高中化學(xué) 第3章第3節(jié) 金屬晶體同步導(dǎo)學(xué)課件 新人教版選修3

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1、第三節(jié)金屬晶體 19世紀(jì)中葉的一個冬天，駐守在彼得堡的俄軍發(fā)棉衣時發(fā)現(xiàn)，成千上萬套棉衣上的扣子都沒有了。俄皇大發(fā)雷霆，要把負(fù)責(zé)監(jiān)制軍服的大臣問罪。但所有軍服都是釘了扣子的，為什么都丟了呢？原來，這些扣子是用錫做成的，而錫一遇低溫，就會變成粉末，這種現(xiàn)象叫“錫疫”。一般情況下，只要在13.2 以下，錫就會變成粉末。當(dāng)時是彼得堡的初冬，氣溫很低，錫當(dāng)然都“化”了。 那么，錫為什么會發(fā)生“錫疫”？在發(fā)生“錫疫”前，錫原子之間是如何結(jié)合在一起的呢？ 1了解金屬鍵的含義“電子氣”理論。 2能用金屬鍵理論解釋金屬的物理性質(zhì)。 3了解金屬晶體的原子堆積模型。 1金屬鍵 (1)概念：金屬原子脫落下來的 形成遍

2、布整塊晶體的“ ”，被所有原子共用，從而把所有 維系在一起。 (2)成鍵微粒是 和 。 2金屬晶體 (1)在金屬晶體中，原子間以 相結(jié)合。 (2)金屬晶體的性質(zhì)：優(yōu)良的 、 和 。電子氣電子氣金屬陽離子金屬陽離子自由電子自由電子金屬鍵金屬鍵導(dǎo)電性導(dǎo)電性導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性延展性延展性金屬原子金屬原子價電子價電子 (3)用電子氣理論解釋金屬的性質(zhì)。 金屬鍵與金屬的性質(zhì) (1)幾種化學(xué)鍵的比較類類型型比比較較離子鍵離子鍵共價鍵共價鍵金屬鍵金屬鍵非極性鍵非極性鍵極性鍵極性鍵配位鍵配位鍵本本質(zhì)質(zhì)陰、陽離陰、陽離子間通過靜電子間通過靜電作用形成作用形成相鄰原子間通過共用電子對相鄰原子間通過共用電子對(電子云重疊

3、電子云重疊)與原子核間的與原子核間的靜電作用形成靜電作用形成金屬陽離金屬陽離子與自由電子子與自由電子間的作用間的作用成成鍵條件鍵條件(元素元素種類種類)成鍵原子成鍵原子的得、失電子的得、失電子能力差別很大能力差別很大(金屬與非金屬金屬與非金屬之間之間)成鍵成鍵原子得、失原子得、失電子能力相電子能力相同同(同種非同種非金屬金屬)成鍵原成鍵原子得、失電子得、失電子能力差子能力差別較小別較小 (不同非金屬不同非金屬)成鍵原子一成鍵原子一方有孤對電子方有孤對電子(配配位體位體)，另一方有，另一方有空軌道空軌道(中心離子中心離子)同種金屬同種金屬或不同種金屬或不同種金屬(合金合金) (2)金屬具有導(dǎo)電性

4、、導(dǎo)熱性和延展性的原因 延展性：當(dāng)金屬受到外力作用時，晶體中各原子層就會發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾球之間潤滑劑的作用，即金屬的離子和自由電子之間的較強作用仍然存在，因而金屬都有良好的延展性。 導(dǎo)電性：金屬內(nèi)部的原子之間的“電子氣”的流動是無方向性的，在外加電場的作用下，電子氣在電場中定向移動形成電流。 金屬的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而降低，是由于電子氣中的自由電子在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞的緣故。 (3)金屬導(dǎo)電與電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的比較運動的運動的微粒微粒過程中發(fā)生的變過程中發(fā)生的變化化溫度的影溫度的影響響金屬金屬導(dǎo)電導(dǎo)電自由電自由電子

5、子物理變化物理變化升溫，導(dǎo)升溫，導(dǎo)電電性減弱性減弱電解電解質(zhì)溶質(zhì)溶液導(dǎo)液導(dǎo)電電陰、陽陰、陽離子離子化學(xué)變化化學(xué)變化升溫、導(dǎo)升溫、導(dǎo)電電性增強性增強 (4)影響金屬熔點、硬度的因素 一般地，熔點、硬度等取決于金屬晶體內(nèi)部作用力的強弱。一般來說，金屬原子的價電子數(shù)越多，原子半徑越小，金屬晶體內(nèi)部作用力越強，晶體熔點越高，硬度越大。 1下列說法正確的是() A金屬的通性表明金屬具有類似的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相同的化學(xué)鍵類型 B金屬原子之間的相互作用即為金屬鍵 C電子很小，不可能是形成化學(xué)鍵的微粒 D金屬鍵的強弱與金屬陽離子的半徑無關(guān) 解析：金屬具有特殊的金屬光澤、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及延展性等通性，多數(shù)金屬具有較高

6、的密度、硬度、熔點和沸點。這些共同性質(zhì)表明金屬具有類似的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相同的化學(xué)鍵類型。金屬陽離子與自由電子之間存在著較強的相互作用，這種相互作用稱為金屬鍵。金屬晶體中金屬陽離子半徑越小，離子電荷數(shù)越多，其金屬陽離子與自由電子間的作用力越強。 答案：A 1二維空間模型 (1)非密置層 配位數(shù)為 ，如圖所示：4 (2)密置層 配位數(shù)為 ，如圖所示：6 2三維空間模型 (1)非密置層在三維空間堆積 簡單立方堆積 相鄰非密置層原子的原子核在 的堆積，空間利用率太低，只有金屬 采用這種堆積方式。同一直線上同一直線上Po 體心立方堆積 將上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中，并使非密置層的原子稍稍分離

7、。這種堆積方式所得的晶胞是一個含有兩個原子的立方體，一個原子在立方體的 ，另一個原子在立方體的 ，其空間的利用率比簡單立方堆積高，堿金屬屬于這種堆積方式。中心中心頂點頂點 (2)密置層在三維空間堆積 六方最密堆積 如圖所示，按 的方式堆積。ABABABAB 面心立方最密堆積 如圖所示，按 的方式堆積。ABCABCABC 金屬晶體的原子堆積模型堆積模堆積模型型采納這種堆采納這種堆積的典型代表積的典型代表空間空間利用率利用率配配位數(shù)位數(shù)晶胞晶胞非非密密置置層層簡簡單立方單立方堆積堆積Po(釙釙)52%6體體心立方心立方堆積堆積(bcp)Na、K、Fe68%8堆積模型堆積模型采納這種堆采納這種堆積的

8、典型代表積的典型代表空空間利間利用率用率配配位數(shù)位數(shù)晶胞晶胞非非密密置置層層密置密置層六方最層六方最密堆積密堆積(hcp)Mg、Zn、Ti74%12面心面心立方最密立方最密堆積堆積(ccp)Cu、Ag、Au74%12 2.已知銅的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則在銅的晶胞中所含銅原子數(shù)及配位數(shù)分別為() A14、6B14、8 C4、8 D4、12答案：答案：D 2011武漢高二質(zhì)檢)物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論指出：金屬晶體中金屬離子與自由電子之間的強烈相互作用，叫金屬鍵。金屬鍵越強，其金屬的硬度越大，熔沸點越高。根據(jù)研究表明，一般來說，金屬原子半徑越小，價電子數(shù)越多，則金屬鍵越強。由此判斷下列說法錯誤的是() A鎂的硬

9、度大于鋁B鎂的熔、沸點高于鈣 C鎂的硬度大于鉀 D鈣的熔、沸點高于鉀 思路指引：解答本題時要注意以下兩點： (1)金屬晶體熔、沸點高低決定于金屬鍵的強弱。 (2)金屬陽離子所帶電荷越多，半徑越小，金屬鍵越強。 此題考查的是金屬晶體的性質(zhì)，如硬度、熔沸點的比較，比較依據(jù)：看價電子數(shù)和原子半徑，價電子數(shù)：MgK，KAl，MgCa，MgCa，綜合分析：鎂的硬度小于鋁；鎂的熔、沸點高于鈣；鎂的硬度大于鉀；鈣的熔、沸點高于鉀。故A錯誤。 答案：A 金屬晶體的熔點變化規(guī)律 金屬晶體熔點變化差別較大。如：汞在常溫下是液體，熔點很低(38.9 )，而鐵等金屬熔點很高(1 535 )。這是由于金屬晶體緊密堆積方

10、式、金屬陽離子與自由電子的作用力不同而造成的差別。 (1)一般情況下(同類型的金屬晶體)，金屬晶體的熔點由金屬陽離子半徑、所帶的電荷數(shù)、自由電子的多少決定。陽離子半徑越小，所帶的電荷數(shù)越多，自由電子越多，相互作用力就越大，熔點就會相應(yīng)升高。例如：熔點KNaMgNaKRbCs。 (2)一般合金的熔沸點比各成分金屬的熔沸點低。 1. 按下列四種有關(guān)性質(zhì)的敘述，可能屬于金屬晶體的是() A由分子間作用力結(jié)合而成，熔點低 B固體或熔融后易導(dǎo)電，熔點在1 000 左右 C由共價鍵結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，熔點高 D固體不導(dǎo)電，但溶于水或熔融后能導(dǎo)電 答案：B 有四種不同堆積方式的金屬晶體的晶胞如圖所示，有關(guān)說法正

11、確的是() A為簡單立方堆積，為鎂型，為鉀型，為銅型 B每個晶胞含有的原子數(shù)分別為：1個，2個，2個，4個 C晶胞中原子的配位數(shù)分別為：6，8，8，12 D空間利用率的大小關(guān)系為： 思路指引：本題考查了金屬晶體的堆積方式。準(zhǔn)確理解并記憶金屬晶體的四種常見堆積方式是解答本題的關(guān)鍵。 答案：B 2下列幾種金屬晶體中，原子堆積方式與另外三種不同的是() A鈉 B鉀 C鐵 D銅 解析：鈉、鉀、鐵的原子堆積方式都是非密置層的一種堆積方式，即鉀型，而銅屬于密置層的一種堆積方式。方法技巧：在金屬原子的堆積模式中應(yīng)該特別注意非密置層和密置層的堆積模式和典型代表物，應(yīng)用這些現(xiàn)有知識就可以解決一些金屬晶體中原子堆

12、積模式。再有就是應(yīng)該注意在幾種堆積模式中，晶胞中原子數(shù)目的計算。 答案：D C60、金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)模型如下圖所示(石墨僅表示其中的一層結(jié)構(gòu))： (1)C60、金剛石和石墨三者的關(guān)系互為_。 A同分異構(gòu)體 B同素異形體 C同系物 D同位素 (2)固態(tài)時，C60屬于_(填“原子”或“分子”)晶體，C60分子中含有雙鍵和單鍵，推測C60跟F2_(填“能”或“否”)發(fā)生加成反應(yīng)。 (3)硅晶體的結(jié)構(gòu)跟金剛石相似，1 mol硅晶體中含有硅硅單鍵的數(shù)目約是_NA個。二氧化硅的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在硅晶體結(jié)構(gòu)中每個硅硅單鍵之間插入一個氧原子。二氧化硅的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，硅、氧原子形成的最小環(huán)上氧原子數(shù)目是_。 (4

13、)石墨層狀結(jié)構(gòu)中，平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是_個。 答案：(1)B(2)分子能(3)26(4)2 石墨與金剛石 (1)石墨 石墨的晶體結(jié)構(gòu) 石墨是層狀結(jié)構(gòu)的晶體，在每一層內(nèi)，碳原子排列成六邊形，一個個六邊形排列成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每一個碳原子都跟其他三個碳原子相結(jié)合。在同一層內(nèi)，相鄰的碳原子以共價鍵相結(jié)合，層與層之間以分子間作用力相結(jié)合。 石墨晶體中每個碳原子提供五個電子參加成鍵形成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子最外層上的另一個電子成為自由電子，并通過自由電子在層間產(chǎn)生范德華力。石墨的很多性質(zhì)與自由電子有關(guān)。 石墨晶體不是原子晶體，而是原子晶體與分子晶體之間的一種過渡型晶體。 石墨晶體的物理性質(zhì)

14、由于石墨晶體結(jié)構(gòu)的特殊性，它的物理性質(zhì)為熔點很高，有良好的導(dǎo)電性，還可作潤滑劑。 (2)石墨與金剛石的比較 金剛石金剛石石墨石墨晶體類型晶體類型原子晶體原子晶體混合晶體混合晶體構(gòu)成微粒構(gòu)成微粒碳原子碳原子碳原子碳原子微粒間的作用力微粒間的作用力CC共價鍵共價鍵CC共價鍵共價鍵分子間作用力碳分子間作用力碳原子的雜化方式原子的雜化方式sp3雜化雜化sp2雜化雜化碳原子成鍵數(shù)碳原子成鍵數(shù)43碳原子有無碳原子有無剩余價電子剩余價電子無無有一個有一個2p電子電子配位數(shù)配位數(shù)43晶體結(jié)構(gòu)特征晶體結(jié)構(gòu)特征正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)平面六邊形層狀結(jié)構(gòu)平面六邊形層狀結(jié)構(gòu)金剛石金剛石石墨石墨晶體晶體

15、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)物理物理性質(zhì)性質(zhì)高熔點、高硬度、不導(dǎo)電高熔點、高硬度、不導(dǎo)電熔點比金剛石還高，質(zhì)熔點比金剛石還高，質(zhì)軟、滑膩、易導(dǎo)電軟、滑膩、易導(dǎo)電最小最小碳環(huán)碳環(huán)六元環(huán)、不共面六元環(huán)、不共面六元環(huán)、共面六元環(huán)、共面 石墨具有原子晶體的一些性質(zhì)，熔點比金剛石高。 質(zhì)軟、滑膩：石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，層間沒有化學(xué)鍵相連，是靠范德華力維系的，而范德華力很弱，使石墨具有質(zhì)軟、滑膩的性質(zhì)。 因此石墨又具有分子晶體的一些性質(zhì)。 導(dǎo)電性：由于石墨晶體中碳原子采取sp2雜化，三個sp2雜化軌道都參與形成CC共價鍵，每個碳原子還有一個未參加雜化的2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面，每個碳原子剩余的2p電子在整個碳原子

16、平面中運動，被所有碳原子共用，因此石墨的導(dǎo)電性只能沿石墨平面方向(即導(dǎo)電的各向異性)。石墨有金屬鍵，具有金屬晶體的一些性質(zhì)。 3. 在金剛石晶體中碳原子數(shù)與化學(xué)鍵數(shù)之比為_。在石墨晶體中，平均每個最小的碳原子環(huán)所擁有的化學(xué)鍵數(shù)為_，該晶體中碳原子數(shù)與化學(xué)鍵數(shù)之比為_。金剛石晶體與石墨晶體中的碳碳鍵長(d)相比較，d石 墨_d金剛石(填“”、“”或“”)。 答案：1 232 3 1不能用金屬鍵理論解釋的是 () A導(dǎo)電性 B導(dǎo)熱性 C延展性 D銹蝕性 解析：金屬鍵是金屬陽離子與自由電子之間的靜電作用，它決定了金屬晶體的一些性質(zhì)，可以解釋金屬晶體的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性等金屬晶體的物理性質(zhì)，但不能

17、解釋其化學(xué)性質(zhì)，例如銹蝕性。 答案：D 2下列對各組物質(zhì)性質(zhì)的比較中，正確的是 () A熔點：LiNaCuAlFe C密度：NaMgAl D空間利用率：體心立方堆積六方最密堆積面心立方最密堆積 解析：同主族的金屬單質(zhì)，原子序數(shù)越大，熔點越低，這是因為它們的價電子數(shù)相同，隨著原子半徑的增大，金屬鍵逐漸減弱，所以A選項不對；Na、Mg、Al是同周期的金屬單質(zhì)，密度逐漸增大，故C項錯誤；不同堆積方式的金屬晶體空間利用率分別是：簡單立方堆積52%，體心立方最密堆積68%，六方最密堆積和面心立方最密堆積均為74%，因此D項錯誤；常用的金屬導(dǎo)體中，導(dǎo)電性最好的是銀，其次是銅，再次是鋁、鐵，所以B選項正確。

18、 答案：B 3金屬晶體堆積密度大，原子配位數(shù)高，能充分利用空間的原因是() A金屬原子的價電子數(shù)少 B金屬晶體中有自由電子 C金屬原子半徑大 D金屬鍵沒有飽和性和方向性 解析：金屬晶體有多種堆積方式主要是由于金屬鍵無飽和性和方向性。 答案：D 4教材中給出了幾種晶體的晶胞如圖所示： 所示晶胞分別表示的物質(zhì)正確的排序是() A碘、鋅、鈉、金剛石 B金剛石、鋅、碘、鈉 C鈉、鋅、碘、金剛石 D鋅、鈉、碘、金剛石 解析：第一種晶胞為體心立方堆積，鉀、鈉、鐵等金屬采用這種堆積方式鉀型；第二種晶胞為六方堆積，鎂、鋅、鈦等金屬采用這種堆積方式鎂型；組成第三種晶胞的粒子為雙原子分子，是碘；第四種晶胞的粒子結(jié)

19、構(gòu)為正四面體結(jié)構(gòu)，為金剛石。 答案：C 5判斷下列晶體類型。 (1)SiI4：熔點120.5 ，沸點271.5 ，易水解_。 (2)硼：熔點2 300 ，沸點2 550 ，硬度大_。 (3)硒：熔點217 ，沸點685 ，溶于氯仿_。 (4)銻：熔點630.74 ，沸點1 750 ，導(dǎo)電_。 解析：(1)SiI4為低熔點化合物，為分子晶體；(2)熔沸點高，硬度大，是典型原子晶體；(3)硒易溶于CHCl3，為分子晶體；(4)固體導(dǎo)電為金屬晶體。 答案：(1)分子晶體(2)原子晶體(3)分子晶體 (4)金屬晶體 6(1)如圖甲所示為二維平面晶體示意圖，所表示的化學(xué)式為AX3的是_。 (2)圖乙為一個金屬銅的晶胞，請完成以下各題。 該晶胞“實際”擁有的銅原子數(shù)是_個。 該晶胞稱為_。(填序號) A六方晶胞 B體心立方晶胞 C面心立方晶胞 此晶胞立方體的邊長為a cm，Cu的相對原子質(zhì)量為64，金屬銅的密度為 g/cm3，則阿伏加德羅常數(shù)為_(用a、表示)。