人教版選修3 第3章第3節(jié) 金屬晶體 學案.docVIP

第三節(jié)金屬晶體知識梳理一、金屬鍵和金屬晶體1.金屬鍵(1)金屬鍵的概念及形成條件概念：金屬陽離子與自由電子之間的強烈的相互作用。成鍵微粒：金屬陽離子和自由電子。成鍵條件：金屬單質(zhì)或合金。(2)金屬鍵的本質(zhì)描述金屬鍵本質(zhì)的最簡單理論是“電子氣理論”。它把金屬鍵形象地描繪為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起，形成一種“巨分子”。(3)金屬鍵的特征金屬鍵無方向性和飽和性。晶體里的電子不專屬于某幾個特定的金屬離子，而是幾乎均勻地分布在整個晶體里，把所有金屬原子維系在一起，所以金屬鍵沒有方向性和飽和性。2.金屬晶體(1)金屬晶體通過金屬陽離子與自由電子之間的較強作用形成的晶體，叫做金屬晶體。(2)金屬晶體物理特性分析良好的延展性：金屬鍵沒有方向性，當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層發(fā)生相對滑動而不會破壞金屬鍵，金屬發(fā)生形變但不會斷裂，故金屬晶體具有良好的延展性。良好的導電性：由于金屬晶體中的自由電子可以在外加電場作用下發(fā)生定向移動。金屬的導熱性：是自由電子在運動時與金屬離子碰撞而引起能量的交換，從而使能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，使整塊金屬達到相同的溫度。3.金屬晶體熔點的變化規(guī)律(1)金屬陽離子半徑越小，離子所帶電荷數(shù)越多，自由電子越多，金屬鍵越強，金屬晶體的熔點越高。如knamgal，li na krb。(2)一般合金的熔點低于成分金屬的熔點。(3)金屬晶體熔點差別很大，如汞常溫為液體，熔點很低(38.9 )，而鐵等金屬熔點很高(1 535 )。歸納總結(jié)：例1下列關于金屬鍵的敘述中，正確的是()a.金屬鍵具有方向性和飽和性b.金屬鍵是金屬陽離子與自由電子間的相互作用c.金屬導電是因為在外加電場作用下產(chǎn)生自由電子d.金屬具有光澤是因為金屬陽離子吸收并放出可見光答案b例2下列各組金屬熔、沸點高低順序正確的是()a.mgalca b.alnalic.almgca d.mgbaal答案c二、金屬晶體的堆積方式1.二維空間的堆積模型金屬晶體中的原子可看成直徑相等的球體。把它們放置在平面上(即二維空間里)，可有兩種方式非密置層和密置層(如下圖所示)。(1)晶體中一個原子周圍距離相等且最近的原子的數(shù)目叫配位數(shù)。分析上圖非密置層的配位數(shù)是4，密置層的配位數(shù)是6。(2)密置層放置，平面的利用率比非密置層的要高。2.三維空間的堆積模型(1)非密置層在三維空間堆積簡單立方堆積將非密置層球心對球心地垂直向上排列，這樣一層一層地在三維空間里堆積，就得到簡單立方堆積(如下圖所示)。金屬晶體的堆積方式簡單立方堆積這種堆積方式形成的晶胞是一個立方體，每個晶胞含一個原子，這種堆積方式的空間利用率為52%，配位數(shù)為6，這種堆積方式的空間利用率太低，只有金屬釙(po)采取這種堆積方式。體心立方堆積非密置層的另一種堆積方式是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，每層均照此堆積，如下圖所示。堿金屬和鐵原子都采取此類堆積方式，這種堆積方式又稱鉀型堆積。金屬晶體的堆積方式體心立方堆積這種堆積方式可以找出立方晶胞，空間利用率比簡單立方堆積高得多，達到68%，每個球與上、下兩層的各4個球相接觸，故配位數(shù)為8。(2)密置層在三維空間堆積密置層的原子按體心立方堆積的方式堆積，會得到兩種基本堆積方式六方最密堆積和面心立方最密堆積。這兩種堆積方式都是金屬晶體的最密堆積，配位數(shù)均為12，空間利用率均為74%，但所得晶胞的形式不同(如下圖所示)。六方最密堆積面心立方最密堆積六方最密堆積六方最密堆積如下圖所示，重復周期為兩層，按abababab的方式堆積。由于在這種排列方式中可劃出密置層六方晶胞，稱為六方最密堆積， mg、zn、ti都是采用這種堆積方式。面心立方最密堆積面心立方最密堆積如上圖所示，按abcabcabc的方式堆積。由于在這種排列中可以劃出面心立方晶胞，故稱這種堆積方式為面心立方最密堆積。cu、ag、au等均采用此類堆積方式。歸納總結(jié)(1)堆積原理組成晶體的金屬原子在沒有其他因素影響時，在空間的排列大都服從緊密堆積原理。這是因為在金屬晶體中，金屬鍵沒有方向性和飽和性，因此都趨向于使金屬原子吸引更多的其他原子分布于周圍，并以密堆積方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。(2)常見的堆積模型堆積模型采納這種堆積的典型代表晶胞配位數(shù)空間利用率每個晶胞所含原子數(shù)非密置層簡單立方堆積po(釙)652%1體心立方堆積na、k、fe868%2密置層六方最密堆積mg、zn、ti1274%2面心立方最密堆積cu、ag、au1274%4例3下列關于金屬晶體的堆積模型的說法正確的是()a.金屬晶體中的原子在二維空間有三種放置方式b.金屬晶體中非密置層在三維空間可形成兩種堆積方式，其配位數(shù)都是6c.鎂型堆積和銅型堆積是密置層在三維空間形成的兩種堆積方式d.金屬晶體中的原子在三維空間的堆積有多種方式，其空間利用率相同答案c例4金晶體是面心立方體，立方體的每個面上5個金原子緊密堆砌(如圖，其余各面省略)，金原子半徑為a cm。求：(1)金晶體中最小的一個立方體含有_個金原子。(2)金的密度為_ gcm3(用帶a的計算式表示)。(3)金原子空間占有率為_(au的相對原子質(zhì)量為197，用帶a的計算式表示)。答案(1)4(2)(3)0.74(或74%)三、混合晶體石墨1.結(jié)構(gòu)特點層狀結(jié)構(gòu)(1)同層內(nèi)，碳原子采用sp2雜化，以共價鍵相結(jié)合形成正六邊形平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。所有碳原子的p軌道平行且相互重疊，p電子可在整個平面中運動。(2)層與層之間以范德華力相結(jié)合。2.晶體類型：石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵和范德華力，屬于混合晶體。歸納總結(jié)：石墨的性質(zhì)(1)導電性、導熱性：石墨晶體中，形成大鍵的電子可以在整個碳原子平面上運動，比較自由，相當于金屬中的自由電子，類似金屬鍵的性質(zhì)，所以石墨能導電、導熱，并且沿層的平行方向?qū)щ娦詮姡@也是晶體各向異性的表現(xiàn)。(2)潤滑性：石墨層間作用力為范德華力，結(jié)合力弱，層與層間可以相對滑動，使之具有潤滑性，因而可以作潤滑劑、鉛筆芯等。例5碳元素的單質(zhì)有多種形式，如圖所示，依次是c60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖：回答下列問題：(1)金剛石、石墨、c60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互為_。(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為_、_。(3)c60屬于_晶體，石墨屬于_晶體。(4)石墨晶體中，層內(nèi)cc鍵的鍵長為142 pm，而金剛石中cc鍵的鍵長為154 pm。其原因是金剛石中只存在cc間的_共價鍵，而石墨層內(nèi)的cc間不僅存在_共價鍵，還有_鍵。答案(1)同素異形體(2)sp3sp2(3)分子混合(4)(或大或p-p)解析(1)金剛石、石墨、c60、碳鈉米管都是由同種元素形成的不同單質(zhì)，故它們互為同素異形體。(2)在金剛石中，每個碳原子都形成四個共價單鍵，故碳原子的雜化方式為sp3；石墨烯中碳原子采用sp2雜化。(3)一個“c60”就是一個分子，故c60屬于分子晶體；石墨層與層之間是范德華力，而同一層中碳原子之間是共價鍵，故形成的晶體為混合晶體。(4)在金剛石晶體中，碳原子之間只形成共價單鍵，全部為鍵；在石墨層內(nèi)的碳原子之間既有鍵又有鍵。課堂小結(jié)：課堂檢測1.金屬鍵的實質(zhì)是()a.自由電子與金屬陽離子之間的相互作用b.金屬原子與金屬原子間的相互作用c.金屬陽離子與陰離子的吸引力d.自由電子與金屬原子之間的相互作用答案a2.下列性質(zhì)體現(xiàn)了金屬通性的是()a.鐵能夠被磁鐵磁化b.鋁在常溫下不溶于濃硝酸c.銅有良好的延展性、導熱性和導電性d.鈉與水劇烈反應放出氫氣答案c3.下列物質(zhì)的熔點依次升高的是()a.mg、na、k b.na、mg、alc.na、rb、ca d.鋁、鋁硅合金答案b4.下列有關金屬晶體的說法中不正確的是()a.金屬晶體是一種“巨分子”b.“電子氣”為所有原子所共有c.簡單立方堆積的空間利用率最低d.體心立方堆積的空間利用率最高答案d5.石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)，每個碳原子都跟其他3個碳原子相結(jié)合，如圖是其晶體結(jié)構(gòu)的俯視圖，則圖中7個六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是()a.10 b.18c.24 d.14答案d6.金屬晶體的原子堆積方式常有以下四種，請認真觀察模型，回答下列問題：(1)四種堆積模型的堆積名稱依次是_、_、_、_。(2)圖甲方式的堆積，空間利用率為_