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2014年05月21日

7 第三章 第三节

  7 第三章 第三节_幼儿读物_幼儿教育_教育专区。第三章 晶体结构与性质 第三节 金属晶体 第三章 晶体结构与性质 1.初步了解金属键的含义,能用“电子气理论”解释 金属的一些物理性质。 2.初步了解金属晶体的四种基本堆积模型。 3.了解混合 晶

  第三章 晶体结构与性质 第三节 金属晶体 第三章 晶体结构与性质 1.初步了解金属键的含义,能用“电子气理论”解释 金属的一些物理性质。 2.初步了解金属晶体的四种基本堆积模型。 3.了解混合 晶体石墨的结构与性质。 第三章 晶体结构与性质 金属键与金属晶体 1.金属键 (1)概念:“电子气理论”把金属键描述为金属原子脱落下 来的__价__电__子____形成遍布整块晶体的“___电__子__气___”,被 所有原子所共用,从而把所有的__金__属__原__子__维系在一起。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (2)成键粒子是金属阳离子和自由电子。 (3)金属键的强弱和对金属性质的影响 ①金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子 数。原子半径越大,价电子数越少,金属键越弱;反之, 金属键越强。 ②金属键越强,金属的熔、沸点越高,硬度越大。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 2.金属晶体 (1)在金属晶体中,原子间以_金__属__键_____相结合。 (2)金属晶体的性质:优良的 ___导__电__性___、___导__热__性___和 ___延__展__性___。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (3)用“电子气理论”解释金属的性质 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)不存在只有阳离子,而没有阴离子的物质。( × ) (2)金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电 吸引作用。( × ) (3)金属晶体在外力作用下,各层之间发生相对滑动,金属 键也被破坏。( × ) (4)金属键没有饱和性和方向性。( √ ) 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (5)金属原子半径越小,价电子数越多,其金属单质熔、沸 点越高,硬度越大。( √ ) (6)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高,分子晶体的熔点 一定比金属晶体的低。( × ) 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 2.下列关于金属键的叙述中不正确的是( ) A.金属键是金属阳离子和“自由电子”这两种带异性电荷 的微粒间强烈的相互作用,其实质与离子键类似,也是一 种电性作用 B.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈 的相互作用,所以与共价键类似,也有方向性和饱和性 C.金属键是金属阳离子和“自由电子”间的相互作用,金 属键无饱和性和方向性 D.构成金属键的“自由电子”在整个金属内部的三维空间 中做自由运动 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 解析:选 B。从构成物质的基本微粒的性质看,金属键与离 子键的实质类似,都属于电性作用,特征都是无方向性和 饱和性;“自由电子”是由金属原子提供的,并且在整个 金属内部的三维空间内运动,为整个金属的所有阳离子所 共有,从这个角度看,金属键与共价键有类似之处,但两 者又有明显的不同,如金属键无方向性和饱和性。 栏目 导引 1.金属晶体 第三章 晶体结构与性质 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (1)由金属晶体的“电子气理论”可知,金属晶体与原子晶 体一样,是一种“巨分子”。 (2)在金属晶体里有阳离子,但没有阴离子,所以,晶体中 有阳离子不一定有阴离子,但若有阴离子,则一定有阳离 子。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 2.金属晶体的熔点变化规律 金属晶体熔点变化差别较大。例如:汞在常温下是液体, 熔点很低(-38.9 ℃),而钨的熔点高达 3 410 ℃。这是由于 金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子的作用力 不同而造成的差别。 (1)一般情况下(同类型的金属晶体),金属晶体的熔点由金属 阳离子半径、所带的电荷数、自由电子的多少决定。阳离 子半径越小,所带的电荷越多,自由电子越多,相互作用 就越大,熔点就会越高。例如:熔点 K<Na<Mg<Al,Li >Na>K>Rb>Cs。 (2)一般合金的熔、沸点比各成分金属的熔、沸点低。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (1)(2017·镇江名校高二联考)下列叙述中正确的是 ________。 A.金属受外力作用时常常发生变形而不易折断是由于金属 原子之间有较强的作用 B.通常情况下,金属里的自由电子会发生定向移动而形成 电流 C.金属是借助自由电子的运动,把能量从温度高的部分传 到温度低的部分 D.金属的导电性随温度的升高而减弱 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (2)要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、 沸点的高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱,而金属 键与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判 断下列说法正确的是________。 A.金属镁的熔点大于金属铝 B.碱金属单质的熔、沸点从 Li 到 Cs 是逐渐增大的 C.金属铝的硬度大于金属钠 D.金属镁的硬度小于金属钙 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 [解析] (1)金属受外力作用时常常发生变形而不易折断是 因为金属晶体中各原子层会发生相对滑动,但不会改变原 来的排列方式,故 A 项不正确;金属里的自由电子要在外 加电场作用下才能发生定向移动产生电流,故 B 项不正确; 金属的导热性是由于自由电子碰撞金属离子将能量进行传 递,故 C 项不正确。 (2)金属阳离子所带电荷越多,半径越小,金属键越强,据 此判断。 [答案] (1)D (2)C 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 金属键与金属晶体的特性 1.金属键的实质是( ) A.自由电子与金属阳离子之间的相互作用 B.金属原子与金属原子间的相互作用 C.金属阳离子与阴离子的吸引力 D.自由电子与自由电子之间的相互作用 解析:选 A。金属晶体由金属阳离子与自由电子构成,金 属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用即为金属键。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 2.下列叙述正确的是( ) A.任何晶体中,若含有阳离子,就一定含有阴离子 B.金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互 作用 C.价电子数越多的金属原子的金属性越强 D.含有金属元素的离子不一定是阳离子 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 解析:选 D。金属晶体中虽存在阳离子,但没有阴离子,A 错误;金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子与自 由电子间的相互作用,B 错误;价电子数多的金属元素的金 属性不一定强,如 Fe 的价电子数比 Na 多,但 Fe 的金属性 却没有 Na 的强,C 错误;含有金属元素的离子不一定是阳 离子,如 AlO- 2 就是阴离子,D 正确。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 3.关于金属性质和原因的描述不正确的是( ) A.金属一般具有银白色光泽,是物理性质,与金属键没有 关系 B.金属具有良好的导电性,是因为金属晶体中金属原子共 享了脱落下来的价电子,形成了“电子气”,在外电场的 作用下自由电子定向移动便形成了电流 C.金属具有良好的导热性能,是因为自由电子通过与金属 离子发生碰撞,传递了能量 D.金属晶体具有良好的延展性,是因为金属晶体中的原子 层可以滑动而不破坏金属键 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 解析:选 A。金属中的自由电子吸收了可见光,又把各种 波长的光大部分再反射出来,因而金属一般显银白色光泽; 金属具有导电性是因为在外加电场作用下,自由电子定向 移动形成电流;导热性是自由电子受热后,与金属离子发 生碰撞,传递能量;良好的延展性是因为原子层可以滑动, 但金属键未被破坏。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 4.金属钠、镁、铝的熔点高低顺序正确的是( ) A.Na>Mg>Al B.Al>Mg>Na C.Mg>Al>Na D.Na>Al>Mg 解析:选 B。金属阳离子半径越小,所带电荷数越多,金属 阳离子与“电子气”的作用力越大,金属键越强。钠、镁、 铝离子的电荷数逐渐增多,半径逐渐减小,故钠、镁、铝 的熔点逐渐升高。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 金属晶体的原子堆积模型 石墨 1.二维空间模型 金属原子在二维平面里放置有_非__密__置__层___和__密__置__层____两 种方式,配位数分别为__4___和___6___。如图: 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 2.三维空间模型 (1)简单立方堆积 按___非__密__置__层_____方式堆积而成,其空间利用率为 52%, 配位数为__6______。晶胞构成:一个立方体,每个晶胞含 有___1__个原子,如 Po。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (2)体心立方堆积 按_非__密__置__层___方式堆积而成,配位数为___8__,空间利用率 为 68%。晶胞构成:体心立方,每个晶胞含有__2_个原子, 如碱金属。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (3)六方最密堆积和面心立方最密堆积 六方最密堆积和面心立方最密堆积是按照__密__置__层____的堆 积方式堆积而成,配位数均为____1_2___,空间利用率均为 __7_4_%______。 六方最密堆积如图所示,按 ABABABAB……的方式堆积。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 面心立方最密堆积如图所示,按 ABCABCABC……的方式 堆积。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 3.混合晶体——石墨 (1)石墨晶体为层状结构,碳原子呈 sp2 杂化,层间没有化学 键,靠范德华力维系。 (2)石墨像金属一样有金属键,有导电性。 综上可知,石墨晶体中既有共价键,又有金属键,还有范 德华力,是混合晶体。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 1.金属晶体堆积密度大,原子配位数高,能充分利用空间 的原因是( ) A.金属原子的价电子数较少 B.金属晶体中存在自由移动的电子 C.金属晶体的原子半径较大 D.金属键不具有方向性和饱和性 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 解析:选 D。金属晶体中微粒之间的作用力是金属键,金 属键不具有方向性和饱和性,所以金属原子能以最紧密的 方式堆积,故金属晶体堆积密度大,原子的配位数高,这 样能充分利用空间。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 2.(2017·湖南雅礼中学检测)金属晶体的堆积方式、空间利 用率和配位数关系正确的是( ) A.钋 Po——简单立方堆积——52%——8 B.钠 Na——体心立方堆积——74%——12 C.锌 Zn——六方最密堆积——68%——8 D.银 Ag——面心立方最密堆积——74%——12 解析:选 D。A 项中配位数应为 6;B 项中体心立方堆积的 空间利用率为 68%,配位数为 8;C 项中 Zn 为六方最密堆 积,空间利用率为 74%,配位数为 12。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 1.金属晶体的四种堆积模型的比较 堆积模型 表示 符号 晶 胞 每个晶 胞所含 原子数 采纳这 种堆积 的典型 金属 配 位 数 空间 利用 率 简单 非 立方 — 密 堆积 1 Po 6 52% 置 体心 层 立方 — 堆积 2 Na、K、 Fe 8 68% 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 堆积模型 表示 符号 采纳这 晶 每个晶 种堆积 配 空间 胞所含 位 利用 胞 的典型 原子数 数率 金属 六方 最密 ABAB … 密 堆积 Mg、 2 Zn、Ti 12 74% 置 面心 层 立方 最密 堆积 ABC ABC … Cu、 4 Ag、Au 12 74% 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 2.四种晶胞中所含原子数目的计算方法和配位数的确定方法 晶胞类型 原子数 配位数 简单立方堆积 体心立方堆积 六方最密堆积 面心立方最密 堆积 8×18=1 6(上、下、左、右、前、后) 8×18+1=2 8(立方体的 8 个顶点) 8×18+1=2 8×18+6×12 12(上、下层各 3 个,中间层 6 个) =4 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 3.空间利用率的计算方法 晶胞含有原子(离子)的体积 空间利用率= 晶胞体积 ×100%。 将原子(离子)设想为一个球,依据 1 个晶胞内所含原子(离 子)的数目计算原子(离子)的体积,再确定晶胞的体积,即 可计算晶体(胞)的空间利用率。 (1)在简单立方堆积中,各个原子是相互靠拢的,对于 1 个 晶胞来说,含有 1 个金属原子,设立方体的边长为 a,则其 体积为 a3,金属原子的半径为a2,则空间利用率为43π(a3a2)3× 100%=π6×100%≈52%。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (2)在体心立方堆积中,在立方体的体对角 线上球是相互接触的。如图所示,设立方体 的边长为 a,原子半径为 r,则 3a=4r,而 1 个晶胞中含有 2 个金属原子,所以空间利 用 率为 2×43πr3 a3 ×100%= 2×43πr3 ( 43r)3 ×100% = 83π×100%≈68%。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (3)在六方最密堆积中,如下图,设原子半径为 r,则底面边 长为 2r,底面高 h= 3r,所以底面积 S=2r× 3r=2 3r2。 晶胞的高 H=2×236r, 所以晶胞体积 V 晶胞=S×H=2 3r2×436r=8 2r3, 2 个原子的体积 V 球=2×43πr3。 空间利用率为VV晶球胞×100%=28×432πr3r3×100%≈74%。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (4)在面心立方最密堆积中,如图,设原子半径为 r,晶胞边 长为 a, 则 a=2 2r,V 球=4×43πr3, V 晶胞=a3=(2 2r)3=16 2r3。 空间利用率为VV晶球胞×100%=146×43π2rr33×100%≈74%。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 金属晶体的原子堆积方式常有以下四种方式,请认 真观察模型(下图),回答下列问题: 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (1)四种堆积模型的堆积名称依次是 ________________、 ______________、______________、______________。 (2)如图所示甲中的堆积方式,空间利用率为________,只 有金属________采用这种堆积方式。 (3)如图所示乙与丙中两种堆积方式中金属原子的配位数 ________(填“相同”或“不相同”);乙中的空间利用率为 ________,丙中按____________的方式进行堆积。 (4)采取丁中堆积方式的金属通常有_________ (任写三种金属元素的符号),每个晶胞中所含有的原子数为 ________。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 [解析] (1)甲中的堆积方式是将非密置层的金属原子上下 对齐,形成的晶胞是 1 个立方体,在立方体的每个顶角有 1 个金属原子,称为简单立方堆积。乙和丙中都是密置层原 子的堆积方式,乙中上面 A 层和下面 A 层的 3 个原子组成 的三角形方向相同,称为六方最密堆积。丙中 A 层和 C 层 的 3 个原子组成的三角形方向相反,称为面心立方最密堆 积。丁中的堆积方式是将非密置层的上层金属原子填入下 层金属原子形成的凹穴中,每层均照此堆积,形成的晶胞 是 1 个立方体,在立方体的每个顶角有 1 个金属原子,立 方体的中心含有 1 个金属原子,称为体心立方堆积。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 (2)简单立方堆积的空间利用率最低,为 52%,采取这种堆 积方式的金属只有 Po。(3)乙和丙中两种堆积方式相同,金 属原子的配位数均为 12,且其空间利用率均为 74%。(4) 丁中是体心立方堆积,采取这种堆积方式的金属有 K、Na、 Fe 等。用“均摊法”可求得每个晶胞中含有金属原子的个 数为 1+8×18=2。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 [答案] (1)简单立方堆积 六方最密堆积 面心立方最密 堆 积 体 心 立 方 堆 积 (2)52% Po (3) 相 同 74% ABCABCABC…… (4)K、Na、Fe(合理即可) 2 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 金属晶体的原子堆积模型 1.(2017·山东师大附中月考)如图所示, 下列说法不正确的是( ) A.此种堆积方式为面心立方最密堆积 B.该种堆积方式每一层上为密置层 C.该种堆积方式可用符号 “ABCABCABC……”表示 D.金属 Mg 就属于此种堆积方式 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 解析:选 D。观察题图,该晶体为“ABCABCABC……” 的面心立方最密堆积,每一层上为密置层,金属 Mg 属于六 方最密堆积方式,所以 D 错误。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 2.有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示,下列 有关说法正确的是( ) 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 A.①为简单立方堆积,②为六方最密堆积,③为体心立方 堆积,④为面心立方最密堆积 B.每个晶胞含有的原子数分别为①1,②2,③2,④4 C.晶胞中原子的配位数分别为①6,②8,③8,④12 D.空间利用率的大小关系为①<②<③<④ 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 解析:选 B。②为体心立方堆积,③为六方最密堆积,②与 ③判断有误,A 项错误;每个晶胞含有的原子数分别为 ①8×18=1,②8×18+1=2,③8×18+1=2,④8×18+6×12 =4,B 项正确;晶胞③中原子的配位数应为 12,其他判断 正确,C 项错误;四种晶体的空间利用率分别为 52%、68%、 74%、74%,应为④=③>②>①,D 项错误。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 3.(2017·陕西五校联考)第四周期金属元素 D 的 M 能层为 全充满状态,其核外的未成对电子只有一个。则 D 的基态 原子中有________种能量不同的电子;D2+的价电子排布式 为________;图中________(填“甲”“乙”或“丙”)表示 的是 D 晶体中微粒的堆积方式。若该晶体中的一个晶胞的 边长为 a cm,则 D 晶体的密度为______________(写出含 a 的表达式,用 NA 表示阿伏加德罗常数的值)。若 D 的原子 半径为 r,则 D 晶胞这种堆积模型的空间利用率为 ______________(用含 r 的式子表示,不需化简)。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 解析:由题意可推知 D 是铜元素。其基态原子的电子排布 式为 1s22s22p63s23p63d104s1,核外电子排布在 7 个不同的能 级上,因此有 7 种能量不同的电子。Cu2+的价电子排布式 为 3d9。晶体 Cu 是面心立方最密堆积,故选乙。该晶胞中 有 Cu 原子:8×18+6×12=4(个),故 ρ=4×a3N64A g/cm3=a235N6A g/cm3。Cu 原子半径为 r,晶胞边长为 a,则 4r= 2a,即 a =2 2 r , 空 间 利 用 率 为 43πr3×4 a3 × 100% = 4×43πr3 (2 2r)3 × 100%。 答案:7 3d9 乙 256 a3NA g/cm3 (42×42πr3)r3 3×100% 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 石墨的结构与性质 4.石墨晶体是层状结构,在每一层内,每个碳原子都跟其 他 3 个碳原子相结合,如图所示是其晶体结构的俯视图, 则图中 7 个六元环完全占有的碳原子数是( ) A.10 B.18 C.24 D.14 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 解析:选 D。每个六元环平均占有的碳原子数为 6×13=2, 7 个六元环完全占有的碳原子数为 2×7=14。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 重难易错提炼 1.物质中有阳离子不一定有阴离子,如金属晶体。 2.原子晶体的熔点不一定比金属晶体高,如钨的熔点比晶体 硅的熔点高。 3.分子晶体的熔点不一定比金属晶体低,如金属汞的熔点比 碘、白磷等的熔点低。 4.温度越高,金属的导电性反而越弱,因为自由电子和金属 阳离子碰撞机会增多,影响自由电子的定向移动,因而导电 性减弱。 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 课后达标检测 栏目 导引 第三章 晶体结构与性质 本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放 栏目 导引