2018-2019学年新设计化学苏教选修三讲义:专题3 微粒间作用力与物质性质 第一单元 WORD版含答案.docx
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- 2018-2019学年新设计化学苏教选修三讲义:专题3 微粒间作用力与物质性质 第一单元 WORD版含答案 2018 2019 学年 设计 化学 选修 讲义 专题 微粒 间作 用力 物质 性质 第一
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1、目标导航1.理解金属键的实质,知道影响金属键强弱的因素,并能用金属键解释金属的某些特征性质。2.了解晶体、晶胞的概念,认识金属晶体中微粒间的堆积方式,能从晶胞的角度认识晶体的内部结构。一、金属键与金属特性1金属键(1)概念:金属离子与自由电子之间强烈的相互作用。(2)金属键成键微粒:金属阳离子和自由电子。(3)成键条件:金属单质或合金。(4)影响金属键强弱的因素金属元素原子半径越小,单位体积内自由移动电子数目越多,金属键越强。(5)金属键的强弱对金属单质物理性质的影响金属硬度的大小、熔沸点的高低与金属键的强弱有关。金属键越强,金属晶体的熔、沸点越高,硬度越大。2金属的原子化热(1)金属键的强弱
2、可以用金属的原子化热来衡量。金属的原子化热是指1 mol金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。(2)意义:衡量金属键的强弱。金属的原子化热数值越大,金属键越强。议一议1金属键的形成原因是什么?答案金属原子的部分或全部外围电子受原子核的束缚比较弱。在金属晶体内部,它们可以从原子上“脱落”下来,形成自由流动的电子。金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属离子与自由电子之间存在着强烈的相互作用,这种强烈的相互作用称为金属键。2金属具有导电性、导热性及延展性的原因是什么?答案(1)导电性:在金属晶体中,存在着许多自由电子,这些自由电子的运动没有固定的方向性。但是在外加电场的作用下,自由电子
3、就会发生定向移动而形成电流,故金属易导电。不同的金属其导电能力不同,导电性最好的金属是银,其次是铜。(2)导热性:自由电子在运动时与金属离子相互碰撞,在碰撞过程中发生能量交换。当金属的某一部分受热时,该区域里自由电子的能量增加,运动速率加快,自由电子与金属离子(或金属原子)的碰撞频率增加,自由电子把能量传给金属离子(或金属原子)。金属的导热性就是通过自由电子的运动将能量从温度高的区域传递到温度低的区域,最后使整块金属的温度趋于一致。(3)延展性:当金属受到外力作用时,晶体中的各原子层就会发生相对滑动,由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性,受到外力后相互作用没有被破坏,故金属只发生形变
4、而不断裂,使金属具有良好的延展性。二、金属晶体1存在通常条件下,大多数金属单质及其合金都是金属晶体。在金属晶体中,金属原子如同半径相等的小球一样,彼此相切、紧密堆积成晶体。2组成单元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)可有两种方式非密置层和密置层(如下图所示)。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。密置层放置平面的利用率比非密置层的要高。(2)
5、金属原子在三维空间中的堆积方式和模型金属晶体可看作是金属原子在三维空间(一层一层地)中堆积而成。其堆积方式有以下四种。这四种堆积方式又可以根据每一层中金属原子的二维放置方式不同分为两类:非密置层的堆积(包括简单立方堆积和体心立方堆积),密置层堆积(包括六方堆积和面心立方堆积)。填写下表:堆积模型采纳这种堆积的典型代表晶胞非密置层简单立方堆积Po(钋)体心立方堆积Na、K、Cr密置层六方堆积Mg、Zn、Ti面心立方堆积Cu、Ag、Au4.平行六面体晶胞中微粒数目的计算(1)晶胞的顶点原子是8个晶胞共用;(2)晶胞棱上的原子是4个晶胞共用;(3)晶胞面上的原子是2个晶胞共用。如金属铜的一个晶胞(如
6、图所示)均摊到的原子数为864。5合金的组成和性质(1)合金:一种金属与另一种或几种金属(或非金属)的融合体。(2)合金的性能:通常,多数合金的熔点比它的成分金属的熔点要低,而强度和硬度比它的成分金属要大。议一议1连线题。答案A(4)B(1)C(2)D(3)。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_。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
7、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。六方堆积按ABAB方式堆积,面心立方堆积按ABCABC方式堆积,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。(2)A项属于分子晶体;B项属于原子晶体;而C项是金属的通性。一、金属键与金属晶体的性质1金属键的实质:金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。2金属键的特征:没有饱和性和方向性。3金属及其合金是金属阳离
8、子与自由电子以金属键结合成的金属晶体。4绝大多数金属熔、沸点较高,硬度较大;具有金属光泽,具有良好的导电性、导热性和延展性。5金属元素的原子半径(或阳离子半径)越小,单位体积内自由电子的数目(或阳离子所带电荷)越多,金属键越强,金属单质的熔、沸点越高,硬度越大。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
9、的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动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。故选B。答案B解题反思(1)金属键也是一种电性作用。(2)有阳离子的不一定有阴离子。变式训练1要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体的熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱,而金属键与金属元素的原子半径和单位体积内自由电子的数目有关。由此判断下列说法中正确的是(
10、)A金属镁的硬度大于金属铝B碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐升高的C金属镁的熔点大于金属钠D金属镁的硬度小于金属钙答案C解析镁的原子半径大于铝,而金属镁单位体积内自由电子的数目比金属铝的少,所以金属镁比金属铝的金属键弱,熔、沸点比金属铝的低,硬度比金属铝的小;从Li到Cs,原子的半径逐渐增大,单位体积内自由电子的数目逐渐减小,金属键逐渐减弱,熔、沸点逐渐降低,硬度逐渐减小;同理可得金属镁比金属钠、金属钙的熔、沸点高,硬度大。解题反思强化记忆:导电性最强的金属是Ag。金属键越强,其熔点越高。二、堆积模型与晶胞1三维空间模型常见的四种结构堆积模型命名表示符号类型晶胞每个晶胞所含原子数采纳这种
11、堆积的典型金属配位数空间利用率非密置层简单立方堆积1Po652%体心立方堆积钾型A22Na、K、Fe、Cr、Mo、W868%密置层六方堆积镁型ABABA32Mg、Zn、Ti1274%面心立方堆积铜型AB CABCA14Cu、Ag、Au、Pb1274%2.晶胞的特点晶胞绝不是孤立的几何体,它的上、下、左、右的位置都有完全等同的晶胞与之相邻,把一个晶胞平移到另一个晶胞的位置,不会察觉到是否移动,这就决定晶胞的顶点、平行的面以及平行的棱一定是完全等同的。3晶胞中微粒个数的计算均摊法确定晶胞中微粒的个数均摊法:若某个粒子为n个晶胞所共有,则该粒子的属于这个晶胞。(1)长方体形(正方体形)晶胞中不同位置
12、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2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,为镁型,为钾型,为铜型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解析为简单立方堆积,为钾型,为镁型,为铜型,与判断有误,A项错误;每个晶胞含有的原子数分别为81,812,812,864,B项正确;晶胞中原子的配位数应为12,其他判断正确,C项错误;四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%,所以D项错误,应为。答案B解题
13、反思配位数相同的金属晶体,空间利用率相同。配位数越大的金属晶体,空间利用率越大。变式训练2(1)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如图所示,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a0.405 nm,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12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(0.405107)3,解得。解题反思(1)立方晶胞中各物理量的关系a3NA
14、nMa:表示晶胞的棱长;:表示晶体的密度;NA:表示阿伏加德罗常数;n:表示1 mol晶胞中晶体的物质的量;M:表示晶体的相对分子质量;a3NA表示1 mol晶胞的质量。(2)晶胞密度的计算方法以晶胞为研究对象,运用均摊法或切割法分析每个晶胞中含有的微粒数,计算一个晶胞的质量m(NA为阿伏加德罗常数,n为晶胞中所含微粒个数,M为所含微粒的摩尔质量)。结合晶胞中的几何关系,计算一个晶胞的体积,用mV的关系计算。例3(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示,该氯化物的化学式是_。(2)Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有_个铜原子。(3)
15、利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷,如图为其晶胞结构示意图,则每个晶胞中含有B原子的个数为_,该功能陶瓷的化学式为_。(4)某晶体结构模型如左下图所示。该晶体的化学式是_,在晶体中1个Ti原子、1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为_个、_个。(5)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,如右上图所示,顶角和面心的原子是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳原子,它的化学式为_。ATi14C13 BTiC CTi14C4 DTi4C3解析(1)晶胞中灰球代表的微粒4个,白球代表的微粒684个,所以化学式为CuCl。(2)晶胞中含氧原子个数为8648,则该晶胞中铜原子数目是氧原子的2
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