专题3 第一单元 第2课时 金属晶体-【金版新学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书word（苏教版）

本讲义聚焦金属晶体核心知识点，系统梳理构成微粒（金属阳离子与自由电子）、金属键作用，从二维排列（密置层与非密置层）到三维堆积模型（简单立方、体心立方、面心立方、六方堆积），再到晶胞计算（配位数、原子半径与晶胞参数关系、密度、空间利用率），形成完整知识支架。 该资料以核心素养为导向，通过“交流研讨”引导学生分析配位数培养证据推理能力，结合Po、Cr、Cu晶胞实例强化模型认知，练习题联系合金航天应用体现科学态度与责任。课中辅助教师微观宏观结合教学，课后分层练习助学生巩固计算方法，查漏补缺。

第2课时　金属晶体 [学习目标]　1.能从微观角度分析金属晶体中的构成微粒及粒子之间的相互作用，培养宏观辨识与微观探析的 学科核心素养。2.理解金属晶体的堆积模型，并能对金属晶胞进行相关计算，强化证据推理与模型认知的学科核心素养。 任务一　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的排列方式为非密置层，图②的排列方式为密置层。 (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。 [交流研讨1]　图①中，原子的配位数为　　　　，图②中，原子的配位数为　　　　。 提示：4　6 【特别提醒】　密置层放置时，平面的利用率高。 4.金属晶体的堆积方式 (1)图③所示的堆积方式为简单立方堆积，实例：钋。 (2)图④所示的堆积方式为体心立方堆积，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，实例：金、银、铜、铅等。 (4)图⑥所示的堆积方式为六方堆积，实例：镁、锌、钛等。 [交流研讨2]　图③中原子的配位数为　　　，图④中原子的配位数为　　　　，图⑤中原子的配位数为　　　　，图⑥中原子的配位数为　　　　。 提示：6　8　12　12 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。 1.“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，航天材料要符合质量轻、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。 2.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 学生用书⬇第35页 3.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。 任务二　有关金属晶胞的计算 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，下面就金属晶体的简单立方堆积、体心立方堆积及面心立方堆积回答问题。 1.简单立方堆积 金属钋(Po)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)Po原子的配位数为　　　　。 (3)该晶胞“实际”拥有的原子个数是　　　　。 (4)该晶胞的质量是　　　　g(该金属的摩尔质量为M g·mol－1)。 (5)该晶体的密度为　　　　　　g·cm－3或　　　　g·cm－3。 (6)该晶体中原子的空间利用率为　　　　　　　　　　　　　(写出计算过程)。 答案：(1)　(2)6　(3)1　(4)　(5)　　(6)晶胞中含有8×＝1个原子，故空间利用率为×100％＝×100％＝％ 2.体心立方堆积 已知金属铬(Cr)的晶胞如图所示，则： (1)该晶胞“实际”拥有的Cr原子数目为　　个。 (2)原子半径(r cm)和晶胞边长(a cm)的关系：　　　　。 (3)Cr原子的配位数为　　　　。 (4)一个该晶胞的质量为　　　　g(Cr的相对原子质量为52)。 (5)该晶体的密度为　　　　　　　g·cm－3(用含NA和r的式子表示)。 (6)该晶体中原子的空间利用率为　　　　　　　。 答案：(1)2　(2)4r＝a　(3)8　(4)　 (5)　(6)×100％ 3.面心立方堆积 如图为1个金属铜的晶胞，请完成以下探究。 (1)该晶胞“实际”拥有的铜原子数目为　　　　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)。 答案：(1)4　(2)12　(3)否　是　a　(4) 关于晶胞的计算 假设某晶体的晶胞如图： (1)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％。 学生用书⬇第36页 1.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。 2.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与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。 3.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 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。 1.金属晶体的堆积方式和配位数关系正确的是(　　) A.Po——简单立方堆积——4 B.Na——体心立方堆积——12 C.Zn——六方堆积——8 D.Ag——面心立方堆积——12 答案：D 解析：简单立方堆积(如Po)配位数为6，A错误；体心立方堆积，如钾、钠和铁，配位数为8，B错误；六方堆积，如镁、锌、钛，配位数为12，C错误；Ag为面心立方堆积，配位数为12，D正确。 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。 3.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＝。 4.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。 学科网（北京）股份有限公司 $