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​第3章第3节 金属晶体 学案+练习+课件

2019年11月25日 点击:免费体验】【30包年下载】 []

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金属晶体

[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析:能辨识常见的金属晶体,能从微观角度分析金属晶体中的构成微粒及微粒间的相互作用。2.证据推理与模型认知:能利用金属晶体的通性推导晶体类型,从而理解金属晶体中各微粒之间的作用,理解金属晶体的堆积模型,并能用均摊法分析其晶胞结构。

 

一、金属键和金属晶体

1.金属键

(1)概念:金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用。

(2)实质:金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子所共用,从而把所有的金属原子维系在一起,形成一种“巨分子”。

(3)特征:金属键没有方向性和饱和性。

2.金属晶体

(1)金属晶体

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。

(2)用电子气理论解释金属的性质

 

 

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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。


 例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

【考点】 金属键和金属晶体

【题点】 金属键的理解

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,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。

 例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

【考点】 金属键与金属晶体

【题点】 金属晶体的物理性质及影响因素

答案 C

解析 电荷数Al3+>Mg2+=Ca2+=Ba2+>Li+=Na+,金属阳离子半径:r(Ba2+)>r(Ca2+)>r(Na+)

>r(Mg2+)>r(Al3+)>r(Li+),故C正确,A错误;B中Li>Na,D中Al>Mg>Ba。

方法规律

(1)金属阳离子半径越小,离子所带电荷数越多,自由电子越多,金属键越强,金属晶体的熔点越高。如K<Na<Mg<Al,Li >Na>K>Rb。

(2)一般合金的熔点低于各成分金属的熔点。


二、金属晶体的堆积方式

1.二维空间的堆积模型

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(即二维空间里),可有两种方式——(a)非密置层和(b)密置层(如下图所示),其配位数分别为4和6。

 

 

2.三维空间模型

三维空间模型 三维空间堆积图示 说明

非密置层在三维空间堆积 简单立方堆积  

相邻非密置层原子的原子核在同一直线上的堆积,空间利用率太低,只有金属钋(Po)采用这种堆积方式

体心立方堆积  

将上层金属原子填入下层金属原子形成的凹穴中,并使非密置层的原子稍稍分离,每层均照此堆积。这种堆积方式所得的晶胞是一个含有两个原子的立方体,一个原子在立方体的顶角,另一个原子在立方体的体心,其空间利用率比简单立方堆积高,碱金属属于这种堆积方式

密置层在三维空间堆积 六方最密堆积  

按ABABAB……的方式堆积

面心立方最密堆积  

按ABCABCABC……的方式堆积


3.常见的堆积模型

三种典型结构型式 面心立方最密堆积 体心立方堆积 六方最密堆积

常见金属 Cu、Au、Ag Na、K、Fe Mg、Zn、Ti

结构示意图  

 

 


晶胞  

 

 


配位数 12 8 12

空间利用率 74% 68% 74%

每个晶胞所含原子数 4 2 2


 

特别提醒

(1)堆积原理:组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时,在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中,金属键没有方向性和饱和性,因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围,并以密堆积方式降低体系的能量,使晶体变得比较稳定。

(2)六方最密堆积的晶胞是平行六面体但不是立方体,底面中的角度不是90°,而是60°和120°,晶胞内的原子不是在晶胞的中心。

 

 例3  (2019•沈阳高二检测)下列关于金属晶体的堆积模型的说法正确的是(  )

A.金属晶体中的原子在二维空间有三种放置方式

B.金属晶体中非密置层在三维空间可形成两种堆积方式,其配位数都是6

C.六方最密堆积和面心立方最密堆积是密置层在三维空间形成的两种堆积方式

D.金属晶体中的原子在三维空间的堆积有多种方式,其空间利用率相同

【考点】 金属晶体堆积模型的判断与计算

【题点】 金属晶体堆积模型的判断与比较

答案 C

解析 A项,金属晶体中的原子在二维空间只有非密置层和密置层两种放置方




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