3.2 第1课时 金属晶体 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2

3.2 第1课时　金属晶体
【学习目标】
1.了解金属晶体的结构与性质。
2.了解金属晶体的结构模型。 　
【自主预习】
1.概念
金属原子通过　　　　形成的晶体称为金属晶体。
2.常见金属晶体的特点及堆积方式
(1)特点:金属键可看作　　　　和“自由电子”之间的强的相互作用,而且“自由电子”为整个金属所共有,导致金属键没有　　　　和　　　　,因此金属晶体可看作　　　　的堆积。
(2)堆积方式:球堆积层的两种模式如图
如果将层与层之间再相互叠放在一起,便形成了晶体的堆积模型,下图为两种通过密置层叠放而得到的最密堆积方式。
3.常见金属晶体的结构
常见金属 Ca、Cu、Au、Al、Pd、Pt、Ag Li、Na、K、Ba、W、Fe Mg、Zn、Ti
结构示 意图
配位数 　　 　　 　　
立方体,顶点处各有一个微粒,每个面心有一个微粒 立方体,顶点处各有一个微粒,晶胞中心有一个微粒 非立方体或长方体,底面中棱的夹角不是直角
4.物理通性
(1)通性:金属晶体具有金属光泽,有良好的　　　　、　　　　和　　　　。
(2)原因:金属键在整个晶体的范围内起作用。在锻压或锤打时,密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动,这种滑动不会破坏密堆积的排列方式,而且在滑动过程中“　　　　”能够维系整个金属键的存在,因此金属晶体虽然发生了形变但不致断裂。
【参考答案】1.金属键
2.(1)金属阳离子　饱和性　方向性　等径圆球
3.12　8　12
4.(1)延性　展性　可塑性　(2)自由电子
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)金属键具有方向性和饱和性。 (　　)
(2)金属键是金属阳离子与自由电子间的强烈的相互作用。 (　　)
(3)金属导电是因为在外加电场作用下产生“自由电子”。 (　　)
(4)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子。 (　　)
(5)金属晶体的熔点一定比共价晶体的熔点高。 (　　)
(6)金属受外力作用时常发生变形而不易折断,是由于金属原子间有较强的作用。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
2.金属在发生变形延展时,金属键断裂吗
【答案】不断裂。
3.金属在通常状况下都是晶体吗 金属晶体的性质与哪些因素有关
【答案】不是,如汞;金属键和金属原子的堆积方式决定金属的性质。
【合作探究】
任务　金属晶体
情境导入　北京2022年冬奥会奖牌正面中央刻有奥运五环,圆环做打凹处理,设计灵感源自传统弦纹玉璧,上面有取自中国传统纹样的浅刻,冰雪纹代表冬奥会,祥云纹传达了吉祥和美好的寓意。牌体由圆环加圆心构成,形象来源于中国古代同心圆玉璧,共设五环,五环同心,同心归圆。
问题生成
2022年冬奥会金牌含有6 g黄金和92.5%左右的纯银。已知金晶体的晶胞如图所示。设金原子的直径为d cm,用NA表示阿伏加德罗常数的值,在立方体的各个面的对角线上,3个金原子彼此两两相切,M g·mol-1表示金的摩尔质量。
1.金晶体每个晶胞中含有几个金原子 写出分析过程。
【答案】4个　金原子处于顶点与面心上,晶胞中含有的金原子数目为8×+6×=4。
2.金属键有方向性和饱和性吗
【答案】金属键无方向性和饱和性。
3.一个金晶胞的体积是多少 请写出推理过程。
【答案】在立方体的各个面的对角线上,3个金原子彼此两两相切,金原子的直径为d cm,故面对角线长度为2d cm,棱长为×2d cm=d cm,故晶胞的体积为(d)3 cm3=2d3 cm3。
4.金晶体的密度是多少 请写出推理过程。
【答案】 g·cm-3　金晶胞中含有4个原子,故晶胞质量为 g,晶胞的体积为2d3 cm3,故晶胞密度为= g·cm-3。
【核心归纳】
1.金属物理通性的解释
2.金属晶体熔点的影响因素
同类型的金属晶体的熔点由金属阳离子半径、离子所带的电荷决定,阳离子半径越小,所带电荷越多,相互作用力就越强,熔点就越高。例如熔点:Li>Na>K>Rb>Cs,Na【典型例题】
【例1】铁有δ、γ、α三种晶体结构,δ、γ、α三种晶体不同温度下转化的示意图如下所示,下列有关说法不正确的是(　　)。
A.δ-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有8个
B.γ-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个
C.α-Fe晶胞边长若为a cm,γ-Fe晶胞边长若为b cm,则α-Fe和γ-Fe两种晶体的密度之比为b3∶4a3
D.将铁加热到1500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却,得到的晶体类型相同
【答案】D
【解析】δ-Fe,中心Fe与8个顶点上的Fe距离相等且最近;γ-Fe,与每个铁原子距离相等且最近的铁原子数为8×3×=12,每个晶胞中含铁原子数为8×+6×=4,α-Fe晶胞中含铁原子数为8×=1,则α-Fe 和γ-Fe两种晶体的密度比为∶=b3∶4a3;由三种晶体的转化温度关系可以看出急速冷却和缓慢冷却得到两种不同类型的晶体。
【例2】漆黑的夜里,伸手不见五指,然而,夜光表的指针却发出淡淡的光芒。夜光表为什么会发光呢 原来,在指针和表盘的刻度上,涂有一种发光物质。这发光物质就是掺杂着镭的化合物的荧光粉。镭是一种具有放射性的银白色金属,十分柔软。
(1)镭(Ra)位于第7周期ⅡA族,则镭的原子序数是　　　　,镭的原子半径比钙的　　　　,氯化镭的化学式为　　　　,氢氧化镭的碱性比氢氧化钙　　　　。
(2)镭的金属键比镁　　　　,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。镭晶体的熔、沸点比镁晶体的　　　　。Ra能够与冷水　　　　反应,且Ra(OH)2的碱性很强。
(3)金属晶体易导电的理由是 　 。
(4)金属晶体易导热的理由是 　 。
【答案】(1)88　大　RaCl2　强
(2)弱　镭和镁位于同一主族,最高化合价都是+2,但是镭的原子半径大,所以金属键就弱　低　剧烈
(3)在金属中,存在着许多自由电子,这些自由电子的运动是没有一定方向的,但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动,因而形成电流,所以金属容易导电。
(4)自由电子运动时与金属阳离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分,从而使整块金属达到相同的温度。
灵犀一点：金属的金属键越强,则对应金属晶体的熔、沸点越高。注意金属的熔、沸点有如下几个递变规律:①同周期金属单质,从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。②同主族金属单质,从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。
【随堂检测】
1.下列金属晶体中,自由电子与金属阳离子间作用最弱的是(　　)。
A.K　　　　B.Na　　　　C.Mg　　　　D.Al
【答案】A
【解析】四种金属中钾的原子半径最大,相同体积内自由电子数较少,所以金属键最弱,即金属阳离子和自由电子间的作用最弱。
2.下列生活中的现象,不能用金属键理论知识解释的是(　　)。
A.用铁制品做炊具
B.用金属铝制成导线
C.用铂金做首饰
D.铁易生锈
【答案】D
【解析】用铁制品做炊具利用了金属的导热性;用金属铝制成导线利用了金属的导电性;用铂金做首饰利用了金属的延展性,三者均与金属阳离子与自由电子形成的金属键有关。铁易生锈与原子的还原性以及所处的周围介质的酸碱性有关。
3.下列关于金属晶体的叙述正确的是(　　)。
A.常温下,金属单质都以金属晶体形式存在
B.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
C.钙的熔、沸点低于钾
D.温度越高,金属的导电性越好
【答案】B
【解析】A项,Hg在常温下为液态;C项,r(Ca)K,所以金属键Ca>K,故熔、沸点Ca>K;D项,金属的导电性随温度升高而降低。
4.(2021·全国乙卷,节选)在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构,如图所示。处于顶角位置的是　　　　原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl,则金属原子空间占有率为　　　　%(列出计算表达式)。
【答案】Al　×100
【解析】观察AlCr2晶胞,黑球位于顶点和体内,白球位于棱上和体内,1个晶胞含2个黑球、4个白球,根据晶体的化学式知,顶点位置的是Al原子。根据球体体积公式计算Al、Cr原子的体积,原子空间利用率(φ)等于原子总体积与晶胞体积之比:φ(Al,Cr)=×100%=×100%。
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