《2019-2020学年高中化学专题3第1单元金属键金属晶体第2课时金属晶体教案苏教版选修32.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019-2020学年高中化学专题3第1单元金属键金属晶体第2课时金属晶体教案苏教版选修32.docx（14页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第2课时金属晶体核心素养发展目标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.能利用金属晶体的通性判断晶体类型，进一步理解金属晶体中各微粒之间的作用力，理解金属晶体的堆积模型，并能用均摊法分析晶胞组成，强化证据推理与模型认知的学科核心素养。一、金属晶体1概念(1)晶体：内部粒子(原子、离子或分子)在空间呈现有规则重复排列，外观具有规则几何外形的固体物质，通常条件下，金属单质及其合金属于晶体。(2)晶胞：能够反映晶体结构特征的基本重复单位。金属晶体是金属晶胞在空间连续重复延伸而形成的。(3)金属晶体：通过金属阳离子与自由电子之间的强烈的作
2、用而形成的晶体。2金属晶体的常见堆积方式(1)金属原子在二维平面中放置的两种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(即二维空间里)，可有两种方式a：非密置层，b：密置层(如下图所示)。知识拓展晶体中一个原子周围距离相等且最近的原子的数目叫配位数。分析上图非密置层的配位数是4，密置层的配位数是6。密置层放置时，平面的利用率比非密置层的要高。(2)金属晶体的原子在三维空间里的4种堆积模型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。堆积方式图式实例简单立方堆积钋体心立方堆积钠、钾、铬、钼、钨等面心立方堆积金、银、铜、铅等六方堆积镁、锌、钛等相关链接(1)堆积原理组成
3、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，并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。(2)常见的堆积模型堆积模型采纳这种堆积的典型代表晶胞配位数空间利用率每个晶胞所含原子数非密置层简单立方堆积Po(钋)652%1体心立方堆积Na、K、Fe868%2密置层六方堆积Mg、Zn、Ti1274%6面心立方堆积Cu、Ag、Au1274%4例1对图中某金属晶体结构的模型进行分析，有关说法正确的是()A该种堆积方式称为六方堆积B该种堆积方式称为体心立方堆积C该种堆积方式称
4、为面心立方堆积D金属Mg就属于此种堆积方式答案C解析由图示知该堆积方式为面心立方堆积，A、B错误，C正确，Mg是六方堆积，D错误。例2结合金属晶体的结构和性质，回答以下问题。(1)已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au，其堆积方式为简单立方堆积的是_；体心立方堆积的是_；六方堆积的是_；面心立方堆积的是_。(2)根据下列叙述，判断一定为金属晶体的是_(填字母)。A由分子间作用力形成，熔点很低B由共价键结合形成网状晶体，熔点很高C固体有良好的导电性、导热性和延展性答案(1)PoNa、K、FeMg、ZnCu、Au(2)C解析(1)简单立方堆积的空间利用率太低，只有金属Po采
5、取这种方式。体心立方堆积是上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积的高，多数金属是这种堆积方式。六方堆积常见金属为Mg、Zn、Ti，面心立方堆积常见金属为Cu、Ag、Au。二、均摊法分析晶胞的组成1均摊法：指在一个晶胞中按比例均摊出该晶胞中的每个粒子，如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒有属于该晶胞。如下图所示的晶胞中不同位置的粒子数的计算：2金属铜的晶胞为面心立方晶胞，如图所示。铜晶体面心立方晶胞及其切割示意图观察分析上图，回答下列问题：(1)位于顶点上的铜原子为8个晶胞共有。(2)位于面心上的铜原子为2个晶胞共有。(3)晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原
6、子数是4。(1)长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子数的计算：(2)六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算：如图所示，六方晶胞中所含微粒数目为12326。例3现有甲、乙、丙(如下图)三种晶体的晶胞(甲中x处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中心)，可推知：甲晶胞中x与y的个数比是_，乙晶胞中a与b的个数比是_，丙晶胞中有_个c离子，有_个d离子。答案431144解析处于晶胞中心的x或a为该晶胞单独占有，位于立方体顶点的微粒为8个立方体共有，位于立方体棱上的微粒为4个立方体共有，位于立方体面上的微粒为2个立方体共有，所以xy1(6)43；ab1(8)11；丙晶胞中c离子为1214个，d离子为864个
7、。例4(1)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如下图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为_。(2)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为_。列式表示Al单质的密度_gcm3(不必计算出结果)。答案(1)12(2)12解析(1)铜晶胞为面心立方晶胞，故每个铜原子周围距离最近的铜原子为4312个。(2)面心立方堆积晶体中，原子的配位数为12；该晶胞中含有Al原子数目为864，根据(0.405107cm)3g，解得gcm3。方法规律立方晶胞中各物理量的关系mVa3N1下列不属于晶体的特点的是()A一定有规则的几何外形B一定有各向异性C
8、一定有固定的熔点D一定是无色透明的固体答案D2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其熔点比金属铝的熔点高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答案C解析金属的原子半径越小，金属离子所带电荷数越多，金属键越强，金属熔化时破坏金属键，所以Al的金属键强度大于Na的金属键强度，所以Na的熔点比金属Al的熔点低，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，平均含有钠原子数为812个，故B错误；自由电子在电场的作用下可以定向移动，金属晶体中存在自由移动的电子，所以该
9、晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动，故C正确；晶体中的钠离子不能自由移动，所以晶体中的钠离子在外加电场作用下不能定向移动，故D错误。3.下列关于体心立方堆积晶体结构(如下图)的叙述中正确的是( )A是密置层的一种堆积方式B晶胞是六棱柱C每个晶胞内含2个原子D每个晶胞内含6个原子答案C解析体心立方堆积晶体的晶胞为立方体，是非密置层的一种堆积方式，其晶胞内含有2个原子。4如图所示是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，图中X、Y、Z。其对应的化学式不正确的是()答案B解析A图中X、Y原(离)子的位置、数目完全等同，化学式为XY，正确；B图化学式应为XY，错误；C图中X的
10、数目：41，Y的数目：4，化学式为X3Y，正确；D图中X的数目：81，Y的数目：63，Z位于内部，数目为1，化学式为XY3Z，正确。5有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是()A为简单立方堆积，为六方最密堆积，为体心立方堆积，为面心立方最密堆积B每个晶胞含有的原子数分别为1个，2个，2个，4个C晶胞中原子的配位数分别为6，8，8，12D空间利用率的大小关系为。6回答下列问题：(1)1183K以下纯铁晶体的基本结构单元如图1所示，1183K以上转变为图2所示的基本结构单元，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。铁原子的简化电子排布式为_；铁晶体中铁原子以_键相互结合。在11
11、83K以下的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为_；在1183K以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为_。(2)铜的晶胞示意为图3，晶胞中所含的铜原子数为_个。金属铜晶胞的边长为acm。又知铜的密度为gcm3，阿伏加德罗常数为_。答案(1)Ar3d64s2金属812(2) 4mol1解析(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是8个顶点的铁原子；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。(2)铜晶胞为面心立方最密堆积，1个晶胞能分摊到4个Cu原子；1个晶胞的体积为a3 cm3；一个晶胞的质量为a3 g；由a3
12、 g，得NAmol1。题组一金属晶体的堆积模型1金属原子在二维空间里放置有如图所示的两种排列方式，下列说法中正确的是()A(a)为非密置层，配位数为6B(b)为密置层，配位数为4C(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答案C解析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。密置层排列的空间利用率高，原子的配位数为6，非密置层排列的空间利用率低，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
13、种堆积方式。2仔细观察下图，这种堆积方式是()A体心立方B简单立方C六方D面心立方答案B解析题图所示的堆积方式为简单立方堆积，该堆积方式的空间利用率最低，只有52%，配位数为6，所以B正确。3下列金属的晶体结构类型都属于面心立方最密堆积的是()ALi、Na、Mg、CaBLi、Na、K、RbCPb、Ag、Cu、AuDBe、Mg、Cu、Zn答案C4如图是金属晶体的面心立方晶胞示意图，在密堆积中处于同一密置层上的原子组合是()ABCD答案B解析面心立方晶胞的体对角线是垂直于密置层面的直线，所以要找处于同一层上的原子，必须找出垂直于体对角线的面。题组二晶胞及微粒数目的计算5下列能够表示出每个晶胞中所含
14、实际微粒个数的面心立方晶胞的是()答案B解析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。6最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。该新型超导晶体的一个晶胞如图所示，则该晶体的化学式为()AMg2CNi3BMgC2NiCMgCNi2DMgCNi3答案D解析Mg处于晶胞的顶点上，故有81个；Ni处于晶胞的面心，故有63个；C处于晶胞的体心，完全属于该晶胞，故该晶体的化学式为MgCNi3。7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()A11
15、B21C31D41答案C解析根据均摊法可知，该晶胞中K的个数为266，C60的个数为182，所以该物质中K和C60的个数之比为6231。8(2018黄埔区期中)如图所示为一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子的结构模型，则它的化学式为()ATi4C4BTiCCTi14C13DTi2C答案C解析本题易错之处是把“气态团簇分子”当作晶胞处理，而错选A或B。由于该结构为“气态团簇分子”的结构，给出的结构就是一个“完整”的分子，因此结构中的每个原子都是构成分子的一部分。因该“气态团簇分子”结构中含有14个Ti原子和13个C原子，故该物质的化学式为Ti14C13。9金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式
16、，a、b、c分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞a、b、c内金属原子个数比为()A321B1184C984D21149答案A解析a晶胞中，顶点的微粒被6个晶胞共用，所以a中原子个数为12236；b中原子个数为864；c中原子个数为812。10硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示的是该化合物的晶体结构：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()AMgBBMgB2CMg2BDMg3B2答案B解析棱柱内硼原子数为6，均属于这个晶胞。镁原子位于上、下面心(2个)及12个顶点，共有镁原子数为2123，则镁、硼原子个数之比为1
17、2。11钇钡铜氧化合物晶胞的结构如下图所示，则该化合物的化学式可能是()AYBa2Cu3O4BYBa2Cu2O5CYBa2Cu3O5DYBaCu4O4答案C解析位于顶点的铜原子(最上层平面和最下层平面)共8个，这个晶胞中只分摊到81个；位于棱上(中间两个平面)的也是8个，这个晶胞分摊到的是82个，所以，每个晶胞单独含有的铜原子数为3个。氧原子共13个，位于晶胞面上(不含棱)的是7个，位于晶胞棱上的是6个，所以，每个晶胞单独含有的氧原子数为765个。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。12.(2019佛
18、山期末)金晶体的晶胞为面心立方堆积，如图所示。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，在立方体的各个面的对角线上，3个金原子彼此两两相切，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，金属原子尽可能采取密堆积C一个晶胞的体积是16d3D金晶体的密度是答案C解析因为是面心立方最密堆积，故每个晶胞中含有金原子数为864，A项正确；金属键无方向性，金属原子尽可能采取密堆积，B项正确；因为立方体的各个面的对角线上，3个金原子彼此两两相切，则该立方体的棱长为d，体积为2d3，C项错误；金晶体的密度，D项正确。13(1)将等径圆球在二维空间里进行排列，可
19、形成密置层和非密置层，在图1所示的半径相等的圆球的排列中，A属于_层，配位数是_；B属于_层，配位数是_。(2)将非密置层一层一层地在三维空间里堆积，得到如图2所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积，在这种晶体中，金属原子的配位数是_，平均每个晶胞所占有的原子数目是_。(3)有资料表明，只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式，钋位于元素周期表的第_周期_族，元素符号是_，最外电子层的电子排布式是_。答案(1)非密置4密置6(2) 61 (3)6APo6s26p414.某晶体的晶胞结构如图所示，X()位于立方体顶点，Y()位于立方体体心。试分析：(1)晶体中每一个Y同时吸引着_个X
20、，每个X同时吸引着_个Y，该晶体的化学式是_。(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有_个。(3)晶体中距离最近的2个X分别与1个Y形成的两条线的夹角为_。答案(1)48XY2(或Y2X)(2)12(3)109.5解析此题考查的知识点是晶体的立体结构。(1)同时吸引的微粒个数即指在某微粒周围距离最近的其他种类的微粒个数，观察图可知，Y位于立方体的体心，X位于立方体的顶点，每个Y同时吸引着4个X，而每个X同时被8个立方体共用，每个立方体的体心都有1个Y，所以每个X同时吸引着8个Y，X、Y的个数比为12，所以化学式为XY2或Y2X。(2)晶体中每个X周围与它最接近的X之间的距离应为如图
21、所示立方体的面对角线。位置关系分为在此X的上层、下层和同一层，每层均有4个，共有12个。(3)若将4个X连接，构成1个正四面体，Y位于正四面体的中心，可联系CH4的键角，知该夹角为109.5。对于晶体结构，要善于用宏观的空间构型来分析粒子的微观结构，利用立体几何的知识，分清各原子、离子、分子在空间的相对位置，熟悉一些常见晶体的空间构型，是解答此类题目的关键。15用X射线研究某金属晶体，测得在边长为360pm的立方晶胞中含有4个金属原子，此时金属的密度为9.0gcm3。试回答：(1)此金属晶体属于_堆积。(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(pm)为_。答案(1)面心立方(2)4.21022(3)63.21(4)127.28pm解析(1)根据题意，此金属晶胞属于面心立方晶胞类型(如图所示)一个晶胞所含有的金属原子个数864。(2)根据晶胞的边长为360pm，可得晶胞的体积为(3.6108)3cm3。根据质量密度体积，可得晶胞的质量9.0gcm3(3.6108)3cm34.21022g。(3)金属的相对原子质量NA原子的质量6.0210234.21022463.21。(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360pm127.28pm。