2019-2020学年高中化学 第3章 第3节 金属晶体教案 新人教版选修3

第三节金属晶体目标与素养：1.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。(宏观辨识与微观探析)2.了解金属晶体的4种堆积模型。(证据推理与模型认知)3.了解混合晶体石墨的结构与性质。(宏观辨识与微观探析)一、金属键与金属晶体的性质1．金属键(1)概念：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。(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。2．金属晶体的性质(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。(3)用电子气理论解释金属的性质微点拨：①温度越高，金属的导电能力越弱。②合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。二、金属晶体的原子堆积模型1．二维平面放置金属原子在二维平面里放置得到两种方式，配位数分别为4和6，可分别称为非密置层和密置层。2．三维空间模型(1)简单立方堆积：按非密置层(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成，相邻非密置层原子的原子核在同一直线上的堆积，如图。(2)体心立方堆积：按非密置层(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成。将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，并使非密置层的原子稍稍分离，每层均照此堆积，如图。(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(填“密置层”或“非密置层”)的堆积方式堆积而成，配位数均为12，空间利用率均为74%。六方最密堆积面心立方最密堆积按ABABABAB……的方式堆积按ABCABCABC……的方式堆积三、混合晶体——石墨晶体1．结构特点——层状结构(1)同层内，碳原子采用sp2杂化，以共价键相结合形成平面六元并环结构。所有碳原子p轨道平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。(2)层与层之间以范德华力相结合。2．晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)常温下，金属单质都以金属晶体的形式存在()(2)金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失()(3)简单立方堆积的原子配位数为8()(4)金属晶体的构成粒子为金属原子()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×2．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．自由电子与金属原子之间的相互作用[答案]A3．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[答案]C金属晶体的四种堆积模型1.四种堆积模型比较堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数晶胞简单立方堆积Po(钋)52%6体心立方堆积(bcp)Na、K、Fe68%8六方最密堆积(hcp)Mg、Zn、Ti74%12面心立方最密堆积(ccp)Cu、Ag、Au74%122.金属晶体中空间利用率的一般计算(a为晶胞边长，r为原子半径)(1)简单立方堆积：空间利用率＝43πr3a3×100%(a＝2r)。(2)体心立方堆积：空间利用率＝43πr3×2a3×100%(3a＝4r)。(3)面心立方堆积：空间利用率＝43πr3×4a3×100%(2a＝4r)。1．下列关于金属晶体的原子堆积模型的说法不正确的是()A．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，配位数分别是4和6B．金属原子在三维空间里有4种堆积方式，其中简单立方堆积方式被大多数金属所采取C．金属原子在三维空间里非密置层堆积有两种方式：简单立方堆积和体心立方堆积D．金属原子在三维空间里密置层堆积有两种方式：六方最密堆积和面心立方最密堆积，六方最密堆积按ABABABAB……的方式堆积，面心立方最密堆积按ABCABCABC……的方式堆积B[简单立方堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋(Po)采取这种方式，B项错误；A、C、D项均正确。]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()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①1，②2，③2，④4C．晶胞中原子的配位数分别为①6，②8，③8，④12D．空间利用率的大小关系为①②③④B[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。]3．金属钠晶体为体心立方晶胞()，晶胞的边长为a。假定金属钠原子为等径的刚性球，且晶胞中处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r为()A.a2B.3a4C.3a2D．2aB[如果沿着某一面的对角线对晶胞作横切面，可得如图所示的结构，其中AB为晶胞的边长，BC为晶胞的面对角线，AC为晶胞的体对角线。根据立方体的特点可知：BC＝2a，结合AB2＋BC2＝AC2得：r＝3a4。]1．下列有关金属键的叙述中，错误的是()A．金属键没有饱和性和方向性B．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C．金属键中的电子属于整块金属D．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关B[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，故金属键无饱和性和方向性；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈作用，既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也存在金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用；金属键中的电子属于整块金属；金属的性质及固体的形成都与金属键的强弱有关。]2．在金属晶体中，根据影响金属键的因素判断下列各组金属熔沸点高低顺序，其中正确的是()A．Mg＞Al＞CaB．Al＞Na＞MgC．Al＞Mg＞CaD．Mg＞Ba＞AlC[构成金属晶体的金属键越强，金属晶体的熔沸点越高。金属键强弱与金属阳离子半径和所带电荷有关系，离子半径越小，电荷数越多，金属键越强，熔沸点越高。则A项应该是AlMgCa，错误，C正确；B项应该是AlMgNa，错误；D项应该是AlMgBa，错误。]3．金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图分别如图所示，下列说法不正确的是()A．金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同B．金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系：互为同素异形体C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2D．石墨与C60的晶体类型相同D[金刚石中碳原子为sp3杂化，石墨烯中碳原子为sp2杂化，A项正确；金刚石、石墨、C60和石墨烯都是碳元素形成的不同单质，它们互为同素异形体，B项正确；碳元素的同素异形体完全燃烧的产物都是CO2，C项正确；C60是分子晶体，石墨是混合晶体，D项错误。]4．(1)图甲为二维平面晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是________。甲(2)图乙为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。乙①该晶胞称为________(填序号)。A．六方晶胞B．体心立方晶胞C．面心立方晶胞②此晶胞立方体的边长为acm，Cu的相对原子质量为64，金属铜的密度为ρg·cm－3，则阿伏加德罗常数为________(用a、ρ表示)。③金属铜的空间利用率为________(写出计算式和结果)。[解析](1)由图甲中直接相邻的原子数可以求得a、b中两类原子数之比分别为1∶2、1∶3，求出化学式分别为AX2、AX3，故答案为b。(2)①面心立方晶胞；②64·4NA＝ρ·a3，NA＝256ρ·a3。③空间利用率＝43πr3×4a3＝43πr3×44r23≈74%。[答案](1)b(2)①C②256ρ·a3③43πr3×44r23≈74%