2019-2020学年高中化学三维设计江苏专版选修3讲义：专题3 第一单元 金属键 金属晶体 Word版含答案

第一单元金属键 金属晶体 [课标要求]1．知道金属键的涵义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。

2．能列举金属晶体的基本堆积模型。

金属键与金属特性1．金属键1.金属离子与自由电子之间强烈的相互作用，叫做金属键。

2．金属晶体有简单立方、体心立方、六方和面心立方四种堆积模型。

3．立方晶胞中微粒个数的计算。

(1)处于顶点的粒子，每个粒子有18属于该晶胞。

(2)处于棱上的粒子，每个粒子有14属于该晶胞。

(3)处于面上的粒子，每个粒子有12属于该晶胞。

(4)处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞。

1．金属导电和电解质溶液导电有什么本质区别？提示：金属导电是自由电子的定向移动，是物理变化；电解质溶液导电实际是电解过程，为化学变化。

2．金属键的成键特点是什么？提示：整块金属中的金属离子与其中的所有自由电子存在相互作用，即自由电子不属于一个或几个金属离子。

3．金属键对金属的物理性质有什么影响？提示：金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。

金属键对金属性质的影响金属的硬度和熔、沸点等物理性质与金属键的强弱有关，即与金属离子和自由电子之间的作用大小有关。

(1)同一周期，从左到右，金属元素的原子半径逐渐减小，价电子数逐渐增多，单位体积内自由电子数逐渐增多，金属键逐渐增强，金属的熔、沸点逐渐升高，硬度逐渐增大。

(2)同一主族，从上到下，金属元素原子的价电子数不变，原子半径逐渐增大，单位体积内自由电子数逐渐减少，金属键逐渐减弱，金属的熔、沸点逐渐降低，硬度逐渐减小。

(3)1 mol金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量，叫做金属的原子化热。

金属的原子化热数值越大，金属键越强。

1．与金属的导电性和导热性有关的是()A．原子半径大小B．最外层电子数C．金属的活泼性D．自由电子解析：选D金属的导电性是由于自由电子在外加电场中的定向移动造成的。

金属的导热性是因为自由电子热运动的加剧会不断和金属离子碰撞而交换能量，使热能在金属中迅速传递。

2．物质结构理论指出：金属晶体中金属离子与“自由电子”之间存在的强的相互作用，叫金属键。

金属键越强，金属的硬度越大，熔、沸点越高，一般说来金属离子半径越小，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．镁的熔点高于钙C．镁的硬度大于钾D．钙的熔点高于钾解析：选A根据题目所给条件：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、钙最外层电子数相同，但离子半径Ca2＋>Mg2＋，金属键Mg强于Ca；用以上比较方法可推出：价电子数Mg>K，离子半径Mg2＋<Ca2＋<K＋，金属键Mg>K，硬度Mg>K；钙和钾位于同一周期，价电子数Ca>K，离子半径K＋>Ca2＋，金属键Ca>K，熔点Ca>K。

金属晶体1．晶体与晶胞(1)晶体：具有规则的几何外形的固体，晶体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：能够反映晶体结构特征的基本重复单位，它在空间是连续重复延伸的。

2．金属晶体中原子的堆积方式(1)金属晶体中原子平面堆积模型金属晶体中原子是以紧密堆积的形式存在的。

(2)三维空间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。

3.合金(1)概念：由金属与金属或金属与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①合金的熔、沸点一般比组成它的各成分金属的熔、沸点低。

②形成合金后硬度、强度增大(一般情况下)。

[特别提醒](1)由于金属键没有饱和性和方向性，金属原子能从各个方向相互靠近，彼此相切，尽量紧密堆积成晶体，密堆积能充分利用空间，使晶体能量降低，所以金属晶体绝大多数采用密堆积方式。

(2)配位数是指晶体中一种微粒周围和它紧邻的其他微粒的数目。

1．常见的晶胞有几种类型？提示：长方体(正方体)晶胞和非长方体(非正方体)晶胞。

2．计算晶胞中微粒数目为什么采用均摊法？提示：晶体中的晶胞无隙并置，位于晶胞顶点上、棱上、面上的微粒，不完全归该晶胞所有，只占其中的1/n，故采用均摊法。

1．晶胞中微粒的计算方法——均摊法均摊是指每个晶胞中平均拥有的微粒数目。

若每个微粒为n个图形(晶胞)所共有，则该微粒就有1n个微粒属于该图形(晶胞)。

(1)长方体(正方体)晶胞中微粒数的计算。

(2)非长方体(非正方体)晶胞中微粒对晶胞的贡献视具体情况而定。

如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)对六边形的贡献为1 3。

2．晶胞密度的有关计算假设某晶体的晶胞如下：以M表示该晶体的摩尔质量，N A表示阿伏加德罗常数，N表示一个晶胞中所含的微粒数，a表示晶胞的棱长，ρ表示晶体的密度，计算如下：该晶胞的质量用密度表示：m＝ρ·a3用摩尔质量表示：m＝NN A M则有：ρ·a3＝NN A M，ρ＝NN A a3M1．金属晶体的形成是因为晶体中存在()A．金属离子间的相互作用B．金属原子间的相互作用C．金属离子与自由电子间的相互作用D．自由电子间的相互作用解析：选C金属晶体中存在金属离子和自由电子，其相互作用即为金属键。

2．已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au。

其堆积方式为：(1)简单立方堆积的是________；(2)体心立方堆积的是________；(3)六方最密堆积的是________；(4)面心立方最密堆积的是________。

解析：(1)采用简单立方堆积的金属为Po；(2)采用体心立方堆积的金属为K、Na、Fe；(3)采用六方最密堆积的金属有Mg、Zn；(4)采用面心立方最密堆积的有Cu、Au等。

答案：(1)Po(2)Na、K、Fe(3)Mg、Zn(4)Cu、Au3．如图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D ．简单立方晶胞(3)此晶胞立方体的边长为a cm ，Cu 的摩尔质量为64 g·mol －1，金属铜的密度为ρ g·cm－3，则阿伏加德罗常数为________(用a 、ρ表示)。

解析：(1)根据“均摊法”可计算晶胞中的原子个数：8×18＋6×12＝4。

(2)该晶胞为面心立方晶胞。

(3)根据公式ρ·a 3＝NN AM 可得： N A ＝N ρ·a 3M ，将N ＝4和M ＝64代入该式，可得N A ＝256ρ·a 3。

答案：(1)4 (2)C (3)256ρ·a 3[方法技巧][三级训练·节节过关]1．在金属晶体中，自由电子与金属离子的碰撞中有能量传递，可以由此来解释的金属的物理性质是( )A ．延展性B ．导电性C ．导热性D ．硬度解析：选C 自由电子与金属离子碰撞中有能量的传递，这表现了金属的导热性。

2. 下列金属中，金属离子与自由电子间的作用最强的是( ) A ．Na B ．Mg C ．AlD ．K解析：选C 金属原子的半径小、单位体积内自由电子数目多，则其作用力越强。

Na 、Mg 、Al 均位于第3周期，原子半径逐渐减小，价电子数目逐渐增多，所以金属键逐渐增强，其中铝的金属键最强，钠的金属键最弱，而K 和Na 位于同一主族，且K 的半径比Na 大，所以钾的金属键比钠弱。

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 ．金属离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失C ．钙的熔、沸点低于钾D ．温度越高，金属的导电性越好解析：选B A 项，Hg 在常温下为液态；D 项，金属的导电性随温度升高而降低；C 项，r (Ca)<r (K)且价电子数Ca>K ，所以金属键Ca>K ，故熔、沸点Ca>K 。

4.某离子化合物的晶胞如图所示。

阳离子位于晶胞的中心，阴离子位于晶胞的8个顶点上，则该离子化合物中阴、阳离子的个数比为( )A ．1∶8B ．1∶4C ．1∶2D ．1∶1解析：选D 阴离子位于晶胞的8个顶点，个数为8×18＝1，阳离子位于晶胞的中心，个数为1。

5．连线题。

答案：A —(4)—① B —(1)—② C —(2)—③ D —(3)—③1．金属晶体的堆积密度大，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解析：选D 因金属键没有饱和性和方向性，故在金属晶体中，原子可以尽可能多地吸引其他原子分布于周围，并以密堆积的方式排列以降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。

2．下列物质的熔、沸点依次升高的是( ) A ．Na 、Mg 、Al B ．Na 、Rb 、CsC ．Mg 、Na 、KD ．硅铝合金、单晶硅、铝解析：选A同一周期自左至右金属键增强，同一主族从上而下金属键减弱，因此，熔沸点，Na<Mg<Al，Na>Rb>Cs，Mg>Na>K；合金的熔点会低于各组分的熔点。

3．下列有关金属的叙述正确的是()A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，是由于金属离子之间有较强的作用B．通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动，而形成电流C．金属是借助金属离子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分D．金属的导电性随温度的升高而降低解析：选D金属受外力作用时变形而不易折断是因为金属晶体中各原子层会发生相对滑动，但保持金属离子与自由电子之间相互作用，故A项不正确；自由电子要在外加电场作用下才能发生定向移动产生电流，B项不正确；金属的导热性是由于自由电子碰撞金属离子将能量进行传递，故C项不正确。

4.对图中某晶体结构的模型进行分析，有关说法正确的是()A．该种堆积方式为六方最密堆积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就属于此种最密堆积方式解析：选C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。

5.关于金属钾晶体(如图)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个原子解析：选C钾晶体是非密置层的一种堆积方式，为立方体形晶胞，其中有8个顶点，一个体心，晶胞所含原子数为8×18＋1＝2。

6．要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。

金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。