(正方體形)晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻。(2)六方晶胞中不同位置粒子對晶胞的貢獻。(3)晶胞中粒子數(shù)目的計算要先依據(jù)詳細狀況分析晶胞中的粒子在晶胞中的位置以及為幾個晶胞所共有，然后運用均攤法詳細計算。如石墨晶胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形，其頂點碳原子被三個六邊形共有，每個六邊形占有該原子的13，則每個六元環(huán)占有的碳原子數(shù)為6×1狀元隨筆晶體的化學(xué)式表示的是晶體(或晶胞)中各類原子或離子的最簡整數(shù)比，由晶胞構(gòu)成的晶體，其化學(xué)式并不是表示一個分子中含有多少個原子。提升點三金屬晶體的原子積累模型分析[例3]有四種不同積累方式的金屬晶體的晶胞如下圖所示，有關(guān)說法正確的是()A．a(chǎn)為簡潔立方積累，b為六方最密積累，c為體心立方積累，d為面心立方最密積累B．每個晶胞含有的原子數(shù)分別為a：1個，b：2個，c：2個，d：4個C．晶胞中原子的配位數(shù)分別為a：6，b：8，c：8，d：12D．空間利用率的大小關(guān)系為a<b<c<d[提升3]金晶體的最小重復(fù)單元(也稱晶胞)如圖所示，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)金晶體的原子積累模型為________________。(2)金晶體的每個晶胞中含有________個金原子。(3)欲計算1個金晶胞的體積，除假定金原子是剛性小球外，還應(yīng)假定________________________________________________________________________。(4)1個晶胞的體積是________。(5)金晶體的密度是________。狀元隨筆原子積累模型的幾個重要概念(1)緊密積累微粒間的作用力使微粒盡可能地相互接近，使它們占有最小空間。(2)空間利用率空間被晶格質(zhì)點占據(jù)的百分?jǐn)?shù)。用來表示緊密積累的程度。(3)配位數(shù)在緊密積累中，一個原子或離子四周距離最近且相等的原子或離子數(shù)目稱為配位數(shù)。[關(guān)鍵實力]金屬晶體的四種積累模型分析積累模型接受這種積累的典型代表空間利用率配位數(shù)晶胞晶胞中原子數(shù)簡潔立方積累Po52%61體心立方積累Na、K、Fe68%82六方最密積累Mg、Zn、Ti74%122面心立方最密積累Cu、Ag、Au74%124狀元隨筆六方最密積累的晶胞是平行六面體但不是立方體，底面中的角度不是90°，而是60°和120°，晶胞內(nèi)的原子不是在晶胞的中心。形成性自評1．合金是金屬與一些非金屬或其他金屬在熔化狀態(tài)下形成的一種熔合物，依據(jù)下表中供應(yīng)的數(shù)據(jù)，推斷可以形成合金的是()金屬或非金屬鈉鋁鐵硅硫熔點/℃97.8660.415351410112.8沸點/℃883246727502353444.6A．鋁與硅B．鋁與硫C．鈉與硫D．鈉與硅2．下列有關(guān)敘述正確的是（）A．用鉑金做首飾不能用金屬鍵理論說明B．固態(tài)和熔融時易導(dǎo)電，熔點在1000℃左右的晶體可能是金屬晶體C．銅鎳合金的硬度和熔點都比銅和鎳高D．晶體中有陽離子肯定有陰離子3．關(guān)于金屬的性質(zhì)和具有該性質(zhì)的緣由描述不正確的是()A．金屬一般具有金屬光澤，是物理性質(zhì)，與金屬鍵沒有關(guān)系B．金屬具有良好的導(dǎo)電性，是因為在外電場的作用下“自由電子”定向移動形成電流，所以金屬易導(dǎo)電C．金屬具有良好的導(dǎo)熱性，是因為“自由電子”在受熱后，加快了運動速率，“自由電子”通過與金屬陽離子發(fā)生碰撞，傳遞了能量D．金屬晶體具有良好的延展性，是因為金屬晶體中的原子層可以滑動而不破壞金屬鍵4．要使金屬晶體熔化必需破壞其中的金屬鍵。金屬晶體的熔、沸點凹凸和硬度大小一般取決于金屬鍵的強弱，而金屬鍵與金屬元素的原子半徑和單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目有關(guān)。由此推斷下列說法中正確的是()A．金屬鎂的硬度大于金屬鋁B．堿金屬單質(zhì)的熔、沸點從Li到Cs是漸漸上升的C．金屬鎂的熔點大于金屬鈉D．金屬鎂的硬度小于金屬鈣5．如圖所示為幾種物質(zhì)的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，下列說法正確的是（）A．X的化學(xué)式為MgB3B．Y的化學(xué)式為Li2OC．Z中A、B、C的個數(shù)比是3∶9∶4D．W的化學(xué)式為Mn2Bi6．金屬晶體中金屬原子有三種常見的積累方式：六方積累、面心立方積累和體心立方積累。a、b、c分別代表這三種晶胞的結(jié)構(gòu)，其晶胞a、b、c內(nèi)金屬原子個數(shù)比為()A．3∶2∶1B．11∶8∶4C．9∶8∶4D．21∶14∶97．金屬鐵有δ、γ、α三種結(jié)構(gòu)，各晶胞如圖。下列說法不正確的是（）A．三種晶胞中實際含有的鐵原子的個數(shù)之比為2∶4∶1B．三種晶胞中鐵原子的配位數(shù)之比為1∶3∶2C．三種晶體結(jié)構(gòu)中，空間利用率最大的是γ－FeD．若δ－Fe晶胞邊長為acm，α－Fe晶胞邊長為bcm，則兩種晶體密度比為2b3∶a38．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)為____，該材料的化學(xué)式為________。9．(1)如圖Ⅰ、Ⅱ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)圖Ⅲ為一個金屬銅的晶胞，請完成以下各題。①該晶胞“實際”擁有的銅原子數(shù)是________個。②該晶胞稱為________(填序號)。A．六方晶胞B．體心立方晶胞C．面心立方晶胞③此晶胞立方體的邊長為acm，Cu的相對原子質(zhì)量為64，金屬銅的密度為ρg·cm－3，則阿伏加德羅常數(shù)為________(用a，ρ表示)。10．鋁單質(zhì)晶體中原子的積累方式如圖甲所示，其晶胞特征如圖乙所示，原子之間相互位置關(guān)系的平面圖如圖丙所示。若已知鋁的原子半徑為d，NA表示阿伏加德羅常數(shù)，鋁的摩爾質(zhì)量為M，請回答：(1)晶胞中鋁原子的配位數(shù)為________，一個晶胞中鋁原子的數(shù)目為________。(2)該晶體的密度為________(用字母表示)。專題3微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)第一單元金屬鍵金屬晶體基礎(chǔ)學(xué)問新知預(yù)習(xí)一、1．金屬離子自由電子原子半徑自由電子2．定向運動自由電子金屬離子(或金屬原子)自由電子金屬離子(或金屬原子)金屬鍵二、1．基本重復(fù)單位2．(1)非密置層密置層(2)釙鈉、鉀、鉻金、銀、銅、鉛鎂、鋅、鈦3．8個4個2個4．金屬金屬非金屬低即時性自測1．解析：金屬鍵沒有方向性和飽和性，A項正確；金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間的劇烈相互作用，既包括金屬陽離子與自由電子之間的靜電吸引作用，也包括金屬陽離子之間及自由電子之間的靜電排斥作用，B項錯誤；自由電子屬于整塊金屬，C項正確；金屬的物理性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)，D項正確。答案：B2．解析：因金屬原子的最外層電子數(shù)很少，且原子核對外層電子的引力小，金屬原子一般只能失電子，不能得電子，所以在化合物中一般顯正價，A項正確；Hg在常溫下為液態(tài)，B項錯誤；金屬晶體有延展性是因為金屬鍵無方向性，C項正確；自由電子是由金屬原子供應(yīng)的，并且在整個金屬內(nèi)部的三維空間內(nèi)運動，屬于整塊固態(tài)金屬，D項正確。答案：B3．解析：選項A、C、D都是金屬共有的物理性質(zhì)，這些性質(zhì)都是由金屬晶體所確定的；選項B，金屬易失電子是由原子的結(jié)構(gòu)確定的，所以和金屬晶體無關(guān)。答案：B4．解析：圖(a)為密置層，配位數(shù)為6，A錯誤；圖(b)為非密置層，配位數(shù)為4，B錯誤；密置層在三維空間里積累可得六方最密積累和面心立方最密積累，則圖(a)在三維空間里積累可得六方最密積累和面心立方最密積累，C正確；圖(b)在三維空間里積累可得簡潔立方積累和體心立方積累，D錯誤。答案：C5．解析：利用均攤法找出晶胞中每個位置的微粒的利用率。甲中X位于立方體體心，有1個，Y位于立方體頂點，實際有18×4個＝12個，X、Y的個數(shù)比為1∶12＝2∶1，故甲的化學(xué)式為X2Y。乙中A有18×4個＝答案：X2Y1∶6∶26．解析：X為Zn元素、Y為S元素，從晶胞圖分析，一個晶胞中含有X離子的數(shù)目為8×18＋6×1答案：(1)4(2)ZnS技能素養(yǎng)例1解析：常溫下汞為液體，A錯誤；金屬鍵沒有方向性，不會因為形變而消逝，B正確；Ca的原子半徑小，價電子數(shù)多，金屬鍵比K強，熔沸點比K高，C錯誤；溫度越高，金屬導(dǎo)電實力越弱，D錯誤。答案：B提升1解析：電荷數(shù)Al3＋>Mg2＋＝Ca2＋＝Ba2＋>Li＋＝Na＋，金屬陽離子半徑：r(Ba2＋)>r(Ca2＋)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)>r(Li＋)，則C正確；B中Li>Na，D中Al>Mg>Ba。答案：C例2解析：(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其數(shù)目為12×14＝3個，N3－位于晶胞的頂角，其數(shù)目為8×1(2)由晶體的化學(xué)式X3N知X所帶的電荷數(shù)為1。(3)因為K、L、M三個電子層充溢，故為2、8、18，所以X的原子序數(shù)是29。(4)N3－位于晶胞頂角，故其被6個X＋在上、下、左、右、前、后包圍。答案：(1)3∶1(2)1(3)29(4)6提升2解析：題目所給的立方體表示一個晶胞的結(jié)構(gòu)，可用均攤法計算晶胞中各原子的個數(shù)。每個晶胞中有8個X原子，但每個X原子被8個晶胞共有，則每個晶胞中平均占有的X原子的個數(shù)為18×8＝1；每個面上的Y原子被2個晶胞共有，則每個晶胞中平均占有的Y原子的個數(shù)為1解析：依據(jù)均攤法，甲中X位于立方體體心，個數(shù)為1，Y位于立方體頂角，個數(shù)為18×4＝12，X與Y的個數(shù)比為1∶12＝2∶1，故甲的化學(xué)式為答案：(1)1∶3∶1(2)X2Y8例3解析：a為簡潔立方積累，b為體心立方積累，c為六方最密積累，d為面心立方最密積累，A項錯誤；每個晶胞含有的原子數(shù)分別為a：8×18＝1，b：8×18＋1＝2，c：4×16＋4×112＋1＝2，d：8×答案：B提升3解析：(1)由圖示可知該積累方式為面心立方最密積累。(2)由金晶體晶胞結(jié)構(gòu)，可求出每個晶胞中所擁有的金原子個數(shù)，即8×18＋6×1(4)如圖是金晶體中原子之間相互位置關(guān)系的平面圖，AC為金原子直徑的2倍，AB為立方體的邊長，可知AB為2d，所以一個晶胞的體積為(2d)3＝22d3。(5)1個晶胞的質(zhì)量等于4個金原子的質(zhì)量，所以ρ＝4MNA答案：(1)面心立方最密積累(2)4(3)每個面心的原子和4個頂點的原子相互接觸(4)22d3(5)2形成性自評1．解析：能發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)不能形成合金，故B、C兩項錯誤；鈉的沸點遠低于硅的熔點，當(dāng)硅熔化時，鈉已經(jīng)變?yōu)闅鈶B(tài)，故它們不能形成合金，D項錯誤。答案：A2．解析：用鉑金做首飾利用了金屬晶體的延展性，能用金屬鍵理論說明，A錯誤；金屬晶體在固態(tài)和熔融時能導(dǎo)電，其熔點差異很大，故題設(shè)條件下的晶體可能是金屬晶體，B正確；一般而言合金的熔點降低，硬度增大，C錯誤；金屬晶體的組成粒子是金屬離子和自由電子，所以金屬晶體中有陽離子，但沒有陰離子，D錯誤。答案：B3．解析：當(dāng)可見光照耀到金屬表面時，金屬鍵中的“自由電子”能夠汲取全部頻率的光并很快放出，使得金屬不透亮并具有金屬光澤，與金屬鍵有關(guān)系，故A錯誤；金屬內(nèi)部有“自由電子”，當(dāng)有外加電場時，電子定向移動形成電流，故B正確；金屬中的“自由電子”受熱后運動速率增大，與金屬離子碰撞頻率增大，傳遞了能量，故金屬有良好的導(dǎo)熱性，故C正確；當(dāng)金屬晶體受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動，但不會變更原來的排列方式，而在此過程中“自由電子”能夠維系整個金屬鍵的存在，金屬鍵不斷裂，所以表現(xiàn)出良好的延展性，故D正確。答案：A4．解析：鎂的原子半徑大于鋁，而金屬鎂單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目比金屬鋁的少，所以金屬鎂的金屬鍵比金屬鋁的弱，熔、沸點比金屬鋁的低，硬度比金屬鋁的??；從Li到Cs，原子的半徑漸漸增大，單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目漸漸削減，金屬鍵漸漸減弱，熔、沸點漸漸降低，硬度漸漸減?。煌砜傻媒饘冁V的熔點比金屬鈉的高，硬度比金屬鈣的大。答案：C5．解析：X晶胞中Mg的個數(shù)＝12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＝3，B的個數(shù)為6，Mg、B個數(shù)之比為3∶6＝1∶2，其化學(xué)式為MgB2，A錯誤；Y晶胞中Li的個數(shù)為8，O的個數(shù)＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，則Li、O個數(shù)之比為8∶4＝2∶1，其化學(xué)式為Li2O，B正確；Z晶胞中B的個數(shù)＝6×eq\f(1,4)＋3×eq\f(1,6)＝2，A的個數(shù)＝6×eq\f(1,12)＝eq\f(1,2)，C的個數(shù)為1，則A、B、C的個數(shù)之比為eq\f(1,2)∶2∶1＝1∶4∶2，C項錯誤；W晶胞中，Mn的個數(shù)＝12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋1＋6×eq\f(1,3)＝6，Bi的個數(shù)為6，所以Mn、Bi個數(shù)之比為6∶6＝1∶1，其化學(xué)式為MnBi，D項錯誤。答案：B6．解析：a晶胞中原子個數(shù)：12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋3＝6(個)；b晶胞