专题3.1.1 金属键与金属特性（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修2（苏教版2019）

微粒间作用力与物质性质 专题3 第一单元 金属键　金属晶体 学习目标 1.知道金属键的特点与金属某些性质的关系。 2.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞。 3.借助金属晶体模型认识晶体的结构特点。 4.知道在一定条件下,物质的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间相互作用、微粒聚集程度的不同而有所不同。 重点难点 重点 1.金属键的概念、本质和特征。 2.金属晶体中晶胞的构成及堆积方式。 3.晶胞中原子数目、密度的计算方法。 难点 1.金属单质的性质。 2.晶胞密度和空间利用率的计算。 第1课时　金属键与金属特性 目录 新知探究(一)——金属键与金属特性 新知探究(二)——晶体的常识 课时跟踪检测 6 金属键与金属特性 新知探究(一) (一)金属键 1.金属键的概念 与 之间强烈的相互作用。金属单质和合金中都存在金属键。 2.金属键的形成 (1)金属原子失去部分或全部外围电子形成的 与“脱落”下的 之间存在着强烈的相互作用。 (2)成键微粒:金属离子和自由电子。 金属离子 自由电子 金属离子 自由电子 3.金属键的本质和特点 (1)金属键的本质是一种电性作用,即金属阳离子和自由电子之间的静电作用。 (2)金属键没有方向性和饱和性。金属中的电子在整个晶体内运动,属于整块金属。 4.金属键的强弱的衡量 金属键的强弱可以用金属的原子化热来衡量。 金属的原子化热是指 金属固体完全气化成相互远离的 时吸收的能量。  1 mol 气态原子 5.影响金属键强弱的因素 影响金属键强弱的主要因素有金属元素的原子半径、单位体积内自由电子的数目等。 [微点拨]　 ①同一周期,从左到右,金属元素的原子半径逐渐减小,价电子数逐渐增多,单位体积内自由电子数逐渐增多,金属键逐渐增强,金属的熔、沸点逐渐升高,硬度逐渐增大。 ②同一主族,从上到下,金属元素原子的价电子数不变,原子半径逐渐增大,单位体积内自由电子数逐渐减少,金属键逐渐减弱,金属的熔、沸点逐渐降低,硬度逐渐减小。 (二)金属特性 1.导电性 通常情况下,金属内部自由电子的运动无固定的方向性,在外加电场作用下,自由电子发生定向运动形成电流,所以金属具有导电性。 温度升高,金属阳离子的振动频率加大,阻碍了电子的定向运动,金属的导电性减弱。 2.导热性 金属受热时,自由电子与金属离子的碰撞频率增加,自由电子把能量传给金属离子,从而把能量从温度高的区域传到温度低的区域。 3.延展性 金属键没有方向性,在外力作用下,金属原子间发生相对滑动时,各层金属原子间仍然保持金属键的作用,不会断裂,因而表现出良好的延展性。 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)金属键中的自由电子属于整块金属。( ) (2)合金中不存在金属键。 ( ) (3)金属键是金属离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用。 ( ) (4)金属的原子化热越大,金属键越强。 ( ) [题点多维训练] √ × × √ (5)金属晶体由金属阳离子和阴离子构成。 ( ) (6)钠钾合金中有自由电子,钠钾合金具有导热性。( ) (7)不同的晶体中,晶胞的大小和形状都相同。( ) × √ × 2.下列叙述错误的是 (　　) A.构成金属的粒子是金属阳离子和自由电子 B.金属晶体内部都有自由电子 C.金属晶体内自由电子分布不均匀,专属于某个特定的金属离子 D.金属内部自由电子的运动不具有固定的方向性 √ 解析:金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的,自由电子几乎均匀分布在金属晶体内,不专属于某一个或几个特定的金属离子,故A、B正确,C错误。 3.金属的下列性质中,不能用金属键理论加以解释的是 (　　) A.易导电 B.易导热 C.有延展性 D.易锈蚀 解析:金属键理论只能解释金属的导电性、导热性、延展性、硬度、熔点等物理性质,是否容易生锈是金属的化学性质,应用金属的原子结构加以解释。 √ 4.关于金属性质和原因的描述不正确的是 (　　) A.金属一般具有银白色光泽,是物理性质,与金属键没有关系 B.金属具有良好的导电性,是因为在金属晶体中共享了金属原子的自由电子,形成了“电子气”,在外加电场的作用下自由电子定向运动便形成了电流 C.金属具有良好的导热性能,是因为自由电子在受热后,加快了运动速率,自由电子通过与金属离子(或原子)发生碰撞,传递了能量 D.金属晶体具有良好的延展性,是因为金属晶体中的原子可以滑动而不破坏金属键 √ 解析:金属一般具有银白色的金属光泽,与金属键密切相关。由于金属原子以最紧密堆积状态排列,内部存在自由电子,所以当光辐射到它的表面上时,自由电子可以吸收所有频率的光,然后很快释放出各种频率的光,这就使得绝大多数金属呈现银灰色以至银白色光泽,故A项错误。 5.下表给出了部分金属的原子半径、原子化热: 根据上表数据,思考下列问题。 (1)金属Na、Mg、Al的熔点高低顺序是　　　　　　。  金属 Na Mg Al Cr 原子外围电子排布 3s1 3s2 3s23p1 3d54s1 原子半径/pm 186 160 143.1 124.9 原子化热/(kJ·mo) 108.4 146.4 326.4 397.5 Al>Mg>Na (2)金属键的强弱与金属元素的原子半径、单位体积内自由电子的数目有关,请总结金属键、金属熔、沸点与原子半径、自由电子数目间的规律:___________________________________________________ _____________________________________________________。  一般而言,金属元素的原子半径越小、单位体积内自由电子 的数目越多,金属键越强,金属晶体的硬度越大,熔、沸点越高 晶体的常识 新知探究(二) 1.概念 内部粒子(原子、离子或分子)在空间呈现有规则的重复排列,外观具有规则几何外形的固体物质。如金刚石、食盐、干冰、大多数金属单质及其合金等。 2.晶体的基本特性 (1)有规则的几何外形。 (2)有固定的熔点。 3.晶胞 能够反映晶体结构特征的基本重复单位。相邻晶胞之间没有任何间隙,并置排列。 4.晶胞中微粒的计算方法——均摊法 均摊是指每个晶胞中平均拥有的微粒数目。若每个微粒为n个晶胞所共享,则该微粒就有属于该晶胞。 长方体(或正方体)晶胞中微粒数的计算。 1.已知某晶体晶胞如图所示,则该晶体的化学式为 (　　) A.XYZ B.X2Y4Z C.XY4Z D.X4Y2Z 解析:该晶体的晶胞是立方体。该晶胞拥有的X粒子数为8×=1;Y位于晶胞内,共有4个,因此该晶胞中拥有的Y粒子数为4;Z只有1个,位于晶胞的体心,故该晶体的化学式为XY4Z。 √ [题点多维训练] 2.(2024·保定期中)已知X、Y、Z三种元素组成的化合物,其晶胞如图所示,则下列表示该化合物的化学式正确的是 (　　) A.ZXY3 B.ZX2Y6　 C.ZX4Y8 D.ZX8Y12 √ 解析:该晶胞中,X原子均位于平行六面体的顶角,故含X的个数为8×=1;Y原子均位于平行六面体的棱上,故含Y的个数为12×=3;Z原子位于平行六面体内部,故含Z的个数为1,则该化合物的化学式为ZXY3,A项正确。 3.有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,如图所示,顶点和面心的原子是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳原子,它的化学式为 (　　) A.Ti14C13 B.TiC C.Ti4C4 D.Ti4C3 解析:由题意知该物质是气态团簇分子,故题目中图示应是该物质的一个完整的分子,由14个钛原子和13个碳原子构成。 √ 4.现有甲、乙、丙(如图)三种晶体结构(甲中x处于该结构的中心,乙中a处于该结构的中心),可推知:甲中x与y的个数比是　　　　,乙中a与b的个数比是　　　,丙中有　　个c离子,有　　个d离子。  4∶3 　1∶1 4 4 课时跟踪检测 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 15 √ 12 1.下列关于金属键的叙述不正确的是 (　　) A.金属键是金属离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用,其实质是一种电性作用 B.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用,有方向性和饱和性 C.金属键是带异性电荷的金属离子和自由电子间的强烈的相互作用,故金属键无饱和性和方向性 D.构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 15 12 解析:自由电子是由金属原子提供的,并且在整个金属内部的三维空间内运动,为整个金属的所有阳离子所共有,从这个角度看,金属键无方向性和饱和性。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 2.在金属中,自由电子与金属离子或金属原子的碰撞有能量传递,可以用此来解释的金属的物理性质是 (　　) A.延展性 B.导电性 C.导热性 D.硬度 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:金属晶体中,自由电子获得能量后在与金属离子或金属原子的碰撞过程中实现了能量传递,把能量从温度高的区域传到温度低的区域,体现了金属的导热性。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 3.金属键的强弱与金属原子价电子数的多少有关,价电子数越多金属键越强;与金属阳离子的半径大小也有关,金属阳离子的半径越大,金属键越弱。据此判断下列选项中金属的熔点逐渐升高的是 (　　) A.Li　Na　K B.Na　Mg　Al C.Li　Be　Mg D.Li　Na　Mg 16 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:Li、Na、K原子的价电子数相同,金属原子的半径逐渐增大,金属键逐渐减弱,熔点逐渐降低,A项错误;Na、Mg、Al原子的价电子数逐渐增多,金属原子的半径逐渐减小,金属键逐渐增强,熔点逐渐升高,B项正确;Be、Mg原子的价电子数相同,金属原子的半径逐渐增大,金属键逐渐减弱,熔点逐渐降低,C项错误;Li、Na原子的价电子数相同,金属原子的半径逐渐增大,金属键逐渐减弱,熔点逐渐降低,D项错误。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 4.下列有关金属的叙述正确的是 (　　) A.金属受外力作用时常常发生形变而不易折断,是由于金属离子之间有较强的作用 B.通常情况下,金属中的自由电子会发生定向移动,而形成电流 C.金属是借助金属离子的运动,把能量从温度高的部分传到温度低的部分 D.金属的导电性随温度的升高而降低 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 5.要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱,而金属键与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是 (　　) A.金属镁的硬度大于金属铝 B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的 C.金属镁的熔点大于金属钠 D.金属镁的硬度小于金属钙 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:镁离子比铝离子的半径大且所带的电荷少,所以金属镁比金属铝的金属键弱,熔、沸点和硬度都小;从Li到Cs,离子的半径是逐渐增大的,所带电荷相同,金属键逐渐减弱,熔、沸点和硬度都逐渐减小;因镁离子的半径小且所带电荷多,使金属镁比金属钠的金属键强,所以金属镁比金属钠的熔、沸点和硬度都大;因镁离子的半径小而所带电荷相同,使金属镁比金属钙的金属键强,所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬度都大。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 6.金属晶体能传热的原因是 (　　) A.因为金属晶体的紧密堆积 B.因为金属键是电子与电子之间的作用 C.金属晶体中含自由移动的电子 D.金属晶体中含自由移动的离子 解析:金属具有良好的导热性是因为自由电子在运动时与金属离子碰撞而引起能量的交换。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 12 11 13 14 15 3 7.下列叙述正确的是 (　　) A.任何晶体中,若含有阳离子,就一定含有阴离子 B.金属晶体的形成是因为晶体中存在金属离子间的相互作用 C.外围电子数越多,金属元素的金属性越强 D.含有金属元素的离子不一定是阳离子 1 2 4 5 6 7 8 9 10 12 11 13 14 15 3 解析:金属晶体中虽然存在阳离子,但没有阴离子,A错误;金属晶体的形成是因为晶体中存在金属离子与自由电子之间强烈的相互作用,B错误;外围电子数多的金属元素的金属性不一定强,如Fe的外围电子数比Na多,但Fe的金属性却没有Na的强,C错误;含有金属元素的离子不一定是阳离子,如Al是阴离子,D正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 8.下列有关晶胞的叙述正确的是 (　　) A.晶胞的结构是晶体的结构 B.不同的晶体中,晶胞的大小和形状都相同 C.晶胞中的任何一个微粒都完全属于该晶胞 D.已知晶胞的组成就可推知晶体的组成 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:由晶胞的定义可知,A错误;相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同,不同晶体中,晶胞的大小和形状不一定相同,B错误;晶体中的大部分微粒被若干个晶胞所共有,不完全属于某个晶胞,C错误。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 9.科学家把C60和K掺杂在一起制造出的物质具有超导性能,其晶胞结构如图所示。该物质中K和C60的个数之比为 (　　) A.1∶1 B.2∶1 C.3∶1 D.4∶1 解析:根据均摊法可知,该晶胞中K的个数为2×6×=6,C60的个数为1+8×=2,所以该物质中K和C60的个数之比为6∶2=3∶1。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 10.如图所示是晶体结构中具有代表性的基本重复单位的排列方式,图中 、 、 。其对应的化学式不正确的是(　　) √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:A中X、Y原(离)子的位置、数目完全等同,化学式为XY,正确;B中化学式应为XY,错误;C中X的数目:4×+1=,Y的数目:4×=,化学式为X3Y,正确;D中X的数目:8×=1,Y的数目:6×=3,Z位于内部,数目为1,化学式为XY3Z,正确。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 11.(1)在下列物质中,　　　　　　(填序号,下同)是晶体,　　　　　　　　　　　____________是非晶体。  ①塑料　②明矾　③松香　④玻璃　⑤CuSO4·5H2O　⑥冰糖　⑦石蜡　⑧单晶硅　⑨铝块　⑩橡胶 解析:明矾是KAl(SO4)2·12H2O,它和CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体;塑料、松香、玻璃、石蜡、橡胶都是非晶体。 ②⑤⑥⑧⑨ ①③④⑦⑩ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 (2)晶体和非晶体在外形上有差别,晶体一般都具有_____________ 　 　,而非晶体　 。  解析:明矾是KAl(SO4)2·12H2O,它和CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体;塑料、松香、玻璃、石蜡、橡胶都是非晶体。 规则的几何 没有规则的几何外形 外形 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 (3)判断物质是晶体还是非晶体,比较正确的方法是　　　(填序号)。  ①从外形上来判断　②从导电性能来判断 ③从有无固定熔点来判断 解析:明矾是KAl(SO4)2·12H2O,它和CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体;塑料、松香、玻璃、石蜡、橡胶都是非晶体。 ③ 12 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 3 12.如图为甲、乙、丙三种晶体部分结构: 试写出: (1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为　　　。 解析:甲中X位于立方体体心,算作1,Y位于立方体顶点,实际占有×4=,X∶Y(个数比)=1∶=2∶1,所以甲晶体的化学式为X2Y。 X2Y 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 (2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是　　　　　。  解析:乙中A占有×8=1,B占有×6=3,C占有1,由此推出A∶B∶C(个数比)=1∶3∶1。 (3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是　　　。  解析:丙中每个D周围的E的个数与每个E周围D的个数相同,每个E周围有8个D,所以每个D周围有8个E。 1∶3∶1 8 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 高阶思维训练 13.(2024·福州期末)已知某化合物的晶体是由如图所示的最小结构单位无隙并置排列而成,下列关于该化合物的叙述错误的是(　　) A.1 mol该化合物中含有1 mol Y B.1 mol该化合物中含有3 mol Cu C.1 mol该化合物中含有2 mol Ba D.该化合物的化学式是YBa2Cu3O6 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:由题图可知,Y原子位于长方体的八个顶点上,Ba原子位于长方体的四条棱上,Cu原子位于长方体的内部,O原子位于长方体的内部和面上,运用均摊法可计算出Y原子个数为8×=1,Ba原子个数为8×=2,Cu原子个数为3,O原子个数为10×+2=7,故该化合物的化学式为YBa2Cu3O7。 10 1 2 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 3 √ 14.(2024·扬州质量检测)某立方晶系的锑钾(Sb⁃K)合金可作为钾离子电池的电极材料,图a为该合金的晶胞结构图,图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是 (　　) A.该晶胞的体积为a3×10-36 cm-3 B.K和Sb原子数之比为3∶1 C.与Sb最邻近的K原子数为4 D.K和Sb之间的最短距离为a pm 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:该晶胞的边长为a×10-10 cm,故晶胞的体积为(a×10-10 cm)3 =a3×10-30 cm3,A项错误;该晶胞中K的个数为12×+9=12,Sb的个数为8×+6×=4,故K和Sb原子数之比为3∶1,B项正确;以面心处Sb为研究对象,与Sb最邻近的K原子数为8,C项错误;K和Sb的最短距离为晶胞体对角线长度的,即a pm,D项错误。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 15.(2024·安徽卷)研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(LixLayTiO3),其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如图所示。已知该氧化物中Ti为+4价,La为+3价。下列说法错误的是 (　　) 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 A.导电时,Ti和La的价态不变 B.若x=,Li+与空位的数目相等 C.与体心最邻近的O原子数为12 D.导电时,空位移动方向与电流方向相反 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3 解析:由题意可知导电时Li+发生迁移,没有发生化学变化,Ti和La的化合价不变,A项正确;由晶胞图可知,LixLayTiO3中Li+、La3+和空位均位于晶胞体心,则x+y=1-空位数目,根据化合物中正负化合价代数和为0,可得x+3y=2,若x=,则y=,空位数目为1--=,Li+与空位的数目不相等,B项错误;与体心最邻近的O原子位于12条棱的棱心,共12个,C项正确;内电路中电流从负极流向正极,阳离子(Li+)也移向正极,空位移动方向与Li+移动方向相反,故空位移动方向与电流方向相反,D项正确。 $$