2019版高中化学 第3章第2节 金属晶体与离子晶体 第1课时学案 鲁科版选修3.doc

1第第 1 1 课时课时 金属晶体金属晶体学习目标定位 1.进一步熟悉金属晶体的概念和特征，能用金属键理论解释金属晶体的物理性质。2.知道金属晶体中晶胞的堆积方式。3.学会关于金属晶体典型计算题目的分析方法。一、金属晶体及常见金属晶体的结构型式1金属晶体(1)金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。(2)金属键是指金属阳离子和自由电子之间的强的相互作用。(3)由于自由电子为整个金属所共有，所以金属键没有方向性和饱和性，从而导致金属晶体最常见的结构型式具有堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间等特点。2常见金属晶体的结构型式金属晶体可看作是金属原子在三维空间(一层一层地)堆积而成。其堆积模式有以下四种。这四种堆积模式又可以根据每一层中金属原子的二维放置方式不同分为两类：非密置层堆积(包括简单立方堆积和体心立方密堆积)，密置层堆积(包括六方最密堆积和面心立方最密堆积)。填写下表：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简单立方堆积Po(钋)652%1非密置层体心立方密堆积(A2型)Na、K、Fe868%2六方最密堆积(A3型)Mg、Zn、Ti1274%6密置层面心立方最密堆积(A1型)Cu、Ag、Au1274%42(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，并以密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。(2)堆积模型例 1 下列有关金属晶体的堆积模型的说法正确的是( )A金属晶体中的原子在二维空间有三种放置方式B金属晶体中非密置层在三维空间可形成两种堆积方式，其配位数都是 6C镁型堆积和铜型堆积是密置层在三维空间形成的两种堆积方式D金属晶体中的原子在三维空间的堆积有多种方式，其空间利用率相同答案 C解析 A 项，金属晶体中的原子在二维空间只有非密置层和密置层两种放置方式；B 项，非密置层在三维空间可形成简单立方堆积和体心立方堆积两种堆积方式，其配位数分别是 6和 8；D 项，金属晶体中的原子在三维空间有四种堆积方式，其中镁型和铜型堆积的空间利用率较高。规律总结金属晶体的空间利用率大小关系为简单立方堆积K，所以金属键：Ca>K，故熔、沸点：Ca>K，A 项错误；Hg 在常温下为液态，B 项错误；含有阳离子的化合物是离子化合物，一定含有阴离子，C 项错误；在外力作用下，金属原子的密堆积层发生相对滑动，因“自由电子”属于整个金属，故金属键不会因形变而消失，D 项正确。4下列对各物质性质的比较中正确的是( )A熔点：LiNaKB导电性：AgCuAlFeC密度：NaMgAlD空间利用率：钾型镁型铜型答案 B解析 按 Li、Na、K 的顺序，金属键逐渐减弱，熔点逐渐降低，A 项错；按 Na、Mg、Al 的顺序，密度逐渐增大，C 项错；不同堆积方式的金属晶体空间利用率：简单立方为 52%，钾型为 68%，镁型和铜型均为 74%，D 项错；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，B 项正确。85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 1 000 左右C由共价键结合成网状结构，熔点高D固体和熔融状态不导电，但溶于水后可能导电答案 B解析 在固态和熔融状态能导电的晶体是金属晶体。题组 2 金属晶体的结构型式6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金属原子的原子半径大D金属键没有饱和性和方向性答案 D解析 这是因为借助于没有方向性和饱和性的金属键形成的金属晶体的结构中，都趋向于使原子吸引尽可能多的其他原子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。7已知某金属单质(如碱金属)晶体中原子堆积方式如图所示，则该堆积方式是( )A简单立方堆积 B体心立方堆积C六方最密堆积 D面心立方最密堆积答案 B8.关于钾型晶体(如下图所示)的结构的叙述中正确的是( )A是密置层的一种堆积方式B晶胞是六棱柱C每个晶胞内含 2 个原子D每个晶胞内含 6 个原子答案 C9解析 钾型晶体的晶胞为立方体，是非密置层的一种堆积方式，其中有 8 个顶点原子和 1 个体心原子，晶胞内含有 8× 12 个原子，选项 C 正确。1 89镁系合金是最早问世的合金之一，经 X 射线衍射实验分析得镁铜合金为面心立方结构，镁镍合金为六方最密堆积。镁系合金的优点是价格较低，缺点是要加热到 250 以上时才释放出氢气。下列有关说法不正确的是( )A金属铜的晶胞结构为B已知钛和镁的堆积方式相同，均为六方最密堆积，则其堆积方式为 C镁铜合金晶体的原子空间利用率与镁镍合金相等D镁镍合金晶体的配位数为 12答案 A解析 铜是面心立方最密堆积(结构如图所示)，而 A 项中的图为六方最密堆积，A 项不正确；钛和镁晶体是按“ABAB”的方式堆积，B 项正确；面心立方最密堆积和六方最密堆积的配位数均为 12，空间利用率均为 74%，C、D 项正确。10 X 射线金相学中记载关于铜与金可形成两种有序的金属互化物，其结构如图、所示。下列有关说法正确的是( )A图、中物质的化学式相同B图中物质的化学式为 CuAu3C图中与每个铜原子紧邻的铜原子有 3 个D设图中晶胞的边长为a cm，则图中合金的密度为 g·cm3261 NAa3答案 B10解析 图中，铜原子个数为 8× 2× 2，金原子个数为 4× 2，故化学式为 CuAu。1 81 21 2图中，铜原子个数为 8× 1，金原子个数为 6× 3，故化学式为 CuAu3。图中，铜1 81 2原子位于立方体的顶点，故紧邻的铜原子有 6 个。图中，铜原子、金原子各为 2 个，晶胞的体积为a3 cm3，密度m/V×(64197)÷a3 g·cm3 g·cm3。2 NA522 NA a311有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如下图所示，有关说法正确的是( )A为简单立方堆积，为六方最密堆积，为体心立方密堆积，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，6 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>。12铁有 、 三种晶体结构，以下依次是 、 三种晶体在不同温度下转化的示意图。下列有关说法不正确的是( )A­Fe 晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有 8 个B­Fe 晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有 12 个C­Fe 晶胞边长若为a cm，­Fe 晶胞边长若为b cm，则两种晶体密度比为b3a3D将铁加热到 1 500 分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不相同答案 C解析 ­Fe 晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有 8 个；­Fe 晶体中与每个铁11原子距离相等且最近的铁原子有 12 个；若 ­Fe 晶胞边长为a cm，­Fe 晶胞边长为b cm，则两种晶体密度比为b32a3；将铁加热到 1 500 分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不同。综合强化13金属晶体的原子堆积方式常有以下四种方式，请认真观察模型回答下列问题：(1)四种堆积模型的堆积名称依次是_、_、_、体心立方堆积。(2)图 2 与图 3 两种堆积方式中金属原子的配位数_(填“相同”或“不相同”)，图 3的表示符号为_。(3)采用图 4 堆积方式的金属的配位数是_。(4)金属镁和铜分别采取上述图示的_、_(填“图 1” “图 2” “图 3”或“图4”)。答案 (1)简单立方堆积 A3型最密堆积 A1型最密堆积 (2)相同 ABCABC (3)8 (4)图2 图 314铜和金可形成合金，请回答下列问题：(1)金属铜采取如图所示的堆积方式，可称为_堆积，则 Cu 晶体中 Cu 原子的配位数为_。12(2)元素金(Au)处于周期表中的第 6 周期，与 Cu 同族，Au 原子最外层电子排布式为_；一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积的结构，在晶胞中 Cu 原子处于面心、Au 原子处于顶点位置，则该合金中 Cu 原子与 Au 原子数量之比为_；该晶体中，原子之间的作用力是_，若该晶胞的边长为a cm，则该合金密度为_ g·cm3(阿伏加德罗常数的值为NA)。(3)上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由 Cu 原子与 Au 原子构成的四面体空隙中。若将 Cu 原子与 Au 原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与 CaF2的结构相似，该晶体储氢后的化学式应为_。答案 (1)面心立方最密 12(2)6s1 31 金属键 389 NAa3(3)H8AuCu3解析 (1)Cu 为面心立方最密堆积方式，Cu 原子周围最近且距离相等的 Cu 原子为 12 个，则Cu 的配位数为 12。(2)Au 原子最外层电子排布式可类比 Cu，只是电子层多两层，由于该合金晶体是面心立方最密堆积结构，晶胞内N(Cu)6× 3，N(Au)8× 1；1 个晶胞质量为 g，则1 21 8389 NAg·cm3。389 NAa3(3)CaF2晶胞中含有 Ca2：8× 6× 4 个，含 F8 个，所以氢原子在晶胞内有 8 个，可1 81 2以得储氢后的化学式为 H8AuCu3。15用 X 射线研究某金属晶体，测得在边长为 360 pm 的立方晶胞中含有 4 个金属原子，此时金属的密度为 9.0 g·cm3。试回答：(1)此金属晶体属于_堆积。(2)每个晶胞的质量是_g。13(3)此金属的相对原子质量为_。(4)此原子的原子半径(pm)为_。答案 (1)面心立方最密 (2)4.2×1022 (3)63.21 (4)127.28 pm解析 (1)根据题意，此金属晶胞属于面心立方晶胞类型(如图所示)，一个晶胞所含有的金属原子个数8× 6× 4。1 81 2(2)根据晶胞的边长为 360 pm，可得晶胞的体积为(3.6×108)3 cm3。根据质量密度×体积，可得晶胞的质量9.0 g·cm3×(3.6×108)3 cm34.2×1022 g。(3)金属的相对原子质量NA×原子的质量6.02×1023×4.2×1022÷463.21。(4)在面心立方晶胞中，晶胞的边长，因此，该金属原子的原子半径×360 4r224pm127.28 pm。