2018-2019版高中化學(xué) 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第2節(jié) 金屬晶體與離子晶體 第1課時學(xué)案 魯科版選修3.doc
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第1課時 金屬晶體 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.進一步熟悉金屬晶體的概念和特征,能用金屬鍵理論解釋金屬晶體的物理性質(zhì)。2.知道金屬晶體中晶胞的堆積方式。3.學(xué)會關(guān)于金屬晶體典型計算題目的分析方法。 一、金屬晶體及常見金屬晶體的結(jié)構(gòu)型式 1.金屬晶體 (1)金屬原子通過金屬鍵形成的晶體稱為金屬晶體。 (2)金屬鍵是指金屬陽離子和自由電子之間的強的相互作用。 (3)由于自由電子為整個金屬所共有,所以金屬鍵沒有方向性和飽和性,從而導(dǎo)致金屬晶體最常見的結(jié)構(gòu)型式具有堆積密度大,原子配位數(shù)高,能充分利用空間等特點。 2.常見金屬晶體的結(jié)構(gòu)型式 金屬晶體可看作是金屬原子在三維空間(一層一層地)堆積而成。其堆積模式有以下四種。這四種堆積模式又可以根據(jù)每一層中金屬原子的二維放置方式不同分為兩類:非密置層堆積(包括簡單立方堆積和體心立方密堆積),密置層堆積(包括六方最密堆積和面心立方最密堆積)。填寫下表: 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) 6 52% 1 體心立方密堆積 (A2型) Na、K、Fe 8 68% 2 密置層 六方最密堆積(A3型) Mg、Zn、Ti 12 74% 6 面心立方最密堆積 (A1型) Cu、Ag、Au 12 74% 4 (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)堆積模型 例1 下列有關(guān)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6 C.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 解析 A項,金屬晶體中的原子在二維空間只有非密置層和密置層兩種放置方式;B項,非密置層在三維空間可形成簡單立方堆積和體心立方堆積兩種堆積方式,其配位數(shù)分別是6和8;D項,金屬晶體中的原子在三維空間有四種堆積方式,其中鎂型和銅型堆積的空間利用率較高。 規(guī)律總結(jié) 金屬晶體的空間利用率大小關(guān)系為簡單立方堆積<體心立方密堆積<六方最密堆積=面心立方最密堆積。 例2 Al的晶體中原子的堆積方式如圖甲所示,其晶胞特征如圖乙所示,原子之間相互位置關(guān)系的平面圖如圖丙所示。 若已知Al的原子半徑為d,NA代表阿伏加德羅常數(shù),Al的相對原子原子質(zhì)量為M,請回答: (1)晶胞中Al原子的配位數(shù)為________,一個晶胞中Al原子的數(shù)目為________。 (2)該晶體的密度為__________(用字母表示)。 答案 (1)12 4 (2) 解析 (1)Al屬于…ABCABC…方式堆積的面心立方最密堆積,配位數(shù)為12,一個晶胞中Al原子的數(shù)目為8+6=4。(2)把數(shù)據(jù)代入公式ρV=M得ρ(2d)3=M,解得ρ=。利用公式求金屬晶體的密度,關(guān)鍵是找出晶胞正方體的邊長。本題中面對角線的長度為4d,然后根據(jù)邊長的倍等于面對角線的長度可求得晶胞正方體的邊長。 方法規(guī)律——晶胞密度的計算方法 (1)以晶胞為研究對象,運用均攤法或切割法分析每個晶胞中含有的微粒數(shù),計算一個晶胞的質(zhì)量m=(NA為阿伏加德羅常數(shù),n為晶胞中所含微粒個數(shù),M為所含微粒的摩爾質(zhì)量)。 (2)結(jié)合晶胞中的幾何關(guān)系,計算一個晶胞的體積,用m=ρV的關(guān)系計算。 例3 金屬鈉晶體的晶胞為體心立方晶胞(),晶胞的邊長為a。假定金屬鈉原子為等徑的剛性球,且晶胞中處于體對角線上的三個球相切。則鈉原子的半徑r為( ) A. B. C. D.2a 答案 B 解析 如果沿著某一面的對角線對晶胞作橫切面,可得如圖所示的結(jié)構(gòu),其中AB為晶胞的邊長,BC為晶胞的面對角線,AC為晶胞的體對角線。根據(jù)立方體的特點可知:BC=a,結(jié)合AB2+BC2=AC2得:r=。 二、金屬晶體的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì) 1.金屬晶體具有良好的延展性。由于金屬通常采用密堆積方式,在鍛壓或捶打時,密堆積層的金屬原子之間比較容易產(chǎn)生滑動,但金屬密堆積層之間始終保持著金屬鍵的作用。 2.金屬晶體中原子的堆積方式也會影響金屬的性質(zhì),如具有最密堆積結(jié)構(gòu)的金屬的延展性往往比其他結(jié)構(gòu)的延展性好。 3.金屬晶體熔、沸點的規(guī)律 (1)金屬的熔、沸點取決于金屬鍵的強弱,一般金屬原子的價電子數(shù)越多,原子半徑越小,金屬晶體內(nèi)部金屬鍵越強,晶體熔、沸點越高。 (2)金屬晶體的熔點差別較大,如Hg熔點很低,堿金屬熔點較低,鐵等金屬熔點很高。這是由于金屬晶體緊密堆積方式、金屬陽離子和自由電子的作用力不同造成的。 (3)同一周期主族金屬單質(zhì)的熔點由左到右逐漸升高;同一主族金屬單質(zhì)的熔點自上而下逐漸降低。 (4)合金的熔點一般低于成分金屬的熔點。 金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性與自由電子的運動有關(guān);金屬具有金屬光澤與自由電子有關(guān);金屬的延展性與金屬鍵有關(guān),金屬的熔點和硬度與金屬鍵的強弱有關(guān)。 例4 金屬晶體熔、沸點高低和硬度大小一般取決于金屬鍵的強弱,而金屬鍵的強弱與金屬陽離子所帶電荷的多少及半徑大小相關(guān)。由此判斷下列說法正確的是( ) A.金屬鎂的硬度大于金屬鋁 B.堿金屬單質(zhì)的熔、沸點從Li到Cs逐漸增大 C.金屬鎂的熔點大于金屬鈉 D.金屬鎂的硬度小于金屬鈣 答案 C 解析 鎂離子比鋁離子的半徑大,而所帶的電荷少,所以金屬鎂比金屬鋁的金屬鍵弱,熔、沸點和硬度都??;從Li到Cs,離子的半徑逐漸增大,金屬鍵逐漸減弱,熔、沸點和硬度都逐漸減小;金屬鎂比金屬鈉離子的半徑小而所帶電荷多,金屬鍵強,所以金屬鎂比金屬鈉的熔、沸點和硬度都大;鎂比鈣離子的半徑小,金屬鍵強,所以金屬鎂比金屬鈣的熔、沸點和硬度都大。 規(guī)律總結(jié) 同周期金屬,從左到右熔、沸點依次升高;同主族金屬,從上到下熔、沸點依次降低。金屬的硬度和熔點相差很大,如金屬鎢的硬度很大,熔點很高(3 410 ℃),而汞常溫下為液體,熔點很低(-38.9 ℃)。 1.金屬的下列性質(zhì)中和金屬晶體無關(guān)的是( ) A.良好的導(dǎo)電性 B.反應(yīng)中易失電子 C.良好的延展性 D.良好的導(dǎo)熱性 答案 B 解析 A、C、D都是金屬共有的物理性質(zhì),這些性質(zhì)都是由金屬晶體所決定的。金屬易失電子是由金屬原子的結(jié)構(gòu)決定的,所以和金屬晶體無關(guān)。 2.下列關(guān)于金屬晶體的體心立方密堆積的結(jié)構(gòu)型式的敘述中,正確的是( ) A.晶胞是六棱柱 B.屬于A2型密堆積 C.每個晶胞中含有4個原子 D.每個晶胞中含有5個原子 答案 B 解析 金屬晶體的體心立方密堆積的晶胞是平行六面體,體心立方密堆積的堆積方式為立方體的頂點和體心各有1個原子,屬于A2型密堆積,每個晶胞中含有8+1=2個原子。 3.下列物質(zhì)的熔點依次升高的是( ) A.Mg、Na、K B.Na、Mg、Al C.Na、Rb、Ca D.鋁、鋁硅合金 答案 B 解析 A項中K+、Na+、Mg2+的半徑依次減小,Mg2+的電荷數(shù)比K+、Na+的大,故各物質(zhì)熔點的順序為K<Na<Mg;同理分析,B項正確;C項中各物質(zhì)熔點的順序應(yīng)為Rb<Na<Ca;D項中各物質(zhì)熔點的順序應(yīng)為鋁硅合金<鋁。 4.金屬晶體中金屬原子有三種常見的堆積方式,a、b、c分別代表這三種晶胞的結(jié)構(gòu),其晶胞a、b、c內(nèi)金屬原子個數(shù)比為( ) A.3∶2∶1 B.11∶8∶4 C.9∶8∶4 D.21∶14∶9 答案 A 解析 a晶胞中,頂點的微粒被6個晶胞共用,所以a中原子個數(shù)為12+2+3=6;b中原子個數(shù)為8+6=4;c中原子個數(shù)為8+1=2。 5.回答下列問題: (1)1 183 K以下純鐵晶體的基本結(jié)構(gòu)單元如圖1所示,1 183 K以上轉(zhuǎn)變?yōu)閳D2所示的基本結(jié)構(gòu)單元,在兩種晶體中最鄰近的鐵原子間距離相同。 ①鐵原子的簡化電子排布式為___________________________________________________; 鐵晶體中鐵原子以________鍵相互結(jié)合。 ②在1 183 K以下的純鐵晶體中,與鐵原子等距離且最近的鐵原子數(shù)為________;在1 183 K以上的純鐵晶體中,與鐵原子等距離且最近的鐵原子數(shù)為________。 (2)銅的堆積方式屬于A1型最密堆積,其晶胞示意圖為________(填字母)。晶胞中所含的銅原子數(shù)為________個。金屬銅晶胞為面心立方最密堆積,邊長為a cm。又知銅的密度為ρ gcm-3,阿伏加德羅常數(shù)為________。 答案 (1)①[Ar]3d64s2 金屬 ②8 12 (2)d 4 mol-1 解析 (1)②在1 183 K以下的純鐵晶體中,與體心鐵原子等距離且最近的鐵原子是8個頂點的鐵原子;在1 183 K以上的純鐵晶體中,與面心鐵原子等距離且最近的鐵原子有12個。(2)銅晶胞為面心立方最密堆積,1個晶胞能分?jǐn)偟?個Cu原子;1個晶胞的體積為a3 cm3;一個晶胞的質(zhì)量為a3ρ g;由=a3ρ g,得NA= mol-1。 [對點訓(xùn)練] 題組1 金屬晶體的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì) 1.金屬的下列性質(zhì)中,與自由電子無關(guān)的是( ) A.密度大小 B.容易導(dǎo)電 C.延展性好 D.易導(dǎo)熱 答案 A 解析 密度大小與自由電子無關(guān),A符合題意;容易導(dǎo)電,是由于自由電子的定向移動形成電流,B不符合題意;金屬發(fā)生形變時自由電子仍然可以在金屬離子之間流動,使金屬不會斷裂,C不符合題意;金屬內(nèi)自由電子和金屬陽離子發(fā)生碰撞,所以易導(dǎo)熱,D不符合題意。 2.下列敘述中錯誤的是( ) A.金屬單質(zhì)或其合金在固態(tài)和液態(tài)時都能導(dǎo)電 B.晶體中存在離子的一定是離子晶體 C.金屬晶體中的自由電子為整塊晶體所共有 D.鈉比鉀的熔點高是因為鈉中金屬陽離子與自由電子之間的作用力強 答案 B 解析 離子晶體中存在陰、陽離子,而在金屬晶體中存在金屬陽離子和自由電子,所以B錯誤;自由電子在整塊金屬中可自由移動,為整塊晶體所共有,所以C正確;金屬晶體的熔點高低取決于金屬鍵的強弱,金屬鍵越強,金屬晶體的熔點越高,反之,越低,所以D正確。 3.下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是( ) A.鈣的熔、沸點低于鉀 B.常溫下,金屬單質(zhì)都以晶體形式存在 C.含有陽離子的化合物晶體,不一定含有陰離子 D.金屬離子與自由電子之間的強烈作用,在一定外力作用下,不因形變而消失 答案 D 解析 原子半徑:Ca- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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