苏教版 化学 选修3 专题3第1单元　金属键　金属晶体

欢迎进入化学课堂 第一单元金属键金属晶体 学习目标1 了解金属键的概念 2 认识金属晶体的结构特点 了解金属特性与金属结构的关系 3 了解合金的性质 课堂互动讲练 探究整合应用 知能优化训练 第一单元 课前自主学案 课前自主学案 一 金属键和金属特性1 金属键 1 金属阳离子和自由电子的形成金属原子的部分或全部 受原子核的束缚比较 在金属晶体内部 它们可以从原子上 下来 形成自由流动的 金属原子失去部分或全部 形成 外围电子 弱 脱落 电子 外围电子 金属阳离子 2 概念 与 之间强烈的相互作用称为金属键 2 金属特性 1 导电性通常情况 金属内部自由电子的运动无方向性 在外加电场作用下 自由电子在金属内部将会发生 运动 形成电流 金属阳离子 自由电子 定向 2 导热性金属受热时 与 碰撞频率增加 把能量传给 从而把能量从温度 的区域传到温度 的区域 3 延展性自由电子与金属阳离子之间的作用没有 在外力作用下 金属原子间发生相对滑动时 各层金属原子间保持 的作用 不会 金属阳离子 自由电子 自由电子 金属阳离子 高 低 方向性 金属键 改变 思考感悟 1 金属键中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用是仅指金属离子与自由电子之间的相互吸引吗 2 晶体中有阳离子 一定有阴离子吗 有阴离子 一定有阳离子吗 提示 1 不是 既有金属离子与自由电子之间的相互吸引 也有金属离子与金属离子 自由电子与自由电子之间的排斥作用 2 不一定 如金属晶体 只有阳离子 无阴离子 但有阴离子则一定有阳离子 二 金属晶体1 自然界中许多固态物质都是 它们有规则的几何外形 大多数 也是晶体 2 晶胞 反映晶体结构特征的 3 金属晶体中原子的常见堆积方式 如镁 锌 钛等 堆积 如金 银 铜 铝等 堆积 如钠 钾 铬等 晶体 金属单质及合金 基本重复单位 六方堆积 面心立方 体心立方 4 合金 1 定义 一种 与另一种或几种 或 的融合体 2 合金的性质比单纯的金属更 合金的熔点一般比各成分金属都要 硬度比各成分金属 金属 金属 非金属 优越 低 高 1 判断下列金属熔点逐渐升高的是 A LiNaKB NaMgAlC LiBeMgD LiNaMg解析 选B 金属的熔点与其金属键强弱有关 金属键越强 金属熔点越高 A项中金属键 Li Na K 所以熔点 Li Na K A项错误 同理B项熔点 Na Mg Al B项正确 C项熔点 Li Be Be Mg C项错误 D项熔点 Li Na Na Mg D项错误 故选B 2 金属具有延展性的原因是 A 金属原子半径都较大 价电子较少B 金属受外力作用变形时 金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈的相互作用C 金属中大量自由电子受外力作用时 运动速率加快D 自由电子受外力作用时能迅速传递能量 解析 选B 金属晶体具有良好的导电 传热 延展性等 其原因都与遍布晶体的 电子气 有关 金属具有延展性是原子层发生了相对滑动 但排列方式不变 金属阳离子与自由电子形成的化学键没有改变 故金属阳离子与自由电子间仍保持较强的相互作用 3 某晶体中含有A B C三种元素 其排列方式如图所示 晶体中A B C的原子个数之比依次为 A 1 3 1B 2 3 1C 8 6 1D 4 3 1 课堂互动讲练 1 定义金属阳离子与自由电子间强烈的相互作用 2 决定金属键大小的因素可以用金属的原子化热 升华热 来衡量 金属的原子化热是指1mol金属固体完全汽化成相互远离的气态原子时吸收的能量 金属的原子化热越大 金属键越强 3 金属键的强弱比较金属键的强度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 原子半径越小 价电子数越多 金属键越强 4 金属键对物质性质的影响 1 金属键越强 晶体熔 沸点越高 2 金属键越强 晶体硬度越大 5 金属键无方向性和饱和性 特别提醒 晶体在熔化过程中 金属键要断裂 在受外力作用下 各层之间发生相对滑动 但金属键并不被破坏 物质结构理论推出 金属键越强 其金属的硬度越大 熔 沸点越高 且据研究表明 一般说来 金属原子半径越小 价电子数越多 则金属键越强 由此判断下列说法错误的是 双选 A 镁的硬度大于铝的硬度B 镁的熔 沸点低于钙的熔 沸点C 镁的硬度大于钾的硬度D 钙的熔 沸点高于钾的熔 沸点 思路点拨 分析镁 铝 钾 钙的金属键的强弱 再分析其与物理性质的关系 即分析四种金属离子半径的大小及价电子数的多少 判断金属键的相对强弱 解析 根据题目所给信息 镁和铝的电子层数相同 价电子数Al Mg 离子半径Al3 Mg2 Al的硬度大于镁 镁 钙价电子数相同 但离子半径Ca2 Mg2 金属键强度Mg Ca 所以B不正确 用以上比较方法可推出 离子电荷数Mg2 K 离子半径Mg2 Na K 所以金属键强度Mg K 硬度Mg K 所以C正确 钙和钾元素位于同一周期 价电子数Ca K 离子电荷数Ca2 K 离子半径K Ca2 金属键强度Ca K 熔点Ca K 所以D正确 答案 AB 规律方法 金属晶体的成键粒子是金属阳离子和自由电子 它们之间靠金属键联系 金属键影响金属晶体的物理性质 如熔点 沸点 硬度等 因此 分析金属晶体性质的变化 应从分析金属晶体内部存在的金属键的强弱入手 即分析金属元素原子的半径大小和单位体积内自由移动电子数目的多少 变式训练1下列有关金属键的叙述错误的是 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 解析 选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 金属键中的电子属于整块金属共用 金属键是金属阳离子和自由电子之间强烈的相互作用 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 金属的性质及固体形成都与金属键有关 1 金属晶体的性质 1 良好的导电 导热性和延展性 2 熔沸点 金属键越强 熔 沸点越高 同周期金属单质 从左到右 如Na Mg Al 熔 沸点升高 同主族金属单质 从上到下 如碱金属 熔 沸点降低 合金的熔 沸点比其各成分金属的熔 沸点低 金属晶体熔点差别很大 如汞常温下为液体 熔点很低 38 9 而铁等金属熔点很高 1535 特别提醒 金属晶体熔点变化差别较大 如 汞在常温下是液体 熔点很低 38 9 而铁等金属熔点很高 1535 这是由于金属晶体紧密堆积方式 金属阳离子与自由电子之间的相互作用不同而造成的差别 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 相互作用力就越大 熔点就会相应升高 例如 熔点KNa K Rb Cs 2 金属晶体的原子堆积模型 结合金属晶体的结构和性质 回答以下问题 1 已知下列金属晶体 Na Po K Fe Cu Mg Zn Au其堆积方式为 简单立方堆积的是 体心立方堆积的是 六方最密堆积的是 面心立方最密堆积的是 2 根据下列叙述 判断一定为金属晶体的是 A 由分子间作用力形成 熔点很低B 由共价键结合形成网状晶体 熔点很高C 固体有良好的导电性 传热性和延展性 3 下列关于金属晶体的叙述正确的是 A 常温下 金属单质都以金属晶体形式存在B 金属阳离子与自由电子之间的强烈相互作用 在一定外力作用下 不因形变而消失C 钙的熔 沸点高于钾D 温度越高 金属的导电性越好 解析 1 简单立方堆积的空间利用率太低 只有金属Po采取这种方式 体心立方堆积是上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中 这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积的高 多数金属是这种堆积方式 六方最密堆积按ABAB 方式堆积 面心立方最密堆积按ABCABC 方式堆积 六方最密堆积常见金属为Mg Zn Ti 面心立方最密堆积常见金属为Cu Ag Au 2 A项属于分子晶体 B项属于原子晶体 而C项是金属的通性 3 常温下 Hg为液态 A错 因为金属键无方向性 故金属键在一定范围内不因形变而消失 B正确 钙的金属键强于钾 故熔 沸点高于钾 C正确 温度升高 金属的导电性减弱 D错 答案 1 Po Na K Fe Mg Zn Cu Au 2 C 3 BC 变式训练2下列各组中的金属 都是面心立方堆积的是 A Mg Zn Ti AuB Au Ag Cu AlC Na K Cr WD Au Ag Cr W解析 选B A项中Mg Zn Ti属于六方堆积 Au为面心立方堆积 C中全为体心立方堆积 D中Au Ag为面心立方堆积 Cr W为体心立方堆积 1 晶体的结构 在微观空间里晶体原子是有序排列的 因此 描述其排列方式时 只需在晶体微观空间里取出一个基本单元即可 一般来说 晶胞都是平行六面体 整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞 无隙并置 而成 所谓 无隙 是指相邻晶胞之间没有任何空隙 所谓 并置 是指所有晶胞都是平行排列的 取向相同 2 晶胞中原子数或化学式的计算 在晶体结构中 晶胞只是晶体微观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的原子种类 个数及几何排列是完全相同的 因而 晶胞顶点原子被8个晶胞共用 晶胞棱上的原子被4个晶胞共用 晶胞面上的原子被两个晶胞共用 如图所示 金晶体的最小重复单元 也称晶胞 是面心立方体 即在立方体的8个顶点上各有一个金原子 各个面的中心有一个金原子 每个金原子被相邻的晶胞所共有 金原子的直径为d 用NA表示阿伏加德罗常数的值 M表示金的摩尔质量 1 金晶体每个晶胞中含有 个金原子 2 欲计算一个晶胞的体积 除假定金原子是刚性小球外 还应假定 3 一个晶胞的体积是 4 金晶体的密度是 规律方法 通过晶胞的学习考查同学们的空间想象能力 应将实际问题转化为数学模型 即将复杂的晶体结构转化为直观的几何图形 该晶胞 实际 拥有的铜原子数是 个 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D 简单立方晶胞 此晶胞立方体的边长为acm Cu的相对原子质量为64g mol 1 金属铜的密度为 g cm3 则阿伏加德罗常数为 用a 表示 探究整合应用 晶体的堆积方式金属晶体的四种堆积模型对比 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 为六方堆积 为体心立方 为面心立方B 每个晶胞含有的原子数分别为 1个 2个 2个 4个C 晶体中原子的配位数分别为 6 8 8 12D 空间利用率的大小关系 B项正确 晶胞 中原子的配位数应为12 其他判断正确 C项不正确 四种晶体的空间利用率分别为52 68 74 74 所以D项不正确 应为 故正确答案为B 答案 B 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全