3.1.1 金属键与金属特性 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修2 （苏教版2019，闽苏桂蒙陕冀）

专题3　第一单元 第1课时　金属键与金属特性 1 1.了解金属键的概念，理解金属键的本质和特征，能结合原子半径、原子化热 解释和比较金属单质性质的差异，促进宏观辨识与微观探析的学科核心素养 的发展。 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，促进证据推理与 模型认知的学科核心素养的发展。 核心素养 发展目标 一、金属键与金属特性 二、晶体的常识 课时对点练 内容索引 金属键与金属特性 一 1.金属键 概念 _________与_________之间强烈的相互作用 形成 通常情况下，金属原子的部分或全部外围电子受原子核的束缚比较弱，它们可以从原子上“脱落”下来，形成自由移动的电子。金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属离子与自由电子之间存在着强烈的相互作用 实质 金属键本质是一种电性作用 特征 (1)金属键____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 金属离子 自由电子 无 2.金属特性 (1)金属物理特性 特性 原因 导电性 通常情况下，金属内部自由电子的运动不具有固定的方向性，但在外电场作用下，自由电子在金属内部会发生_________，从而形成电流 导热性 当金属某一部分受热时，该区域里自由电子的能量增加，运动速率增大，自由电子与金属离子(或金属原子)的_________增加，自由电子把能量传给金属离子(或金属原子)，从而把能量从温度高的区域传到温度低的区域 延展性 金属键没有方向性，当金属受到外力作用时，金属原子之间发生_________，各层金属原子之间仍然保持金属键的作用 碰撞频率 定向运动 相对滑动 (2)金属键强弱的影响因素 金属的硬度和熔、沸点等物理性质与金属键的强弱有关，金属键的强弱可以用金属的原子化热来衡量。 ①金属的原子化热是指 金属固体完全气化成相互远离的_________ 时_____的能量。 ②影响金属键强弱的主要因素有金属元素的__________、单位体积内 ________________等。 1 mol 气态原子 吸收 原子半径 自由电子的数目 1.金属的导电性与电解质溶液的导电性有什么不同？ 深度思考 提示　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。 2.下表给出了部分金属的原子半径、原子化热： 深度思考 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___________。 Al>Mg>Na 深度思考 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 (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数 目越多，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高 归纳总结 金属熔、沸点高低的比较 金属中的金属键越强，金属的熔、沸点越高。 (1)同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点逐渐升高。 (2)同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点逐渐降低。 (3)一般来说，合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。 (4)金属的熔点差别很大，如汞常温为液体，熔点很低，而铁等金属熔点很高。 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 应用体验 √ 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。 2.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 应用体验 √ 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，只能用金属的原子结构加以解释。 3.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 应用体验 √ 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。 返回 晶体的常识 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 的几何外形。 (2)有 的熔点。 3.晶胞 能够反映晶体 的 。相邻晶胞之间没有任何间隙，并置排列。 规则 固定 结构特征 基本重复单位 1.晶胞只是晶体微粒空间里的一个基本单位，在它的上、下、左、右、前、后无隙并置地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部含有的微粒种类、个数及几何排列都是完全相同的。已知某晶体的晶胞如图： 深度思考 (1)位于顶点上的原子为____个晶胞共有。 (2)位于面心上的原子为____个晶胞共有。 (3)晶体中完全属于某一晶胞的原子数是_____。 8 2 4 2.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。 深度思考 4∶3 1∶1 4 4 归纳总结 晶胞中微粒的计算方法——均摊法 (1)长方体(或正方体)晶胞中微粒数的计算。 归纳总结 (2)六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算 返回 1.(2023·苏州实验中学高二检测)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 应用体验 √ 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 应用体验 √ 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 应用体验 √ 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。 返回 课时对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 题组一　金属键与金属晶体 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 √ 10 11 12 13 14 15 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 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.下列叙述正确的是 A.金属在通常情况下都是固体 B.金属晶体中有阳离子，但没有阴离子 C.Mg晶体中1个Mg2＋跟2个外围电子有较强的作用 D.金属晶体发生形变时，其内部金属离子与自由电子相互作用不再存在 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 汞在常温下为液态，A错误； 金属晶体的构成粒子是金属离子和自由电子，所以金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，B正确； 金属晶体中的金属阳离子与多个自由电子都有静电作用，C错误； 金属虽然发生形变，各层之间发生了相对滑动，但不会断裂，就是因为金属离子与自由电子之间的较强作用仍然存在，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 题组二　用金属键理论解释金属的物理性质 3.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 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 4.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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 5.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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 6.下列金属中金属离子与自由电子间的作用最强的是 A.Na B.Mg C.Al D.K √ Na、Mg、Al均位于第3周期，原子半径逐渐减小，外围电子数目逐渐增多，所以金属键逐渐增强，其中Al的金属键最强，Na的金属键最弱，而K和Na位于同一主族，且K的原子半径比Na大，故K的金属键比Na弱。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 题组三　晶体与晶胞 7.不能够支持石墨是晶体这一事实的选项是 A.石墨和金刚石互为同素异形体 B.石墨中的碳原子呈周期性有序排列 C.石墨的熔点为3 625 ℃ D.在石墨的X射线衍射图谱上有明锐的谱线 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 原子在三维空间里呈周期性有序排列、有固定的熔点、X射线衍射图谱上有分立的斑点或明锐的谱线等特征，都是晶体在各个方面有别于非晶体的体现，故B、C、D能够支持石墨是晶体这一事实。而是否互为同素异形体与是否为晶体之间并无联系，如无定形碳也是金刚石、石墨的同素异形体，却属于非晶体。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 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 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 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 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 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 —X、 —Y、 —Z。其对应的化学式不正确的是 对点训练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 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； 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 11.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 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 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； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 12.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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 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， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 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。 13.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 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 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， 14.(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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 ②⑤⑥⑧⑨ ①③④⑦⑩ 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。 (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______________________。 (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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 综合强化 规则的几何外形 没有规则的几何外形 ③ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15.如图为甲、乙、丙三种晶体部 分结构： 试写出： (1)甲晶体化学式(X为阳离子)为________。 15 综合强化 X2Y 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________。 15 综合强化 1∶3∶1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是______。 15 综合强化 8 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。 返回 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。 如图所示，六方晶胞中所含微粒数目为 12×＋3＋2×＝6。 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。 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。 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。 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。 含有金属元素的离子不一定是阳离子，如AlO是阴离子，D正确。 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氧原子数为7× ＋6×＝5。 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。 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。 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。 $$