专题3 第一单元 金属键 金属晶体-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学选择性必修2同步导学案配套PPT课件（苏教版）

优化探究 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   [课程标准要求]　1.理解金属键的实质,知道影响金属键强弱的因素,并能用金属键解释金属的某些特征性质。2.了解晶体、晶胞的概念,认识金属晶体中微粒间的堆积方式,能从晶胞的角度认识晶体的内部结构,并能用均摊法分析晶胞组成。 任务一　金属键与金属特性 任务二　金属晶体 课时作业　巩固提升 任务一　金属键与金属特性 1.金属键 (1)定义:　　　　　与　　　　　之间强烈的相互作用。  (2)成键微粒:　　　　　和　　　　　。  (3)特征:没有　　　性和　　　性。  (4)存在:存在于　　　　　和　　　中。  (5)影响金属键强弱的因素:一般而言,金属元素的原子半径越　　、单位体积内自由电子的数目越　　,金属键越强。  金属离子　 自由电子 金属离子　 自由电子　 方向 饱和 金属单质　 合金 小　 多 2.金属的物理性质 (1)金属的导电性:在外电场作用下,　　　　在金属内部会发生定向运动,从而形成电流。  (2)金属的导热性:当金属某一部分受热时,该区域里　　　　　在运动时与　　　　　　　　　　　　　碰撞而引起能量的交换,从而把能量从 　　　　的区域传到　　　　的区域,使整块金属达到相同的温度。  (3)良好的延展性:金属键　　　方向性,当金属受到外力作用时,金属 　　　　　发生相对滑动,各层金属原子之间仍然保持　　　　的作用,因此,在一定强度的外力作用下,金属发生形变但不会断裂,表现出良好的延展性。  自由电子 自由电子　 金属离子(或金属原子)　 温度高　 温度低 没有　 原子之间 金属键 3.金属的原子化热 (1)含义:是指　　 mol金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。  (2)意义:衡量金属键的强弱。金属的原子化热数值越大,金属键越　　。  (3)金属键的强弱对金属单质物理性质的影响 金属键越强,金属晶体的熔、沸点越　　,硬度越　　。  1 强 高　 大 1.金属的导电性与电解质溶液的导电性有什么不同? 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.如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:__________________________________________________________   　。  Al>Mg>Na 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,金属的熔、沸点越高 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,如汞常温下为液体,熔点很低,而铁等金属熔点很高。 1.下列关于金属键的叙述不正确的是(　　) 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强烈的相互作用,其实质与离子键类似,也是一种电性作用 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,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 B 从基本构成微粒的性质看,金属键与离子键的实质类似,都属于电性作用,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,金属键与共价键有明显的不同,如金属键无方向性和饱和性。 2.下列各组金属熔点高低顺序正确的是(　　) A.Mg>Al>Ca　　　　　 B.Al>Na>Li C.Al>Mg>Ca D.Mg>Ba>Al C 电荷数:Al3+>Mg2+=Ca2+=Ba2+>Li+=Na+,金属原子半径:r(Ba)>r(Ca)>r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Li),故C正确,A错误;Li>Na,故B错误;Al>Mg>Ba,故D错误。 任务二　金属晶体 1.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)和其他类型的晶体一样,金属晶体也是由能够反映晶体结构特征的基本重复单位——　　　　　　在空间连续重复延伸而形成的。  晶胞 (3)金属晶体的常见堆积方式 ①金属原子在二维空间中的排列方式 金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(二维空间),可有两种排列方式——a:　　　　　,b:　　　　(如图所示)。  特别提醒　密置层放置时,平面的利用率比非密置层的高。 非密置层　 密置层　 ②金属原子在三维空间里的堆积方式 金属原子在三维空间按一定的规律堆积,有4种基本堆积方式:简单立方、体心立方、面心立方和六方。其中3种金属晶体的晶胞如表中图式(图中不同颜色的小球都代表同一种金属原子)。 堆积方式 图式 实例 　　　　　堆积    钋 　　　　　堆积    钠、钾、铬、钼、钨等 　　　　　堆积    金、银、铜、铅等 简单立方　 体心立方 面心立方 2.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。 (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。  ③合金的导电性和导热性一般　　 　其任一组分金属。  大　 低于 低于 3.关于金属晶胞的理解与计算 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。 在晶胞中,处在立方体顶点的金属原子为　　个晶胞共享,处于立方体面上的金属原子为　　个晶胞共享,处于立方体体心的金属原子完全属于该晶胞。  8　 2 (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)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。 4 如图为1个金属铜的晶胞,请完成以下探究。 12 1.为什么金属晶体绝大多数采用密堆积方式? 提示:构成金属晶体的金属原子在没有其他因素影响时,在三维空间的排列大都采用密堆积方式,这是因为在金属晶体中金属键没有方向性和饱和性,金属原子都趋向于吸引更多其他原子而分布于周围,并以密堆积方式降低体系的能量,使晶体变得比较稳定。 2.金属晶体中空间利用率与原子的配位数具有什么样的关系? 提示:晶体中空间利用率是指晶胞所占有的原子的总体积与晶胞体积之比。金属晶体中空间利用率是由金属晶体的堆积方式决定的。通过分析金属晶体的堆积模型可知,金属晶体的堆积模型相同,则原子的配位数相同,金属晶体的堆积模型不同,则原子的配位数不同;配位数越大,说明晶体中原子排列越密集,空间利用率越大,配位数相同的金属晶体,空间利用率相同。金属晶体中原子的配位数有6、8、12三种,与之对应的空间利用率分别为52%、68%、74%。 3.某金属的晶胞如图: ,若该立方体的边长为a cm,金属原子的半径为r cm。 (1)r与a的关系为r=　　　　。  (2)该晶体中原子的空间利用率为______________　　　　。  提示:晶胞中含有8×=1个原子,故空间利用率为×100%=×100%=%。 1.长方体(正方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算 2.正六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算 3.正三棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算 4.立方晶胞中各物理量的关系 m=ρV=a3×ρ=N× 1.金属晶体的形成原因是晶体中存在(　　) ①金属原子　②金属阳离子　③自由电子　④阴离子 A.只有①　　　　　　　 B.只有③ C.②③ D.②④ C 2.金属晶体的常见晶胞结构有图a、图b、图c,则图示结构中金属原子个数比为(　　)   A.3∶2∶1 B.11∶8∶4 C.9∶8∶4 D.21∶14∶9 A 图a中所含原子的个数为12×+2×+3=6,图b中所含原子的个数为8×+6×=4,图c中所含原子的个数为8×+1=2。 3.(1)铜晶胞结构如图所示,铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为　　　　。    12 (1)铜晶胞为面心立方晶胞,故每个顶点铜原子周围距离最近的铜原子为3×8×=12个。 (2)Al单质为面心立方晶体,其晶胞参数a=0.405 nm,列式表示Al单质的密 度:　　　　　　　　　　　　　　　　g·cm-3(不必计算出结果)。  (2)Al晶胞中含有Al原子数目为×8+×6=4, 根据(0.405×10-7 cm)3ρ= g, 解得ρ= g·cm-3。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [对点训练] 题组一　金属键与金属晶体 1.下列叙述正确的是(　　) A.金属在常温下都是固体 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 9 10 B 11 12 13 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在其电场力能“涉及”的条件下,与自由电子都有静电作用,“释出”的外围电子不再属于某个金属离子,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。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 2.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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 12 13 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。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 题组二　金属晶体及其堆积方式 3.金属晶体的堆积密度大,原子配位数高,能充分利用空间的原因是(　　) A.金属原子的外围电子数少 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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 12 13 因金属键没有饱和性和方向性,故在金属晶体中,原子可以尽可能多地吸引其他原子分布于周围,并以紧密堆积的方式排列以降低体系的能量,使晶体变得比较稳定。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 4.金属钠是体心立方堆积,下列关于钠晶体的判断合理的是(　　) A.其熔点比金属钾的熔点低 B.一个钠的晶胞中,平均含有4个钠原子 C.该晶体中的自由电子在外加电场的作用下可发生定向移动 D.该晶体中的钠离子在外加电场的作用下可发生定向移动 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 12 13 金属的原子半径越小,金属单位体积内自由电子数越多,金属键越强,所以K的金属键强度小于Na,金属熔化时破坏金属键,所以钠的熔点比钾的熔点高,故A错误;晶胞中Na原子位于立方体的顶点和体心,则一个钠的晶胞中,平均含有的钠原子数为×8+1=2,故B错误;钠晶体中的自由电子在外加电场的作用下可以定向移动,钠离子在外加电场的作用下不能定向移动,故C正确、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 5.金属原子在二维空间里放置有如图所示的两种排列方式,下列说法正确的是(　　) A.(a)为非密置层,配位数为6 B.(b)为密置层,配位数为4 C.(a)在三维空间里堆积可得 六方堆积和面心立方堆积 D.(b)在三维空间里堆积仅得简单立方堆积 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 C 11 12 13 金属原子在二维空间里有两种排列方式,一种是密置层排列,另一种是非密置层排列。密置层排列的配位数为6,非密置层排列的配位数为4。由此可知,(a)为密置层,(b)为非密置层。密置层在三维空间堆积可得到六方堆积和面心立方堆积两种堆积方式,非密置层在三维空间堆积可得到简单立方堆积和体心立方堆积两种堆积方式。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 6.下列能够表示出每个晶胞中所含实际微粒个数的面心立方晶胞的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 B 11 12 13 A项和B项是面心立方晶胞,其中B项是经过切割后的面心立方晶胞,它能表示出此晶胞中所含微粒的实际数目;C项和D项是体心立方晶胞。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 7.已知某金属晶体的晶胞结构如图所示,则在该晶胞中金属原子的配位数为(　　)   A.6　　　　　　　　　　 B.8 C.10 D.12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 12 13 在该晶胞中,与每个顶点的原子距离相等且最近的原子共有12个,因此其配位数为12。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 题组三　金属晶体的计算 8.一种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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 A 11 12 13 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。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 9.已知金属钾的晶胞如图所示,下列有关叙述正确的是(　　) A.该晶胞属于密置层的一种堆积方式 B.该晶胞是六棱柱 C.每个晶胞平均拥有9个K原子 D.每个K原子周围距离最近且相等的K原子有8个 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 12 13 钾晶胞属于体心立方堆积,是非密置层的一种堆积方式,故A错误;该晶胞是立方体,不是六棱柱,故B错误;根据均摊法计算,每个晶胞含有的K原子数为×8+1=2,故C错误;观察晶胞中心的原子,每个K原子周围距离最近且相等的K原子有8个,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 [综合强化] 10.金属钾、铜的部分结构和性质的数据如表所示,则下列说法错误的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 D 11 12 13 金属 K Cu 原子外围电子排布式 4s1 3d104s1 原子半径/pm 255 128 原子化热/(kJ·mol-1) 90.0 339.3 熔点/℃ 63.4 1 083 A.单位体积内自由电子数目:K<Cu B.金属键强弱顺序为K<Cu C.金属的硬度大小顺序为K<Cu D.两者最外层电子数目相等,因此其金属键的强弱取决于原子半径大小 决定金属键强弱的因素是单位体积内自由电子数目和原子半径的大小,金属键越强,金属的熔、沸点越高,硬度越大;金属单位体积内自由电子的数目则取决于金属的外围电子数目,而不是金属的最外层电子数目。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 11.下列叙述正确的是(　　) A.同周期金属的阳离子半径越大熔点越高 B.同周期金属的阳离子半径越小熔点越高 C.同主族金属的阳离子半径越大熔点越高 D.同主族金属的阳离子半径越小金属键越弱 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 B 金属晶体的熔、沸点与金属原子的半径和单位体积内自由电子数目有关,金属原子半径越大,单位体积内自由电子数目越少,熔、沸点越低,金属键越弱。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 12.(1)如图所示的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　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 1∶2 (1)体心立方晶胞中原子个数为1+8×=2;面心立方晶胞中原子个数为6×+8×=4,所以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。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 (2)①如图为某金属单质的面心立方晶胞结构示意图,测得此晶体的密度为2.7 g·cm-3,晶胞的底面边长为0.405 nm,则此金属原子的相对原子质量为　　(计算结果保留整数)。   ②已知单质钒的晶胞如图所示,则V原子的配位数是　　　　, 假设晶胞的底面边长为a cm,密度为ρ g·cm-3,则钒的相对原子质 量为　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 27 8 (2)①晶胞中金属原子数目为8×+6×=4,设金属原子的相对原子质量为M,则 g=2.7 g·cm-3×(0.405×10-7cm)3,解得M≈27;②根据单质钒的晶胞结构知V原子的配位数是8,利用均摊法计算每个晶胞中含有V原子的数目为8×+1=2,设钒的相对原子质量为M,则1 mol晶胞的质量为2M g,晶胞的底面边长为a cm,则1 mol晶胞的体积为NAa3 cm3,晶胞密度为ρ g·cm-3,则2M g= ρ g·cm-3×NAa3 cm3,解得M=,即钒的相对原子质量为 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 13.(1)一种铜镍合金(俗称白铜)的晶胞如图甲所示,铜、镍原子的个数之比为　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 3∶1 (1)由图甲可知,每个晶胞中含有铜原子:×6=3个,含有镍原子:×8=1个,因此铜、镍原子个数比为3∶1。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 (2)金晶胞结构如图乙所示,这种晶体堆积方式称为　 　　堆积。该晶胞中原子空间利用率为　 _________ 。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 面心立方 　π (2)设金原子半径为r,晶胞参数为a。面心立方堆积的晶胞中,面对角线上的3个金原子相切,根据勾股定理,(4r)2=2a2,r=a,1个金晶胞含4个金原子,该晶胞中原子空间利用率为==π。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 13 $$