新教材2025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学生用书苏教版选择性必修2

第一单元金属键金属晶体课程目标1．知道金属键的特点与金属某些性质的关系。2．了解晶体、晶胞的概念，相识金属晶体中微粒间的积累方式，能从晶胞的角度相识晶体的内部结构。图说考点基础知识自学·思记·尝试[新知预习]一、金属键与金属特性1．金属键2．金属特性性质说明导电性在外电场作用下，自由电子将会发生________，形成电流导热性金属受热时，________与________的碰撞频率增加，________把能量传给________，从而把能量从温度高的区域传到温度低的区域延展性金属键没有方向性，在外力作用下，金属原子之间发生相对滑动时，各层金属原子之间仍旧保持________的作用，不会断裂二、金属晶体1．晶胞反映晶体结构特征的________________。2．金属晶体的常见积累方式(1)二维空间内的两种积累方式积累方式________________图示(2)三维空间内的四种积累方式积累方式晶胞实例简洁立方积累如________体心立方积累如________等面心立方积累如________等六方积累如________等3.晶胞中所含有的原子数目的计算方法4．合金定义一种________与另一种或几种________(或________)的融合体性能合金的熔点一般比各成分金属__________合金比各成分金属具有更好的硬度、强度和机械加工性能[即时性自测]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间的剧烈的静电吸引作用C．自由电子属于整块金属D．金属的物理性质和金属固体的形成都与金属键有关2．下列叙述中，不正确的是()A．金属元素在化合物中一般显正价B．金属元素的单质在常温下均为晶体C．金属晶体有良好延展性，因为金属键无方向性D．构成金属的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动3．金属的下列性质中与金属晶体无关的是()A．良好的导电性B．反应中易失电子C．良好的延展性D．良好的导热性4．金属原子在二维空间里的放置有如图所示的两种方式，下列说法中正确的是()A．图(a)为非密置层，配位数为6B．图(b)为密置层，配位数为4C．图(a)在三维空间里积累可得六方最密积累和面心立方最密积累D．图(b)在三维空间里积累仅得简洁立方积累5．如图所示为甲、乙两种晶体的晶胞：甲晶体的化学式(X为阳离子)为__________，乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比__________。6．元素X位于第4周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示。(1)在1个晶胞中，X离子的数目为________。(2)该化合物的化学式为________。技能素养合作·探究·共享提升点一金属键强弱与金属性的变更[例1]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剧烈作用，在肯定外力作用下，不因形变而消逝C．钙的熔沸点低于钾D．温度越高，金属的导电性越好状元随笔金属键没有方向性，其强弱取决于金属原子半径大小和价电子数目多少。[提升1]在金属晶体中，假如金属原子的价电子数越多，原子半径越小，自由电子与金属阳离子间的作用力越大，金属的熔沸点越高。由此推断下列各组金属熔沸点凹凸依次，其中正确的是()A．Mg>Al>CaB．Al>Na>LiC．Al>Mg>CaD．Mg>Ba>Al[关键实力]金属键的强弱与金属性质的变更1．金属键的特征金属键无方向性和饱和性。晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子，而几乎是匀称地分布在整块晶体中，因此晶体中存在全部金属阳离子与全部自由电子之间“充溢”的电性作用，这就是金属键，因此金属键没有方向性和饱和性。2．金属键的强弱比较一般来说，金属键的强度主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。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。3．金属键对物质性质的影响①金属键越强，晶体的熔、沸点越高。②金属键越强，晶体的硬度越大。例如，对Na、Mg、Al而言，由于价电子数：Al>Mg>Na，原子半径：Na>Mg>Al，故金属键由强到弱的依次是Al>Mg>Na，故熔点：Na<Mg<Al(97.8℃<648.9℃<660.4℃)，硬度：Na<Mg<Al。状元随笔金属晶体的性质及变更规律：(1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。(2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点上升。②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。提升点二晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定[例2]元素X的某价态离子Xn＋中全部电子正好充溢K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶体结构如图所示。(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)该晶体中Xn＋离子中n＝________________________________________________________________________。(3)X元素的原子序数是________________________________________________________________________。(4)晶体中每个N3－被______个等距离的Xn＋离子包围。[提升2](1)某晶体的晶胞的结构如图所示，8个顶点被X原子()占据，每个面中心被Y原子()占据，立方体体心被Z原子(*)占据。则晶体中X、Y、Z原子个数比为________。(2)如图所示为甲、乙两种晶体的晶胞结构：试推断甲晶体的化学式(X为阳离子)为________，乙晶体中每个D四周结合E的个数是________。[关键实力]晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定1．晶体化学式含义一般地，晶体的化学式表示的是晶体(也可以说是晶胞)中各类原子或离子的最简整数比。2．均摊法确定晶胞中粒子的个数如晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有1n属(1)长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献。(2)六方晶胞中不同位置粒子对晶胞的贡献。(3)晶胞中粒子数目的计算要先依据详细状况分析晶胞中的粒子在晶胞中的位置以及为几个晶胞所共有，然后运用均摊法详细计算。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点碳原子被三个六边形共有，每个六边形占有该原子的13，则每个六元环占有的碳原子数为6×1状元随笔晶体的化学式表示的是晶体(或晶胞)中各类原子或离子的最简整数比，由晶胞构成的晶体，其化学式并不是表示一个分子中含有多少个原子。提升点三金属晶体的原子积累模型分析[例3]有四种不同积累方式的金属晶体的晶胞如下图所示，有关说法正确的是()A．a为简洁立方积累，b为六方最密积累，c为体心立方积累，d为面心立方最密积累B．每个晶胞含有的原子数分别为a：1个，b：2个，c：2个，d：4个C．晶胞中原子的配位数分别为a：6，b：8，c：8，d：12D．空间利用率的大小关系为a<b<c<d[提升3]金晶体的最小重复单元(也称晶胞)如图所示，金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。(1)金晶体的原子积累模型为________________。(2)金晶体的每个晶胞中含有________个金原子。(3)欲计算1个金晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定________________________________________________________________________。(4)1个晶胞的体积是________。(5)金晶体的密度是________。状元随笔原子积累模型的几个重要概念(1)紧密积累微粒间的作用力使微粒尽可能地相互接近，使它们占有最小空间。(2)空间利用率空间被晶格质点占据的百分数。用来表示紧密积累的程度。(3)配位数在紧密积累中，一个原子或离子四周距离最近且相等的原子或离子数目称为配位数。[关键实力]金属晶体的四种积累模型分析积累模型接受这种积累的典型代表空间利用率配位数晶胞晶胞中原子数简洁立方积累Po52%61体心立方积累Na、K、Fe68%82六方最密积累Mg、Zn、Ti74%122面心立方最密积累Cu、Ag、Au74%124状元随笔六方最密积累的晶胞是平行六面体但不是立方体，底面中的角度不是90°，而是60°和120°，晶胞内的原子不是在晶胞的中心。形成性自评1．合金是金属与一些非金属或其他金属在熔化状态下形成的一种熔合物，依据下表中供应的数据，推断可以形成合金的是()金属或非金属钠铝铁硅硫熔点/℃97.8660.415351410112.8沸点/℃883246727502353444.6A．铝与硅B．铝与硫C．钠与硫D．钠与硅2．下列有关叙述正确的是（）A．用铂金做首饰不能用金属键理论说明B．固态和熔融时易导电，熔点在1000℃左右的晶体可能是金属晶体C．铜镍合金的硬度和熔点都比铜和镍高D．晶体中有阳离子肯定有阴离子3．关于金属的性质和具有该性质的缘由描述不正确的是()A．金属一般具有金属光泽，是物理性质，与金属键没有关系B．金属具有良好的导电性，是因为在外电场的作用下“自由电子”定向移动形成电流，所以金属易导电C．金属具有良好的导热性，是因为“自由电子”在受热后，加快了运动速率，“自由电子”通过与金属阳离子发生碰撞，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4．要使金属晶体熔化必需破坏其中的金属键。金属晶体的熔、沸点凹凸和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键与金属元素的原子半径和单位体积内自由电子的数目有关。由此推断下列说法中正确的是()A．金属镁的硬度大于金属铝B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是渐渐上升的C．金属镁的熔点大于金属钠D．金属镁的硬度小于金属钙5．如图所示为几种物质的晶胞结构示意图，下列说法正确的是（）A．X的化学式为MgB3B．Y的化学式为Li2OC．Z中A、B、C的个数比是3∶9∶4D．W的化学式为Mn2Bi6．金属晶体中金属原子有三种常见的积累方式：六方积累、面心立方积累和体心立方积累。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()A．3∶2∶1B．11∶8∶4C．9∶8∶4D．21∶14∶97．金属铁有δ、γ、α三种结构，各晶胞如图。下列说法不正确的是（）A．三种晶胞中实际含有的铁原子的个数之比为2∶4∶1B．三种晶胞中铁原子的配位数之比为1∶3∶2C．三种晶体结构中，空间利用率最大的是γ－FeD．若δ－Fe晶胞边长为acm，α－Fe晶胞边长为bcm，则两种晶体密度比为2b3∶a38．石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图所示，M原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为____，该材料的化学式为________。9．(1)如图Ⅰ、Ⅱ所示为二维平面晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是__________。(2)图Ⅲ为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是________个。②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③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)。10．铝单质晶体中原子的积累方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。若已知铝的原子半径为d，NA表示阿伏加德罗常数，铝的摩尔质量为M，请回答：(1)晶胞中铝原子的配位数为________，一个晶胞中铝原子的数目为________。(2)该晶体的密度为________(用字母表示)。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基础学问新知预习一、1．金属离子自由电子原子半径自由电子2．定向运动自由电子金属离子(或金属原子)自由电子金属离子(或金属原子)金属键二、1．基本重复单位2．(1)非密置层密置层(2)钋钠、钾、铬金、银、铜、铅镁、锌、钛3．8个4个2个4．金属金属非金属低即时性自测1．解析：金属键没有方向性和饱和性，A项正确；金属键是金属阳离子和自由电子之间的剧烈相互作用，既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也包括金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用，B项错误；自由电子属于整块金属，C项正确；金属的物理性质和金属固体的形成都与金属键有关，D项正确。答案：B2．解析：因金属原子的最外层电子数很少，且原子核对外层电子的引力小，金属原子一般只能失电子，不能得电子，所以在化合物中一般显正价，A项正确；Hg在常温下为液态，B项错误；金属晶体有延展性是因为金属键无方向性，C项正确；自由电子是由金属原子供应的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，属于整块固态金属，D项正确。答案：B3．解析：选项A、C、D都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体所确定的；选项B，金属易失电子是由原子的结构确定的，所以和金属晶体无关。答案：B4．解析：图(a)为密置层，配位数为6，A错误；图(b)为非密置层，配位数为4，B错误；密置层在三维空间里积累可得六方最密积累和面心立方最密积累，则图(a)在三维空间里积累可得六方最密积累和面心立方最密积累，C正确；图(b)在三维空间里积累可得简洁立方积累和体心立方积累，D错误。答案：C5．解析：利用均摊法找出晶胞中每个位置的微粒的利用率。甲中X位于立方体体心，有1个，Y位于立方体顶点，实际有18×4个＝12个，X、Y的个数比为1∶12＝2∶1，故甲的化学式为X2Y。乙中A有18×4个＝答案：X2Y1∶6∶26．解析：X为Zn元素、Y为S元素，从晶胞图分析，一个晶胞中含有X离子的数目为8×18＋6×1答案：(1)4(2)ZnS技能素养例1解析：常温下汞为液体，A错误；金属键没有方向性，不会因为形变而消逝，B正确；Ca的原子半径小，价电子数多，金属键比K强，熔沸点比K高，C错误；温度越高，金属导电实力越弱，D错误。答案：B提升1解析：电荷数Al3＋>Mg2＋＝Ca2＋＝Ba2＋>Li＋＝Na＋，金属阳离子半径：r(Ba2＋)>r(Ca2＋)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)>r(Li＋)，则C正确；B中Li>Na，D中Al>Mg>Ba。答案：C例2解析：(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×14＝3个，N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×1(2)由晶体的化学式X3N知X所带的电荷数为1。(3)因为K、L、M三个电子层充溢，故为2、8、18，所以X的原子序数是29。(4)N3－位于晶胞顶角，故其被6个X＋在上、下、左、右、前、后包围。答案：(1)3∶1(2)1(3)29(4)6提升2解析：题目所给的立方体表示一个晶胞的结构，可用均摊法计算晶胞中各原子的个数。每个晶胞中有8个X原子，但每个X原子被8个晶胞共有，则每个晶胞中平均占有的X原子的个数为18×8＝1；每个面上的Y原子被2个晶胞共有，则每个晶胞中平均占有的Y原子的个数为1解析：依据均摊法，甲中X位于立方体体心，个数为1，Y位于立方体顶角，个数为18×4＝12，X与Y的个数比为1∶12＝2∶1，故甲的化学式为答案：(1)1∶3∶1(2)X2Y8例3解析：a为简洁立方积累，b为体心立方积累，c为六方最密积累，d为面心立方最密积累，A项错误；每个晶胞含有的原子数分别为a：8×18＝1，b：8×18＋1＝2，c：4×16＋4×112＋1＝2，d：8×答案：B提升3解析：(1)由图示可知该积累方式为面心立方最密积累。(2)由金晶体晶胞结构，可求出每个晶胞中所拥有的金原子个数，即8×18＋6×1(4)如图是金晶体中原子之间相互位置关系的平面图，AC为金原子直径的2倍，AB为立方体的边长，可知AB为2d，所以一个晶胞的体积为(2d)3＝22d3。(5)1个晶胞的质量等于4个金原子的质量，所以ρ＝4MNA答案：(1)面心立方最密积累(2)4(3)每个面心的原子和4个顶点的原子相互接触(4)22d3(5)2形成性自评1．解析：能发生反应的物质不能形成合金，故B、C两项错误；钠的沸点远低于硅的熔点，当硅熔化时，钠已经变为气态，故它们不能形成合金，D项错误。答案：A2．解析：用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性，能用金属键理论说明，A错误；金属晶体在固态和熔融时能导电，其熔点差异很大，故题设条件下的晶体可能是金属晶体，B正确；一般而言合金的熔点降低，硬度增大，C错误；金属晶体的组成粒子是金属离子和自由电子，所以金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，D错误。答案：B3．解析：当可见光照耀到金属表面时，金属键中的“自由电子”能够汲取全部频率的光并很快放出，使得金属不透亮并具有金属光泽，与金属键有关系，故A错误；金属内部有“自由电子”，当有外加电场时，电子定向移动形成电流，故B正确；金属中的“自由电子”受热后运动速率增大，与金属离子碰撞频率增大，传递了能量，故金属有良好的导热性，故C正确；当金属晶体受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会变更原来的排列方式，而在此过程中“自由电子”能够维系整个金属键的存在，金属键不断裂，所以表现出良好的延展性，故D正确。答案：A4．解析：镁的原子半径大于铝，而金属镁单位体积内自由电子的数目比金属铝的少，所以金属镁的金属键比金属铝的弱，熔、沸点比金属铝的低，硬度比金属铝的小；从Li到Cs，原子的半径渐渐增大，单位体积内自由电子的数目渐渐削减，金属键渐渐减弱，熔、沸点渐渐降低，硬度渐渐减小；同理可得金属镁的熔点比金属钠的高，硬度比金属钙的大。答案：C5．解析：X晶胞中Mg的个数＝12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＝3，B的个数为6，Mg、B个数之比为3∶6＝1∶2，其化学式为MgB2，A错误；Y晶胞中Li的个数为8，O的个数＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，则Li、O个数之比为8∶4＝2∶1，其化学式为Li2O，B正确；Z晶胞中B的个数＝6×eq\f(1,4)＋3×eq\f(1,6)＝2，A的个数＝6×eq\f(1,12)＝eq\f(1,2)，C的个数为1，则A、B、C的个数之比为eq\f(1,2)∶2∶1＝1∶4∶2，C项错误；W晶胞中，Mn的个数＝12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋1＋6×eq\f(1,3)＝6，Bi的个数为6，所以Mn、Bi个数之比为6∶6＝1∶1，其化学式为MnBi，D项错误。答案：B6．解析：a晶胞中原子个数：12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋3＝6(个)；b晶胞