2020学年高中化学第三章晶体结构与性质第三节金属晶体学案新人教版选修3

第三节金属晶体1．知道金属键的概念，能用电子气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。

3．知道金属晶体的结构微粒、微粒间作用力以及与其他晶体的区别。

金属键与金属晶体1．金属键(1)概念：“电子气理论”把金属键描述为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。

(2)成键粒子是金属阳离子和自由电子。

(3)金属键的强弱和对金属性质的影响①金属键的强弱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；反之，金属键越强。

②金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。

2．金属晶体(1)在金属晶体中，原子间以金属键相结合。

(2)金属晶体的性质：优良的导电性、导热性和延展性。

(3)用“电子气理论”解释金属的性质正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例)。

语句描述正误阐释错因或列举反例(1)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(2)金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键也被破坏(3)金属键没有饱和性和方向性(4)金属原子半径越小，价电子数越多，其金属单质熔、沸点越高，硬度越大(5)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高，分子晶体的熔点一定比金属晶体的低答案：(1)×金属键不只是强烈的静电吸引作用，还包括静电排斥作用(2)×金属键未被破坏(3)√(4)√(5)×不一定，钨的熔点比硅单质的高，汞常温下呈液态，熔点比硫单质的低题组一金属键及其特点1．下列叙述正确的是( )A．任何晶体中，若含有阳离子，就一定含有阴离子B．金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互作用C．价电子数越多的金属元素的金属性越强D．含有金属元素的离子不一定是阳离子解析：选D。

金属晶体中虽存在阳离子，但没有阴离子，A错误；金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子与自由电子间的相互作用，B错误；价电子数多的金属元素的金属性不一定强，如Fe的价电子数比Na多，但Fe的金属性却没有Na的强，C错误；含有金属元素的离子不一定是阳离子，如AlO－2是阴离子，D正确。

2．下列关于金属键的叙述中不正确的是( )A．金属键是金属阳离子和“自由电子”这两种带异性电荷的微粒间强烈的相互作用，其实质与离子键类似，也是一种电性作用B．金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性C．金属键是金属阳离子和“自由电子”间的相互作用，金属键无饱和性和方向性D．构成金属键的“自由电子”在整个金属内部的三维空间中做自由运动解析：选B。

从构成物质的基本微粒的性质看，金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，特征都是无方向性和饱和性；“自由电子”是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属中的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。

题组二金属的物理性质及原因描述3．关于金属性质和原因的描述不正确的是( )A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中金属原子共享了脱落下来的价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子通过与金属原子发生碰撞，传递了能量D．金属具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键解析：选A。

金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光大部分再反射出来，因而金属一般显银白色光泽；金属具有导电性是因为在外加电场作用下，自由电子定向移动形成电流；金属具有导热性是因为自由电子受热后，与金属原子发生碰撞，传递了能量；金属具有良好的延展性是因为原子层可以滑动，但金属键未被破坏。

4．金属晶体熔、沸点的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。

由此判断下列说法正确的是( ) A．金属镁的熔点大于金属铝B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的C．金属铝的硬度大于金属钠D．金属镁的硬度小于金属钙解析：选C。

金属阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强，据此判断。

金属晶体的原子堆积模型石墨1．二维空间模型堆积方式非密置层密置层图示配位数 4 62.三维空间模型(1)简单立方堆积按非密置层方式堆积而成，其空间利用率为52%，配位数为6。

晶胞构成：一个立方体，每个晶胞含有1个原子，如Po。

(2)体心立方堆积按非密置层方式堆积而成，配位数为8，空间利用率为68%。

晶胞构成：体心立方，每个晶胞含有2个原子，如碱金属。

(3)六方最密堆积和面心立方最密堆积六方最密堆积和面心立方最密堆积是按照密置层的堆积方式堆积而成，配位数均为12，空间利用率均为74%。

六方最密堆积面心立方最密堆积按AB ABABAB……的方式堆积按ABCABCABC……的方式堆积3.混合晶体——石墨(1)石墨晶体为层状结构，碳原子呈sp2杂化，层间没有化学键，靠范德华力维系。

(2)石墨像金属一样有金属键，有导电性。

综上可知，石墨晶体中既有共价键，又有金属键，还有范德华力，是混合晶体。

正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例)。

语句描述正误阐释错因或列举反例(1)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金属原子半径大(2)由于石墨晶体导电，所以它是金属晶体(3)简单立方堆积和体心立方堆积的配位数都是6(4)面心立方最密堆积比体心立方堆积的空间利用率高答案：(1)×原因是金属键不具有方向性和饱和性(2)×石墨晶体是混合晶体(3)×体心立方堆积的配位数是8(4)√1．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)在三维空间里堆积可得六方最密堆积和面心立方最密堆积D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方堆积解析：选C。

金属原子在二维空间里有两种排列方式，一种是密置层排列，一种是非密置层排列。

密置层排列的空间利用率高，原子的配位数为6，非密置层的配位数较密置层小，配位数为4。

由此可知，图(a)为密置层，图(b)为非密置层。

密置层在三维空间堆积可得到六方最密堆积和面心立方最密堆积两种模型，非密置层在三维空间堆积可得简单立方堆积和体心立方堆积两种模型。

所以只有C选项正确。

2．(2019·山东师大附中月考)如图所示，下列说法不正确的是( )A ．此种堆积方式为面心立方最密堆积B ．该种堆积方式每一层上为密置层C ．该种堆积方式可用符号“ABCABCABC……”表示D ．金属Mg 就属于此种堆积方式解析：选D 。

观察题图，该晶体为“ABCABCABC……”的面心立方最密堆积，每一层上为密置层，金属Mg 属于六方最密堆积方式，所以D 错误。

3．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是( )A ．①为简单立方堆积，②为六方最密堆积，③为体心立方堆积，④为面心立方最密堆积B ．每个晶胞含有的原子数分别为①1，②2，③2，④4C ．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解析：选B 。

②为体心立方堆积，③为六方最密堆积，②与③判断有误，A 项错误；每个晶胞含有的原子数分别为①8×18＝1，②8×18＋1＝2，③8×18＋1＝2，④8×18＋6×12＝4，B 项正确；晶胞③中原子的配位数应为12，其他判断正确，C 项错误；四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，应为④＝③＞②＞①，D 项错误。

4．(2019·陕西高二检测)第四周期金属元素D 的M 能层为全充满状态，其核外的未成对电子只有一个。

则D 的基态原子中有________种能量不同的电子；D 2＋的价电子排布式为________；图中________(填“甲”“乙”或“丙”)表示的是D 晶体中微粒的堆积方式。

若该晶体中的一个晶胞的边长为a cm ，则D 晶体的密度为______________(写出含a 的表达式，用N A 表示阿伏加德罗常数的值)。

若D 的原子半径为r ，则D 晶胞这种堆积模型的空间利用率为______________(用含r 的式子表示，不需化简)。

解析：由题意可推知D 是铜元素。

其基态原子的核外电子排布式为1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 1，核外电子排布在7个不同的能级上，因此有7种能量不同的电子。

Cu 2＋的价电子排布式为3d 9。

晶体Cu 是面心立方最密堆积，故选乙。

该晶胞中有Cu原子：8×18＋6×12＝4(个)，故ρ＝4×64NA a 3g/cm 3＝256a 3N Ag/cm 3。

Cu 的原子半径为r ，晶胞边长为a ，则4r ＝2a ，即a ＝22r ，空间利用率为43πr 3×4a 3×100%＝4×43πr 3（22r ）3×100%。

答案：7 3d 9乙256a 3N Ag/cm 34×4πr33（22r ）3×100%空间利用率的计算方法空间利用率＝晶胞含有原子（离子）的体积晶胞体积×100%。

将原子(离子)设想为一个球，依据1个晶胞内所含原子(离子)的数目计算原子(离子)的体积，再确定晶胞的体积，即可计算晶体(胞)的空间利用率。

(1)在简单立方堆积中，各个原子是相互靠拢的，对于 1个晶胞来说，含有1个金属原子，设立方体的边长为a ，则其体积为a 3，金属原子的半径为a2，则空间利用率为43π（a 2）3a 3×100%＝π6×100%≈52%。

(2)在体心立方堆积中，在立方体的体对角线上球是相互接触的。

如图所示，设立方体的边长为a ，原子半径为r ，则3a ＝4r ，而1个晶胞中含有2个金属原子，所以空间利用率为2×43πr3a3×100%＝2×43πr3（43r）3×100%＝3π8×100%≈68%。

(3)在六方最密堆积中，如图，设原子半径为r，则底面边长为2r，底面高h＝3r，所以底面积S＝2r×3r＝23r2。

晶胞的高H＝2×263r，所以晶胞体积V晶胞＝S×H＝23r2×463r＝82r3，2个原子的体积V球＝2×43πr3。