2018-2019版高中化学专题3微粒间作用力与物质性质第一单元金属键金属晶体第2课时学案苏教版选修.docx

第一单元金属键金属晶体第2课时金属晶体学习目标定位1.认识晶体的结构特点，明确晶胞的概念，学会晶胞中微粒数的计算方法(切割法)。2.熟知金属晶体的原子堆积模型。一、晶体、晶胞及其所含微粒数的计算方法1晶体：具有规则几何外形的固体，晶体的外形规则是其内部结构规则的外部表现，构成晶体的微粒的排列是规则的。2晶胞(1)晶体结构中最小的重复单元叫晶胞。(2)一般来说，晶胞都是平行六面体。(3)晶胞只是晶体微粒空间里的一个基本单元，在它的上下左右前后无隙并置地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部含有的原子种类、个数及几何排列都是完全相同的。3金属铜的晶胞为面心立方晶胞，如图所示。铜晶体面心立方晶胞及其切割示意图观察分析上图，回答下列问题：(1)位于顶角上的铜原子为8个晶胞共有。(2)位于面心上的铜原子为2个晶胞共有。(3)晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是4。(1)晶体是由无数个晶胞堆积得到的。知道晶胞的大小和形状以及晶胞中粒子的种类、数目和粒子所处的空间位置，就可以认识整个晶体的结构。(2)晶胞中微粒个数的计算(切割法)。计算一个晶胞中实际拥有的微粒数，常用切割法。即某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子的属于这个晶胞。如长方体(正方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算处于顶点上的粒子，同时为8个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞。处于棱边上的粒子，同时为4个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞。处于晶面上的粒子，同时为2个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞。处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞。例1现有甲、乙、丙(如下图)三种晶体的晶胞(甲中x处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中心)，可推知：甲晶胞中x与y的个数比是_，乙晶胞中a与b的个数比是_，丙晶胞中有_个c离子，有_个d离子。答案431144解析处于晶胞中心的x或a为该晶胞单独占有，位于立方体顶点的微粒为8个立方体共有，位于立方体棱边上的微粒为4个立方体共有，位于立方体面上的微粒为2个立方体共有，所以xy1(6)43；ab1(8)11；丙晶胞中c离子为1214个，d离子为864个。例2如图所示是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，图中X、Y、Z。其对应的化学式不正确的是()答案B解析A图中X、Y原(离)子的位置、数目完全等同，化学式为XY，正确；B图化学式应为XY，错误；C图中X的数目：41，Y的数目：4，化学式为X3Y，正确；D图中X的数目：81，Y的数目：63，Z位于内部，数目为1，化学式为XY3Z，正确。误区提醒非长方体(正方体)晶胞中粒子对晶胞的贡献应视具体情况而定。如六棱柱顶点上的粒子被6个晶胞共用，该顶点个粒子属于该晶胞，棱上的粒子有属于该晶胞。二、金属晶体中金属原子的堆积方式1金属原子在二维平面中放置的两种方式金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即二维空间里)，可有两种方式a：非密置层，b：密置层(如下图所示)。(1)晶体中一个原子周围距离相等且最近的原子的数目叫配位数。分析上图非密置层的配位数是4，密置层的配位数是6。(2)密置层放置时，平面的利用率比非密置层的要高。2金属晶体的原子在三维空间里的4种堆积模型金属原子在三维空间按一定的规律堆积，有4种基本堆积方式。堆积方式图式实例简单立方堆积钋体心立方堆积钠、钾、铬、钼、钨等面心立方堆积金、银、铜、铅等六方堆积镁、锌、钛等3.合金(1)概念：由一种金属和另一种或几种金属(非金属)混合形成具有金属性质的物质称为合金。如钠钾合金、铜锌合金等。(2)合金的性质合金的熔、沸点一般比组成它的各成分金属的熔、沸点低。形成合金后硬度、强度大(一般情况下)。(1)堆积原理组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性和饱和性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。(2)常见的堆积模型堆积模型采纳这种堆积的典型代表晶胞配位数空间利用率每个晶胞所含原子数非密置层简单立方堆积Po(钋)652%1体心立方堆积Na、K、Fe868%2密置层六方堆积Mg、Zn、Ti1274%6面心立方堆积Cu、Ag、Au1274%4例3对图中某金属晶体结构的模型进行分析，有关说法正确的是()A该种堆积方式称为六方堆积B该种堆积方式称为体心立方堆积C该种堆积方式称为面心立方堆积D金属Mg就属于此种堆积方式答案C解析由图示知该堆积方式为面心立方堆积，A、B错误，C正确，Mg是六方堆积，D错误。例4金晶体是面心立方体，立方体的每个面上5个金原子紧密堆砌(如图，其余各面省略)，金原子半径为Acm。求：(1)金晶体中最小的一个立方体含有_个金原子。(2)金的密度为_gcm3(用带A的计算式表示)。答案(1)4(2)解析(1)根据晶胞结构可知，金晶体中最小的一个立方体含有金原子数目为864。(2)金原子半径为A cm，则晶胞中面对角线是4A cm，所以晶胞的边长是2A cm，所以NA4，解得。方法规律立方晶胞中各物理量的关系mVa3N1下列不属于晶体的特点的是()A一定有固定的几何外形B一定有各向异性C一定有固定的熔点D一定是无色透明的固体答案D2金属钠是体心立方堆积，下列关于钠晶体的判断合理的是()A其熔点比金属铝的熔点高B一个钠的晶胞中，平均含有4个钠原子C该晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动D该晶体中的钠离子在外加电场的作用下可发生定向移动答案C解析金属的原子半径越小，金属离子所带电荷数越多，金属键越强，金属熔化时破坏金属键，所以Al的金属键强度大于Na的金属键强度，所以Na的熔点比金属Al的熔点低，故A错误；晶胞中Na原子位于立方体的顶点和体心，则一个钠的晶胞中，平均含有钠原子数为812，故B错误；自由电子在电场的作用下可以定向移动，金属晶体中存在自由移动的电子，所以该晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动，故C正确；晶体中的钠离子不能自由移动，所以晶体中的钠离子在外加电场作用下不能定向移动，故D错误。3已知某晶体晶胞如图所示，则该晶体的化学式为()AXYZBX2Y4ZCXY4ZDX4Y2Z答案C解析该晶体的晶胞是正方体形晶胞。该晶胞拥有的X原子数为81；Y原子位于该晶胞内，共有4个，因此该晶胞中拥有的Y原子数为4；Z只有1个，位于晶胞的体心上，故该晶体的化学式为XY4Z。4有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是()A为简单立方堆积，为六方最密堆积，为体心立方堆积，为面心立方最密堆积B每个晶胞含有的原子数分别为1个，2个，2个，4个C晶胞中原子的配位数分别为6，8，8，12D空间利用率的大小关系为。5回答下列问题：(1)1183K以下纯铁晶体的基本结构单元如图1所示，1183K以上转变为图2所示的基本结构单元，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。铁原子的简化电子排布式为_；铁晶体中铁原子以_键相互结合。在1183K以下的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为_；在1183K以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为_。(2)铜的晶胞示意为图3，晶胞中所含的铜原子数为_个。金属铜晶胞的边长为acm。又知铜的密度为gcm3，阿伏加德罗常数为_。答案(1)Ar3d64s2金属812(2) 4mol1解析(1)在1 183 K以下的纯铁晶体中，与体心铁原子等距离且最近的铁原子是8个顶点的铁原子；在1 183 K以上的纯铁晶体中，与面心铁原子等距离且最近的铁原子有12个。(2)铜晶胞为面心立方最密堆积，1个晶胞能分摊到4个Cu原子；1个晶胞的体积为a3 cm3；一个晶胞的质量为a3 g；由a3 g，得NAmol1。对点训练题组一晶胞及其微粒数目的确定1下列有关晶胞的叙述中正确的是()A晶胞的结构是晶体的结构B不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同C晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞D已知晶胞的组成就可推知晶体的组成答案D解析由晶胞的定义可知A选项错误；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中晶胞的大小和形状不一定相同，B选项错误；晶体中的大部分粒子被若干个晶胞所共有，不专属于某个晶胞，C选项错误；知道晶胞的组成，利用“切割法”，即可推知晶体的组成，D选项正确。2下列能够表示出每个晶胞中所含实际微粒个数的面心立方晶胞的是()答案B解析A项和B项是面心立方晶胞，其中B项是经过切割了的面心立方晶胞，它能表示出此晶胞中所含微粒的实际数目，C项和D项是体心立方晶胞。3MCl晶体具有立方体结构，其晶胞结构如图所示，在该晶体中，每个M周围与它最接近的且距离相等的M的个数共有()A6个B8个C12个D16个答案A解析根据MCl的晶胞结构可以看出每个M的正上、正下、左、右、前、后各有一个M与之距离相等且最近，故每个M周围与它最接近的且距离相等的M共有6个。4科学家把C60和K掺杂在一起制造出的物质具有超导性能，其晶胞结构如图所示。该物质中K和C60的个数之比为()A11B21C31D41答案C解析根据均摊法可知，该晶胞中K的个数为266，C60的个数为182，所以该物质中K和C60的个数之比为6231。题组二晶体化学式的确定方法5金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，a、b、c分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞a、b、c内金属原子个数比为()A321B1184C984D21149答案A解析a晶胞中，顶点的微粒被6个晶胞共用，所以a中原子个数为12236；b中原子个数为864；c中原子个数为812。6最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。该新型超导晶体的一个晶胞如图所示，则该晶体的化学式为()AMg2CNi3BMgC2NiCMgCNi2DMgCNi3答案D解析Mg处于晶胞的顶点上，故有81个；Ni处于晶胞的面心，故有63个；C处于晶胞的体心，完全属于该晶胞，故该晶体的化学式为MgCNi3。7硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示的是该化合物的晶体结构：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上、下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为()AMgBBMgB2CMg2BDMg3B2答案B解析棱柱内硼原子数为6，均属于这个晶胞。镁原子位于上、下面心(2个)及12个顶点，共有镁原子数为2123，则镁、硼原子个数之比为12。8钇钡铜氧化合物晶胞的结构如下图所示，则该化合物的化学式可能是()AYBa2Cu3O4BYBa2Cu2O5CYBa2Cu3O5DYBaCu4O4答案C解析位于顶点的铜原子(最上层平面和最下层平面)的共8个，这个晶胞中只分摊到81个；位于棱上(中间两个平面)的也是8个，这个晶胞分摊到的是82个，所以，每个晶胞单独含有的铜原子数为3个。氧原子共13个，位于晶胞面上(不含棱)的是7个，位于晶胞棱上的是6个，所以，每个晶胞单独含有的氧原子数为765个。所以该晶体每个晶胞中平均分摊到(即单独含有)的钇原子、钡原子、铜原子和氧原子个数分别为1、2、3、5，化学式为YBa2Cu3O5。题组三金属晶体的原子堆积模型9仔细观察下图，这种堆积方式是()A体心立方B简单立方C六方D面心立方答案B解析题图所示的堆积方式为简单立方堆积，该堆积方式的空间利用率最低，只有52%，配位数为6，所以B正确。10下列金属的晶体结构类型都属于面心立方最密堆积的是()ALi、Na、Mg、CaBLi、Na、K、RbCPb、Ag、Cu、AuDBe、Mg、Cu、Zn答案C题组四关于晶胞综合的计算11已知CsCl晶体的密度为gcm3，NA为阿伏加德罗常数，相邻的两个Cs的核间距为acm，如图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为()ANAa3B.C.D.答案A解析根据晶胞中粒子个数的计算知，1个CsCl晶胞中含1个Cs，1个Cl。有MVNAa3NA。12(2017佛山期末)金晶体的晶胞为面心立方堆积，如图所示。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，在立方体的各个面的对角线上，3个金原子彼此两两相切，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是()A金晶体每个晶胞中含有4个金原子B金属键无方向性，金属原子尽可能采取密堆积C一个晶胞的体积是16d3D金晶体的密度是答案C解析因为是面心立方最密堆积，故每个晶胞中含有金原子数为864，A项正确；金属键无方向性，金属原子尽可能采取密堆积，B项正确；因为立方体的各个面的对角线上，3个金原子彼此两两相切，则该立方体的棱长为d，体积为2d3，C项错误；金晶体的密度，D项正确。综合强化13(1)将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层，在图1所示的半径相等的圆球的排列中，A属于_层，配位数是_；B属于_层，配位数是_。(2)将非密置层一层一层地在三维空间里堆积，得到如图2所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积，在这种晶体中，金属原子的配位数是_，平均每个晶胞所占有的原子数目是_。(3)有资料表明，只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式，钋位于元素周期表的第_周期_族，元素符号是_，最外电子层的电子排布式是_。答案(1)非密置4密置6(2) 61 (3)6APo6s26p414Mn、Fe均为第4周期过渡金属元素，两元素的部分电离能数据如下表：元素MnFe电离能/kJmol1I1717759I215091561I332482957回答下列问题：(1)Mn元素基态原子的外围电子排布式为_，比较两元素的I2、I3可知，气态Mn2再失去一个电子比气态Fe2再失去一个电子难。对此你的解释是_。(2)金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如下图所示。面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的Fe原子个数之比为_，Fe原子配位数之比为_。答案(1)3d54s2Mn2转化为Mn3时，3d轨道由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态(或Fe2转化为Fe3时，3d轨道由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态)(2)2132解析(1)根据锰在元素周期表中的位置可写出其外围电子排布，由于Mn2转化为Mn3时，3d轨道由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态(或Fe2转化为Fe3时，3d轨道由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态)，所以，气态Mn2再失去一个电子比气态Fe2再失去一个电子难。(2)根据题给晶胞的结构，在每个体心立方晶胞中含有的铁原子数目是2个(配位数是8)，在每个面心立方晶胞中含有的铁原子数目是4个(配位数是12)。15(1)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a0.446nm。晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间的最短距离为_nm，与K紧邻的O个数为_。在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于_位置，O处于_位置。(2)(2017江苏单科，21A节选)某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(xn)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为_。答案(1)0.31512体心棱心(2)Fe3CuN解析(1)K与O间的最短距离是面对角线的，即a0.446 nm0.315 nm。与K紧邻的O共有12个。以I为顶角画立方体，可以看出K处于体心位置，O处于棱心位置。(2)由题图2可知更稳定的Cu替代型产物为Cu替代a位置Fe型，利用均摊法可得晶胞中各原子个数Cu：81，Fe：63，N：1，故化学式为Fe3CuN。