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金属晶体
【核心素养发展目标】
1．知道金属键的含义和金属晶体的结构特点，能用“电子气理论”解释金属的一些物理性质
2．熟知金属晶体的原子堆积模型的分类及结构特点
【主干知识梳理】
一、金属键和金属晶体
1．金属键
(1)概念：在金属单质晶体中原子之间以金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键
(2)成键微粒：金属阳离子和自由电子
(3)成键条件：金属单质或合金
(4)金属键的本质
①金属原子的价电子受原子核的束缚力比较弱，价电子容易脱离原子核的束缚形成形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”
②“电子气理论”：“电子气”使得金属阳离子和自由电子之间形成强烈的相互作用，这一理论称为“电子气理论”，“电子气理论”示意图如下。金属键本质上是一种电性作用
(5)金属键的特征：金属键没有方向性和饱和性
①金属阳离子可以看作等径圆球，从不同方向与其它阳离子和自由电子间产生作用力，因此金属键无方向性
②金属晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子，而几乎是均匀地分布在整块晶体中(金属阳离子沉没在电子的海洋中)，因此金属晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间“弥漫”的电性作用，这说明金属键没有饱和性
(6)金属键的强弱和对金属性质的影响
①金属键的强弱影响因素：取决于金属元素的原子半径和价层电子数。原子半径越小，价电子数越多，金属键越强；原子半径越大，价层电子数越少，金属键越弱
②对金属性质的影响：金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大
如：熔点最高的金属是钨，硬度最大的金属是铬
2．金属晶体
(1)概念：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)构成微粒及微粒间作用
①构成的微粒：金属阳离子和自由电子
②微粒间的作用力：金属键
③气化或熔化时破坏的作用力：金属键
(3)常见的金属晶体：金属单质和合金
(4)金属晶体的熔、沸点比较——金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度一般也越大
①同周期金属单质，从左到右熔、沸点升高，如：Na、Mg、Al的熔、沸点逐渐升高
②同主族金属单质，从上到下熔、沸点降低，如：碱金属从上到下熔、沸点逐渐降低
③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低
④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低(－38.9 ℃)；而铁常温下为固体，熔点很高(1 538 ℃)
(4)用“电子气理论”解释金属的物理性质
①金属的延展性
当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以在各个原子层发生相对滑动以后，仍然可以保持这种相互作用，因此金属原子即使在外力作用下发生形变，也不容易断裂，因而金属有良好的延展性。当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，就像在滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石一样，会使这种金属的延展性甚至硬度发生改变，这也是对金属材料形成合金以后性能发生改变的一种解释
②金属的导热性
金属的导热性是由于“电子气”中的自由电子在运动时与金属离子碰撞而引起能量的交换，从而使能量从温度高的部分传到温度低的部分，使整块金属达到相同的温度
③金属的导电性
在金属晶体中，充满着带负电荷的“电子气”，“电子气”的运动是没有方向性的， 但在外加电场作用下，“电子气”会发生定向移动，从而形成电流，呈现良好的导电性
【微点拨】
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，两者导电的本质不同
④温度升高，金属阳离子的振动频率和自由电子的无序运动增强，金属导电能力减弱；电解质溶液中，阴、阳离子随溶液温度升高，运动速率加快，导电能力增强
⑤金属的热导率随温度升高而降低是由于在热的作用下，自由电子与金属原子频繁碰撞，阻碍了自由电子对能量的传递
INCLUDEPICTURE"名师点拨.tif" INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\化学人教选2\\名师点拨.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\化学人教选2\\名师点拨.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\化学人教选2\\名师点拨.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\化学人教选2\\名师点拨.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\2023（春）化学 选择性必修2 人教版（新教材）鲁琼湘冀（双选）\\教师Word文档\\名师点拨.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\2023（春）化学 选择性必修2 人教版（新教材）鲁琼湘冀（双选）\\教师Word文档\\第三章　晶体结构与性质\\名师点拨.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\2023（春）化学 选择性必修2 人教版（新教材）鲁琼湘冀（双选）\\教师Word文档\\第三章　晶体结构与性质\\第三节　金属晶体与离子晶体\\名师点拨.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\2023（春）化学 选择性必修2 人教版（新教材）鲁琼湘冀（双选）\\教师Word文档\\第三章　晶体结构与性质\\第三节　金属晶体与离子晶体\\名师点拨.tif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\2023（春）化学 选择性必修2 人教版（新教材）津京辽……（单选）\\教师Word文档\\第三章　晶体结构与性质\\第三节　金属晶体与离子晶体\\名师点拨.tif" \* MERGEFORMATINET = 6 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑥有金属光泽的单质不一定是金属单质，如：晶体硅、晶体碘也有金属光泽
⑦金属晶体有导电性，但能导电的物质不一定是金属，如：石墨、硅、能导电的有机高分子化合物等
【对点训练1】
1．下列有关金属键的叙述错误的是(　　)
A．金属键没有饱和性和方向性 B．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用
C．金属键中的电子属于整块金属 D．金属的性质和金属固体的形成与金属键有关
2．下列4种有关性质的叙述中，可能属于金属晶体的是(　　)
A．由分子间作用力结合而成，熔点低 B．固体易导电，熔点在1000 ℃左右
C．由共价键结合成网状结构，熔点高 D．固体不导电，但溶于水或熔融后能导电
3．判断下列各组金属熔点高低顺序，其中正确的是(　　)
A．Mg＞Al＞Ca B．Al＞Na＞Li C．Al＞Mg＞Ca D．Mg＞Ba＞Al
4．下列生活中的问题，不能用电子气理论知识解释的是(　　)
A．铁易生锈 B．用金属铝制成导线 C．用金箔做外包装 D．用铁制品做炊具
5．下图是金属晶体的电子气理论示意图。用该理论解释金属导电的原因是(　　)
A．金属能导电是因为含有金属阳离子
B．金属能导电是因为含有的自由电子在外电场作用下做定向运动
C．金属能导电是因为含有的电子作无规则运动
D．金属能导电是因为金属阳离子和自由电子的相互作用
二、金属晶体的堆积方式
1．堆积原理：组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大多服从紧密堆积原理。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．金属原子在二维平面中的堆积模型：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——非密置层和密置层
非密置层 密置层
特点 每个圆球与其他四个球相切 每个圆球与其他六个球相切
二维平面堆积图示
是否是最密堆积 不是 是
配位数 4 6
在密堆积中，一个原子周围所邻接的原子的数目称为配位数。如果把金属原子视为一个球体，则一个圆球周围靠的最近的圆球为配位数
3．金属晶体的原子在三维空间里的4种堆积模型
(1)简单立方堆积：将非密置层球心对球心地垂直向上排列，这样一层一层地在三维空间里堆积，就得到简单立方堆积。这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，每个晶胞含一个原子，这种堆积方式的空间利用率为52%，配位数为6。这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋(Po)采取这种堆积方式
(2)体心立方堆积——钾型：非密置层的另一种堆积方式是将上层金属原子填入下层的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。碱金属和铁原子都采取此类堆积方式，这种堆积方式又称钾型堆积。这种堆积方式可以找出立方晶胞，空间利用率比简单立方堆积高得多，达到68%，每个球与上、下两层的各4个球相接触，故配位数为8
(3)六方最密堆积和面心立方最密堆积：密置层的原子按体心立方堆积的方式堆积，会得到两种基本堆积方式——六方最密堆积和面心立方最密堆积。这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积，配位数为12，空间利用率均为74%，但所得晶胞的形式不同
六方最密堆积 面心立方最密堆积
六方最密堆积重复周期为两层，按ABABABAB……的方式堆积。由于在这种排列方式中可划出密排六方晶胞，故称此排列为六方最密堆积。由此堆积可知，同一层上每个球与同层中周围6个球相接触，同时又与上下两层中各3个球相接触，故每个球与周围12个球相接触，所以其配位数是12。原子的空间利用率最大。Mg、Zn、Ti都是采用这种堆积方式 面心立方最密堆积按ABCABCABC……的方式堆积。将第一密置层记作A，第二层记作B，B层的球对准A层中的三角形空隙位置，第三层记作C，C层的球对准B层的空隙，同时应对准A层中的三角形空隙(即C层球不对准A层球)。以后各层分别重复A、B、C层排列，这种排列方式三层为一周期，记为ABCABCABC……由于在这种排列中可以划出面心立方晶胞，故称这种堆积方式为面心立方最密堆积。Cu、Ag、Au等均采用此类堆积方式
4．金属晶体的四种堆积模型比较
堆积模型 简单立方堆积 体心立方堆积(钾型) 面心立方最密堆积(铜型) 六方最密堆积(镁型)
晶胞 INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\WORD\\W124.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\WORD\\W124.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\全书完整word\\W124.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\全书完整word\\W124.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\成盘\\大二轮 化学 通用\\全书完整的Word版文档\\W124.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\WORD\\W125.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\WORD\\W125.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\全书完整word\\W125.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\全书完整word\\W125.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\成盘\\大二轮 化学 通用\\全书完整的Word版文档\\W125.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\WORD\\W127.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\WORD\\W127.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\全书完整word\\W127.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\全书完整word\\W127.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\成盘\\大二轮 化学 通用\\全书完整的Word版文档\\W127.TIF" \* MERGEFORMATINET 或 INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\WORD\\W126.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\WORD\\W126.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\全书完整word\\W126.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张红\\2020\\二轮\\二轮 化学 通用\\全书完整word\\W126.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2020赵瑊\\二轮\\成盘\\大二轮 化学 通用\\全书完整的Word版文档\\W126.TIF" \* MERGEFORMATINET
代表金属 Po Na K Fe Cu Ag Au Mg Zn Ti
配位数 6 8 12 12
晶胞内原子数目 1 2 4 2
原子半径(r)和晶胞边长(a)的关系 a＝2r a＝4r a＝4r
密度的表达式
空间利用率表达式
金属晶胞中原子空间利用率计算：空间利用率等于微粒总体积比晶胞总体积
【微点拨】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
5．金属晶体空间利用率分类简析
类型 晶体结构示意图 图示关系
简单立方堆积 原子的半径为r，立方体的棱长为2r，则V球＝πr3，V晶胞＝(2r)3＝8r3，空间利用率＝×100%＝×100%＝≈52%
体心立方晶胞 原子的半径为r，体对角线c为4r，面对角线b为a，由(4r)2＝a2＋b2得a＝r。1个晶胞中有2个原子，故空间利用率＝×100%＝×100%＝×100%＝≈68%
面心立方最密堆积 原子的半径为r，面对角线为4r，a＝2r，V晶胞＝a3＝(2r)3＝16r3，1个晶胞中有4个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%＝≈74%
六方最密堆积 原子的半径为r，底面为菱形(棱长为2r，其中一个角为60°)，则底面面积S＝2r×r＝2r2，h＝r，V晶胞＝S×2h＝2r2×2×r＝8r3，1个晶胞中有2个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%＝≈74%
【对点训练2】
1．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
2．金属晶体堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因是(　　)
A．金属原子的价电子数少 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
3．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是(　　)
INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\2017\\同步\\化学\\人教 选修3\\H23.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\2017\\同步\\化学\\人教 选修3\\H23.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．①为简单立方堆积，②为六方最密堆积，③为体心立方密堆积，④为面心立方最密堆积
B．每个晶胞含有的原子数分别为①1个，②2个，③2个，④4个
C．晶胞中原子的配位数分别为①6，②8，③8，④12
D．空间利用率的大小关系为①＜②＜③＜④
【课时跟踪检测】
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．金属键是金属阳离子和“自由电子”间的相互作用，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
2．关于金属性质和原因的描述不正确的是(　　)
A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系
B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中共享了金属原子的价层电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流
C．金属具有良好的导热性，是因为自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量
D．金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键
3．如图是金属晶体内部的电子气理论示意图。电子气理论可以用来解释金属的性质，其中正确的是(　　)
INCLUDEPICTURE "I:\\王真\\2023\\一轮\\化学 人教版新教材 大一轮\\教师word\\X12-69.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "I:\\王真\\2023\\一轮\\化学 人教版新教材 大一轮\\教师word\\X12-69.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "I:\\王真\\2023\\一轮\\大一轮 化学 人教版新教材\\教师word\\X12-69.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "\\\\王真\\i\\王真\\2023\\一轮\\大一轮 化学 人教版新教材\\教师word\\X12-69.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动
B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导
C．金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属中各原子层间会出现相对滑动，但自由电子可以起到润滑剂的作用，使金属不会断裂
D．合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，使电子数目增多，所以合金的延展性比纯金属强，硬度比纯金属小
4．下列关于金属晶体的叙述正确的是(　　)
A．温度越高，金属的导电性越强
B．常温下，金属单质都以金属晶体形式存在
C．金属晶体中金属原子紧密堆积,能充分利用空间的原因是金属键没有饱和性和方向性
D．金属阳离子与自由电子之间的强烈作用,在外力作用下会发生断裂，故金属无延展性
5．在金属晶体中，自由电子与金属原子的碰撞中有能量传递，可以用此来解释的金属物理性质是(　　)
A．延展性 B．导电性 C．导热性 D．还原性
6．下列有关金属晶体的说法中正确的是(　　)
A．金属晶体所有性质均与金属键有关 B．最外层电子数少于3个的原子一定都是金属
C．任何状态下都有延展性 D．都能导电、传热
7．物质结构理论推出：金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用叫金属键。金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。据研究表明，一般地，金属原子的半径越小，价电子数越多，则金属键越强。由此判断下列说法正确的是(　　)
A．镁的硬度大于铝 B．镁的熔、沸点低于钙
C．镁的硬度大于钾 D．钙的熔、沸点低于钾
8．金属晶体熔、沸点的高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是(　　)
A．金属镁的熔点大于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的
C．金属铝的硬度大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙
9．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是(　　)
①O2、I2、Hg ②CO、Al、SiO2 ③Na、K、Rb ④Na、Mg、Al
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
10．下列物质的熔点依次升高的是(　　)
A．Mg、Na、K B．Na、Mg、Al C．Na、Rb、Ca D．铝、铝硅合金
11．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
12．几种晶体的晶胞如图所示所示，晶胞从左到右分别表示的物质正确的排序是(　　)
INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\2017\\同步\\化学\\人教 选修3\\f36.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\2017\\同步\\化学\\人教 选修3\\f36.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．碘、锌、钠、金刚石 B．金刚石、锌、碘、钠
C．钠、锌、碘、金刚石 D．锌、钠、碘、金刚石
13．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，如图a、b、c分别代表这三种堆积方式的结构示意图，则图示结构内金属原子个数比为(　　)
A．3∶2∶1 B．11∶8∶4 C．9∶8∶4 D．21∶14∶9
14．金属钠晶体结构如图所示，晶胞的边长为a，假定金属钠原子为等径的刚性球，且晶胞中处于体对角线上的三个球相切，则钠原子的半径r为(　　)
INCLUDEPICTURE"RJ270.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\化学人教选2\\RJ270.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\化学人教选2\\RJ270.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\化学人教选2\\RJ270.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\化学人教选2\\RJ270.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\2023（春）化学 选择性必修2 人教版（新教材）鲁琼湘冀（双选）\\教师Word文档\\RJ270.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\2023（春）化学 选择性必修2 人教版（新教材）鲁琼湘冀（双选）\\教师Word文档\\第三章　晶体结构与性质\\RJ270.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\2023（春）化学 选择性必修2 人教版（新教材）鲁琼湘冀（双选）\\教师Word文档\\第三章　晶体结构与性质\\第三节　金属晶体与离子晶体\\RJ270.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\2023（春）化学 选择性必修2 人教版（新教材）鲁琼湘冀（双选）\\教师Word文档\\第三章　晶体结构与性质\\第三节　金属晶体与离子晶体\\RJ270.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\2022\\课件\\2023（春）化学 选择性必修2 人教版（新教材）津京辽……（单选）\\教师Word文档\\第三章　晶体结构与性质\\第三节　金属晶体与离子晶体\\RJ270.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\共享文件\\2023（春）化学 选择性必修2 人教版（新教材）津京辽……（单选）\\教师Word文档\\第三章　晶体结构与性质\\第三节　金属晶体与离子晶体\\RJ270.TIF" \* MERGEFORMATINET
A． B．a C．a D．2a
15．下列对各组物质性质的比较中，正确的是(　　)
A．熔点：Li＜Na＜K B．导电性：Ag＞Cu＞Al＞Fe
C．密度：Na＞Mg＞Al D．空间利用率：体心立方堆积＜六方最密堆积＜面心立方最密堆积
16．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
17．某晶体的堆积方式如下图所示，下列说法不正确的是(　　)
A．此种堆积方式为面心立方最密堆积 B．该种堆积方式每一层上为密置层
C．该种堆积方式可用符号“ABCABCABC…”表示 D．金属Mg就属于此种堆积方式
18．如图为金属钾晶体的晶胞结构，实验测得钾的密度为ρ(g·cm－3)，已知钾的摩尔质量为a(g·mol－1)，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钾原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切。则钾原子的半径r(cm)为(　　)
A． B． C． D．
19．下列有关金属晶体的说法不正确的是(　　)
A．金属晶体是一种“巨分子” B．电子气为所有原子所共有
C．简单立方堆积的空间利用率最低 D．体心立方堆积的空间利用率最高
20．下列关于金属晶体的叙述中，正确的是(　　)
A．用铂金做首饰不能用金属键理论解释
B．固态或熔融态易导电，熔点在1000 ℃左右的晶体可能为金属晶体
C．Li、Na、Mg的熔点逐渐升高
D．温度越高，金属的导电性越好
21．(1)元素金(Au)处于周期表中的第六周期，与Cu同族，一种铜金合金晶体的晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶角位置，则该合金中Cu原子与Au原子数目之比为　　　；该晶体中，原子之间的相互作用是　　　　
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(2)某钙钛型复合氧化物如图所示，以A原子为晶胞的顶角，A位可以是Ca、Sr、Ba或Pb，当B位是V、Cr、Mn、Fe等时，这种化合物具有CMR效应
①用A、B、O表示这类特殊晶体的化学式______________
②已知La为＋3价，当被钙等二价元素A替代时，可形成复合钙钛矿化合物La1－xAxMnO3(x＜0.1)，此时一部分锰转变为＋4价，导致材料在某一温度附近有反铁磁—铁磁、铁磁—顺磁及金属—半导体的转变，则
La1－xAxMnO3中三价锰与四价锰的物质的量之比为　　　　
③下列有关说法正确的是　　　　
A．镧、锰、氧分别位于周期表f、d、p区
B．氧元素的第一电离能比氮元素的第一电离能大
C．锰的电负性为1.59，铬的电负性为1.66，说明锰的金属性比铬强
D．铬的价层电子排布与钾相同
22．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。其堆积方式如下：
①简单立方堆积的是 ________，②体心立方堆积的是 ________，
③六方最密堆积的是 ________，④面心立方最密堆积的是________
(2)根据下列叙述，一定为金属晶体的是________。
A．由金属键形成，熔点差别很大
B．由共价键结合形成网状结构，当受到大的外力作用会发生原子错位而断裂
C．固体有良好的导电性、导热性和延展性
(3)下列关于金属晶体的叙述正确的是________。
A．常温下，金属单质都以金属晶体形式存在
B．金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失
C．钙的熔、沸点高于钾
D．温度越高，金属的导电性越好
【金属晶体】答案
【对点训练1】
1．B。解析：本题考查金属键的形成及特征。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，故金属键无饱和性和方向性，A项正确；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈作用，既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也包括金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用，B项错误；金属键中的电子属于整块金属共用，C项正确；金属的性质及金属固体的形成都与金属键的强弱有关，D项正确。
2．B。解析：B中固体能导电，熔点在1 000 ℃左右，应为金属晶体。
3．C。解析：价电子数：Al>Mg＝Ca＝Ba>Li＝Na，金属阳离子半径：r(Ba2＋)>r(Ca2＋)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)>
r(Li＋)，金属键由强到弱；Al>Mg>Ca，故C正确，A、D项错误；Li>Na，B项错误。
4．A。解析：铁易生锈，是因为铁中含有碳，易发生电化学腐蚀，与金属键无关，故A选；用金属铝制成导线，是利用金属的导电性，金属中存在金属阳离子和自由电子，当给金属通电时，自由电子定向移动而导电，能用金属键理论知识解释，故B不选；用金箔做外包装，是因为有金属光泽，金属具有光泽是因为自由电子能够吸收可见光，能用金属键理论知识解释，故C不选；用铁制品做炊具，是利用了金属的导热性，金属容易导热是因为自由电子在运动时经常与金属离子碰撞而引起能量的交换，能用金属键理论知识解释，故D不选。
5．B。解析：电子气理论可以很好地解释金属的一些现象，如金属的导电、导热、延展性等。金属中含有金属阳离子和自由电子，在外加电场的作用下，自由电子定向移动形成电流。
【对点训练2】
1．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式；B项，非密置层在三维空间可以形成简单立方堆积和体心立方堆积两种堆积方式，其配位数分别是6和8；D项，金属晶体中的原子在三维空间有四种堆积方式，其中六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率较高。
2．D。解析：这是因为分别借助于没有方向性的金属键形成的金属晶体的结构中，都趋向于使原子吸收尽可能多的原子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。
3．B。解析：①为简单立方堆积，②为体心立方堆积，③为六方最密堆积，④为面心立方最密堆积，A错误；每个晶胞含有的原子数分别为①8×＝1、②8×＋1＝2、③8×＋1＝2、④8×＋6×＝4，B正确；晶胞③中原子的配位数应为12，C错误；四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，即应为④＝③>②>①，D错误。
【课时跟踪检测】
1．B。解析：从构成物质的基本微粒的性质看，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，为整个金属中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。
2．A。解析：金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光大部分再反射出来，因而金属一般显银白色光泽，A不正确；金属具有导电性是因为在外加电场作用下，自由电子定向移动形成电流，B正确；金属具有导热性是因为自由电子受热后，与金属离子发生碰撞，传递能量，C正确；良好的延展性是因为原子层滑动，但金属键未被破坏，D正确。
3．C。解析：金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动，A错误；自由电子在热的作用下与金属阳离子发生碰撞，实现热的传导，B错误；在外力的作用下，金属中各原子层间会出现相对滑动，而自由电子与金属阳离子之间的电性作用仍然存在，使得金属不会断裂，C正确；合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，相当于填补了金属阳离子之间的空隙，所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱，硬度比纯金属大，D错误。
4．C。解析：温度升高,金属离子的热运动加快,对自由电子的移动造成阻碍,导电性减弱,A项错;常温下,Hg为液态,不属于晶体形态,B项错;金属键无方向性和饱和性,在外力作用下,一般不会断裂,即金属具有延展性,D项错;正是因为金属键无方向性和饱和性,所以金属晶体中的金属原子一般采用最密堆积,尽量充分利用空间,C项正确。
5．C。解析：金属具有延展性主要是因为金属在受到外力作用时，各原子层可以发生相对滑动，各层金属原子之间仍然保持金属键的作用。金属具有导电性主要是因为金属晶体内部存在自由电子，在外电场的作用下，自由电子在金属内部发生定向运动。金属的还原性是金属的化学性质，与能量传递无关。金属的导热性主要是由于金属晶体内部，自由电子与金属原子的碰撞中有能量传递。因此选C。
6．D。解析：金属键只影响金属的物理性质，A项错误；H、He最外层电子数都少于3个，但它们不是金属，B项错误；金属的延展性指的是能抽成细丝、压成薄片的性质，在液态时，由于金属具有流动性，不具备延展性，C项错误；金属晶体中存在自由电子，能够导电、传热，D项正确。
7．C。解析：Mg的半径大于Al的半径，且价电子数小于Al的价电子数，所以金属键：MgK，故金属键：Ca>K，D项错。
8．C。解析：金属阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强，据此判断。
9．D。解析：①中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故①错；②中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故②正确；③中Na、K、Rb价电子数相同，其阳离子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低，故③错；④中Na、Mg、Al价电子数依次增多，离子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故④正确。
10．B。解析：A项中K、Na、Mg的半径依次减小，Mg的价层电子数比K、Na的大，故各物质熔点的顺序为K＜Na＜Mg；同理分析，B项正确；C项中各物质熔点的顺序应为Rb＜Na＜Ca；D项中各物质熔点的顺序应为铝硅合金＜铝。
11．C。解析：金属晶体是金属阳离子和自由电子通过金属键形成的。
12．C。解析：第一种晶胞为体心立方堆积，钾、钠、铁等金属采用这种堆积方式；第二种晶胞为六方最密堆积，镁、锌、钛等金属采用这种堆积方式；组成第三种晶胞的粒子为双原子分子，是碘；第四种晶胞的粒子结构为正四面体结构，为金刚石。
13．A。解析：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。
14．B。解析：晶胞边长为a，所以晶胞的体对角线长度为a，所以钠原子半径＝a。
15．B。解析：同主族的金属单质，原子序数越大，熔点越低，这是因为它们的价电子数相同，随着原子半径的增大，金属键逐渐减弱，A项错误；Na、Mg、Al是同周期的金属单质，密度逐渐增大，C项错误；不同堆积方式的金属晶体空间利用率分别是简单立方堆积52%，体心立方堆积68%，六方最密堆积和面心立方最密堆积均为74%，D项错误。
16．D。解析：钾晶胞是非密置层的两种堆积方式中的一种，A错误；晶胞呈立方体，不是六棱柱，B错误；根据均摊法计算，每个晶胞有2个K原子，C错误。
17．D。解析：观察题图，该晶体为“ABCABCABC…”的面心立方最密堆积，每一层上为密置层，金属Mg属于六方最密堆积方式，所以D错误。
18．C。解析：在晶胞中含有钾原子数为1＋8×＝2，设晶胞边长为x，根据ρ＝得，ρ＝，x＝，则晶胞的体对角线长度为 ，所以钾原子半径＝ ，答案选C。
19．D
20．B。解析：A项，用铂金做首饰用到了金属晶体的延展性，能用金属键理论解释，错误。B项，金属晶体呈固态或熔融态时能导电，其熔点差异很大，熔点在1000 ℃左右的晶体可能是金属晶体，正确。C项，一般来说，金属晶体熔点高低与金属键的强弱有关，金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数和金属离子半径有关，所带电荷数越多，金属键越强，金属离子半径越小，金属键越强，金属键：Li>Na，则熔点：Li>Na，错误。D项，金属的导电性随温度的升高而减弱，温度越高，其导电性越差，错误。
21．(1)3∶1　金属键　
(2)①ABO3　②(1－x)∶x　③AC
解析：(1)在晶胞中Cu原子处于面心，N(Cu)＝6×＝3，Au原子处于顶角，N(Au)＝8×＝1，则该合金中Cu原子与Au原子数目之比为3∶1，金属晶体原子间的作用力为金属键；(2)①由题图可知，晶胞中A位于顶角，数目为8×＝1，B位于体心，数目为1，O位于面心，数目为6×＝3，则化学式为ABO3；②设La1－xAxMnO3中三价锰与四价锰的物质的量分别为m和n，则有3(1－x)＋2x＋3m＋4n＝6，m＋n＝1，解得m＝1－x，n＝x，则La1－xAxMnO3中三价锰与四价锰的物质的量之比为(1－x)∶x；③A.由金属在周期表中的位置可知镧、锰、氧分别位于周期表f、d、p区，A正确；B.氮元素的2p轨道电子处于半充满状态，稳定性强，因此氮元素的第一电离能大于氧元素的第一电离能，B错误；C.元素的电负性越大，金属性越弱，C正确；D.铬的价层电子排布式为3d54s1，钾的价层电子排布式为4s1，D错误。
22．(1)①Po ②Na、K、Fe ③Mg、Zn ④Cu、Au
(2)AC
(3)BC
解析：(1)简单立方堆积的空间利用率太低，只有金属Po采取这种方式。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。六方最密堆积按ABAB……方式堆积，面心立方最密堆积按ABCABC……方式堆积，六方最密堆积的常见金属为Mg、Zn、Ti，面心立方最密堆积的常见金属为Cu、Ag、Au。(2)A项属于金属晶体；B项属于原子晶体；C项是金属的通性。(3)常温下，Hg为液态，A项错误；因为金属键无方向性，故金属键在一定范围内不因形变而消失，B项正确；钙的金属键强于钾，故熔、沸点高于钾，C项正确；温度升高，金属的导电性减弱，D项错误。
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