2012高中化学课件：第三章第三节 金属晶体(人教版选修3)

米管的层与层之间靠______结合在一起。
【解析】石墨的每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的三 个碳原子以共价键结合，形成无限的六边形平面网状 结构，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与 杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，这些平面网
状结构再以范德华力结合形成层状结构。因碳纳米管
结构与石墨类似，可得到答案。 答案：sp2 范德华力
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A.①②③
C.③②①
B.②①③
D.③①②
【解析】选D。三种晶体中，一般合金的熔点低于组成 的金属单质的熔点，而铝与硅比较，硅属于原子晶体 具有较高的熔点，故答案为D。
二、非选择题（本题包括2小题，共20分） 5.（4分）有下列4种物质：①冰、②干冰、③Fe、④金 刚石，其熔点由高到低的顺序是_____。 【解析】金属晶体中，金属键决定金属晶体的物理性 质和化学性质。
B.金属阳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、沸点高于钾 D.温度越高，金属的导电性越好
【思路点拨】解答本题应注意以下两点：
【自主解答】（1）简单立方堆积的空间利用率太低， 只有金属Po采取这种方式。体心立方堆积是上层金属 原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，这种堆积方 式的空间利用率比简单立方堆积的高，多数金属是这
答案：（1）②
（2）①4
②C
③ 256 3
a
一、选择题（本题包括4小题，每小题5分，共20分）
1.下列有关金属的说法正确的是（
）
A.金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子 B.六方最密堆积和面心立方最密堆积的原子堆积方式 空间利用率最高 C.金属原子在化学变化中失去的电子数越多，其还原
性越强
原子晶体中，共价键决定晶体的物理性质和化学性质。
分子晶体中，物理性质由分子间作用力决定；化学性 质由共价键强弱决定。 答案：④③①②
6.（16分）金晶体的最小重复单元（也称晶胞）是面
心立方体，即在立方体的8个顶点各有一个金原子，各 个面的中心有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞 所共有，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。
D.金属晶体都有很高的熔点和很大的硬度
【解析】选B。金属晶体中的自由电子是金属原子的价 电子，A项错；六方最密堆积和面心立方最密堆积空间 利用率最高，B正确；金属元素的还原性决定于金属原
子失去电子的难易程度，与失电子的多少无关，C项错；
金属晶体的熔点和硬度差别较大，如碱金属元素的晶 体一般熔点都很低，硬度很小，D项错。
2.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方
堆积、面心立方堆积和体心立方堆积，如图（a)、 （b)、(c)分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞内金属 原子个数比为（ ）
A.3∶2∶1
C.9∶8∶4
B.11∶8∶4
D.21∶14∶9
1 1 +2× +3=6,晶 2 6
【解析】选A。本题考查晶胞中微粒数的计算方法，用 均摊法计算。晶胞a中所含原子=12×
（1）金晶体每个晶胞中含有____个金原子。 （2）欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小 球外，还应假定______。
（3）一个晶胞的体积是____。
（4）金晶体的密度是____。
【解析】本题以一个面心立方晶胞为基础，综合考查 化学与数学相结合的运算能力。利用均摊法解题，8个
1 1 属于该晶胞，每个面上金原子有 8 2
自由电子要在外电场作用下才能发生定向移动产生电流，
故B项不正确；金属的导热性是由于自由电子碰撞金属 原子将能量进行传递，故C项不正确。
【典例2】结合金属晶体的结构和性质，回答以下问题：
（1）有下列金属晶体：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__________________________；
④Cu、Au
（2）C
（3）B、C
一、选择题（本题包括6小题，每小题6分，共36分）
1.金属晶体、分子晶体采取密堆积方式的原因是 （ A.构成晶体的微粒均可视为圆球 B.金属键、范德华力均无方向性和饱和性 C.两种晶体构成微粒相同 D.两种晶体的构成微粒的多少及相互作用力均相同 ）
【解析】选B。由于晶体的构成粒子之间的相互作用均 无饱和性和方向性，因此形成晶体时按最高配位数形
根据题目所给信息，镁和铝原子的电子层数相同，价
电子数：Al>Mg,离子半径：Al3+<Mg2+,金属键：Mg<Al， 铝的硬度大于镁，所以A项不正确。镁、钙原子价电子 数相同，但离子半径：Ca2+>Mg2+，金属键：Mg>Ca,镁的 熔、沸点高于钙，所以B项不正确。用以上比较方法可 推出，价电子数：Mg>K，离子半径：Mg2+<Na+<K+，所以 金属键：Mg>K,镁的硬度大于钾，所以C项正确。钙和
【解析】选D。晶体一般尽量采取紧密堆积方式，但化
学键不应有饱和性和方向性，原子晶体共价键有饱和 性和方向性，所以不遵循紧密堆积方式；Mg以ABAB„„ 方式堆积，但Cu以ABCABC„„方式堆积。
二、非选择题（本题包括2小题，共24分） 7.（10分）（2010·山东高考节选）碳纳米管由单层 或多层石墨层卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每 个碳原子通过____杂化与周围碳原子成键，多层碳纳
钾元素位于同一周期，价电子数：Ca>K，离子半径：
K+>Ca2+，金属键：Ca>K,钙的熔、沸点高于钾，所以D
项正确。
5.石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子 都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视 图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是（ ）
A.10
B.18 C.24 D.14
【解析】先确定平面图示中原子个数比例及所属堆积
模型；利用几何知识进行相关运算。
（1）由图中直接相邻的原子数可以求得①②中两类原 子数之比分别为1∶2、1∶3，求出化学式分别为AX2、
1 AX3，故答案为②。（2）①用“均摊法”求解，8× 8 4 1 +6× =4;②该晶胞为面心立方晶胞；③ ×64 = NA 2 256 ρ×a3,NA= 。 3 × a
③六方最密堆积的是__________________________；
④面心立方最密堆积的是______________________。
（2）根据下列叙述，判断一定为金属晶体的是____。
A.由分子间作用力形成，熔点很低
B.由共价键结合形成网状晶体，熔点很高 C.固体有良好的导电性、传热性和延展性 （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
【典例1】下面叙述正确的是 A.金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，是由 于金属原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.金属是借助自由电子的运动，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减弱
【自主解答】选D。金属受外力作用时常常发生变形而 不易折断是因为金属晶体中各原子层会发生相对滑动， 但不会改变原来的排列方式，故A项不正确；金属里的
式进行堆积。
2.关于金属元素的特征，下列叙述中正确的是
（ ）
①金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性 ②金属元素在化合物中一般显正价 ③金属性越强的元素相应的离子氧化性越弱
④金属元素只有金属性，没有非金属性
⑤价电子数越多的金属原子的金属性越强 A.①②③ C.①⑤ B.②③ D.①②③④⑤
【解析】选B。①中的金属若为变价元素，则其离子可 能既有氧化性又有还原性，如Fe2+;②中因金属原子一 般只能失电子，不能得电子，所以其在化合物中一般 显正价；③金属性越强，原子失电子越容易，其离子
（2）金原子间相接触，即相切 （4） 32M
d NA
顶角上金原子有
属于该晶胞，共有6个，故每个晶胞中金原子个数=8×
1 +6× 1 =4。假设金原子间相接触，则有 8 2
正方形的对角线为2d，正方形边长
为 2 d，所以V晶=（ 2 d)3=2 2 d3,Vm=
2 d3N ，所以ρ= M = 2M 。 A d3 NA Vm 2
V晶 NA= 4
答案：（1）4 （3）2 2 d3
金属晶体无关。
4.物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越 大，熔、沸点越高。且研究表明，一般来说，金属阳
离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，由此
判断下列说法错误的是（ A.硬度：Mg>Al B.熔、沸点：Mg>Ca C.硬度：Mg>K ）
D.熔、沸点：Ca>K
【解析】选A。根据金属的物理性质与金属键的强弱进 行分析。
8.（14分）（1）如图所示为二维平面晶体示意图，所 表示的化学式为AX3的是___。
（2）如图为金属铜的一个晶胞，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a cm，Cu的相对原子质量为 64 g·mol-1，金属铜的密度为ρ g/cm3,则阿伏加德罗 常数为______（用a,ρ 表示）。
C.Al>Mg>Ca
D.Mg>Ba>Al
【解析】选C。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。
4.铝硅合金（含硅13.5%)在凝固时收缩率很小，因而 这种合金适合于铸造。现有下列三种晶体：①铝 ②硅 ③铝硅合金，它们的熔点从低到高的顺序是（ ）
种堆积方式。六方最密堆积按ABAB„„方式堆积，面
心立方最密堆积按ABCABC„„方式堆积，六方最密堆 积常见金属为Mg、Zn、Ti，面心立方最密堆积常见金 属为Cu、Ag、Au。
（2）A项属于分子晶体；B项属于原子晶体；而C项是 金属的通性。
（3）常温下，Hg为液态，A错；因为金属键无方向性，
故金属键在一定范围内不因形变而消失，B正确；钙的 金属键强于钾，故熔、沸点高于钾，C正确；温度升高， 金属的导电性减弱，D错。 答案：（1）①Po ②Na、K、Fe ③Mg、Zn
越稳定，得电子越难；④如Al既有金属性，又有非金
属性；⑤价电子数与金属性无关。
3.金属的下列性质中和金属晶体无关的是（ 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 【解析】选B。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决定的。选项B中， 金属易失电子是由金属原子的结构决定的，所以和
1 1 胞b中所含原子=8× +6× =4，晶胞c中所含原子 8 2 1 =8× +1=2。 8
3.在金属晶体中，如果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。由此判断下列各组金属熔沸点高 低顺序，其中正确的是（ A.Mg>Al>Ca ）
B.Al>Na>Li
【解析】选D。石墨晶体中最小的碳环为六元环，每个 碳原子为3个六元环共用，故平均每个六元环含2个碳 原子，图中7个六元环完全占有的碳原子数为14。
6.下列叙述不正确的是（
）
A.金属键无方向性和饱和性，原子配位数较高 B.晶体尽量采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定 C.因为共价键有饱和性和方向性，所以原子晶体不遵 循“紧密堆积”原理 D.金属铜和镁均以ABAB„„方式堆积