資源簡(jiǎn)介

3.2 第1課時(shí)　金屬晶體
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.了解金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。
2.了解金屬晶體的結(jié)構(gòu)模型。 　
【自主預(yù)習(xí)】
1.概念
金屬原子通過(guò)　　　　形成的晶體稱(chēng)為金屬晶體。
2.常見(jiàn)金屬晶體的特點(diǎn)及堆積方式
(1)特點(diǎn):金屬鍵可看作　　　　和“自由電子”之間的強(qiáng)的相互作用,而且“自由電子”為整個(gè)金屬所共有,導(dǎo)致金屬鍵沒(méi)有　　　　和　　　　,因此金屬晶體可看作　　　　的堆積。
(2)堆積方式:球堆積層的兩種模式如圖
如果將層與層之間再相互疊放在一起,便形成了晶體的堆積模型,下圖為兩種通過(guò)密置層疊放而得到的最密堆積方式。
3.常見(jiàn)金屬晶體的結(jié)構(gòu)
常見(jiàn)金屬 Ca、Cu、Au、Al、Pd、Pt、Ag Li、Na、K、Ba、W、Fe Mg、Zn、Ti
結(jié)構(gòu)示 意圖
配位數(shù) 　　 　　 　　
立方體,頂點(diǎn)處各有一個(gè)微粒,每個(gè)面心有一個(gè)微粒 立方體,頂點(diǎn)處各有一個(gè)微粒,晶胞中心有一個(gè)微粒 非立方體或長(zhǎng)方體,底面中棱的夾角不是直角
4.物理通性
(1)通性:金屬晶體具有金屬光澤,有良好的　　　　、　　　　和　　　　。
(2)原因:金屬鍵在整個(gè)晶體的范圍內(nèi)起作用。在鍛壓或錘打時(shí),密堆積層的金屬原子之間比較容易產(chǎn)生滑動(dòng),這種滑動(dòng)不會(huì)破壞密堆積的排列方式,而且在滑動(dòng)過(guò)程中“　　　　”能夠維系整個(gè)金屬鍵的存在,因此金屬晶體雖然發(fā)生了形變但不致斷裂。
【參考答案】1.金屬鍵
2.(1)金屬陽(yáng)離子　飽和性　方向性　等徑圓球
3.12　8　12
4.(1)延性　展性　可塑性　(2)自由電子
【效果檢測(cè)】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)。
(1)金屬鍵具有方向性和飽和性。 (　　)
(2)金屬鍵是金屬陽(yáng)離子與自由電子間的強(qiáng)烈的相互作用。 (　　)
(3)金屬導(dǎo)電是因?yàn)樵谕饧与妶?chǎng)作用下產(chǎn)生“自由電子”。 (　　)
(4)在晶體中只要有陽(yáng)離子就一定有陰離子。 (　　)
(5)金屬晶體的熔點(diǎn)一定比共價(jià)晶體的熔點(diǎn)高。 (　　)
(6)金屬受外力作用時(shí)常發(fā)生變形而不易折斷,是由于金屬原子間有較強(qiáng)的作用。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
2.金屬在發(fā)生變形延展時(shí),金屬鍵斷裂嗎
【答案】不斷裂。
3.金屬在通常狀況下都是晶體嗎 金屬晶體的性質(zhì)與哪些因素有關(guān)
【答案】不是,如汞;金屬鍵和金屬原子的堆積方式?jīng)Q定金屬的性質(zhì)。
【合作探究】
任務(wù)　金屬晶體
情境導(dǎo)入　北京2022年冬奧會(huì)獎(jiǎng)牌正面中央刻有奧運(yùn)五環(huán),圓環(huán)做打凹處理,設(shè)計(jì)靈感源自傳統(tǒng)弦紋玉璧,上面有取自中國(guó)傳統(tǒng)紋樣的淺刻,冰雪紋代表冬奧會(huì),祥云紋傳達(dá)了吉祥和美好的寓意。牌體由圓環(huán)加圓心構(gòu)成,形象來(lái)源于中國(guó)古代同心圓玉璧,共設(shè)五環(huán),五環(huán)同心,同心歸圓。
問(wèn)題生成
2022年冬奧會(huì)金牌含有6 g黃金和92.5%左右的純銀。已知金晶體的晶胞如圖所示。設(shè)金原子的直徑為d cm,用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,在立方體的各個(gè)面的對(duì)角線上,3個(gè)金原子彼此兩兩相切,M g·mol-1表示金的摩爾質(zhì)量。
1.金晶體每個(gè)晶胞中含有幾個(gè)金原子 寫(xiě)出分析過(guò)程。
【答案】4個(gè)　金原子處于頂點(diǎn)與面心上,晶胞中含有的金原子數(shù)目為8×+6×=4。
2.金屬鍵有方向性和飽和性嗎
【答案】金屬鍵無(wú)方向性和飽和性。
3.一個(gè)金晶胞的體積是多少 請(qǐng)寫(xiě)出推理過(guò)程。
【答案】在立方體的各個(gè)面的對(duì)角線上,3個(gè)金原子彼此兩兩相切,金原子的直徑為d cm,故面對(duì)角線長(zhǎng)度為2d cm,棱長(zhǎng)為×2d cm=d cm,故晶胞的體積為(d)3 cm3=2d3 cm3。
4.金晶體的密度是多少 請(qǐng)寫(xiě)出推理過(guò)程。
【答案】 g·cm-3　金晶胞中含有4個(gè)原子,故晶胞質(zhì)量為 g,晶胞的體積為2d3 cm3,故晶胞密度為= g·cm-3。
【核心歸納】
1.金屬物理通性的解釋
2.金屬晶體熔點(diǎn)的影響因素
同類(lèi)型的金屬晶體的熔點(diǎn)由金屬陽(yáng)離子半徑、離子所帶的電荷決定,陽(yáng)離子半徑越小,所帶電荷越多,相互作用力就越強(qiáng),熔點(diǎn)就越高。例如熔點(diǎn):Li>Na>K>Rb>Cs,Na【典型例題】
【例1】鐵有δ、γ、α三種晶體結(jié)構(gòu),δ、γ、α三種晶體不同溫度下轉(zhuǎn)化的示意圖如下所示,下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是(　　)。
A.δ-Fe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有8個(gè)
B.γ-Fe晶體中與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子有12個(gè)
C.α-Fe晶胞邊長(zhǎng)若為a cm,γ-Fe晶胞邊長(zhǎng)若為b cm,則α-Fe和γ-Fe兩種晶體的密度之比為b3∶4a3
D.將鐵加熱到1500 ℃分別急速冷卻和緩慢冷卻,得到的晶體類(lèi)型相同
【答案】D
【解析】δ-Fe,中心Fe與8個(gè)頂點(diǎn)上的Fe距離相等且最近;γ-Fe,與每個(gè)鐵原子距離相等且最近的鐵原子數(shù)為8×3×=12,每個(gè)晶胞中含鐵原子數(shù)為8×+6×=4,α-Fe晶胞中含鐵原子數(shù)為8×=1,則α-Fe 和γ-Fe兩種晶體的密度比為∶=b3∶4a3;由三種晶體的轉(zhuǎn)化溫度關(guān)系可以看出急速冷卻和緩慢冷卻得到兩種不同類(lèi)型的晶體。
【例2】漆黑的夜里,伸手不見(jiàn)五指,然而,夜光表的指針卻發(fā)出淡淡的光芒。夜光表為什么會(huì)發(fā)光呢 原來(lái),在指針和表盤(pán)的刻度上,涂有一種發(fā)光物質(zhì)。這發(fā)光物質(zhì)就是摻雜著鐳的化合物的熒光粉。鐳是一種具有放射性的銀白色金屬,十分柔軟。
(1)鐳(Ra)位于第7周期ⅡA族,則鐳的原子序數(shù)是　　　　,鐳的原子半徑比鈣的　　　　,氯化鐳的化學(xué)式為　　　　,氫氧化鐳的堿性比氫氧化鈣　　　　。
(2)鐳的金屬鍵比鎂　　　　,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。鐳晶體的熔、沸點(diǎn)比鎂晶體的　　　　。Ra能夠與冷水　　　　反應(yīng),且Ra(OH)2的堿性很強(qiáng)。
(3)金屬晶體易導(dǎo)電的理由是 　 。
(4)金屬晶體易導(dǎo)熱的理由是 　 。
【答案】(1)88　大　RaCl2　強(qiáng)
(2)弱　鐳和鎂位于同一主族,最高化合價(jià)都是+2,但是鐳的原子半徑大,所以金屬鍵就弱　低　劇烈
(3)在金屬中,存在著許多自由電子,這些自由電子的運(yùn)動(dòng)是沒(méi)有一定方向的,但在外加電場(chǎng)的條件下自由電子就會(huì)發(fā)生定向運(yùn)動(dòng),因而形成電流,所以金屬容易導(dǎo)電。
(4)自由電子運(yùn)動(dòng)時(shí)與金屬陽(yáng)離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分,從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。
靈犀一點(diǎn)：金屬的金屬鍵越強(qiáng),則對(duì)應(yīng)金屬晶體的熔、沸點(diǎn)越高。注意金屬的熔、沸點(diǎn)有如下幾個(gè)遞變規(guī)律:①同周期金屬單質(zhì),從左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸點(diǎn)升高。②同主族金屬單質(zhì),從上到下(如堿金屬)熔、沸點(diǎn)降低。③合金的熔、沸點(diǎn)一般比其各成分金屬的熔、沸點(diǎn)低。
【隨堂檢測(cè)】
1.下列金屬晶體中,自由電子與金屬陽(yáng)離子間作用最弱的是(　　)。
A.K　　　　B.Na　　　　C.Mg　　　　D.Al
【答案】A
【解析】四種金屬中鉀的原子半徑最大,相同體積內(nèi)自由電子數(shù)較少,所以金屬鍵最弱,即金屬陽(yáng)離子和自由電子間的作用最弱。
2.下列生活中的現(xiàn)象,不能用金屬鍵理論知識(shí)解釋的是(　　)。
A.用鐵制品做炊具
B.用金屬鋁制成導(dǎo)線
C.用鉑金做首飾
D.鐵易生銹
【答案】D
【解析】用鐵制品做炊具利用了金屬的導(dǎo)熱性;用金屬鋁制成導(dǎo)線利用了金屬的導(dǎo)電性;用鉑金做首飾利用了金屬的延展性,三者均與金屬陽(yáng)離子與自由電子形成的金屬鍵有關(guān)。鐵易生銹與原子的還原性以及所處的周?chē)橘|(zhì)的酸堿性有關(guān)。
3.下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是(　　)。
A.常溫下,金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在
B.金屬陽(yáng)離子與自由電子之間的強(qiáng)烈作用,在一定外力作用下,不因形變而消失
C.鈣的熔、沸點(diǎn)低于鉀
D.溫度越高,金屬的導(dǎo)電性越好
【答案】B
【解析】A項(xiàng),Hg在常溫下為液態(tài);C項(xiàng),r(Ca)K,所以金屬鍵Ca>K,故熔、沸點(diǎn)Ca>K;D項(xiàng),金屬的導(dǎo)電性隨溫度升高而降低。
4.(2021·全國(guó)乙卷,節(jié)選)在金屬材料中添加AlCr2顆粒,可以增強(qiáng)材料的耐腐蝕性、硬度和機(jī)械性能。AlCr2具有體心四方結(jié)構(gòu),如圖所示。處于頂角位置的是　　　　原子。設(shè)Cr和Al原子半徑分別為rCr和rAl,則金屬原子空間占有率為　　　　%(列出計(jì)算表達(dá)式)。
【答案】Al　×100
【解析】觀察AlCr2晶胞,黑球位于頂點(diǎn)和體內(nèi),白球位于棱上和體內(nèi),1個(gè)晶胞含2個(gè)黑球、4個(gè)白球,根據(jù)晶體的化學(xué)式知,頂點(diǎn)位置的是Al原子。根據(jù)球體體積公式計(jì)算Al、Cr原子的體積,原子空間利用率(φ)等于原子總體積與晶胞體積之比:φ(Al,Cr)=×100%=×100%。
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