1、1第 1 课时 金属晶体学习目标定位 1.进一步熟悉金属晶体的概念和特征，能用金属键理论解释金属晶体的物理性质。2.知道金属晶体中晶胞的堆积方式。3.学会关于金属晶体典型计算题目的分析方法。一 金属晶体中的原子在空间的堆积方式1将金属的密堆积方式、对应晶胞类型及其实例进行连线。密堆积方式 晶胞类型 实例A1 六方 MgA3 面心 Cu答案 2金属晶体可看作是金属原子在三维空间(一层一层地)中堆积而成。其堆积模式有以下四种。这四种堆积模式又可以根据每一层中金属原子的二维放置方式不同分为两类：非密置层的堆积(包括简单立方堆积和体心立方密堆积)，密置层堆积(包括六方最密堆积和面心立方最密堆积)。填写
2、下表：堆积模型 采纳这种堆积的典型代表晶胞配位数空间利用率每个晶胞所含原子数简单立方堆积Po(钋) 6 52% 1非密置层 体心立方密堆积(A 2型)Na、K、Fe 8 68% 2六方最密堆积(A 3型)Mg、Zn、Ti 12 74% 6密置层面心立方最密堆积(A1型)Cu、Ag、Au 12 74% 4归纳总结1堆积原理2组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性和饱和性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。2堆积模型活学活用1金属晶体堆积密度大，原子配位数高
3、，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答案 D解析 这是因为分别借助于没有方向性和饱和性的金属键形成的金属晶体的结构中，都趋向于使原子吸引尽可能多的其他原子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。2关于钾型晶体(如右图所示)的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 个原子答案 C解析 钾型晶体的晶胞为立方体，是非密置层的一种堆积方式，其中有 8 个顶点原子和 1 个体心原子，晶胞内含有 8 12 个原子，选项 C
4、正确。18二 关于金属晶体的计算1右图是金属钨晶体中的一个晶胞的结构示意图，它是一种体心立方结构。实验测得3金属钨的密度为 19.30gcm3 ，钨的相对原子质量是 183.9。假设金属钨原子为等径刚性球，试完成下列问题：(1)每一个晶胞中分摊到_个钨原子。(2)计算晶胞的边长 a_。(3)计算钨的原子半径 r(提示：只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。答案 (1)2 (2)3.1610 8 cm (3)1.3710 8 cm解析 (1)据均摊法，每个晶胞中分摊到的钨原子数为 18 2(个)。18(2)钨的相对原子质量为 183.9,1mol02mol 钨原子，其质量为2mol183.9g
5、mol1 367.8g，故 1mol 钨晶胞的体积为 19.057cm 3，367.8g19.30gcm 3由题意 a36.02102319.057cm 3， a3.1610 8 cm。(3)由 a2 a2 a2(4 r)2得 3(3.16108 cm)216 r2，r1.3710 8 cm。2铝单质的晶胞结构如图甲所示，原子之间相对位置关系的平面图如图乙所示。若已知铝原子半径为 d， NA表示阿伏加德罗常数，相对原子质量为 M，则该晶体的密度可表示为_。据上图计算，铝原子采取的面心立方堆积的空间利用率为_。答案 74%2M8d3NA解析 由图甲可知每个晶胞中含有的铝原子数为 8 6 4。由图
6、乙知晶胞的棱18 12长为 2 d。4d2 2若该晶体的密度为 ，则 (2 d)3 M，24NA4 。2M8d3NA空间利用率为 100%74%。44 d3322d3归纳总结1熟练掌握各典型晶胞中含有金属原子数的计算方法。2要有较好的立体几何知识和空间想象能力。活学活用3金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方密堆积。下图(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( )A321 B1184C984 D21149答案 A解析 晶胞(a)中所含原子数12 2 36，晶胞(b)中所含原子数16 128 6 4，晶胞(c)中所含原子
7、数8 12。18 12 184某固体仅由一种元素组成，其密度为 5.0gcm3 。用 X 射线研究该固体的结构时得知：在边长为 107 cm 的正方体中含有 20 个原子，则此元素的相对原子质量最接近于下列数据中的( )A32 B120 C150 D180答案 C解析 一个正方体的体积为(10 7 cm)310 21 cm3，质量为 51021 g，则 1mol 该元素原子的质量为 51021 /206.021023150.5g，其数值与该元素的相对原子质量相等，所以选 C。5当堂检测1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良好的导热性答案
8、B解析 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。金属易失电子是由金属原子的结构决定的，所以和金属晶体无关。2下列叙述中错误的是( )A金属单质或其合金在固态和熔融态时都能导电B晶体中存在离子的一定是离子晶体C金属晶体中的自由电子为整块晶体所共有D钠比钾的熔点高是因为钠中金属阳离子与自由电子之间的作用力强答案 B解析 金属中有自由移动的电子，因此在固态和熔融态时均可导电，A 正确；离子晶体中存在阴、阳离子，而在金属晶体中存在金属阳离子和自由电子，所以 B 错误；自由电子在整块金属中可自由运动，为整个金属晶体所共有，C 正确；金属晶体的熔点高低取决于金属键的强弱，金属键
9、越强，金属晶体的熔点越高；反之，越低。金属键即为金属阳离子和自由电子之间强烈的相互作用，所以 D 正确。3两种金属 A 和 B，已知 A、B 常温下为固态，且 A、B 属于质软的轻金属，由 A、B熔合而成的合金不可能具有的性质有( )A导电、导热、延展性较纯 A 或纯 B 金属强B常温下为液态C硬度较大，可制造飞机D有固定的熔点和沸点6答案 D解析 合金为混合物，通常无固定组成，因此熔、沸点通常不固定；金属形成合金的熔点比各组成合金的金属单质低，如 Na、K 常温下为固体，而 NaK 合金常温下为液态；轻金属 MgAl 合金的硬度比 Mg、Al 高。4关于金属晶体的体心立方密堆积的结构型式的叙
10、述中，正确的是( )A晶胞是六棱柱B属于 A2型密堆积C每个晶胞中含有 4 个原子D每个晶胞中含有 5 个原子答案 B解析 金属晶体的体心立方密堆积的晶胞是平行六面体，体心立方密堆积的堆积方式为立方体的顶点和体心各有 1 个原子，属于 A2型密堆积，每个晶胞中含有 8 12 个18原子。5在金属晶体中最常见的三种堆积方式有：(1)配位数为 8 的是_堆积。(2)配位数为_的是面心立方最密堆积。(3)配位数为_的是_堆积。其中以 ABAB 方式堆积的_和以ABCABC 方式堆积的_空间利用率相等，就堆积层来看，二者的区别是在第_层。答案 (1)体心立方密 (2)12 (3)12 六方最密 六方最
11、密堆积 面心立方最密堆积 三40 分钟课时作业基础过关一、金属晶体及其物理特性1下列有关金属晶体的说法中正确的是( )A常温下金属单质都是晶体B最外层电子数少于 3 个的都是金属C任何状态下都有延展性D都能导电、传热答案 D解析 Hg 常温下是液态，不是晶体，A 项错误；H、He 最外层电子数都少于 3 个，但它们不是金属，B 项错误；金属的延展性指的是能抽成细丝、轧成薄片的性质，在液态时，由于金属具有流动性，不具备延展性，所以 C 项也是错误的；金属晶体中存在自由电子，7能够导电、传热，因此 D 项是正确的。2下列性质中可证明某单质属于金属晶体的是( )A有金属光泽 B具有较高熔点C.熔融态
12、不导电 D固态导电且延展性好答案 D解析 硅晶体有金属光泽，属于原子晶体；金刚石等原子晶体都具有较高熔点；金属晶体熔融态导电，固态也导电，并具有良好的延展性。3金属晶体能导电的原因是( )A金属晶体中的金属阳离子与自由电子间的作用较弱B金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动C金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动D金属晶体在外加电场作用下可失去电子答案 B解析 根据金属键理论，自由电子是属于整个晶体的，在外加电场作用下，发生了定向移动从而导电，故 B 项正确；有的金属中金属键较强，但依然导电，故 A 项错误；金属导电是靠自由电子的定向移动，而不是金属阳离子发生定向移动
13、，故 C 项错误；金属导电是物理变化，而不是失去电子的化学变化，故 D 项错误。二、金属晶体性质比较4下列叙述正确的是( )同周期金属元素的原子半径越大晶体熔点越高 同周期金属元素的原子半径越小晶体熔点越高 同主族金属元素的原子半径越大晶体熔点越高 同主族金属元素的原子半径越小晶体熔点越高A B C D答案 B5下列有关金属的说法正确的是( )A锂的熔点比钠的低B镁的硬度大于铝的硬度C温度越高，金属中自由电子的运动速度越快，所以金属的导电性越强D金属的延展性与金属键没有方向性有关答案 D解析 同主族金属元素随着电子层数的增加，原子半径逐渐增大，金属键逐渐减弱，金属的熔点逐渐降低，故 A 错误；
14、同周期金属元素随着核电荷数的增加，原子半径逐渐减小，金属键逐渐增强，金属的硬度逐渐增大，故 B 错误；温度越高，金属中自由电子无规则运动速度越快，在电场作用下做定向移动的能力越弱，故金属的导电性越差，故 C 错误；8由于金属键没有方向性，当金属受外力作用时，金属原子之间发生相对滑动，但金属原子之间仍然保持金属键的作用，故金属表现出良好的延展性，D 正确。6下列对各物质性质的比较中，正确的是( )A熔点：LiNaKB导电性：AgCuAlFeC密度：NaMgAlD空间利用率：钾型镁型铜型答案 B解析 按 Li、Na、K 的顺序，金属键逐渐减弱，熔点逐渐降低，A 项错；按Na、Mg、Al 的顺序，密
15、度逐渐增大，C 项错；不同堆积方式的金属晶体空间利用率：简单立方为 52%，钾型为 68%，镁型和铜型均为 74%，D 项错；常用的金属导体中，导电性最好的是银，其次是铜，再次是铝、铁，B 项正确。三、金属晶体中金属原子的堆积方式7下列金属的晶体结构类型都属于面心立方最密堆积型的是( )ALi、Na、Mg、Ca BLi、Na、K、RbCPb、Ag、Cu、Au DBe、Mg、Cu、Zn答案 C8下列有关金属晶体的说法中不正确的是( )A金属晶体是一种“巨分子”B “自由电子”为所有原子所共有C简单立方堆积的空间利用率最低D体心立方密堆积的空间利用率最高答案 D解析 根据金属晶体的金属键理论，选项
16、 A、B 都是正确的。金属晶体的堆积方式中空间利用率分别是简单立方堆积 52%，体心立方密堆积 68%，面心立方最密堆积和六方最密堆积均为 74%。因此简单立方堆积的空间利用率最低，六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率最高。9金属晶体的堆积方式、空间利用率和配位数关系正确的是( )钋 Po简单立方堆积52%6钠 Na钾型74%12锌 Zn镁型68%8银 Ag铜型74%12A B C D答案 D9解析 钾型空间利用率为 68%，配位数为 8；中 Zn 为镁型，空间利用率为 74%，配位数为 12；堆积方式、空间利用率和配位数均正确。10铁有 、 三种晶体结构，以下依次是 、 三种晶体不同温
17、度下转化的图示。有关说法不正确的是( )AFe 晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有 8 个BFe 晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有 12 个C如图 Fe 晶胞边长若为 acm，Fe 晶胞边长若为 bcm，则两种晶体密度比为b3 a3D将铁加热到 1500分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不相同答案 C解析 Fe 晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有 8 个(设晶胞边长为ccm，则两个铁原子间的最近距离为 cm)；Fe 晶体中与每个铁原子距离相等且最近3c2的铁原子有 12 个(Fe 晶胞边长若为 bcm，则两个铁原子间的最近距离应为 bcm)。若22Fe 晶胞边长为
18、 acm，Fe 晶胞边长为 bcm，则两种晶体密度比为 b32 a3。将铁加热到 1500分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不同。能力提升11.最近发现一种由钛(Ti)原子和碳原子构成的气态团簇分子，分子模型如图所示，其中圆圈表示碳原子，黑点表示钛原子，则它的化学式为( )ATiC BTi 13C14 CTi 4C7 DTi 14C13答案 D解析 此题一定要注意此结构为一个具有规则结构的大分子，不是晶胞。在此题目中，只需数出两种原子的数目即可(Ti 14C13)。12回答下列问题：10(1)金属晶体的构成微粒是_，微粒间的相互作用称为_。这种作用力越强，晶体的熔、沸点越_，硬度越_。(2
19、)金属键的强弱与金属价电子数的多少有关，价电子数越多，金属键越强；与金属原子的半径大小也有关，金属原子半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是_。ALi、Na、K BNa、Mg、AlCLi、Be、Mg DLi、Na、Mg(3)已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au其堆积方式为简单立方堆积的是_。体心立方密堆积的是_。六方最密堆积的是_。面心立方最密堆积的是_。答案 (1)金属离子和自由电子 金属键 高 大 (2)B(3)Po Na、K、Fe Mg、Zn Cu、Au13根据你的生活经验和下表所提供的信息，分析并回答下列问题。物理性质 物理性质比较银铜金铝锌铁
20、导电性(以银为 100)1009974612717金铅银铜铁锌铝密度/gcm 319.311.310.58.927.867.142.7熔点/ 钨铁铜金银铝锡3410153510831064962660232铬 铁 银 铜 金 铝 铅硬度( 以金刚石为 10)9 452.54 2.53 2.53 22.9 1.5(1)为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制？(2)银的导电性比铜好，为什么导线一般用铜制而不用银制？(3)为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？(4)上述物理性质中与自由电子关系最为密切的是_。答案 (1)因为铁的硬度比铅大，且铅有毒，故常用铁而不用铅制作菜刀、锤子等。(2)银和铜的导电
21、性相近，但银比铜贵得多，且电线用量大，所以用铜不用银作导线。(3)因为钨的熔点高(3410)，而锡的熔点(232)太低，通电时锡就熔化了，所以用钨丝而不用锡丝做灯泡的灯丝。11(4)导电性解析 在确定金属的用途时，要考虑其硬度、熔点、导电性等多种性质，有时还要考虑价格、资源、是否便利、是否有毒、是否利于回收等因素。正确解答本题还要会读题，充分利用题中所给信息进行比较解题。14Mn、Fe 均为第 4 周期过渡金属元素，两元素的部分电离能数据列于下表：元素 Mn FeI1 717 759I2 1509 1561电离能/kJmol1I3 3248 2957回答下列问题：(1)Mn 元素基态原子的价电
22、子层的电子排布式为_，比较两元素的 I2、 I3可知，气态 Mn2 再失去一个电子比气态 Fe2 再失去一个电子难。对此你的解释是_。(2)金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如下图所示。面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的 Fe 原子个数之比为_，Fe 原子配位数之比为_。答案 (1)3d 54s2 Mn 2 转化为 Mn3 时，3d 能级由较稳定的 3d5半充满状态转变为不稳定的 3d4状态(或 Fe2 转化为 Fe3 时，3d 能级由不稳定的 3d6状态转变为较稳定的 3d5半充满状态) (2)21 32解析 (1)根据锰在元素周期表中的位置可写出其价电子排布，由于 Mn2
23、 转化为 Mn3时，3d 能级由较稳定的 3d5半充满状态转变为不稳定的 3d4状态(或 Fe2 转化为 Fe3 时，3d 能级由不稳定的 3d6状态转变为较稳定的 3d5半充满状态)，所以，气态 Mn2 再失去一个电子比气态 Fe2 再失去一个电子难。(2)根据题给晶胞的结构，在每个体心立方晶胞中含有的铁原子数目是 2 个(配位数是8)，在每个面心立方晶胞中含有的铁原子数目是 4 个(配位数是 12)。拓展探究15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共用。金原子的直径为dcm，用 NA表示阿伏加德罗常数， M 表示金的摩尔质量(单位：gmol 1 )。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)一个晶胞的体积为_cm 3。(4)金晶体的密度为_gcm 3 。答案 (1)4 (2)在立方体各个面的对角线上的 3 个金原子紧密排列且相邻的两个金原子处于相切状态(3)2 d3 (4)22Md3NA解析 处于立方体顶点的金属原子为 8 个晶胞共用，此晶胞只占 ；处于面心上的金属原子18为 2 个晶胞共用，此晶胞只占 。12
