3.1 金属键 金属晶体-【帮课堂】2024-2025学年高二化学同步学与练（苏教版2019选择性必修2）

专题3 微粒间作用力与物质性质 第一单元 金属键 金属晶体 1．能描述金属键的成键特征。 2．能用金属键理论解释金属的典型性质。 3．了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞。 重点：金属键理论与金属的特性；认识简单的晶胞。 难点：金属键理论；认识简单的晶胞。 一、金属键与金属特性 1．金属键 (1)概念：金属__________与__________之间强烈的相互作用。 (2)金属键的形成：金属原子失去部分或全部外围电子形成的__________与“脱落”下的__________之间存在强烈的相互作用。 (3) 成键微粒：__________和__________ (4)金属键的特点 ①金属键没有__________性和__________性。 ②金属键中自由电子在整个三维空间里运动，属于整块固态金属。 2．金属的物理特性 (1)导电性 通常情况，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__________形成电流。 温度升高，金属阳离子的振动频率加大，阻碍了电子的定向移动，金属的导电性__________。 (2)导热性 金属受热时，__________与__________碰撞频率增加，__________把能量传给__________，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__________性，在外力作用下，金属原子间发生相对__________时，各层金属原子间仍然保持__________的作用，不会断裂。 3．金属键的强弱与金属物理性质的关系 (1)原子化热 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__________原子时吸收的热量。 (2)影响金属键强弱的因素 ①金属原子半径越小，金属键越_______。 ②单位体积内__________的数目越多，金属键越强。 (3)金属键的强弱与金属的物理性质的关系 金属键越强，金属晶体的硬度__________，熔、沸点__________。 二、金属晶体 1．晶体和晶胞 (1)晶体 ①概念：内部粒子(原子、离子或分子)在空间呈现__________重复排列，外观具有_______________的固体物质。通常条件下，金属单质及其合金属于晶体。 ②根据____________________，能推知晶体内部的微观结构。 (2)晶胞： ①概念：能够反映晶体结构特征的_____________。金属晶体是金属晶胞在空间________________而形成的。 ②研究晶体的结构只需重点研究其_________的结构。 2．金属晶体 (1)概念：通过______________与__________之间的强烈的作用而形成的晶体。 (2)金属晶体的成键粒子是______________和__________。成键粒子之间的相互作用是__________。 3．金属原子在在二维空间的排列方式 (1)金属晶体中的原子可以看成直径相等的球体，在平面上（即二维空间），有两种排列方式： 图① 图② 图①的排列方式为__________，原子的配位数为____；图②的排列方式为__________，原子的配位数为_______。 (2)配位数：通常把晶体内(或分子内)某一粒子周围最接近的粒子数目称为该粒子的配位数。 4．金属晶体的堆积方式 图③ 图④ 图⑤ 图⑥ (1)图③所示的堆积方式为__________堆积，配位数为_____。实例：钋。 (2)图④所示的堆积方式为__________堆积，配位数为_____。实例：钠、钾、铬、钼、钨等。 (3)图⑤所示的堆积方式为__________堆积，配位数为_____。实例：金、银、铜、铅等。 (4)图⑥所示的堆积方式为__________堆积，配位数为_____。实例：镁、锌、钛等。 5．金属材料——合金 (1)概念：一种金属与另一种或几种__________（或__________）的融合体。与单组分金属相比，合金的某些性能更优越。 (2)性能 ①合金的硬度一般都比组成它的纯金属_____。 ②多数合金的熔点______组成它的任何一种组分金属。 【名师点拨】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。 (1)长方体(或正方体)晶胞中微粒数的计算。 (2)六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算 如图所示，六方晶胞中所含微粒数目为12×＋3＋2×＝6。 三、关于晶体的计算 在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，彼此相切，紧密堆积成晶体。 如图为1个金属铜的晶胞，请完成以下探究。 (1)该晶胞“实际”拥有的铜原子是_____个。 (2)每个铜原子周围紧邻且等距的铜原子数(配位数)为______。 (3)此晶胞中，顶点的两个铜原子是否相切？______(填“是”或“否”，下同)，同一个面的面对角线上的三个铜原子是否相切？______；若晶胞立方体的边长为a cm，则最近的两个铜原子间的距离为________cm。 (4)若晶胞立方体的边长为a cm，Cu的摩尔质量为64 g·mol－1，阿伏加德罗常数的值为NA，则金属铜的密度为__________ g·cm－3(用a、NA表示)。 【名师点拨】 (1)假设某晶体的晶胞如图： 以M表示该晶体的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数的值，N表示一个晶胞中所含有的微粒数，a表示晶胞的棱长，ρ表示晶体的密度，计算如下： 该晶胞的质量用密度表示：m＝ρ·a3； 用摩尔质量表示：m＝M； 则有：ρ·a3＝M，ρ＝M。 (2)立方晶胞的边长为a，则面对角线长等于a，体对角线长等于a。 (3)空间利用率＝×100%。 1．请判断下列说法的正误(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)金属的导电靠自由电子的定向移动(　 　) (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)金属键有方向性和饱和性(　 　) (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(　 　) (8)金属阳离子和自由电子作用力是金属钠强于金属镁(　 　) 2．金属的导电性与电解质溶液的导电性有什么不同？ 3．下表给出了部分金属的原子半径、原子化热： 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·mol－1) 108.4 146.4 326.4 397.5 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______________。 (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：_____________________________________________________。 3．晶体中一种微粒周围距离相等且最近的其他微粒的数目叫配位数，回答下列问题。 (1)非密置层和密置层的配位数分别为________、________。 (2)简单立方堆积、体心立方堆积和面心立方堆积的配位数分别为________、________、________。 4．铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示。 晶胞中铁原子的堆积方式是________；铁原子、镁原子的配位数分别是________、________。 5．现有甲、乙、丙(如图)三种晶体的晶胞(甲中x处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中心)，可推知：甲晶胞中x与y的个数比是________，乙晶胞中a与b的个数比是________，丙晶胞中有________个c离子，有________个d离子。 6．用X射线研究某金属晶体，测得其立方晶胞的边长为360 pm，此时金属的密度为9.0 g·cm－3。试回答： (1)此晶胞中含金属原子________个。 (2)每个晶胞的质量是________g。 (3)此金属的相对原子质量为________。 (4)此原子的原子半径为________(pm)。 ►问题一 金属键与金属特性 【典例1】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 【解题必备】 1．影响金属键强弱的因素 金属的原子半径和单位体积内自由电子数目的多少及金属阳离子所带电荷的多少。 （1）金属键的强弱差别较大。如钠、钾的熔、沸点低，存在的金属键较弱；铬的硬度大，熔、沸点高，存在的金属键较强。 （2）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。 （3）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。 2．金属键的强弱与金属的物理性质的关系 （1）金属的延展性、导电性、导热性、熔沸点等均与金属键有关。金属键越强，金属的熔、沸点越高。 同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。 同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔沸点降低。 一般来说，合金的熔沸点比其各成分金属的熔沸点低。 （2）金属导电性与电解质导电性的区别 金属导电的微粒是自由电子，电解质溶液导电的微粒是自由移动的阳离子和阴离子；前者导电过程中不生成新物质，为物理变化，后者导电过程中有新物质生成，为化学变化。因而，二者导电的本质不同。 【变式1-1】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 【变式1-2】下列各组金属熔、沸点的高低顺序，排列正确的是(　　) A．Mg＞Al＞Na B．Al＞Na＞Li C．Li>Na＞K D．Be＞Mg＞Al ►问题二 金属晶体和晶体常识 【典例2】金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，a、b、c分别代表这三种晶体内晶胞的结构，其晶胞a、b、c内金属原子个数比为(　　) A．3∶2∶1 B．11∶8∶4 C．9∶8∶4 D．21∶14∶9 【变式2-1】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 【变式2-2】硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示是该化合物的晶胞结构：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上、下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为(　　) A．MgB B．MgB2 C．Mg2B D．Mg3B2 ►问题三 关于晶体的计算 【典例3】金晶体的晶胞如图所示，设金原子的直径为d，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，金晶体属于最密堆积 C．晶体中金原子的配位数是12 D．一个晶胞的体积是6d3 【变式3-1】如图为金属钠晶体的晶胞结构，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)，已知钠的摩尔质量为a(g·mol－1)，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钠原子为等径的刚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． 【变式3-2】已知，1 183 K以下纯铁晶体的基本结构单位如图1所示，1 183 K以上转变为图2所示的基本结构单位，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。 (1)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数是_________。 (2)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数是______，若其晶胞边长为a nm，设阿伏加德罗常数的值为NA，该晶体的密度是_________________________。 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 2．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 3．要使金属熔化必须破坏其中的金属键，而原子化热是比较金属键强弱的依据之一。下列说法正确的是(　　) A．金属镁的硬度大于金属铝 B．金属铍的熔点低于金属镁 C．金属镁的原子化热大于金属钠的原子化热 D．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的 4．下列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外围电子，形成了“自由电子”，在外电场的作用下自由电子定向运动便形成了电流，所以金属易导电 C．金属具有良好的导热性，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(或金属原子)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层可以滑动而不破坏金属键 5．下列关于金属晶体的叙述正确的是(　　) A．用铂金做首饰不能用金属键理论解释 B．固态和熔融时易导电，熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体 C．Al、Na、Mg的熔点逐渐升高 D．金属晶体一定是无色透明的固体 6．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 7．“神九”载人飞船上使用了锂镁合金和锂铝合金等合金材料，下列有关叙述不正确的是(　　) A．飞船使用的合金材料，一般具有质量轻、强度高的特点 B．锂铝合金中铝、锂的金属性不如钠强 C．锂镁合金和锂铝合金性质相当稳定，不会与酸发生化学反应 D．锂镁合金是一种具有金属特性的物质，易导热、导电 8．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—X、—Y、—Z。其对应的化学式不正确的是(　　) 9．一种Al-Fe合金的晶胞结构如图所示，则此合金的化学式为(　　) A．Fe2Al B．FeAl C．FeAl2 D．Fe3Al2 10．如图为甲、乙、丙三种晶体部分结构： (1)甲晶体化学式(X为阳离子)为________。 (2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是______。 (3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是______。 1．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 2．钇钡铜氧化合物晶胞的结构如图所示，则该化合物的化学式可能是(　　) A．YBa2Cu3O4 B．YBa2Cu2O5 C．YBa2Cu3O5 D．YBaCu4O4 3．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 4．Al的晶胞特征如图甲所示，原子之间相互位置关系的平面图如图乙所示。 若已知Al的原子半径为d，NA代表阿伏加德罗常数的值，Al的相对原子质量为M，请回答： (1)晶胞中Al原子的配位数为________，一个晶胞中Al原子的数目为________。 (2)该晶体的密度为_________________(用代数式表示)。 5．已知某金属面心立方晶体，其结构如图(Ⅰ)所示，面心立方的结构如图(Ⅱ)所示，该原子的半径为1.27×10－10 m，试求金属晶体中的晶胞长度，即图(Ⅲ)中AB的长度。AB的长度为________m(结果保留3位有效数字)。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题3 微粒间作用力与物质性质 第一单元 金属键 金属晶体 1．能描述金属键的成键特征。 2．能用金属键理论解释金属的典型性质。 3．了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞。 重点：金属键理论与金属的特性；认识简单的晶胞。 难点：金属键理论；认识简单的晶胞。 一、金属键与金属特性 1．金属键 (1)概念：金属离子与自由电子之间强烈的相互作用。 (2)金属键的形成：金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属离子与“脱落”下的自由电子之间存在强烈的相互作用。 (3) 成键微粒：金属离子和自由电子 (4)金属键的特点 ①金属键没有方向性和饱和性。 ②金属键中自由电子在整个三维空间里运动，属于整块固态金属。 2．金属的物理特性 (1)导电性 通常情况，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，自由电子发生定向移动形成电流。 温度升高，金属阳离子的振动频率加大，阻碍了电子的定向移动，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。 3．金属键的强弱与金属物理性质的关系 (1)原子化热 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1mol金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的热量。 (2)影响金属键强弱的因素 ①金属原子半径越小，金属键越强。 ②单位体积内自由电子的数目越多，金属键越强。 (3)金属键的强弱与金属的物理性质的关系 金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。 二、金属晶体 1．晶体和晶胞 (1)晶体 ①概念：内部粒子(原子、离子或分子)在空间呈现有规则重复排列，外观具有规则几何外形的固体物质。通常条件下，金属单质及其合金属于晶体。 ②根据X射线衍射图，能推知晶体内部的微观结构。 (2)晶胞： ①概念：能够反映晶体结构特征的基本重复单位。金属晶体是金属晶胞在空间连续重复延伸而形成的。 ②研究晶体的结构只需重点研究其晶胞的结构。 2．金属晶体 (1)概念：通过金属阳离子与自由电子之间的强烈的作用而形成的晶体。 (2)金属晶体的成键粒子是金属阳离子和自由电子。成键粒子之间的相互作用是金属键。 3．金属原子在在二维空间的排列方式 (1)金属晶体中的原子可以看成直径相等的球体，在平面上（即二维空间），有两种排列方式： 图① 图② 图①的排列方式为非密置层，原子的配位数为4；图②的排列方式为密置层，原子的配位数为6。 (2)配位数：通常把晶体内(或分子内)某一粒子周围最接近的粒子数目称为该粒子的配位数。 4．金属晶体的堆积方式 图③ 图④ 图⑤ 图⑥ (1)图③所示的堆积方式为简单立方堆积，配位数为6。实例：钋。 (2)图④所示的堆积方式为体心立方堆积，配位数为8。实例：钠、钾、铬、钼、钨等。 (3)图⑤所示的堆积方式为面心立方堆积，配位数为12。实例：金、银、铜、铅等。 (4)图⑥所示的堆积方式为六方堆积，配位数为12。实例：镁、锌、钛等。 5．金属材料——合金 (1)概念：一种金属与另一种或几种金属（或非金属）的融合体。与单组分金属相比，合金的某些性能更优越。 (2)性能 ①合金的硬度一般都比组成它的纯金属大。 ②多数合金的熔点低于组成它的任何一种组分金属。 【名师点拨】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。 (1)长方体(或正方体)晶胞中微粒数的计算。 (2)六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算 如图所示，六方晶胞中所含微粒数目为12×＋3＋2×＝6。 三、关于晶体的计算 在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，彼此相切，紧密堆积成晶体。 如图为1个金属铜的晶胞，请完成以下探究。 (1)该晶胞“实际”拥有的铜原子是4个。 (2)每个铜原子周围紧邻且等距的铜原子数(配位数)为12。 (3)此晶胞中，顶点的两个铜原子是否相切？否(填“是”或“否”，下同)，同一个面的面对角线上的三个铜原子是否相切？是；若晶胞立方体的边长为a cm，则最近的两个铜原子间的距离为a cm。 (4)若晶胞立方体的边长为a cm，Cu的摩尔质量为64 g·mol－1，阿伏加德罗常数的值为NA，则金属铜的密度为 g·cm－3(用a、NA表示)。 【名师点拨】 (1)假设某晶体的晶胞如图： 以M表示该晶体的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数的值，N表示一个晶胞中所含有的微粒数，a表示晶胞的棱长，ρ表示晶体的密度，计算如下： 该晶胞的质量用密度表示：m＝ρ·a3； 用摩尔质量表示：m＝M； 则有：ρ·a3＝M，ρ＝M。 (2)立方晶胞的边长为a，则面对角线长等于a，体对角线长等于a。 (3)空间利用率＝×100%。 1．请判断下列说法的正误(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)金属的导电靠自由电子的定向移动(　√　) (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)金属键有方向性和饱和性(　×　) (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(　×　) (8)金属阳离子和自由电子作用力是金属钠强于金属镁(　×　) 2．金属的导电性与电解质溶液的导电性有什么不同？ 金属导电的微粒是自由电子，电解质溶液导电的微粒是自由移动的阳离子和阴离子；前者导电过程中不生成新物质，为物理变化，后者导电过程中有新物质生成，为化学变化。因而，二者导电的本质不同。 3．下表给出了部分金属的原子半径、原子化热： 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·mol－1) 108.4 146.4 326.4 397.5 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______________。 (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：_____________________________________________________。 答案　(1)Al>Mg>Na (2)一般而言，金属元素的原子半径越小、单位体积内自由电子数目越多，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高 3．晶体中一种微粒周围距离相等且最近的其他微粒的数目叫配位数，回答下列问题。 (1)非密置层和密置层的配位数分别为________、________。 (2)简单立方堆积、体心立方堆积和面心立方堆积的配位数分别为________、________、________。 答案　(1)4　6 (2)6　8　12 4．铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示。 晶胞中铁原子的堆积方式是________；铁原子、镁原子的配位数分别是________、________。 答案 面心立方堆积　8　4 5．现有甲、乙、丙(如图)三种晶体的晶胞(甲中x处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中心)，可推知：甲晶胞中x与y的个数比是________，乙晶胞中a与b的个数比是________，丙晶胞中有________个c离子，有________个d离子。 答案　4∶3　1∶1　4　4 解析　处于晶胞中心的x或a为该晶胞单独占有，位于立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，位于立方体棱上的微粒为4个晶胞共享，位于立方体面上的微粒为2个晶胞共享，所以x∶y＝1∶(6×)＝4∶3；a∶b＝1∶(8×)＝1∶1；丙晶胞中c离子为12×＋1＝4个，d离子为8×＋6×＝4个。 6．用X射线研究某金属晶体，测得其立方晶胞的边长为360 pm，此时金属的密度为9.0 g·cm－3。试回答： (1)此晶胞中含金属原子________个。 (2)每个晶胞的质量是________g。 (3)此金属的相对原子质量为________。 (4)此原子的原子半径为________(pm)。 答案：(1)4　(2)4.2×10－22　(3)63.21 (4) 127.28 pm。 解析：(1)根据题意，一个晶胞所含有的金属原子个数＝8×＋6×＝4。 (2)根据晶胞的边长为360 pm，可得晶胞的体积为(3.6×10－8)3 cm3。根据质量＝密度×体积，可得晶胞的质量＝9.0 g·cm－3×(3.6×10－8)3 cm3≈4.2×10－22 g。 (3)金属的相对原子质量＝NA×原子的质量＝6.02×1023×4.2×10－22÷4＝63.21。 (4) 在面心立方晶胞中，晶胞的边长＝，因此，该金属原子的原子半径＝×360 pm≈127.28 pm。 ►问题一 金属键与金属特性 【典例1】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 答案 D 解析 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，故A项不正确；自由电子要在外电场作用下才能发生定向移动形成电流，B项不正确；金属的导热性是由于自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞将能量进行传递，故C项不正确。温度升高，金属离子振动频率加大，阻碍了电子的移动，电阻增大，导电性减弱，故D项正确。故选D。 【解题必备】 1．影响金属键强弱的因素 金属的原子半径和单位体积内自由电子数目的多少及金属阳离子所带电荷的多少。 （1）金属键的强弱差别较大。如钠、钾的熔、沸点低，存在的金属键较弱；铬的硬度大，熔、沸点高，存在的金属键较强。 （2）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。 （3）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。 2．金属键的强弱与金属的物理性质的关系 （1）金属的延展性、导电性、导热性、熔沸点等均与金属键有关。金属键越强，金属的熔、沸点越高。 同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。 同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔沸点降低。 一般来说，合金的熔沸点比其各成分金属的熔沸点低。 （2）金属导电性与电解质导电性的区别 金属导电的微粒是自由电子，电解质溶液导电的微粒是自由移动的阳离子和阴离子；前者导电过程中不生成新物质，为物理变化，后者导电过程中有新物质生成，为化学变化。因而，二者导电的本质不同。 【变式1-1】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 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。 【变式1-2】下列各组金属熔、沸点的高低顺序，排列正确的是(　　) A．Mg＞Al＞Na B．Al＞Na＞Li C．Li>Na＞K D．Be＞Mg＞Al 答案　C 解析　一般而言，金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子数越多，金属键越强，金属的熔、沸点越高。 ►问题二 金属晶体和晶体常识 【典例2】金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，a、b、c分别代表这三种晶体内晶胞的结构，其晶胞a、b、c内金属原子个数比为(　　) 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，顶点的微粒为6个晶胞共享，所以a中原子个数为12×＋2×＋3＝6；b中原子个数为8×＋6×＝4；c中原子个数为8×＋1＝2。 【变式2-1】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 答案　C 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。 【变式2-2】硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示是该化合物的晶胞结构：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上、下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为(　　) A．MgB B．MgB2 C．Mg2B D．Mg3B2 答案　B 解析　棱柱中硼原子数为6，镁原子位于上、下面心(2个)及12个顶点，共有镁原子数为2×＋12×＝3，则镁、硼原子个数之比为1∶2。 ►问题三 关于晶体的计算 【典例3】金晶体的晶胞如图所示，设金原子的直径为d，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，金晶体属于最密堆积 C．晶体中金原子的配位数是12 D．一个晶胞的体积是6d3 答案　D 解析　金晶体每个晶胞中含有6×＋8×＝4个金原子，A正确；金属晶体中，金属键无方向性，金晶体属于最密堆积，B正确；从顶点原子看，面心原子距离最近，故配位数为3×8×＝12，C正确；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，故面对角线长度为2d，棱长为×2d＝d，故晶胞的体积为(d)3＝2d3，D错误。 【变式3-1】如图为金属钠晶体的晶胞结构，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)，已知钠的摩尔质量为a(g·mol－1)，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钠原子为等径的刚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　金属钠的晶胞中含有的钠原子数为1＋8×＝2，设晶胞边长为x(cm)，根据ρ＝得，ρ＝，x＝，则晶胞的体对角线长为，所以钠原子的半径为。 【变式3-2】已知，1 183 K以下纯铁晶体的基本结构单位如图1所示，1 183 K以上转变为图2所示的基本结构单位，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。 (1)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数是_________。 (2)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数是______，若其晶胞边长为a nm，设阿伏加德罗常数的值为NA，该晶体的密度是_________________________。 答案　(1)8 (2)12　×1021 g·cm－3 解析　(1)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。 (2)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；据“均摊法”可知，一个1 183 K以上的纯铁晶胞中，含铁原子数为8×＋6×＝4，则其密度ρ＝ g·cm－3＝×1021 g·cm－3。 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 答案　B 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。 2．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 答案　D 3．要使金属熔化必须破坏其中的金属键，而原子化热是比较金属键强弱的依据之一。下列说法正确的是(　　) A．金属镁的硬度大于金属铝 B．金属铍的熔点低于金属镁 C．金属镁的原子化热大于金属钠的原子化热 D．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的 答案　C 解析　镁原子比铝原子的半径大且所带的外围电子数少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，硬度小，A错误；因铍原子的半径小且所带外围电子数与镁相同，使金属铍比金属镁的金属键强，所以金属铍比金属镁的熔点高，B错误；因镁原子的半径小且所带外围电子多，使金属镁比金属钠的金属键强，原子化热比钠大，C正确；从Li到Cs，原子的半径逐渐增大，所带外围电子数相同，金属键逐渐减弱，熔、沸点逐渐减小，D错误。 4．下列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外围电子，形成了“自由电子”，在外电场的作用下自由电子定向运动便形成了电流，所以金属易导电 C．金属具有良好的导热性，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(或金属原子)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层可以滑动而不破坏金属键 答案　A 解析　金属具有金属光泽是金属中的自由电子吸收了各种波长的可见光，吸收后又把它们几乎全部反射出去，因而金属一般显银白色光泽。 5．下列关于金属晶体的叙述正确的是(　　) A．用铂金做首饰不能用金属键理论解释 B．固态和熔融时易导电，熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体 C．Al、Na、Mg的熔点逐渐升高 D．金属晶体一定是无色透明的固体 答案　B 解析　用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性，能用金属键理论解释，A错误；金属晶体在固态和熔融时能导电，其熔点差异很大，故题设条件下的晶体可能是金属晶体，B正确；一般来说，金属中单位体积内自由电子的数目越多，金属元素的原子半径越小，金属键越强，故金属键的强弱顺序为Al>Mg>Na，其熔点的高低顺序为Al>Mg>Na，C错误。 6．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 答案　D 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。 7．“神九”载人飞船上使用了锂镁合金和锂铝合金等合金材料，下列有关叙述不正确的是(　　) A．飞船使用的合金材料，一般具有质量轻、强度高的特点 B．锂铝合金中铝、锂的金属性不如钠强 C．锂镁合金和锂铝合金性质相当稳定，不会与酸发生化学反应 D．锂镁合金是一种具有金属特性的物质，易导热、导电 答案　C 解析　A项，航天材料要符合质地轻、强度高等基本要求；B项，根据碱金属元素性质递变规律可知Na的金属性比Li强，根据金属活动性顺序可知Na的金属性比Al强；C项，锂、镁按一定比例熔合而得到锂镁合金，具有活泼金属的性质，能与酸反应；D项，合金改变了金属内部结构，但仍具有金属的导热、导电等性质。 8．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—X、—Y、—Z。其对应的化学式不正确的是(　　) 答案　B 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。 9．一种Al-Fe合金的晶胞结构如图所示，则此合金的化学式为(　　) A．Fe2Al B．FeAl C．FeAl2 D．Fe3Al2 答案　A 解析　观察图示，4个Al原子位于晶胞内部，Fe原子位于晶胞的体心、8个顶点、6个面心和12条棱上，故该晶胞中含有4个Al原子，含有Fe的个数为8×＋12×＋6×＋1＝8，则Al、Fe的原子个数之比为1∶2，故该合金的化学式为Fe2Al。 10．如图为甲、乙、丙三种晶体部分结构： (1)甲晶体化学式(X为阳离子)为________。 (2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是______。 (3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是______。 答案　(1)X2Y　(2)1∶3∶1　(3)8 解析　(1)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，所以甲的化学式为X2Y。(2)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．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 答案　C 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。 2．钇钡铜氧化合物晶胞的结构如图所示，则该化合物的化学式可能是(　　) A．YBa2Cu3O4 B．YBa2Cu2O5 C．YBa2Cu3O5 D．YBaCu4O4 答案　C 解析　位于顶点的铜原子(最上层平面和最下层平面)共8个，这个晶胞中只分摊到8×＝1个；位于棱上的铜原子也是8个，这个晶胞分摊到8×＝2个，所以每个晶胞单独含有的铜原子数为3。氧原子位于晶胞面上的有7个，位于晶胞棱上的有6个，所以，每个晶胞单独含有的氧原子数为7×＋6×＝5。所以该晶体每个晶胞中平均分摊到(即单独含有)的钇原子、钡原子、铜原子和氧原子个数分别为1、2、3、5，化学式为YBa2Cu3O5。 3．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 答案　D 解析　由图可知，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。 4．Al的晶胞特征如图甲所示，原子之间相互位置关系的平面图如图乙所示。 若已知Al的原子半径为d，NA代表阿伏加德罗常数的值，Al的相对原子质量为M，请回答： (1)晶胞中Al原子的配位数为________，一个晶胞中Al原子的数目为________。 (2)该晶体的密度为_________________(用代数式表示)。 答案　(1)12　4　(2) 解析　(1)Al属于面心立方堆积，配位数为12，一个晶胞中Al原子的数目为8×＋6×＝4。(2)面对角线的长度为4d，然后根据边长的倍等于面对角线的长度可求得晶胞的边长为2d，把数据代入公式ρV＝M得ρ×(2d)3＝M，解得ρ＝。 5．已知某金属面心立方晶体，其结构如图(Ⅰ)所示，面心立方的结构如图(Ⅱ)所示，该原子的半径为1.27×10－10 m，试求金属晶体中的晶胞长度，即图(Ⅲ)中AB的长度。AB的长度为________m(结果保留3位有效数字)。 答案　3.59×10－10 解析　通过观察图(Ⅰ)和图(Ⅱ)，可得出其结构特征：在一个立方体的八个顶点上均有一个原子，且在六个面的中心各有一个原子。图(Ⅲ)是一个平面图，则有：AB2＋BC2＝AC2，且AB＝BC，即2AB2＝(4×1.27×10－10)2，AB≈3.59×10－10 m。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$