3.2 几种简单的晶体结构模型（第1课时 金属晶体）-【帮课堂】2024-2025学年高二化学同步学与练（鲁科版2019选择性必修2）

第3章 不同聚集状态的物质与性质 第2节 几种简单的晶体结构模型 第1课时 金属晶体 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/题型解读 典题举一反三，应用触类旁通 07/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．能借助金属晶体模型说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。 2．能用金属键的理论解释金属晶体和离子晶体的一些物理性质。 重点：能用金属键的理论解释金属晶体的物理性质。 难点：了解金属晶体的三种原子堆积模型。 一、金属晶体 1．概念 金属原子通过___________形成的晶体称为金属晶体。 2．特点 由于金属键没有饱和性和方向性，从而导致金属晶体最常见的结构型式具有________密度大、________________高、能充分利用________等特点。 3．物理通性 金属晶体具有金属光泽，有良好的________、________和________性。 4．金属晶体的结构与物理性质 (1)金属晶体具有良好的延展性。由于金属通常采用密堆积方式，在锻压或捶打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，但金属密堆积层之间始终保持着________的作用。 (2)金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，如具有最密堆积结构的金属的延展性往往比其他结构的延展性________。 (3)金属晶体熔、沸点的规律 ①金属的熔、沸点取决于________的强弱，一般金属原子的价电子数越________，原子半径越________，金属晶体内部金属键越________，晶体熔、沸点越________。 ②金属晶体的熔点差别较大，如Hg熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体紧密堆积方式、________________和________________的作用力不同造成的。 ③同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐________；同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐________。 ④合金的熔点一般低于成分金属的熔点。 【易错警示】 含有阳离子的晶体中不一定含有阴离子，例如金属晶体中只有金属阳离子和自由电子，没有阴离子。但晶体中有阴离子时，一定有阳离子。 二、常见金属晶体的结构型式 金属晶体可看作是金属原子在________空间(一层一层地)堆积而成。其堆积模式有以下四种。这四种堆积模式又可以根据每一层中金属原子的二维放置方式不同分为两类：________________堆积(包括简单立方堆积和体心立方密堆积)，________堆积(包括六方最密堆积和面心立方最密堆积)。常见金属晶体的四种结构型式如下表所示： 堆积模型 采纳这种堆积的典型代表 晶胞 配位数 空间利 用率 每个晶胞所含原子数 非密置层 简单立方 堆积 Po(钋) _____ 52% _____ 体心立方密堆积 (A2型) Li、Na、K、Ba、W、Fe _____ 68% _____ 密置层 六方最密堆积(A3型) Mg、Zn、Ti _____ 74% _____ 面心立方最密堆积 (A1型) Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pb、Pt _____ 74% _____ 【名师拓展】 常见堆积方式 三种典型结构型式 面心立方最密堆积A1 体心立方密堆积A2 六方最密堆积A3 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 12 8 12 晶体结构 面心立方晶胞 体心立方晶胞 六方晶胞 请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)含有金属元素的离子不一定是阳离子( ) (2)任何晶体中，若含有阳离子，则一定含有阴离子( ) (3)金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互作用( ) (4)价电子数越多的金属原子的金属性越强( ) (5)金属受外力作用时常常发生形变而不易折断是由于金属原子之间有较强的作用( ) (6)通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流( ) (7)金属是借助自由电子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分( ) (8)金属的导电性是由金属阳离子和自由电子的定向移动实现的( ) (9)金属键没有方向性和饱和性，金属中的电子在整个三维空间运动，属于整个金属( ) (10)金属晶体的熔点和沸点都很高( ) ►问题一 金属是一种重要的材料，人类的生活和生产都离不开金属材料。大都有金属光泽，导电，导热，良好的延展性。 1．金属在发生变形延展时，金属键断裂吗？ 2．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？ 3．某晶体具有金属光泽，熔点较高，能否判断该晶体属于金属晶体？ 4．金属的熔点高低与硬度大小取决于哪些因素？ 5．金属晶体的熔点都很高吗？ ►问题二 电子气理论可以用来解释金属的性质，下图是金属晶体内部电子气理论图： 1．金属能导电的原因是什么？ 2．金属能导热 3．金属具有延展性 4．合金与纯金属相比，硬度比纯金属大还是小？ ►问题三 金属为什么具有较好的延展性？ ►问题四 把金属晶体看成是由直径相等的圆球状金属原子在三维空间堆积构成的模型叫做金属晶体的堆积模型。金属晶体堆积模型(4种4件套)如下： 1．如果金属原子在平面上(二维空间)紧密放置，有哪些排列方式？ 2．什么是紧密堆积？ 3．什么是空间利用率？ 4．为什么金属晶体最常见的结构形式具有堆积密度大、原子配位数高、能充分利用空间等特点？ 5．金属在拉成丝或压成薄片的过程中金属键遭到破坏了吗？ 6．合金为何比纯金属的性质优越？ ►题型一 金属晶体与金属性质 【典例1】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，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小相关。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逐渐增大 C．金属镁的熔点大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙 【解题必备】 金属键对金属性质的影响 1．金属键越强，金属熔沸点越高。 2．金属键越强，金属硬度越大。 3．金属键越强，金属越难失电子，一般金属性越弱，如Na的金属键强于K，则Na比K难失电子，金属性Na比K弱。 4．金属键越强，金属原子的电离能越大。 【变式1-1】金属晶体的形成是因为晶体中存在( ) A．金属离子间的相互作用 B．金属原子间的相互作用 C．金属离子与自由电子间的相互作用 D．自由电子间的相互作用 【变式1-2】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，而金属键的强弱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 【变式1-3】下列有关金属的说法正确的是(　　) A．金属原子的核外电子在金属晶体中都是“自由电子” B．金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动 C．金属原子的价电子数越多，其金属性就越强 D．体心立方晶胞和面心立方晶胞中实际含有的原子个数之比为1∶2 ►题型二 金属晶体的堆积方式 【典例2】有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是(       ) A．图1和图4为非密置层堆积，图2和图3为密置层堆积 B．图1~图4分别是简单立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积、体心立方堆积 C．图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4 D．图1~图4堆积方式的空间利用率大小关系是图1<图2<图3=图4 【解题必备】 晶胞中原子空间占有率的计算方法 ―→ 1．面心立方晶胞中原子的空间占有率 如图所示是金属晶体的面心立方晶胞的结构剖面图。设金属原子的半径为R，则晶胞的面对角线为4R，假设晶胞的边长为a，则4R＝a，即a＝2R，则晶胞立方体的体积为(2R)3。每个面心立方晶胞中实际含有4个金属原子，4个金属原子的体积为4×πR3，因此晶胞中原子的空间占有率为×100%≈74%。 2．体心立方晶胞中原子的空间占有率 甲　　 　　乙 如图所示是金属晶体的体心立方晶胞的剖面图，设金属原子的半径为R，则晶胞的体对角线为4R，假设晶胞的边长为a，则4R＝a，得a＝R，该晶胞中实际含有的原子数为2，则晶胞中原子的空间占有率为×100%＝×100%≈68%。 运用同样的方法可计算出简单立方晶胞的原子空间占有率为52%。 3．六方晶胞中原子的空间占有率 六方晶胞如图所示：晶胞的底面为菱形，下面的四个原子构成正四面体(虚线连接的四个原子)，且两两相切。设原子半径为r，菱形的边长为a，则a＝2r；整个六方晶胞含有2个原子，所以V球＝πr3。求六方晶胞的高h，因为六方晶胞体内的原子位于h/2处，所以正四面体的高为晶胞高的一半，根据立体几何的知识求得正四面体的高为a，那么晶胞的高h＝a＝r，则晶胞的体积为r×2r2；因此×100%≈74%。六方晶胞的原子空间占有率与面心立方晶胞的原子空间占有率相同，均是74%，这两种晶胞的空间占有率较高，称为紧密堆积。 【变式2-1】金属原子在二维空间里的放置有如图所示的两种方式，下列说法中正确的是(　　) A．图(a)为非密置层，配位数为6 B．图(b)为密置层，配位数为4 C．图(a)在三维空间里堆积可得六方最密堆积和面心立方最密堆积 D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方 【变式2-2】是第四周期元素，其原子最外层只有个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素的负一价离子的最外层电子数与次外层电子数相同。下列说法错误的是( ) A．单质的晶体类型为金属晶体 B．已知单质是面心立方最密堆积，其中原子的配位数为 C．元素的基态原子的核外电子排布式为 D．与形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。该化合物的化学式为 【变式2-3】有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示(原子半径为rcm)，下列叙述错误的是( ) A．晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③12，④12 B．晶胞①的空间利用率： C．晶胞中含有的原子数分别为：③2，④4， D．金属晶体是一种“巨分子”，可能存在分子间作用力 1．构成金属晶体的基本微粒( ) A．分子 B．阴离子和自由电子 C．阳离子和阴离子 D．阳离子和自由电子 2．下列金属中，金属阳离子与自由电子间的作用力最强的是 A．Al B．K C．Cu D．Zn 3．金属晶体中金属原子的堆积基本模式有( ) A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 4．金属的下列性质中和金属晶体的结构无关的是(　　) A．良好的导电性 B．反应中易失电子 C．良好的延展性 D．良好的导热性 5．下列关于晶体的说法正确的是(　　) A．晶体中只要有阳离子，就一定有阴离子 B．晶体中只要有阴离子，就一定有阳离子 C．有金属光泽的晶体，一定是金属晶体 D．根据晶体能否导电，可以判断晶体是否属于金属晶体 6．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．金属离子与自由电子之间有强烈的相互作用，在一定外力作用下，不因形变而消失 C．钙的熔点低于钾 D．温度越高，金属的导电性越好 7．下列叙述错误的是(　　) A．构成金属的微粒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．同一类晶体间熔点(或沸点)相差最大的是金属晶体 8．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变形而不易折断，是由于金属离子之间有较强的作用 B．通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动，而形成电流 C．金属导热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．金属的热导率随温度的升高而降低 9．已知某金属晶体中(如碱金属)原子堆积方式如下图所示，则该堆积方式是(　　) A．简单立方堆积 B．体心立方堆积 C．六方最密堆积 D．面心立方最密堆积 10．已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别为(　　) A．4、8 B．4、12 C．14、6 D．14、8 11．关于体心立方堆积型晶体(如图)的结构的叙述中正确的是(　　) A．是密置层的一种堆积方式 B．晶胞是六棱柱 C．每个晶胞内含2个原子 D．每个晶胞内含6个原子 12．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，下图(a)、(b)、(c)分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数比为(　　) A．21∶14∶9 B．11∶8∶4 C．9∶8∶4 D．3∶2∶1 13．对于A1型密堆积的描述错误的是(　　) A．A1型密堆积晶体的晶胞也叫面心立方晶胞 B．面心立方晶胞的每个顶点上和每个面的中心上都各有一个原子 C．平均每个面心立方晶胞中有14个原子 D．平均每个面心立方晶胞中有4个原子 14．根据下列晶体的相关性质，判断可能属于金属晶体的是(　　) 选项 晶体的相关性质 A 由分子间作用力结合而成，熔点低 B 固态或熔融态时易导电，熔点在1 000 ℃左右 C 由共价键结合成空间网状结构，熔点高 D 固体不导电，但溶于水或熔融后能导电 15．已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au。 (1)属于简单立方堆积的是________； (2)属于体心立方堆积的是________； (3)属于六方最密堆积的是________； (4)属于面心立方最密堆积的是________。 16．如图为金属铜的一个晶胞，请完成以下各题。 (1)该晶胞“实际”拥有的铜原子数是________个。 (2)铜晶体的堆积方式称为________最密堆积，配位数为________。 (3)此晶胞立方体的边长为a cm，Cu的相对原子质量为64，金属铜的密度为ρg/cm3，则阿伏加德罗常数为________(用a、ρ表示)。 17．金属钨晶体中晶胞的结构模型如图所示。它是一种体心立方结构。实际测得金属钨的密度为ρ，钨的相对原子质量为M，假定钨原子为等直径的刚性球，请回答下列问题： (1)每一个晶胞分摊到________个钨原子。 (2)晶胞的边长a为________。 (3)钨的原子半径r为________(只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。 (4)金属钨原子形成的体心立体结构的空间利用率为________。 18．自然界中存在大量的金属元素，其中钠、镁、铝、铁、铜等在工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题： (1)钠、铁、铝、铁、铜属于_______晶体， 铁熔化破坏的化学键为_______。 (2)铜的化合物种类很多。如图是氯化亚铜的晶胞结构，已知晶胞的棱长为a nm。 ①Cu+与Cl-最短的距离是_______nm，Cl-的配位数为_______。 ②氯化亚铜密度的计算式为ρ=_______ g·cm-3 (用NA表示阿伏加德罗常数)。 1．下列有关金属的说法正确的是( ) A．金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子 B．已知金属钠的晶体堆积模型是体心立方堆积，则其配位数是6 C．已知金属镁的晶体堆积模型是六方最密堆积，则其配位数是12 D．金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动 2．金属晶体堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因是(　　) A．金属原子的价电子数少 B．金属晶体中有自由电子 C．金属原子的原子半径大 D．金属键没有饱和性和方向性 3．关于金属晶体的体心立方密堆积的结构型式的叙述中，正确的是(　　) A．晶胞是六棱柱 B．属于A2型最密堆积 C．每个晶胞中含4个原子 D．配位数为12 4．教材中给出了几种晶体的晶胞如图所示： 所示晶胞分别表示的物质正确的排序是(　　) A．碘、锌、钠、金刚石 B．金刚石、锌、碘、钠 C．钠、锌、碘、金刚石 D．锌、钠、碘、金刚石 5．我国科学家利用高温超导钇钡铜氧(YBCO)薄膜发现奇异金属。下列有关说法错误的是 A．金属晶体由金属离子和自由电子构成 B．氧化钡(BaO)晶体是离子晶体 C．基态Cu+的价层电子排布式为 D．如图所示晶胞代表的晶体的化学式为CuO 6．金属钠晶体为体心立方晶胞(如图)，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)。已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钠原子为等径的钢性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为(　　) A． B．· C．· D．· 7．金晶体的晶胞为面心立方最密堆积(如图所示)。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，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表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是(　　) A．金晶体每个晶胞中含有4个金原子 B．金属键无方向性，金属原子尽可能采取密堆积 C．一个晶胞的体积是16d3 D．金晶体的密度是 8．如图，铁有δ、γ、α三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是 (　　) δ­Fe γ ­Feα­Fe A．δ­Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个 B．α­Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个 C．若δ­Fe晶胞边长为a cm，α­Fe晶胞边长为b cm，则两种晶体密度比为2b3∶a3 D．将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同 9． Cu、Ni、Sb组成的金属互化物是重要的合金超导体，其晶胞结构如下图所示，若该晶胞的空间几何构型为正方体，其晶胞密度为ρg· cm-3，下列说法正确的是( ) A．该晶胞中含有8个Cu原子、4个Ni原子、2个Sb原子 B．Cu和Ni都位于周期表中ds区 C．基态Cu、Ni、Sb原子中未成对电子数目：Cu>Ni>Sb D．相邻Cu和Ni的最短距离(L)为 10．铁的晶体有多种结构，其中两种晶体的晶胞结构如下图甲、乙所示(acm、bcm分别为晶胞边长)，下列说法正确的是( ) A．两种铁晶体中均存在金属阳离子和阴离子 B．乙晶体晶胞中所含有的铁原子数为14 C．甲、乙两种晶胞中铁原子的配位数之比为1：2 D．甲、乙两种铁晶体的密度比为b3：2a3 11．回答下列问题： (1)铜的堆积方式属于A1型紧密堆积，其晶胞示意图为______(填序号)。晶胞中所含的铜原子数为______个。 金属铜晶胞为面心立方最密堆积，边长为a cm。又知铜的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数为________________________________________。 (2)1 183 K以下纯铁晶体的基本结构单元如图1所示，1 183 K以上转变为图2所示的基本结构单元，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。 ①铁原子的简化电子排布式为________；铁晶体中铁原子以________键相互结合。 ②在1 183 K以下的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为________；在1 183 K以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为________。 ③纯铁晶体在晶型转变前后，两者基本结构单元的边长之比为(1 183 K以下与1 183 K以上之比)________。 转变温度前后两者的密度之比为(1 183 K以下与1 183 K以上之比)________。 (3)铝单质的晶胞结构如图甲所示，原子之间相对位置关系的平面图如图乙所示。 若已知铝原子半径为d，NA表示阿伏加德罗常数，相对原子质量为M，请回答： 晶胞中Al原子的配位数为__________，一个晶胞中Al原子的数目为__________。该晶体的密度可表示为_______________________________。 12．铁、铜、金是日常生活中三种重要金属，请回答下列问题： (1)金属铜采取如图所示堆积方式，可称为________堆积，则Cu晶体中Cu原子的配位数为________。 (2)元素金(Au)处于周期表中的第6周期，与Cu同族，Au原子最外层电子排布式为________；一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心、Au原子处于顶点位置，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为________；该晶体中，原子之间的作用力是________，若该晶胞的边长为a cm，则该合金密度为______ g·cm－3(阿伏加德罗常数的值为NA)。 (3)上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2的结构相似，该晶体储氢后的化学式应为________。 (4)金晶体的晶胞是面心立方体，金原子的直径为d cm，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量(单位：g·mol－1)。欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定距离最近的两金原子间相接触，即相切。金晶体每个晶胞中含有______个金原子。1个晶胞的体积为___________________________________________________ cm3。金晶体的密度为______g·cm－3。 (5)如图为金属铁某种晶体的晶胞结构，已知该晶体的密度为a g·cm－3，NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的体积为________cm3。 13．钛(Ti)、钒(V)、镍(Ni)、镧(La)等在储氢材料方面具有广泛的用途。下面是一些晶体材料的结构示意图。 请回答下列问题： (1)写出镍原子的核外电子排布式：______________________________。 (2)钛金属晶体的原子堆积方式如图1所示，则每个钛原子周围有______个紧邻的钛原子，该晶体中原子的堆积方式为____________________。 (3)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表。某合金储氢后的晶胞如图2所示，该合金的化学式为________，1 mol镧形成的该合金能储存____mol氢气。 (4)嫦娥三号卫星上的PTC元件(热敏电阻)的主要成分——钡钛矿晶体结构如图3所示，该晶体经X射线分析鉴定，重复单位为立方体，边长为a cm。顶点位置被Ti4＋所占据，体心位置被Ba2＋所占据，所有棱心位置被O2－所占据。 ①该晶体中的O元素与H形成的化合物的中心原子的杂化类型为________，其分子空间构型为________。 ②写出该晶体的化学式：________。 ( 17 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第3章 不同聚集状态的物质与性质 第2节 几种简单的晶体结构模型 第1课时 金属晶体 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/题型解读 典题举一反三，应用触类旁通 07/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．能借助金属晶体模型说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。 2．能用金属键的理论解释金属晶体和离子晶体的一些物理性质。 重点：能用金属键的理论解释金属晶体的物理性质。 难点：了解金属晶体的三种原子堆积模型。 一、金属晶体 1．概念 金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。 2．特点 由于金属键没有饱和性和方向性，从而导致金属晶体最常见的结构型式具有堆积密度大、原子配位数高、能充分利用空间等特点。 3．物理通性 金属晶体具有金属光泽，有良好的导电、导热和延展性。 4．金属晶体的结构与物理性质 (1)金属晶体具有良好的延展性。由于金属通常采用密堆积方式，在锻压或捶打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，但金属密堆积层之间始终保持着金属键的作用。 (2)金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，如具有最密堆积结构的金属的延展性往往比其他结构的延展性好。 (3)金属晶体熔、沸点的规律 ①金属的熔、沸点取决于金属键的强弱，一般金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部金属键越强，晶体熔、沸点越高。 ②金属晶体的熔点差别较大，如Hg熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子和自由电子的作用力不同造成的。 ③同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐升高；同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐降低。 ④合金的熔点一般低于成分金属的熔点。 【易错警示】 含有阳离子的晶体中不一定含有阴离子，例如金属晶体中只有金属阳离子和自由电子，没有阴离子。但晶体中有阴离子时，一定有阳离子。 二、常见金属晶体的结构型式 金属晶体可看作是金属原子在三维空间(一层一层地)堆积而成。其堆积模式有以下四种。这四种堆积模式又可以根据每一层中金属原子的二维放置方式不同分为两类：非密置层堆积(包括简单立方堆积和体心立方密堆积)，密置层堆积(包括六方最密堆积和面心立方最密堆积)。常见金属晶体的四种结构型式如下表所示： 堆积模型 采纳这种堆积的典型代表 晶胞 配位数 空间利 用率 每个晶胞所含原子数 非密置层 简单立方 堆积 Po(钋) 6 52% 1 体心立方密堆积 (A2型) Li、Na、K、Ba、W、Fe 8 68% 2 密置层 六方最密堆积(A3型) Mg、Zn、Ti 12 74% 6 面心立方最密堆积 (A1型) Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pb、Pt 12 74% 4 【名师拓展】 常见堆积方式 三种典型结构型式 面心立方最密堆积A1 体心立方密堆积A2 六方最密堆积A3 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 12 8 12 晶体结构 面心立方晶胞 体心立方晶胞 六方晶胞 请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)含有金属元素的离子不一定是阳离子( ) (2)任何晶体中，若含有阳离子，则一定含有阴离子( ) (3)金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互作用( ) (4)价电子数越多的金属原子的金属性越强( ) (5)金属受外力作用时常常发生形变而不易折断是由于金属原子之间有较强的作用( ) (6)通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流( ) (7)金属是借助自由电子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分( ) (8)金属的导电性是由金属阳离子和自由电子的定向移动实现的( ) (9)金属键没有方向性和饱和性，金属中的电子在整个三维空间运动，属于整个金属( ) (10)金属晶体的熔点和沸点都很高( ) 【答案】(1)√ (2)× (3)× (4)× (5) × (6) × (7)× (8)× (9)√ (10)× ►问题一 金属是一种重要的材料，人类的生活和生产都离不开金属材料。大都有金属光泽，导电，导热，良好的延展性。 1．金属在发生变形延展时，金属键断裂吗？ 【答案】不断裂。 2．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。 3．某晶体具有金属光泽，熔点较高，能否判断该晶体属于金属晶体？ 【答案】金属晶体的熔点相差较大，有的很高，如钨；有的很低，如汞；金属晶体有金属光泽，但有金属光泽，熔点较高的晶体不一定是金属晶体，有的非金属晶体也具有此性质，如晶体硅；金属晶体固态时能到导电，而非金属晶体固态时不能导电(石墨除外)。 4．金属的熔点高低与硬度大小取决于哪些因素？ 【答案】金属的熔点、硬度等取决于金属晶体的内部作用力的强弱。一般来说，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部作用力强。因此晶体熔点越高，硬度越大。 5．金属晶体的熔点都很高吗？ 【答案】金属晶体的熔点差别较大。如汞在常温下为液态，熔点低(-38.9℃)，而铁等金属熔点高(1355℃)，这是由于金属晶体紧密堆积方式，金属阳离子与自由电子的作用力不同造成的。同类型晶体的如果点是由金属阳离子半径，离子所带的电荷决定，阳离子半径越小，所带电荷越多，相互作用力就越大，熔点就越高。如，熔点：Li>Na>K>Rb>Cs>，Na<Mg<Al。 ►问题二 电子气理论可以用来解释金属的性质，下图是金属晶体内部电子气理论图： 1．金属能导电的原因是什么？ 【答案】因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动。 2．金属能导热 【答案】因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导。 3．金属具有延展性 【答案】因为在外力的作用下，金属阳离子各层间会出现相对滑动，但自由电子可以起到润滑的作用，使金属不会断裂。 4．合金与纯金属相比，硬度比纯金属大还是小？ 【答案】合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，相当于填补了金属阳离子之间的空隙，所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱，硬度比纯金属大。 ►问题三 金属为什么具有较好的延展性？ 【答案】金属晶体中由于金属阳离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，具有最密堆积结构的金属延展性往往比其他结构的金属的延展性好。 ►问题四 把金属晶体看成是由直径相等的圆球状金属原子在三维空间堆积构成的模型叫做金属晶体的堆积模型。金属晶体堆积模型(4种4件套)如下： 1．如果金属原子在平面上(二维空间)紧密放置，有哪些排列方式？ 【答案】有两种排列方式：非密置层、密置层。 2．什么是紧密堆积？ 【答案】微粒间较强的作用力使微粒尽可能地相互接近，使它们占有最小空间。 3．什么是空间利用率？ 【答案】晶胞实际拥有的微粒(原子或离子等)的总体积与晶胞的体积之比，用来表示紧密堆积的程度。 4．为什么金属晶体最常见的结构形式具有堆积密度大、原子配位数高、能充分利用空间等特点？ 【答案】由于金属键没有饱和性和方向性，从而导致金属晶体最常见的结构形式具有堆积密度大、原子配位数高、能充分利用空间等特点。 5．金属在拉成丝或压成薄片的过程中金属键遭到破坏了吗？ 【答案】金属晶体由金属原子堆积而成，金属在拉成丝或压成薄片过程中，层与层之间可以发生相对滑动，但金属键仍然存在，所以金属键不会断裂，故金属具有良好的延展性。 6．合金为何比纯金属的性质优越？ 【答案】合金内加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难。因此，在一般情况下，合金比纯金属硬度大。 ►题型一 金属晶体与金属性质 【典例1】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，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小相关。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逐渐增大 C．金属镁的熔点大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙 【答案】C 【解析】镁离子比铝离子的半径大，而所带的电荷少，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，离子的半径逐渐增大，金属键逐渐减弱，熔、沸点和硬度都逐渐减小；金属镁比金属钠离子的半径小而所带电荷多，金属键强，所以金属镁比金属钠的熔、沸点和硬度都大；镁比钙离子的半径小，金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬度都大。 【解题必备】 金属键对金属性质的影响 1．金属键越强，金属熔沸点越高。 2．金属键越强，金属硬度越大。 3．金属键越强，金属越难失电子，一般金属性越弱，如Na的金属键强于K，则Na比K难失电子，金属性Na比K弱。 4．金属键越强，金属原子的电离能越大。 【变式1-1】金属晶体的形成是因为晶体中存在( ) A．金属离子间的相互作用 B．金属原子间的相互作用 C．金属离子与自由电子间的相互作用 D．自由电子间的相互作用 【答案】C 【解析】A项，金属晶体中存在金属离子和自由电子，金属离子和自由电子之间存在较强烈的相互作用叫做金属键，因此金属晶体形成是由于金属离子与自由电子形成的金属键，故A错误；B项，金属晶体中存在金属离子和自由电子，金属离子和自由电子之间存在较强烈的相互作用叫做金属键，因此金属晶体形成是由于金属离子与自由电子形成的金属键，故B错误；C项，金属晶体中存在金属离子和自由电子，金属离子和自由电子之间存在较强烈的相互作用叫做金属键，因此金属晶体形成是由于金属离子与自由电子形成的金属键，故C正确；D项，金属晶体中存在金属离子和自由电子，金属离子和自由电子之间存在较强烈的相互作用叫做金属键，因此金属晶体形成是由于金属离子与自由电子形成的金属键，故D错误；故选C。 【变式1-2】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，而金属键的强弱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 【答案】C 【解析】钠、镁、铝所对应的阳离子半径依次减小，且Na＋、Mg2＋、Al3＋的电荷数依次增加，所以熔、沸点和硬度Na<Mg<Al，故A项错误，C项正确。从Li到Cs，对应金属离子的半径逐渐增大，金属离子所带电荷相同，金属键逐渐减弱，熔、沸点逐渐降低，故B项错误。Mg2＋和Ca2＋电荷数相同，半径Mg2＋<Ca2＋，所以金属键镁的硬度大于金属钙，D项错误。 【变式1-3】下列有关金属的说法正确的是(　　) A．金属原子的核外电子在金属晶体中都是“自由电子” B．金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动 C．金属原子的价电子数越多，其金属性就越强 D．体心立方晶胞和面心立方晶胞中实际含有的原子个数之比为1∶2 【答案】D 【解析】因金属元素的电负性和电离能较小，则金属原子中的价电子容易脱离原子核的束缚成为晶体中的“自由电子”，故A错误；金属导电的实质是在外电场的作用下，“自由电子”定向移动而产生电流，故B错误；金属性的强弱与价电子数的多少无必然联系，故C错误；体心立方晶胞中原子在顶点和体心，则原子个数为1＋8×＝2，面心立方晶胞中原子在顶点和面心，原子个数为8×＋6×＝4，实际含有的原子个数之比为2∶4＝1∶2，故D正确。 ►题型二 金属晶体的堆积方式 【典例2】有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是(       ) A．图1和图4为非密置层堆积，图2和图3为密置层堆积 B．图1~图4分别是简单立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积、体心立方堆积 C．图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4 D．图1~图4堆积方式的空间利用率大小关系是图1<图2<图3=图4 【答案】D 【解析】A项，图1、图2为非密置层堆积，图3、图4为密置层堆积，故A错；B项，图1~图4分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积和六方最密堆积，故B错；C项，图1~图4每个晶胞所含有的原子数分别为8=1、8+1=2、8+6=4、8+1=2，故C错；D项，图1~图4堆积方式的空间利用率分别为：52%、68%、74%、74%，故D正确；故选D。 【解题必备】 晶胞中原子空间占有率的计算方法 ―→ 1．面心立方晶胞中原子的空间占有率 如图所示是金属晶体的面心立方晶胞的结构剖面图。设金属原子的半径为R，则晶胞的面对角线为4R，假设晶胞的边长为a，则4R＝a，即a＝2R，则晶胞立方体的体积为(2R)3。每个面心立方晶胞中实际含有4个金属原子，4个金属原子的体积为4×πR3，因此晶胞中原子的空间占有率为×100%≈74%。 2．体心立方晶胞中原子的空间占有率 甲　　 　　乙 如图所示是金属晶体的体心立方晶胞的剖面图，设金属原子的半径为R，则晶胞的体对角线为4R，假设晶胞的边长为a，则4R＝a，得a＝R，该晶胞中实际含有的原子数为2，则晶胞中原子的空间占有率为×100%＝×100%≈68%。 运用同样的方法可计算出简单立方晶胞的原子空间占有率为52%。 3．六方晶胞中原子的空间占有率 六方晶胞如图所示：晶胞的底面为菱形，下面的四个原子构成正四面体(虚线连接的四个原子)，且两两相切。设原子半径为r，菱形的边长为a，则a＝2r；整个六方晶胞含有2个原子，所以V球＝πr3。求六方晶胞的高h，因为六方晶胞体内的原子位于h/2处，所以正四面体的高为晶胞高的一半，根据立体几何的知识求得正四面体的高为a，那么晶胞的高h＝a＝r，则晶胞的体积为r×2r2；因此×100%≈74%。六方晶胞的原子空间占有率与面心立方晶胞的原子空间占有率相同，均是74%，这两种晶胞的空间占有率较高，称为紧密堆积。 【变式2-1】金属原子在二维空间里的放置有如图所示的两种方式，下列说法中正确的是(　　) A．图(a)为非密置层，配位数为6 B．图(b)为密置层，配位数为4 C．图(a)在三维空间里堆积可得六方最密堆积和面心立方最密堆积 D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方 【答案】C 【解析】图(a)为密置层，图(b)为非密置层。密置层在三维空间堆积可得到六方最密堆积和面心立方最密堆积，非密置层在三维空间堆积可得简单立方和体心立方两种堆积。 【变式2-2】是第四周期元素，其原子最外层只有个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素的负一价离子的最外层电子数与次外层电子数相同。下列说法错误的是( ) A．单质的晶体类型为金属晶体 B．已知单质是面心立方最密堆积，其中原子的配位数为 C．元素的基态原子的核外电子排布式为 D．与形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。该化合物的化学式为 【答案】B 【解析】依据题给信息可推知，X为铜元素，Y为氯元素。A项，Cu属于金属元素，单质铜的晶体类型为金属晶体，A正确；B项，金属铜是面心立方最密堆积，每个铜原子的配位数是12，B错误；C项，Y是氯元素， 其原子核外电子数为17，依据构造原理知，其基态原子核外电子排布式为，C正确；D项，依据晶胞结构，利用均摊法分析，每个晶胞中含有的铜原子个数为8× +6×=4，氯原子个数为4，则该化合物的化学.式为CuCl，D正确；故选B。 【变式2-3】有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示(原子半径为rcm)，下列叙述错误的是( ) A．晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③12，④12 B．晶胞①的空间利用率： C．晶胞中含有的原子数分别为：③2，④4， D．金属晶体是一种“巨分子”，可能存在分子间作用力 【答案】D 【解析】A项，根据晶体结构可知，晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③12，④12，A正确；B项，晶胞①的空间利用率：，B正确；C项，顶点为8个晶胞共用，面为2个晶胞共用，晶胞内原子为1个晶胞单独占用，即晶胞中含有的原子数分别为：③1+8×=2，④8×+6×=4，C正确；D项，金属晶体是一种“巨分子”，存在金属阳离子和自由电子之间的作用，不存在分子间作用力，D错误。故选D。 1．构成金属晶体的基本微粒( ) A．分子 B．阴离子和自由电子 C．阳离子和阴离子 D．阳离子和自由电子 【答案】D 【解析】金属单质属于金属晶体，金属晶体由金属阳离子和自由电子构成，D符合题意；故选D。 2．下列金属中，金属阳离子与自由电子间的作用力最强的是 A．Al B．K C．Cu D．Zn 【答案】C 【解析】金属单质中，金属阳离子与自由电子间的作用力越强，则该金属越难失去电子，即金属活动性越弱，已知金属活动顺序为：K、Al、Zn、Cu，故Cu中金属阳离子与自由电子间的作用力最强，故选C。 3．金属晶体中金属原子的堆积基本模式有( ) A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 【答案】D 【解析】金属晶体中金属原子的堆积基本模式有4种：简单立方堆积，体心立方堆积，面心立方最密堆积，六方最密堆积，故D正确；故选D。 4．金属的下列性质中和金属晶体的结构无关的是(　　) A．良好的导电性 B．反应中易失电子 C．良好的延展性 D．良好的导热性 【答案】B 【解析】金属的物理性质是由金属晶体所决定的，A、C、D三项都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体所决定的。B项，金属易失电子是由金属原子的结构决定的，和晶体结构无关。 5．下列关于晶体的说法正确的是(　　) A．晶体中只要有阳离子，就一定有阴离子 B．晶体中只要有阴离子，就一定有阳离子 C．有金属光泽的晶体，一定是金属晶体 D．根据晶体能否导电，可以判断晶体是否属于金属晶体 【答案】B 【解析】金属晶体中，有金属阳离子而没有阴离子；根据电荷守恒，晶体中只要有阴离子，就一定有阳离子；有金属光泽的晶体不一定是金属晶体，如晶体碘、晶体硅；能导电的晶体不一定是金属晶体，如石墨晶体。 6．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．金属离子与自由电子之间有强烈的相互作用，在一定外力作用下，不因形变而消失 C．钙的熔点低于钾 D．温度越高，金属的导电性越好 【答案】B 【解析】A项，汞在常温下为液态；C项，由于原子半径r(Ca)＜r(K)且价电子数Ca＞K，所以金属键Ca＞K，故熔点Ca＞K。 7．下列叙述错误的是(　　) A．构成金属的微粒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．同一类晶体间熔点(或沸点)相差最大的是金属晶体 【答案】C 【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；由于金属键的强度差别很大，不同金属晶体的熔、沸点相差较大，故D正确。 8．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变形而不易折断，是由于金属离子之间有较强的作用 B．通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动，而形成电流 C．金属导热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．金属的热导率随温度的升高而降低 【答案】D 【解析】根据电子气理论可知，金属受外力作用时变形而不易折断是因为金属晶体中各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，A错误；自由电子要在外电场作用下才能发生定向移动产生电流，B错误；金属导热主要依靠自由电子的热运动，升高温度使自由电子与金属原子频繁碰撞，导致热导率降低，C错误，D正确。 9．已知某金属晶体中(如碱金属)原子堆积方式如下图所示，则该堆积方式是(　　) A．简单立方堆积 B．体心立方堆积 C．六方最密堆积 D．面心立方最密堆积 【答案】B 【解析】将非密置层上层金属填充在下层金属形成的凹槽中，属于体心立方堆积。 10．已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别为(　　) A．4、8 B．4、12 C．14、6 D．14、8 【答案】B 【解析】根据铜的晶胞结构可知，含有铜原子数为：8×＋6×＝4；配位数为每个Cu原子周围紧邻的Cu原子数，故为3×8×＝12。 11．关于体心立方堆积型晶体(如图)的结构的叙述中正确的是(　　) A．是密置层的一种堆积方式 B．晶胞是六棱柱 C．每个晶胞内含2个原子 D．每个晶胞内含6个原子 【答案】C 【解析】体心立方堆积型晶体是非密置层的一种堆积方式，为立方体形晶胞，其中有8个顶点，一个体心，晶胞所含原子数为8×＋1＝2。故选C。 12．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，下图(a)、(b)、(c)分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数比为(　　) A．21∶14∶9 B．11∶8∶4 C．9∶8∶4 D．3∶2∶1 【答案】D 【解析】晶胞(a)中所含原子＝12×＋2×＋3＝6，晶胞(b)中所含原子＝8×＋6×＝4，晶胞(c)中所含原子＝8×＋1＝2。故选D。 13．对于A1型密堆积的描述错误的是(　　) A．A1型密堆积晶体的晶胞也叫面心立方晶胞 B．面心立方晶胞的每个顶点上和每个面的中心上都各有一个原子 C．平均每个面心立方晶胞中有14个原子 D．平均每个面心立方晶胞中有4个原子 【答案】C 【解析】图为A1型密堆积晶体的晶胞，它为面心立方晶胞，面心和顶点上各有1个原子故A、B均正确，平均每个面心立方晶胞中所拥有的原子个数为：8×＋6×＝4个，故D正确。 14．根据下列晶体的相关性质，判断可能属于金属晶体的是(　　) 选项 晶体的相关性质 A 由分子间作用力结合而成，熔点低 B 固态或熔融态时易导电，熔点在1 000 ℃左右 C 由共价键结合成空间网状结构，熔点高 D 固体不导电，但溶于水或熔融后能导电 【答案】B 【解析】A项，由分子间作用力结合而成的晶体属于分子晶体，错误；B项，金属晶体中有自由移动的电子，能导电，绝大多数金属在常温下为固体，熔点较高，所以固态或熔融态时易导电，熔点在1 000 ℃左右的晶体可能属于金属晶体，正确；C项，相邻原子之间通过共价键结合形成的空间网状结构的晶体属于共价晶体，错误；D项，固体不导电，说明晶体中无自由移动的带电微粒，则不可能为金属晶体，错误。 15．已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au。 (1)属于简单立方堆积的是________； (2)属于体心立方堆积的是________； (3)属于六方最密堆积的是________； (4)属于面心立方最密堆积的是________。 【答案】(1)Po　(2)Na、K、Fe　(3)Mg、Zn　(4)Cu、Au 16．如图为金属铜的一个晶胞，请完成以下各题。 (1)该晶胞“实际”拥有的铜原子数是________个。 (2)铜晶体的堆积方式称为________最密堆积，配位数为________。 (3)此晶胞立方体的边长为a cm，Cu的相对原子质量为64，金属铜的密度为ρg/cm3，则阿伏加德罗常数为________(用a、ρ表示)。 【答案】(1)4　(2)面心立方　12　(3) 【解析】由图示结构可以看出该堆积方式为面心立方最密堆积，利用“切割分摊法”可以求得该晶胞实际含有的铜原子数为：8×＋6×＝4。由于×64＝ρ·a3，故NA＝。 17．金属钨晶体中晶胞的结构模型如图所示。它是一种体心立方结构。实际测得金属钨的密度为ρ，钨的相对原子质量为M，假定钨原子为等直径的刚性球，请回答下列问题： (1)每一个晶胞分摊到________个钨原子。 (2)晶胞的边长a为________。 (3)钨的原子半径r为________(只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。 (4)金属钨原子形成的体心立体结构的空间利用率为________。 【答案】(1)2　(2) 　(3)× 　(4)68% 【解析】(1)晶胞中每个顶点的钨原子为8个晶胞所共有，体心的钨原子完全为该晶胞所有，故每一个晶胞分摊到2个钨原子。(2)每个晶胞中含有2个钨原子，则每个晶胞的质量m＝，又因每个晶胞的体积V＝a3，所以晶胞密度ρ＝＝，a＝ 。(3)钨晶胞的体对角线上堆积着3个钨原子，则体对角线的长度为钨原子半径的4倍，即4r＝a，r＝＝× 。(4)每个晶胞含有2个钨原子，2个钨原子的体积V′＝2×πr3＝，则该体心立方结构的空间利用率＝＝×100%＝×100%＝×100%＝68%。 18．自然界中存在大量的金属元素，其中钠、镁、铝、铁、铜等在工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题： (1)钠、铁、铝、铁、铜属于_______晶体， 铁熔化破坏的化学键为_______。 (2)铜的化合物种类很多。如图是氯化亚铜的晶胞结构，已知晶胞的棱长为a nm。 ①Cu+与Cl-最短的距离是_______nm，Cl-的配位数为_______。 ②氯化亚铜密度的计算式为ρ=_______ g·cm-3 (用NA表示阿伏加德罗常数)。 【答案】(1)  金属     金属键 (2)a     4     【解析】(1)钠、铁、铝、铁、铜属于金属晶体，铁熔化破坏的化学键为金属键；(4)①Cu+与Cl-最短的距离是体对角线的，即 nm，Cl-的配位数为4；②晶体中，Cl-的个数为4，根据化学式CuCl可知，晶体中Cu+的个数也是4，晶胞质量m=g=g，晶胞体积V=a310-21cm3，晶胞密度为ρ=== g·cm-3。 1．下列有关金属的说法正确的是( ) A．金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子 B．已知金属钠的晶体堆积模型是体心立方堆积，则其配位数是6 C．已知金属镁的晶体堆积模型是六方最密堆积，则其配位数是12 D．金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动 【答案】C 【解析】A项，金属原子的核外电子在金属晶体中最外层电子肯定是自由电子，内层电子受到核内质子的吸引，而不自由，故A错误；B项，金属钠的晶体堆积模型是体心立方堆积，为钾型，则其配位数是8，故B错误；C项，金属镁的晶体堆积模型是六方最密堆积，由此堆积可知，同一层上每个球与同层中周围6个球相接触同时又与上下两层中各3个球相接触，故每个球与周围12个球相接触，所以它们的配位数是12，故C正确；D项，金属导电的实质是金属制得自由电子的定向移动，故D错误。故选C。 2．金属晶体堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因是(　　) A．金属原子的价电子数少 B．金属晶体中有自由电子 C．金属原子的原子半径大 D．金属键没有饱和性和方向性 【答案】D 【解析】这是因为借助于没有方向性的金属键形成的金属晶体的结构中，都趋向于使原子吸引尽可能多的原子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。 3．关于金属晶体的体心立方密堆积的结构型式的叙述中，正确的是(　　) A．晶胞是六棱柱 B．属于A2型最密堆积 C．每个晶胞中含4个原子 D．配位数为12 【答案】B 【解析】金属晶体的体心立方密堆积的晶胞是平行六面体，体心立方密堆积的堆积方式为立方体的顶点和体心各有1个原子，属于A2型最密堆积，每个晶胞中含有8×＋1＝2个原子，A2型的配位数为8。 4．教材中给出了几种晶体的晶胞如图所示： 所示晶胞分别表示的物质正确的排序是(　　) A．碘、锌、钠、金刚石 B．金刚石、锌、碘、钠 C．钠、锌、碘、金刚石 D．锌、钠、碘、金刚石 【答案】C 【解析】第一种晶胞为体心立方堆积，钾、钠、铁等金属采用这种堆积方式；第二种晶胞为六方最密堆积，镁、锌、钛等金属采用这种堆积方式；组成第三种晶胞的粒子为双原子分子，是碘；第四种晶胞的粒子结构为正四面体结构，为金刚石。故选C。 5．我国科学家利用高温超导钇钡铜氧(YBCO)薄膜发现奇异金属。下列有关说法错误的是 A．金属晶体由金属离子和自由电子构成 B．氧化钡(BaO)晶体是离子晶体 C．基态Cu+的价层电子排布式为 D．如图所示晶胞代表的晶体的化学式为CuO 【答案】D 【解析】A项，金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，粒子间的结合力为金属键，所以金属晶体的形成是因为晶体中存在金属离子、自由电子，故A正确；B项，氧化钡含离子键，属于离子化合物，属于离子晶体，故B正确；C项，Cu是29号元素，价电子排布式为3d104s1，失去1个电子形成Cu+，其价电子排布式为3d10，故C正确；D项，由均摊法，O原子位于顶角和体心，含O原子数为8，Cu原子有4个，则晶体的化学式为Cu2O，故D错误；故选D。 6．金属钠晶体为体心立方晶胞(如图)，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)。已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钠原子为等径的钢性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为(　　) A． B．· C．· D．· 【答案】C 【解析】该晶胞中实际含钠原子两个，晶胞边长为，则ρ＝，进一步化简后可得·。故选C。 7．金晶体的晶胞为面心立方最密堆积(如图所示)。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，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表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是(　　) A．金晶体每个晶胞中含有4个金原子 B．金属键无方向性，金属原子尽可能采取密堆积 C．一个晶胞的体积是16d3 D．金晶体的密度是 【答案】C 【解析】因为是面心立方最密堆积，故每个晶胞中含有金原子数＝8×＋6×＝4个，A项正确；金属键无方向性，金属原子尽可能采取密堆积，B项正确；因为立方体的各个面的对角线上3个金原子彼此两两相切，则该小立方体的棱长＝d，体积为2d3，C项错误；金晶体的密度＝＝，D项正确。故选C。 8．如图，铁有δ、γ、α三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是 (　　) δ­Fe γ ­Feα­Fe A．δ­Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个 B．α­Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个 C．若δ­Fe晶胞边长为a cm，α­Fe晶胞边长为b cm，则两种晶体密度比为2b3∶a3 D．将铁加热到1 500 ℃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】由题图知，δ­Fe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有8个，A项正确；α­Fe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有6个，B项正确；一个δ­Fe晶胞占有2个铁原子，一个α­Fe晶胞占有1个铁原子，故两者密度比为：＝2b3∶a3，C项正确；晶体加热后急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型是不同的，D项错误。故选D。 9． Cu、Ni、Sb组成的金属互化物是重要的合金超导体，其晶胞结构如下图所示，若该晶胞的空间几何构型为正方体，其晶胞密度为ρg· cm-3，下列说法正确的是( ) A．该晶胞中含有8个Cu原子、4个Ni原子、2个Sb原子 B．Cu和Ni都位于周期表中ds区 C．基态Cu、Ni、Sb原子中未成对电子数目：Cu>Ni>Sb D．相邻Cu和Ni的最短距离(L)为 【答案】D 【解析】A项，根据均摊原则，该晶胞含有1个Cu、1个Ni、2个Sb，故A错误；B项，Cu位于周期表中ds区，Ni位于周期表中d区，故B错误；C项，基态Cu、Ni、Sb原子中未成对电子数目分别是1、2、3，Sb>Ni>Cu，故C错误；D项，该晶胞含有1个Cu、1个Ni、2个Sb，设晶胞边长为a pm，该晶胞，，Cu和Ni的最短距离为晶胞边长的一半，Cu和Ni的最短距离，故D正确；故选D。 10．铁的晶体有多种结构，其中两种晶体的晶胞结构如下图甲、乙所示(acm、bcm分别为晶胞边长)，下列说法正确的是( ) A．两种铁晶体中均存在金属阳离子和阴离子 B．乙晶体晶胞中所含有的铁原子数为14 C．甲、乙两种晶胞中铁原子的配位数之比为1：2 D．甲、乙两种铁晶体的密度比为b3：2a3 【答案】D 【解析】A项，金属晶体由金属阳离子与自由电子构成，不含阴离子，A错误；B项，乙晶体晶胞为面心立方最密堆积，顶点原子贡献率为，面心原子贡献率为，故乙晶体晶胞中所含有的铁原子数为： 8×+6×=4，B错误；C项，甲晶体为体心立方堆积、配位数为8，乙晶体晶胞为面心立方最密堆积、配位数为12，甲、乙两种晶胞中铁原子的配位数之比为8： 12=2： 3，C错误；D项，甲晶胞单独占有Fe原子数目= 1+8×=2，乙晶胞单独占有Fe原子数目8×+6×=4，晶胞质量之比=1： 2，则晶体密度之比==b3： 2a3，D正确；故选D。 11．回答下列问题： (1)铜的堆积方式属于A1型紧密堆积，其晶胞示意图为______(填序号)。晶胞中所含的铜原子数为______个。 金属铜晶胞为面心立方最密堆积，边长为a cm。又知铜的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数为________________________________________。 (2)1 183 K以下纯铁晶体的基本结构单元如图1所示，1 183 K以上转变为图2所示的基本结构单元，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。 ①铁原子的简化电子排布式为________；铁晶体中铁原子以________键相互结合。 ②在1 183 K以下的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为________；在1 183 K以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为________。 ③纯铁晶体在晶型转变前后，两者基本结构单元的边长之比为(1 183 K以下与1 183 K以上之比)________。 转变温度前后两者的密度之比为(1 183 K以下与1 183 K以上之比)________。 (3)铝单质的晶胞结构如图甲所示，原子之间相对位置关系的平面图如图乙所示。 若已知铝原子半径为d，NA表示阿伏加德罗常数，相对原子质量为M，请回答： 晶胞中Al原子的配位数为__________，一个晶胞中Al原子的数目为__________。该晶体的密度可表示为_______________________________。 【答案】(1)d　4　 mol－1　 (2)①[Ar]3d64s2　金属　②8　12　③　　 (3)12　4　 【解析】(1)铜晶胞为面心立方最密堆积，1个晶胞能分摊到4个Cu原子；1个晶胞的体积为a3 cm3；一个晶胞的质量为a3ρ g；由＝a3ρ g，得NA＝ mol－1。(2)②在1 183 K以下的纯铁晶体中，与体心铁原子等距离且最近的铁原子是8个顶点的铁原子；在1 183 K以上的纯铁晶体中，与面心铁原子等距离且最近的铁原子有12个。③设铁原子半径为a，在1 183 K以下的纯铁晶体中，基本结构单元的边长为；在1 183 K以上的纯铁晶体中，基本结构单元的边长为2a。根据1 183 K以下的纯铁晶体和1 183 K以上的纯铁晶体的基本结构单元的边长比为，可知两者基本结构单元的体积比为，又因为两者一个基本结构单元分别包含2个和4个铁原子，可知两者的密度之比为÷＝。(3)由图甲可知Al晶胞为面心立方晶胞，配位数为12。一个Al晶胞中含有Al的数目为8×＋6×＝4个。由图乙知晶胞的棱长为＝2d。若该晶体的密度为ρ，则ρ×(2d)3＝，ρ＝。 12．铁、铜、金是日常生活中三种重要金属，请回答下列问题： (1)金属铜采取如图所示堆积方式，可称为________堆积，则Cu晶体中Cu原子的配位数为________。 (2)元素金(Au)处于周期表中的第6周期，与Cu同族，Au原子最外层电子排布式为________；一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心、Au原子处于顶点位置，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为________；该晶体中，原子之间的作用力是________，若该晶胞的边长为a cm，则该合金密度为______ g·cm－3(阿伏加德罗常数的值为NA)。 (3)上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2的结构相似，该晶体储氢后的化学式应为________。 (4)金晶体的晶胞是面心立方体，金原子的直径为d cm，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量(单位：g·mol－1)。欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定距离最近的两金原子间相接触，即相切。金晶体每个晶胞中含有______个金原子。1个晶胞的体积为___________________________________________________ cm3。金晶体的密度为______g·cm－3。 (5)如图为金属铁某种晶体的晶胞结构，已知该晶体的密度为a g·cm－3，NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的体积为________cm3。 【答案】(1)面心立方最密　12 (2)6s1　3∶1　金属键　 (3)H8AuCu3 (4)4　2d3　 (5) 【解析】(1)Cu为面心立方最密堆积方式，Cu原子周围最近等距离的Cu原子为12个，Cu的配位数为12。(2)Au原子最外层电子排布式可类比Cu，只是电子层多两层，由于该合金晶体是面心立方最密堆积结构，晶胞内N(Cu)＝6×＝3，N(Au)＝8×＝1；1个晶胞质量为 g，则ρ＝ g·cm－3。(3)CaF2晶胞中含有Ca2＋：8×＋6×＝4个，含F－8个，所以氢原子在晶胞内有8个，可以得储氢后的化学式为H8AuCu3。(4)利用切割法解题，8个顶点上金原子有属于该晶胞，每个面上金原子有属于该晶胞，共有6个，故每个晶胞中金原子个数＝8×＋6×＝4。假设距离最近的两金原子间相切，则有正方形的对角线为2d。正方形边长为d。所以晶胞体积V晶＝(d)3＝2d3 cm3，晶胞密度为ρ＝＝ g·cm－3。(5)该铁晶胞为体心立方晶胞，每个晶胞中含有铁原子2个，所以该晶胞的密度为a＝，晶胞的体积V＝ cm3。 13．钛(Ti)、钒(V)、镍(Ni)、镧(La)等在储氢材料方面具有广泛的用途。下面是一些晶体材料的结构示意图。 请回答下列问题： (1)写出镍原子的核外电子排布式：______________________________。 (2)钛金属晶体的原子堆积方式如图1所示，则每个钛原子周围有______个紧邻的钛原子，该晶体中原子的堆积方式为____________________。 (3)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表。某合金储氢后的晶胞如图2所示，该合金的化学式为________，1 mol镧形成的该合金能储存____mol氢气。 (4)嫦娥三号卫星上的PTC元件(热敏电阻)的主要成分——钡钛矿晶体结构如图3所示，该晶体经X射线分析鉴定，重复单位为立方体，边长为a cm。顶点位置被Ti4＋所占据，体心位置被Ba2＋所占据，所有棱心位置被O2－所占据。 ①该晶体中的O元素与H形成的化合物的中心原子的杂化类型为________，其分子空间构型为________。 ②写出该晶体的化学式：________。 【答案】(1)1s22s22p63s23p63d84s2 (2)12 面心立方最密堆积 LaNi5 3 (3) ①sp3 V形 ②BaTiO3 【解析】(1)Ni是28号元素，根据能量最低原理，其原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2；(2)由晶胞结构图可知，以顶点原子为研究对象，与之最近的原子处于面心上，每个顶点原子为12个面共用，故晶胞中该原子的配位数为12，该单质晶体中原子的堆积方式为面心立方最密堆积；(3)根据某合金储氢后的晶胞结构示意图可知该合金中含有：La：8×＝1；Ni：8×＋1＝5，所以化学式是LaNi5；1 mol该合金吸附氢气的物质的量是8 mol×＋2mol×＝3 mol。(4)①该晶体中的O元素与H元素形成的化合物H2O的中心原子O 原子的杂化类型为sp3杂化，其分子空间构型为V形；②根据晶胞结构示意图可知：Ba：1；Ti：8×＝1；O：12×＝3，所以该晶体的化学式是：BaTiO3。 ( 14 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$