化學(xué)第三節(jié) 金屬晶體與離子晶體第1課時導(dǎo)學(xué)案

這是一份化學(xué)第三節(jié) 金屬晶體與離子晶體第1課時導(dǎo)學(xué)案，共11頁。學(xué)案主要包含了解題指南，母題追問等內(nèi)容，歡迎下載使用。
必備知識·自主學(xué)習(xí)
金屬鍵與金屬晶體
1．金屬鍵
(1)概念：金屬陽離子和自由電子之間存在的強(qiáng)烈的相互作用稱為金屬鍵。
(2)本質(zhì)：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。這一理論稱為“電子氣理論”。
(3)成鍵粒子：金屬陽離子和自由電子。
(4)存在：金屬單質(zhì)或合金。
(5)金屬鍵的強(qiáng)弱及其對金屬性質(zhì)的影響
①金屬鍵的強(qiáng)弱主要取決于金屬元素的原子半徑和價電子數(shù)，原子半徑越小，價電子數(shù)越多，金屬鍵越強(qiáng)；反之，金屬鍵越弱。
②金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。
2．金屬晶體：
(1)概念：原子間以金屬鍵結(jié)合形成的晶體。
(2)用電子氣理論解釋金屬的性質(zhì)。
(1)判斷下列說法是否正確。
①在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子。( )
提示：×。在金屬晶體中只有陽離子和自由電子，不存在陰離子。
②金屬晶體的熔點(diǎn)一定比分子晶體的熔點(diǎn)高。( )
提示：×。金屬晶體的熔點(diǎn)差異很大，如鎢熔點(diǎn)很高，超過3 000℃，有的則很低，如汞在常溫下為液體。
③金屬受外力作用時常發(fā)生變形而不易折斷，是由于金屬原子間有較強(qiáng)的作用。( )
提示：×。金屬受外力作用發(fā)生變形而不易折斷，是因?yàn)榻饘倬w中各層發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式。
(2)根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)，判斷下列晶體類型：
①SiI4：熔點(diǎn)120.5 ℃，沸點(diǎn)271.5 ℃，易水解____________。
②硼：熔點(diǎn)2 300 ℃，沸點(diǎn)2 550 ℃，硬度大____________。
③硒：熔點(diǎn)217 ℃，沸點(diǎn)685 ℃，溶于氯仿____________。
④銻：熔點(diǎn)630.74 ℃，沸點(diǎn)1 750 ℃，導(dǎo)電____________。
答案：①分子晶體 ②共價晶體 ③分子晶體 ④金屬晶體
關(guān)鍵能力·合作學(xué)習(xí)
知識點(diǎn) 金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
1．金屬鍵
(1)金屬鍵的特征
金屬鍵無方向性和飽和性。
晶體中的電子不專屬于某一個或幾個特定的金屬陽離子，而幾乎是均勻地分布在整塊晶體中，因此晶體中存在所有金屬陽離子與所有自由電子之間“彌漫”的電性作用，這就是金屬鍵，因此金屬鍵沒有方向性和飽和性。
(2)金屬鍵的強(qiáng)弱比較
一般來說，金屬鍵的強(qiáng)弱主要取決于金屬元素原子的半徑和價電子數(shù)。原子半徑越大，價電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；原子半徑越小，價電子數(shù)越多，金屬鍵越強(qiáng)。
2．金屬晶體的性質(zhì)
(1)金屬晶體具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。
(2)熔、沸點(diǎn)：金屬鍵越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高。
①同周期金屬單質(zhì)，從左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸點(diǎn)升高。
②同主族金屬單質(zhì)，從上到下(如堿金屬)熔、沸點(diǎn)降低。
③合金的熔、沸點(diǎn)一般比其各成分金屬的熔、沸點(diǎn)低。
④金屬晶體熔點(diǎn)差別很大，如汞常溫下為液體，熔點(diǎn)很低；而鐵常溫下為固體，熔點(diǎn)很高。
(3)硬度：金屬鍵越強(qiáng)，晶體的硬度越大。
3．金屬晶體物理特性分析
(1)良好的延展性。
金屬鍵沒有方向性，當(dāng)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。
(2)金屬材料有良好的導(dǎo)電性是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。
(3)金屬的導(dǎo)熱性是自由電子在運(yùn)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(dá)到相同的溫度。
(1)(思維升華)金屬原子的核外電子在金屬晶體中都為自由電子嗎？
提示：不是。因金屬的原子半徑大，最外層電子受原子核的吸引力小，易脫落而成為自由電子；內(nèi)層電子受到核內(nèi)質(zhì)子的吸引而不自由。
(2)金屬鍵可以看成是許多原子共用許多電子所形成的強(qiáng)烈相互作用，和共價鍵類似。金屬鍵有飽和性和方向性嗎？
提示：沒有。金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間的強(qiáng)烈相互作用，自由電子為整個金屬的所有陽離子所共有，故金屬鍵沒有方向性和飽和性。
【典例】(2021·南寧高二檢測)關(guān)于金屬性質(zhì)和原因的描述不正確的是( )
A．金屬具有金屬光澤是因?yàn)榻饘僦械淖杂呻娮游樟丝梢姽?，又把部分能量以光的形式釋放出?br>B．金屬具有良好的導(dǎo)電性，是因?yàn)榻饘倬w中共享了金屬原子的價電子，形成了“電子氣”，在外電場的作用下自由電子定向移動形成電流
C．金屬具有良好的導(dǎo)熱性能，是因?yàn)樽杂呻娮釉谑軣岷?，加快了運(yùn)動速率，自由電子通過與金屬離子發(fā)生碰撞，傳遞能量
D．金屬晶體具有良好的延展性，是因?yàn)榻饘倬w中的原子層可以通過破壞金屬鍵以達(dá)到相對滑動
【解題指南】解答本題需要注意理解以下兩個方面：
(1)金屬晶體的微觀結(jié)構(gòu)及金屬鍵的特點(diǎn)。
(2)金屬晶體物理特性與其晶體結(jié)構(gòu)間的關(guān)系。
【解析】選D。金屬一般具有銀白色光澤是由于金屬鍵中的自由電子在吸收可見光以后，發(fā)生躍遷，成為高能態(tài)，然后又會回到低能態(tài)，把多余的能量以可見光的形式釋放出來，故A正確；金屬內(nèi)部有自由電子，當(dāng)有外加電壓時電子定向移動，故B正確；金屬自由電子受熱后運(yùn)動速率增大，與金屬離子碰撞頻率增大，傳遞了能量，故金屬有良好的導(dǎo)熱性，故C正確；當(dāng)金屬晶體受到外力作用時，金屬原子間滑動而不斷裂金屬鍵，所以表現(xiàn)出良好的延展性，故D錯誤。
【母題追問】(1)金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬晶體的什么因素有關(guān)？
提示：金屬鍵的強(qiáng)弱主要決定于金屬元素的原子半徑和價電子數(shù)，原子半徑越大，價電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；反之，金屬鍵越強(qiáng)。
(2)金屬鍵的強(qiáng)弱和對金屬性質(zhì)有什么影響？
提示：金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。
金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)
金屬的物理性質(zhì)用晶體結(jié)構(gòu)和電子氣理論解析和分析；金屬的化學(xué)性質(zhì)由原子結(jié)構(gòu)和金屬活動性決定。
1．(2021·長沙高二檢測)下列關(guān)于金屬晶體的敘述不正確的是( )
A．常溫下，金屬單質(zhì)不都以金屬晶體形式存在
B．金屬鍵在一定外力作用下，會因形變而消失
C．鈣的溶、沸點(diǎn)高于鉀
D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越弱
【解析】選B。常溫下，Hg為液態(tài)，故A正確；金屬鍵無方向性，故金屬鍵在一定范圍內(nèi)不因形變而消失，故B錯誤；鈣的金屬鍵強(qiáng)于鉀，故熔、沸點(diǎn)高于鉀，故C正確；溫度升高，自由電子的能量增大，無規(guī)則運(yùn)動加劇，影響了自由電子的定向移動，金屬的導(dǎo)電性減弱，故D正確。
2．如圖所示，花絲工藝又稱為細(xì)金工藝，是將金、銀、銅等抽成細(xì)絲，以堆壘編織等技法制成。鑲嵌則是把金銀薄片打成器皿，然后鏨出圖案，或用鎪弓鎪出圖案，并鑲嵌寶石而成。由一根根花絲到成為一件完整的作品，要依靠堆、壘、編、織、掐、填、攢、焊八大工藝，而每種工藝細(xì)分起來又是千變?nèi)f化。
(1)金屬被壓成薄片、拉絲、制成導(dǎo)線的過程中金屬的化學(xué)性質(zhì)有沒有改變？
提示：沒有改變。金屬被壓成薄片、拉絲、制成導(dǎo)線的過程僅是改變金屬形狀的物理變化，其成分沒有改變。
(2)金屬為什么具有一定的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和延展性呢，從金屬的結(jié)構(gòu)應(yīng)怎樣理解這些性質(zhì)？
提示：金屬中存在自由電子，自由電子被所有原子共用，從而把所有金屬原子維系在一起，當(dāng)金屬受到外力作用時，各原子層發(fā)生滑動而具有良好的延展性；在外加電場作用下，自由電子會發(fā)生定向移動而導(dǎo)電；自由電子在運(yùn)動時會與金屬原子發(fā)生碰撞而傳遞熱量。
三言兩語話重點(diǎn)
1．金屬鍵是指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。
2．金屬晶體中，原子之間以金屬鍵相結(jié)合，金屬鍵的強(qiáng)弱決定金屬晶體的熔點(diǎn)和硬度。金屬晶體具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、延展性。
3．金屬鍵的強(qiáng)度差別很大，鎢是熔點(diǎn)最高的金屬，鉻是硬度最大的金屬。
4．金屬晶體中有陽離子而無陰離子。
課堂檢測·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)
1．(2021·太原高二檢測)在金屬晶體中，自由電子與金屬離子碰撞時有能量傳遞，可以用此來解釋金屬的( )
A．延展性 B．導(dǎo)電性 C．導(dǎo)熱性 D．還原性
【解析】選C。金屬具有延展性主要是因?yàn)榻饘僭谑艿酵饬ψ饔脮r，原子之間可以發(fā)生相對滑動，各層之間仍保持金屬鍵的作用，A選項(xiàng)不滿足題意；金屬具有導(dǎo)電性主要是因?yàn)榻饘倬w內(nèi)部存在自由移動的電子，在外加電場的作用下，自由電子在金屬內(nèi)部發(fā)生定向移動，B選項(xiàng)不滿足題意；金屬具有導(dǎo)熱性主要是因?yàn)樵诮饘倬w內(nèi)部，自由電子與金屬離子碰撞時有能量傳遞，C選項(xiàng)滿足題意；金屬的還原性是金屬的化學(xué)性質(zhì)，與碰撞時能量傳遞無關(guān)，D選項(xiàng)不滿足題意。
2．(2021·包頭高二檢測)只有陽離子而沒有陰離子的晶體是( )
A．金屬晶體 B．共價晶體
C．分子晶體 D．無法判斷
【解析】選A。分子晶體和共價晶體中不存在離子，所以不能選擇B、C兩項(xiàng)；金屬晶體的構(gòu)成微粒是金屬陽離子和自由電子，沒有陰離子，因此應(yīng)該選擇A項(xiàng)。
3．(2021·濟(jì)南高二檢測)金屬具有延展性的原因是( )
A．金屬原子半徑都較大，價電子數(shù)較少
B．金屬受外力作用變形時，金屬陽離子與自由電子間仍保持較強(qiáng)烈的作用
C．金屬中大量自由電子受外力作用時，運(yùn)動速率加快
D．自由電子受外力作用時能迅速傳遞能量
【解析】選B。A.金屬價電子較少，容易失去電子，能說明有還原性，A錯誤；B.金屬鍵存在于整個金屬中，且一般較強(qiáng)，難以斷裂。金屬通常采取最密集的堆積方式，鍛壓或者錘打時，金屬原子之間容易滑動，但不影響緊密的堆積方式，故有延展性，B正確；C.金屬延展性是原子的相對滑動，而不是電子的運(yùn)動，C錯誤；D.自由電子傳遞能量，與延展性無關(guān)，可以影響金屬的導(dǎo)熱性，D錯誤。
4．(2021·徐州高二檢測)我國的超級鋼研究居于世界領(lǐng)先地位。某種超級鋼中除Fe外，還含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%。下列說法中錯誤的是( )
A．上述五種元素中，有兩種位于周期表的p區(qū)
B．超級鋼的晶體一定是金屬晶體
C．X射線衍射實(shí)驗(yàn)可以確定超級鋼的晶體結(jié)構(gòu)
D．超級鋼中存在金屬鍵和離子鍵
【解析】選D。上述五種元素中，F(xiàn)e價電子排布式為3d64s2，Mn價電子排布式為3d54s2，V價電子排布式為3d34s2，這三種元素原子位于d區(qū)；C價電子排布式為2s22p2，Al價電子排布式為3s23p1，這兩種元素原子位于p區(qū)，故A正確；超級鋼的晶體符合金屬晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此為金屬晶體，故B正確；X射線衍射實(shí)驗(yàn)可以確定超級鋼的晶體結(jié)構(gòu)，故C正確；超級鋼是金屬晶體，因此存在金屬鍵，不存在離子鍵，故D錯誤。
5．(2021·濟(jì)南高二檢測)下列有關(guān)金屬的說法正確的是( )
A．金屬原子的核外電子在金屬晶體中都是自由電子
B．金屬導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是金屬陽離子在外電場作用下的定向移動
C．金屬原子在化學(xué)變化中失去的電子數(shù)越多，其還原性越強(qiáng)
D．金屬晶體的堆積方式會影響金屬的性質(zhì)
【解析】選D。因金屬的價電子受原子核的吸引力小，則金屬原
子中的價電子在金屬晶體中為自由電子，而不是所有的核外電子，A錯誤；金屬導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是在外電場作用下自由電子定向移動而產(chǎn)生電流的結(jié)果，B錯誤；金屬原子在化學(xué)變化中失去電子越容易，其還原性越強(qiáng)，C錯誤；金屬晶體中原子的堆積方式會影響金屬的性質(zhì)，如延展性，D正確。
6.(2021·福州高二檢測)金晶體的晶胞如圖所示。設(shè)金原子的直徑為d，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)，在立方體的各個面的對角線上，3個金原子彼此兩兩相切，M表示金的摩爾質(zhì)量。則下列說法錯誤的是( )
A．金晶體每個晶胞中含有4個金原子
B．金屬鍵無方向性，金屬原子盡可能采取密堆積
C．一個晶胞的體積是16 eq \r(2) d3
D．金晶體的密度是 eq \f(\r(2)M,d3NA)
【解析】選C。金原子處于頂點(diǎn)與面心上，晶胞中含有的金原子數(shù)目為8× eq \f(1,8) ＋6× eq \f(1,2) ＝4，故A正確；金屬晶體中，金屬鍵無方向性，金屬原子采取密堆積，故B正確；在立方體的各個面的對角線上3個金原子彼此兩兩相切，金原子的直徑為d，故面對角線長度為2d，棱長為 eq \f(\r(2),2) ×2d＝ eq \r(2) d，故晶胞的體積為( eq \r(2) d)3＝2 eq \r(2) d3，故C錯誤；晶胞中含有4個原子，故晶胞質(zhì)量為 eq \f(4M,NA) ，晶胞的體積為2 eq \r(2) d3，故晶胞密度為 eq \f(\f(4M,NA),2\r(2)d3) ＝ eq \f(\r(2)M,d3NA) ，故D正確。
素養(yǎng)新思維
7．(2021·武漢高二檢測)鉀的化合物廣泛存在于自然界中?；卮鹣铝袉栴}：
(1)原子坐標(biāo)參數(shù)可表示晶胞內(nèi)部各原子的相對位置，金屬鉀是體心立方晶系，其構(gòu)型如圖。其中原子坐標(biāo)參數(shù)A(0，0，0)、B(1，0，0)，則C處原子的坐標(biāo)參數(shù)為________。
(2)鉀晶體的晶胞參數(shù)為a pm。假定金屬鉀原子為等徑的剛性小球且處于體對角線上的三個球相切，則鉀原子的半徑為________pm，晶體鉀的密度計算式是________g·cm－3。
【解析】(1)C處原子位于體心處，則C處原子的坐標(biāo)參數(shù)為( eq \f(1,2) ， eq \f(1,2) ， eq \f(1,2) )。(2)鉀晶體的晶胞參數(shù)為a pm，則體對角線是 eq \r(3) a pm，所以鉀原子的半徑為
eq \f(\r(3),4) a pm。晶胞中含有鉀原子的個數(shù)8× eq \f(1,8) ＋1＝2，所以晶體鉀的密度計算式是 eq \f(2×39,NA×（a×10－10）3) g·cm－3。
答案：(1)( eq \f(1,2) ， eq \f(1,2) ， eq \f(1,2) ) (2) eq \f(\r(3)a,4) eq \f(2×39,（a×10－10）3×NA)