人教版化学选修三讲义：第3章 第3节 金属晶体 Word版含答案

第三节金属晶体

目标与素养：1.了解金属键的含义，能用“电子气理论”解释金属的一些物理性质。(宏观辨识与微观探析)2.了解金属晶体的4种堆积模型。(证据推理与模型认知)3.了解混合晶体石墨的结构与性质。(宏观辨识与微观探析)

一、金属键与金属晶体的性质

1．金属键

(1)概念：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．金属晶体的性质

(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

微点拨：①温度越高，金属的导电能力越弱。②合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。

二、金属晶体的原子堆积模型

1．二维平面放置

金属原子在二维平面里放置得到两种方式，配位数分别为4和6，可分别称为非密置层和密置层。

2．三维空间模型

(1)简单立方堆积：按非密置层(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成，相邻非密置层原子的原子核在同一直线上的堆积，如图。

(2)体心立方堆积：按非密置层(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成。将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，并使非密置层的原子稍稍分离，每层均照此堆积，如图。

(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(填“密置层”或“非密置层”)的堆积方式堆积而成，配位数均为12，空间利用率均为74%。

1．结构特点——层状结构

(1)同层内，碳原子采用sp2杂化，以共价键相结合形成平面六元并环结构。所有碳原子p轨道平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。

(2)层与层之间以范德华力相结合。

2．晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)常温下，金属单质都以金属晶体的形式存在()

(2)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( )

(3)简单立方堆积的原子配位数为8( )

(4)金属晶体的构成粒子为金属原子( )

[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)×

2．金属键的实质是( )

A ．自由电子与金属阳离子之间的相互作用

B ．金属原子与金属原子间的相互作用

C ．金属阳离子与阴离子的吸引力

D ．自由电子与金属原子之间的相互作用

[答案] A

3．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

[答案]

C

金属晶体的四种堆积模型

1.四种堆积模型比较

2.金属晶体中空间利用率的一般计算(a 为晶胞边长，r 为原子半径)

(1)简单立方堆积：空间利用率＝43πr 3a

3×100%(a ＝2r )。 (2)体心立方堆积：空间利用率＝43πr 3×2a 3

×100%(3a ＝4r )。 (3)面心立方堆积：空间利用率＝43πr 3×4a 3

×100%(2a ＝4r )。

1．下列关于金属晶体的原子堆积模型的说法不正确的是( )

A ．金属原子在二维平面里放置有非密置层和密置层两种方式，配位数分别是4和6

B ．金属原子在三维空间里有4种堆积方式，其中简单立方堆积方式被大多数金属所采取

C ．金属原子在三维空间里非密置层堆积有两种方式：简单立方堆积和体心立方堆积

D ．金属原子在三维空间里密置层堆积有两种方式：六方最密堆积和面心立方

最密堆积，六方最密堆积按ABABABAB……的方式堆积，面心立方最密堆积按ABCABCABC……的方式堆积

B[简单立方堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋(Po)采取这种方式，B 项错误；A、C、D项均正确。]

2．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①1，②2，③2，④4

C．晶胞中原子的配位数分别为①6，②8，③8，④12

D．空间利用率的大小关系为①<②<③<④

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①8×1

8＝1，②8×

1

8＋1＝2，③8×

1

8＋1＝2，④8×

1

8

＋6×1

2＝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。]

3．金属钠晶体为体心立方晶胞()，晶胞的边长为a。假定金属钠原子为等径的刚性球，且晶胞中处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r为()

A.a

2 B.

3a

4 C.

3a

2D．2a