人教版 (新课标)选修3 物质结构与性质第三节 金属晶体教学设计

 细读教材记主干

1．金属一般具有金属光泽，良好的导电、导热性、以及优良的延展性。

2．金属键是指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。

3．金属晶体中，原子之间以金属键相结合，金属键的强弱决定金属晶体的熔点和硬度。

4．金属原子在二维空间里有两种放置方式：密置层和非密置层。

5．金属原子在三维空间里有四种堆积方式：简单立方堆积、体心立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积。

 [新知探究]

1．概念：金属离子与自由电子之间强烈的相互作用。

2．成键粒子：金属阳离子和自由电子。

3．本质：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起。

4．金属键的强弱和对金属性质的影响

(1)金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子数，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；反之，金属键越强。

(2)金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。

[名师点拨]

　 金属键与离子键、共价键的比较

 [对点演练]

1．下列有关金属键的叙述中，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都与金属键有关

解析：选B　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；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，也存在金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用；金属键中的电子属于整块金属；金属的性质及固体的形成都与金属键的强弱有关。

2．(2016·六安高二检测)要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键，金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，由此判断下列说法正确的是(　　)

A．金属镁的熔点高于金属铝

B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐升高的

C．金属镁的硬度小于金属钙

D．金属镁的硬度大于金属钠

解析：选D　因为镁离子所带2个正电荷，而铝离子带3个正电荷，所以镁的金属键比铝弱，所以镁的熔点低于金属铝，故A错误；碱金属都属于金属晶体，从Li到Cs金属阳离子半径增大，对外层电子束缚能力减弱，金属键减弱，所以熔沸点降低，故B错误；因为镁离子的半径比钙离子小，所以镁的金属键比钙强，则镁的硬度大于金属钙，故C错误；因为镁离子所带2个正电荷，而钠离子带1个正电荷，所以镁的金属键比钠强，则镁的硬度大于金属钠，故D正确。

[新知探究]

1．金属晶体

2．金属晶体的物理通性及解释

3．金属晶体的紧密堆积模型

(1)二维空间模型

(2)三维空间模型

4．石墨的晶体类型

(1)结构特点——层状结构

①同层内，碳原子采用 sp2杂化，以共价键相结合形成平面六元并环结构。碳原子中所有的p轨道平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个平面中运动。

②层与层之间以范德华力相结合。

(2)晶体类型

石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。

[名师点拨]

1．金属晶体的性质

(1)良好的导电性、导热性和延展性。

(2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。

①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。

②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。

③合金的熔、沸点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 ℃)，而铁等金属熔点很高(1 535 ℃)。

2．金属导电与电解质溶液导电的比较

3.金刚石与石墨的比较

[对点演练]

3．(2016·六安高二检测)金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方堆积(镁型)、面心立方堆积(铜型)和体心立方堆积(钾型)，图(a)、(b)、(c)分别表示这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数之比为(　　)

A．3∶2∶1  B．11∶8∶4

C．9∶8∶4  D．21∶14∶9

解析：选A　a中原子个数＝12×＋2×＋3＝6，b中原子个数＝8×＋6×＝4，c中原子个数＝1＋8×＝2，所以其原子个数比是6∶4∶2＝3∶2∶1，故选A。

4．金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图分别如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同

B．金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系：互为同素异形体

C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2

D．石墨与C60 的晶体类型相同

解析：选D　金刚石中碳原子为sp3杂化，石墨烯中碳原子为sp2杂化，A项正确；金刚石、石墨、C60和石墨烯都是碳元素形成的不同单质，它们互为同素异形体，B项正确；碳元素的同素异形体完全燃烧的产物都是CO2，C项正确；C60是分子晶体，石墨是混合晶体，D项错误。

1．(2016·吉林高二检测)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．金属离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因变形而消失

C．钙的熔沸点低于钾

D．温度越高，金属的导电性越好

解析：选B　汞在常温下呈液体，不是以晶体的形式存在，A项错误；金属键没有方向性，金属离子与自由电子之间有强烈作用，在一定外力作用下，不因变形而消失，因此金属有延展性，B项正确；Ca、K属于同周期元素，半径：Ca<K，钙的金属键强于K，熔沸点Ca高于K，C项错误；温度高，金属离子的热运动加强，对自由电子的移动造成阻碍，导电性减弱，D项错误。

2．(2016·闸北贵阳高二检测)金属能导电的原因是(　　)

A．金属阳离子与自由电子间的作用较弱

B．金属在外加电场作用下可失去电子

C．金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动

D．自由电子在外加电场作用下可发生定向移动

解析：选D　组成金属晶体的微粒为金属阳离子和自由电子，在外加电场作用下电子可发生定向移动，故金属能导电，与金属阳离子无关。

3．(2016·盐城高二检测)在金属晶体中，根据影响金属键的因素判断下列各组金属熔沸点高低顺序，其中正确的是(　　)

A．Mg>Al>Ca  B．Al>Na>Li

C．Al>Mg>Ca  D．Mg>Ba>Al

解析：选C　构成金属晶体的金属键越强，金属晶体的熔沸点越高。金属键强弱与金属阳离子半径和所带电荷有关系，离子半径越小，电荷数越多，金属键越强，熔沸点越高。则A项应该是Al>Mg>Ca，错误，C正确；B项应该是Al>Li>Na，错误；D项应该是Al>Mg>Ba，D错误。

4.关于体心立方堆积型晶体(如图所示)的结构的叙述中正确的是(　　)

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

解析：选C　本题主要考查常见金属晶体的堆积方式，体心立方堆积型晶体是非密置层的一种堆积方式，为立方体形晶胞，其中有8个顶点，1个体心，故晶胞所含原子数为8×＋1＝2。

5．(1)图甲为二维平面晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是__________。

甲

(2)图乙为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。

乙

①该晶胞称为________(填序号)。

A．六方晶胞  B．体心立方晶胞

C．面心立方晶胞

②此晶胞立方体的边长为a cm，Cu的相对原子质量为64，金属铜的密度为ρ g/cm3，则阿伏加德罗常数为________(用a、ρ表示)。

解析：(1)由图甲中直接相邻的原子数可以求得a、b中两类原子数之比分别为1∶2、1∶3，求出化学式分别为AX2、AX3，故答案为b。(2)①面心立方晶胞；② 64·＝ρ·a3，NA＝。

答案：(1)b　(2)①C　②