第3章 第3节 第1课时 金属键与金属晶体-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（人教版2019 不定项版）

化学　选择性必修2[RJ]导学案 不定项 第三节　金属晶体与离子晶体 第一课时　金属键与金属晶体 1.知道金属晶体的结构特点，能辨识常见的金属晶体，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。2.能借助金属晶体模型说明金属晶体中的粒子及粒子间的相互作用。 1．金属键 (1)概念：金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用称为金属键。 (2)本质：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起，形成一种“巨分子”。 (3)描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。 2．金属晶体 (1)通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的晶体，叫做金属晶体，包括纯金属和合金。 (2)用电子气理论解释金属的物理性质 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)常温下，金属晶体都以晶体形式存在。(　　) (2)金属键在一定外力作用下，不因形变而消失。(　　) (3)金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用。(　　) (4)金属晶体单指纯金属。(　　) (5)金属晶体都有很高的熔点和很大的硬度。(　　) (6)能导电的物质一定是金属。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)× 解析：(1)常温下，汞为液态。 (4)金属晶体除了纯金属还有大量合金。 (5)金属晶体的熔点和硬度差别较大，如碱金属晶体一般熔点都较低，硬度很小。 (6)石墨能导电却属于非金属。 2．下列有关叙述正确的是(　　) A．金属晶体中含有阳离子和阴离子 B．金属键越强，则该金属的金属性越强 C．金属钨的熔点高于金属钠的熔点，是因为钨的金属键比钠的金属键强 D．金属导电的过程实质上就是金属键被破坏的过程，不能用“电子气理论”来解释 答案：C 解析：金属晶体由金属离子和自由电子构成，含有阳离子，但不含阴离子，A错误；金属性的强弱与金属键的强弱没有直接关系，B错误；金属晶体的金属键越强，其熔点越高，C正确；组成金属晶体的微粒为金属离子和自由电子，在外加电场作用下电子可发生定向移动，故金属能导电，能用“电子气理论”来解释，D错误。 3．下图是金属晶体内部的电子气理论示意图。 电子气理论可以用来解释金属的性质，其中正确的是(　　) A．金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动 B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导 C．金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属各原子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 D．合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，使电子数目增多，所以合金的延展性比纯金属强，硬度比纯金属小 答案：C 解析：金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动，A错误；金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属原子碰撞，从而发生热的传导，B错误；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，D错误。 4．某新型“防盗玻璃”为多层结构，每层中间嵌有极细的金属线。当玻璃被击碎时，与金属线相连的警报系统就会立即报警。“防盗玻璃”能报警是利用了金属的(　　) A．延展性 B．导电性 C．弹性 D．导热性 答案：B 5．物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。且研究表明，一般来说，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是(　　) A．硬度：Mg>Al B．熔点：Mg>Ca C．硬度：Mg>K D．熔点：Ca>K 答案：A 知识点　金属键与金属晶体的物理性质 1．对金属晶体的组成、性质的正确理解 (1)金属单质和合金都属于金属晶体。 (2)金属晶体中含有金属阳离子，但没有阴离子。 (3)使金属导电的微粒是自由电子，使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，两者导电的本质不同。 (4)有金属光泽的单质不一定是金属单质，如晶体硅、晶体碘也有金属光泽。 (5)金属晶体有导电性，但能导电的物质不一定是金属，如石墨、能导电的有机高分子等。 (6)温度升高，金属阳离子的振动频率和自由电子的无序运动增强，金属导电能力减弱；电解质溶液中，阴、阳离子随溶液温度升高，运动速率加快，导电能力增强。 2．金属晶体熔、沸点的比较 金属晶体熔点变化差别较大。如汞在常温下是液体，熔点很低(－38.9 ℃)，而铁(1535 ℃)等金属熔点很高。这是由金属阳离子与自由电子的静电作用(金属键)不同而造成的。 金属晶体的熔、沸点高低和金属键的强弱有关。金属原子价电子数越多，离子半径越小，金属离子与自由电子的作用力就越强，晶体的熔、沸点就越高，反之越低。 例如：元素周期表中碱金属单质的熔、沸点从上到下逐渐降低——价电子数相同，离子半径逐渐增大。 [练1]　下列关于金属键的叙述中，不正确的是(　　) A．金属键是金属阳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，其实质与离子键类似，也是一种静电作用 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，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性 C．金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用，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：从基本构成微粒的性质看，金属键与离子键的实质类似，都属于静电作用，特征都是无方向性和饱和性；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，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。 [练2]　下列关于金属晶体的叙述中，正确的是(　　) A．用铂金做首饰不能用电子气理论解释 B．固态或熔融态能导电，熔点在1000 ℃左右的晶体可能为金属晶体 C．Li、Na、Mg的熔点逐渐升高 D．温度越高，金属的导电性越好 答案：B 解析：A项，用铂金做首饰用到了金属晶体的延展性，能用电子气理论解释，错误。C项，一般来说，金属晶体熔点高低与金属键的强弱有关，金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数和金属离子半径有关，所带电荷数越多，金属离子半径越小，金属键越强，金属键：Li>Na，则熔点：Li>Na，错误。D项，金属的导电性随温度的升高而减弱，温度越高，其导电性越差，错误。 [练3]　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，是因为金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流 C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子通过与金属原子发生碰撞，传递了能量 D．Na、Mg、Al的沸点依次升高，是因为半径依次减小，价电子数依次增多 答案：A 解析：金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光大部分反射出来，因而金属一般显银白色光泽。 [练4]　金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体，如图所示，即在立方体的8个顶点各有一个金原子，各个面的中心有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共有。金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。 (1)金晶体每个晶胞中含有________个金原子。 (2)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__________________。 (3)一个晶胞的体积是________。 (4)金晶体的密度是________。 答案：(1)4　(2)金属原子间相接触，即相切 (3)2d3　(4) 解析：利用均摊法解题，8个顶点上金原子有属于该晶胞，6个面上金原子有属于该晶胞，故每个晶胞中金原子个数＝8×＋6×＝4。假设金原子间相接触，则有，正方形的对角线为2d，正方形边长为d，所以V晶＝(d)3＝2d3；1个晶胞质量为m晶＝，所以ρ＝＝。 本课总结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ 对点 金属元素特征 电子气理论 金属键与金属性质 金属键与金属性质 金属晶体的判断与性质 金属晶体的判断 金属键、第一电离能 题号 8 9 10 11 12 13 14 难度 ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★ ★★ ★★★ 对点 金属晶体的有关计算 金属晶体的结构与有关计算 金属晶体的结构与有关计算 金属晶体的结构与有关计算 金属晶体的结构与有关计算 金属晶体的结构与性质 金属晶体的结构与有关计算 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列有关金属元素特征的叙述正确的是(　　) A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性 B．一般情况下，金属元素在化合物中显正价 C．金属元素在不同的化合物中的化合价均不同 D．金属元素的单质在常温常压下均为金属晶体 答案：B 解析：A项，对于变价金属，较低价态的金属离子既有氧化性，又有还原性，如Fe2＋；C项，有的金属元素只有一种正化合价，如Mg；D项，金属汞在常温常压下为液体。 2．银是导电性最好的金属材料，银能导电的原因是(　　) A．金属银晶体中银离子与自由电子间的相互作用力较大 B．银晶体中的自由电子在外加电场的作用下可发生定向移动 C．银晶体中的银离子在外加电场的作用下可发生定向移动 D．银晶体在外加电场作用下可失去电子 答案：B 解析：组成金属晶体的微粒为金属离子和自由电子，在外加电场的作用下自由电子可发生定向移动，故金属能导电，B正确。 3．下列关于金属键或金属的性质说法正确的是(　　) ①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　②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用　③第三周期金属元素Na、Mg、Al的沸点依次升高 ④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 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案：C 4．下列叙述正确的是(　　) A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，这是由于金属原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 D．金属的导电性随温度的升高而减弱 答案：D 解析：金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，这是因为金属晶体中各原子层会发生相对滑动，故A错误；金属里的自由电子在外加电场作用下才能发生定向移动而形成电流，故B错误；金属导热是自由电子在热的作用下与金属原子碰撞将能量进行传递，故C错误。 5．利用反应CCl4＋4NaC(金刚石)＋4NaCl可实现人工合成金刚石。下列有关说法错误的是(　　) A．C(金刚石)具有很高的熔、沸点 B．该反应利用了Na的强还原性 C．CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式不同 D．Na属于金属晶体 答案：C 解析：CCl4和C(金刚石)中的C原子的价层电子对数都是4，根据价层电子对互斥模型知CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式都是sp3，故C错误。 6．我国的超级钢研究居于世界领先地位。某种超级钢中除Fe外，还含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%。下列说法中错误的是(　　) A．上述五种元素中，有两种位于周期表的p区 B．超级钢的晶体一定是金属晶体 C．X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构 D．超级钢中存在金属键和分子间作用力 答案：D 解析：超级钢是金属晶体，因此存在金属键，不存在分子，所以不存在分子间作用力，D错误。 7．下列有关Na、Mg、Al三种金属元素的说法中正确的是(　　) A．金属键由强到弱的顺序为Na>Mg>Al B．金属性由强到弱的顺序为Na>Mg>Al C．第一电离能由小到大的顺序为Na<Mg<Al D．等物质的量的三种金属分别加入稀盐酸中，产生氢气的质量为Na<Mg<Al 答案：B 解析：金属键由弱到强的顺序为Na<Mg<Al，A错误；金属性指金属原子失去电子的能力，B正确；第一电离能由小到大的顺序为Na<Al<Mg，C错误；由于HCl的物质的量未知，故无法比较产生氢气的量的多少，D错误。 8．如图为钠晶体的晶胞结构，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 cm，所以钠原子的半径为 cm，故选C。 二、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意) 9．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(　　) 已知：δ－Feγ－Feα－Fe A．δ－Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个 B．α－Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个 C．若δ－Fe晶胞边长为a cm，α－Fe晶胞边长为b cm，则两种晶体密度之比为2b3∶a3 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：AD 解析：由题图知，δ－Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个，A错误；α－Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个，B正确；一个δ－Fe晶胞中含有2个铁原子，一个α－Fe晶胞中含有1个铁原子，故两者密度之比为∶＝2b3∶a3，C正确；由题给信息可知，铁加热到1500 ℃后分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型是不同的，D错误。 10．金属钼的一种晶胞为体心立方堆积(图1)，以晶胞参数为单位长度建立坐标系(图2)，该晶胞沿其体对角线方向上的投影如图3所示。若晶胞参数为a pm，NA表示阿伏加德罗常数的值，则下列说法错误的是(　　) A．若图1中原子1的分数坐标为(0，0，0)，则图1中原子2的分数坐标为 B．若晶胞参数为a pm，则图3中原子3和原子4的连线长度为a pm C．图3中原子3和原子4在晶胞的同一平面上 D．1 mol该晶胞含有的钼原子数为9NA 答案：D 解析：1个晶胞中，位于顶点的钼原子个数为8×＝1，位于体心的钼原子个数为1，故1个晶胞中含有2个钼原子，则1 mol晶胞含有钼原子个数为2NA，D错误。 11．《X射线金相学》中记载关于铜与金可形成两种有序的金属互化物，其结构如图Ⅰ、Ⅱ所示。若NA表示阿伏加德罗常数的值，下列有关说法正确的是(　　) A．图Ⅰ中物质的化学式为CuAu B．图Ⅱ中物质的化学式为CuAu2 C．图Ⅱ中与每个铜原子紧邻的铜原子有6个 D．设图Ⅰ中晶胞的边长为a cm，则图Ⅰ中合金的密度为 g·cm－3 答案：AC 解析：图Ⅰ中，铜原子个数为8×＋2×＝2，金原子个数为4×＝2，故化学式为CuAu，A正确；图Ⅱ中，铜原子个数为8×＝1，金原子个数为6×＝3，故化学式为CuAu3，B错误；图Ⅱ中，铜原子位于立方体的顶点，故紧邻的铜原子有6个，C正确；图Ⅰ中，铜原子、金原子各为2个，晶胞的体积为a3 cm3，密度ρ＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3，D错误。 12．镧镍合金是一种储氢材料，其晶胞可认为由两种结构不同的层交替堆积而成，如图所示，该合金的密度为ρ g·cm－3。已知该合金的晶胞中最多可容纳9个氢原子。下列叙述错误的是(　　) A．基态Ni原子的价层电子排布式为3d84s2 B．该合金的化学式为LaNi5 C．设La的原子坐标为(0，0，0)，则晶胞底面上Ni的原子坐标为或 D．假定吸氢后晶胞体积不变，则合金中氢的最大密度为 g·cm－3 答案：C 解析：镍元素的原子序数为28，位于元素周期表第四周期第Ⅷ族，价层电子排布式为3d84s2，A正确；由晶胞图可知，La位于晶胞的顶点，Ni位于晶胞的面上和内部，根据均摊法，La的个数为4×＋4×＝1，Ni的个数为8×＋1＝5，则该合金的化学式为LaNi5，B正确；由题图可知，设La的原子坐标为(0，0，0)，则晶胞底面上Ni的原子坐标为或，C错误；吸氢前晶胞的质量为 g，则晶胞的体积为 cm3＝ cm3，该合金的晶胞中最多可容纳9个氢原子，因为吸氢后晶胞的体积不变，则合金中氢的最大密度为＝ g·cm－3，D正确。 三、非选择题 13．结合金属晶体的结构和性质，回答下列问题： (1)根据下列叙述判断，一定为金属晶体的是________。 A．由分子间作用力形成的晶体，熔点很低 B．由共价键结合形成空间网状结构的晶体，熔点很高 C．固体有良好的导电性、导热性和延展性 (2)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、沸点高于钾 D．金属晶体内自由电子分布不均匀，专属于某个特定的金属阳离子 答案：(1)C　(2)BC 解析：(2)常温下，Hg为液态，A错误；因为金属键无方向性，故金属键在一定范围内不因形变而消失，B正确；钙的金属键强于钾，故钙的熔、沸点高于钾，C正确；金属晶体内的自由电子不专属于某个特定的金属阳离子，而是在整块金属中自由移动，D错误。 14．氢气的安全储存和运输是氢能应用的关键。铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示。 (1)铁镁合金的化学式为________。 (2)距离Mg原子最近的Fe原子个数是________。 (3)若该晶体储氢时，H2分子在晶胞的体心和棱心位置，则含Mg 96 g的该储氢合金可储存标准状况下H2的体积约为________L。 (4)若该晶胞的晶胞参数为d nm，则该合金的密度为______________g·cm－3(不必化简，用NA表示阿伏加德罗常数的值)。 答案：(1)Mg2Fe　(2)4　(3)44.8　(4) 解析：(1)该晶胞中Fe的个数为8×＋6×＝4，Mg的个数为8，故铁镁合金的化学式为Mg2Fe。 (3)1个晶胞可储存H2的个数为12×＋1＝4，96 g Mg的物质的量为＝4 mol，故储存H2为4 mol×＝2 mol，标准状况下H2的体积约为2 mol×22.4 L·mol－1＝44.8 L。 (4)该合金的密度为＝ g·cm－3。 12 学科网（北京）股份有限公司 $$