第三节金属晶体

1.已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别为(

)A．14、6

B．14、8C．4、8 D．4、12答案：

D

变式：已知铜的晶胞结构如图所示，则一个铜晶胞的质量为

；假如铜原子半径为r厘米，则晶胞的边长为

；晶胞的体积为

。变式：已知体心立方晶胞和简单立方晶胞结构如图所示，则一个晶胞的质量为

；假如铜原子半径为r厘米，则晶胞的边长为

；晶胞的体积为

。第三节金属晶体19世纪中叶的一个冬天，驻守在彼得堡的俄军发棉衣时发现，成千上万套棉衣上的扣子都没有了。俄皇大发雷霆，要把负责监制军服的大臣问罪。但所有军服都是钉了扣子的，为什么都丢了呢？原来，这些扣子是用锡做成的，而锡一遇低温，就会变成粉末，这种现象叫“锡疫”。一般情况下，只要在13.2℃以下，锡就会变成粉末。当时是彼得堡的初冬，气温很低，锡当然都“化”了。那么，锡为什么会发生“锡疫”？在发生“锡疫”前，锡原子之间是如何结合在一起的呢？1．了解金属键的含义——“电子气”理论。2．能用金属键理论解释金属的物理性质。3．了解金属晶体的原子堆积模型。1．金属键(1)概念：金属原子脱落下来的

形成遍布整块晶体的“

”，被所有原子共用，从而把所有

维系在一起。(2)成键微粒是

和

。2．金属晶体(1)在金属晶体中，原子间以

相结合。(2)金属晶体的性质：优良的

、

和

。电子气金属阳离子自由电子金属键导电性导热性延展性金属原子价电子(3)用电子气理论解释金属的性质。(2)金属具有导电性、导热性和延展性的原因①延展性：当金属受到外力作用时，晶体中各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，而且弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚球之间润滑剂的作用，即金属的离子和自由电子之间的较强作用仍然存在，因而金属都有良好的延展性。②导电性：金属内部的原子之间的“电子气”的流动是无方向性的，在外加电场的作用下，电子气在电场中定向移动形成电流。③金属的热导率随温度的升高而降低，是由于电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞的缘故。(3)金属导电与电解质溶液导电的比较运动的微粒过程中发生的变化温度的影响金属导电自由电子物理变化升温，导电性减弱电解质溶液导电阴、阳离子化学变化升温、导电性增强(4)影响金属熔点、硬度的因素一般地，熔点、硬度等取决于金属晶体内部作用力的强弱。一般来说，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部作用力越强，晶体熔点越高，硬度越大。1．下列说法正确的是(

)A．金属的通性表明金属具有类似的内部结构和相同的化学键类型B．金属原子之间的相互作用即为金属键C．电子很小，不可能是形成化学键的微粒D．金属键的强弱与金属阳离子的半径无关解析：

金属具有特殊的金属光泽、导电性、导热性及延展性等通性，多数金属具有较高的密度、硬度、熔点和沸点。这些共同性质表明金属具有类似的内部结构和相同的化学键类型。金属阳离子与自由电子之间存在着较强的相互作用，这种相互作用称为金属键。金属晶体中金属阳离子半径越小，离子电荷数越多，其金属阳离子与自由电子间的作用力越强。答案：

A1．二维空间模型(1)非密置层配位数为

，如图所示：4(2)密置层配位数为

，如图所示：62．三维空间模型(1)非密置层在三维空间堆积①简单立方堆积相邻非密置层原子的原子核在

的堆积，空间利用率太低，只有金属

采用这种堆积方式。同一直线上Po②体心立方堆积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。这种堆积方式所得的晶胞是一个含有两个原子的立方体，一个原子在立方体的

，另一个原子在立方体的

，其空间的利用率比简单立方堆积高，碱金属属于这种堆积方式。中心顶点(2)密置层在三维空间堆积①六方最密堆积如图所示，按

……的方式堆积。ABABABAB②面心立方最密堆积如图所示，按

……的方式堆积。ABCABCABC金属晶体的原子堆积模型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非密置层简单立方堆积Po(钋)52%6体心立方堆积(bcp)Na、K、Fe68%8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非密置层密置层六方最密堆积(hcp)Mg、Zn、Ti74%12面心立方最密堆积(ccp)Cu、Ag、Au74%122011·武汉高二质检)物质结构理论指出：金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用，叫金属键。金属键越强，其金属的硬度越大，熔沸点越高。根据研究表明，一般来说，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(

)A．镁的硬度大于铝 B．镁的熔、沸点高于钙C．镁的硬度大于钾 D．钙的熔、沸点高于钾思路指引：解答本题时要注意以下两点：(1)金属晶体熔、沸点高低决定于金属键的强弱。(2)金属阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强。此题考查的是金属晶体的性质，如硬度、熔沸点的比较，比较依据：看价电子数和原子半径，价电子数：Mg<Al，Mg＝Ca，Mg>K，K<Ca；原子半径：Mg>Al，Mg<Ca，Mg<K，K>Ca，综合分析：镁的硬度小于铝；镁的熔、沸点高于钙；镁的硬度大于钾；钙的熔、沸点高于钾。故A错误。答案：

A金属晶体的熔点变化规律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，所带的电荷数越多，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。1.按下列四种有关性质的叙述，可能属于金属晶体的是(

)A．由分子间作用力结合而成，熔点低B．固体或熔融后易导电，熔点在1000℃左右C．由共价键结合成网状结构，熔点高D．固体不导电，但溶于水或熔融后能导电答案：

B

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．①为简单立方堆积，②为镁型，③为钾型，④为铜型B．每个晶胞含有的原子数分别为：①1个，②2个，③2个，④4个C．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：①＜②＜③＜④思路指引：本题考查了金属晶体的堆积方式。准确理解并记忆金属晶体的四种常见堆积方式是解答本题的关键。答案：

B2．下列几种金属晶体中，原子堆积方式与另外三种不同的是(

)A．钠B．钾C．铁 D．铜解析：

钠、钾、铁的原子堆积方式都是非密置层的一种堆积方式，即钾型，而铜属于密置层的一种堆积方式。方法技巧：在金属原子的堆积模式中应该特别注意非密置层和密置层的堆积模式和典型代表物，应用这些现有知识就可以解决一些金属晶体中原子堆积模式。再有就是应该注意在几种堆积模式中，晶胞中原子数目的计算。答案：

DC60、金刚石和石墨的结构模型如下图所示(石墨仅表示其中的一层结构)：(1)C60、金刚石和石墨三者的关系互为________。A．同分异构体 B．同素异形体C．同系物 D．同位素(2)固态时，C60属于________(填“原子”或“分子”)晶体，C60分子中含有双键和单键，推测C60跟F2________(填“能”或“否”)发生加成反应。(3)硅晶体的结构跟金刚石相似，1mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是________NA个。二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入一个氧原子。二氧化硅的空间网状结构中，硅、氧原子形成的最小环上氧原子数目是_____。(4)石墨层状结构中，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是________个。答案：

(1)B

(2)分子能(3)2

6

(4)2石墨与金刚石(1)石墨①石墨的晶体结构石墨是层状结构的晶体，在每一层内，碳原子排列成六边形，一个个六边形排列成平面的网状结构，每一个碳原子都跟其他三个碳原子相结合。在同一层内，相邻的碳原子以共价键相结合，层与层之间以分子间作用力相结合。石墨晶体中每个碳原子提供五个电子参加成键形成平面网状结构，碳原子最外层上的另一个电子成为自由电子，并通过自由电子在层间产生范德华力。石墨的很多性质与自由电子有关。②石墨晶体不是原子晶体，而是原子晶体与分子晶体之间的一种过渡型晶体。③石墨晶体的物理性质由于石墨晶体结构的特殊性，它的物理性质为熔点很高，有良好的导电性，还可作润滑剂。(2)石墨与金刚石的比较金刚石石墨晶体类型原子晶体混合晶体构成微粒碳原子碳原子微粒间的作用力C—C共价键C—C共价键分子间作用力碳原子的杂化方式sp3杂化sp2杂化碳原子成键数43碳原子有无剩余价电子无有一个2p电子配位数43晶体结构特征正四面体空间网状结构平面六边形层状结构金刚石石墨晶体结构物理性质高熔点、高硬度、不导电熔点比金刚石还高，质软、滑腻、易导电最小碳环六元环、不共面六元环、共面①石墨具有原子晶体的一些性质，熔点比金刚石高。②质软、滑腻：石墨晶体是层状结构，层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的，而范德华力很弱，使石墨具有质软、滑腻的性质。因此石墨又具有分子晶体的一些性质。③导电性：由于石墨晶体中碳原子采取sp2杂化，三个sp2杂化轨道都参与形成C—C共价键，每个碳原子还有一个未参加杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面，每个碳原子剩余的2p电子在整个碳原子平面中运动，被所有碳原子共用，因此石墨的导电性只能沿石墨平面方向(即导电的各向异性)。石墨有金属键，具有金属晶体的一些性质。3.在金刚石晶体中碳原子数与化学键数之比为________。在石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的化学键数为________，该晶体中碳原子数与化学键数之比为________。金刚石晶体与石墨晶体中的碳碳键长(d)相比较，d石墨________d金刚石(填“>”、“＝”或“<”)。答案：

1∶2

3

2∶3

<1．不能用金属键理论解释的是(

)A．导电性B．导热性C．延展性 D．锈蚀性解析：金属键是金属阳离子与自由电子之间的静电作用，它决定了金属晶体的一些性质，可以解释金属晶体的导电性、导热性、延展性等金属晶体的物理性质，但不能解释其化学性质，例如锈蚀性。答案：

D2．下列对各组物质性质的比较中，正确的是(

)A．熔点：Li<Na<KB．导电性：Ag>Cu>Al>FeC．密度：Na>Mg>AlD．空间利用率：体心立方堆积<六方最密堆积<面心立方最密堆积解析：同主族的金属单质，原子序数越大，熔点越低，这是因为它们的价电子数相同，随着原子半径的增大，金属键逐渐减弱，所以A选项不对；Na、Mg、Al是同周期的金属单质，密度逐渐增大，故C项错误；不同堆积方式的金属晶体空间利用率分别是：简单立方堆积52%，体心立方最密堆积68%，六方最密堆积和面心立方最密堆积均为74%，因此D项错误；常用的金属导体中，导电性最好的是银，其次是铜，再次是铝、铁，所以B选项正确。答案：

B

3．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少 B．金属晶体中有自由电子C．金属原子半径大 D．金属键没有饱和性和方向性解析：金属晶体有多种堆积方式主要是由于金属键无饱和性和方向性。答案：

D4．教材中给出了几种晶体的晶胞如图所示：所示晶胞分别表示的物质正确的排序是(

)A．碘、锌、钠、金刚石 B．金刚石、锌、碘、钠C．钠、锌、碘、金刚石 D．锌、钠、碘、金刚石解析：

第一种晶胞为体心立方堆积，钾、钠、铁等金属采用这种堆积方式——钾型；第二种晶胞为六方堆积，镁、锌、钛等金属采用这种堆积方式——镁型；组成第三种晶胞的粒子为双原子分子，是碘；第四种晶胞的粒子结构为正四面体结构，为金刚石。答案：

C5．判断下列晶体类型。(1)SiI4：熔点120.5℃，沸点271.5℃，易水解__________。(2)硼：熔点2300℃，沸点2550℃，硬度大___________。(3)硒：熔点217℃，沸点685℃，溶于氯仿____________。(4)锑：熔点630.74℃，沸点1750℃，导电_