1、第三节 金 属 晶 体 一、金属键与金属晶体 1.金属键(1)概念:_和_之间的较强作用力。(2)成键微粒:_和_。(3)成键条件:金属单质或合金。(4)成键本质 金属原子脱落下来的_形成遍布整块晶体的“_”,被所有原子共 用,从而把所有的金属原子维系在一起。必备知识自主学习 金属阳离子 自由电子 金属阳离子 自由电子 价电子 电子气 2.金属晶体:(1)概念:原子间以_结合形成的晶体。(2)用电子气理论解释金属的性质。金属键 3.金属晶体的原子堆积模型(1)二维空间模型:金属原子在二维平面里放置有_和_两种方式,配位数分别为_ 和_。如图:非密置层 密置层 4 6(2)三维空间模型:非密置层
2、在三维空间堆积。a.简单立方堆积。相邻非密置层原子的原子核在_的堆积,只有金属_采用这种 堆积方式,其空间利用率太低。同一直线上 钋(Po)b.体心立方堆积。将上层金属原子填入_中,并使非密置层的原子稍稍 分离。其空间的利用率比简单立方堆积_,属于该堆积方式的主要有碱金属等。下层的金属原子形成的凹穴 高 密置层在三维空间堆积。a.六方最密堆积。如图所示,按_的方式堆积。ABABABAB b.面心立方最密堆积。如图所示,按_的方式堆积。ABCABCABC【自主探索】(1)含有阳离子的晶体中一定含有阴离子吗?提示:不一定。如在金属晶体中只有阳离子和自由电子,没有阴离子。(2)金属晶体的熔点一定比分
3、子晶体的熔点高吗?提示:不一定。金属晶体的熔点差异很大,如钨熔点很高,超过3 000,有的很低,如汞在常温下为液态。(3)判断下列说法是否正确。金属钠形成的晶体中,每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个。()提示:。钠原子为体心立方堆积,配位数为8。金属镁形成的晶体中,每个镁原子周围与其距离最近的原子有6个。()提示:。金属镁为六方最密堆积,配位数为12。(4)(情境思考)花丝工艺又称为细金工艺,是将金、银、铜等抽成细丝,以堆垒编织等技法制成。镶嵌则是把金银薄片打成器皿,然后錾出图案,或用锼弓锼出图案,并镶嵌宝石而成。由一根根花丝到成为一件完整的作品,要依靠堆、垒、编、织、掐、填、攒、焊八大
4、工艺,而每种工艺细分起来又是千变万化。金属被压成薄片、拉丝、制成导线的过程中金属的化学性质有没有改变?提示:没有改变。金属被压成薄片、拉丝、制成导线的过程仅是改变金属形状的物理变化,其成分没有改变。二、混合晶体石墨晶体 1.结构特点层状结构:(1)同层内,碳原子采用_杂化,以_相结合形成_平面网状结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠,p电子可在整个平面中运动。(2)层与层之间以_相结合。2.晶体类型:石墨晶体中,既有_,又有_和_,属于_ _。sp2 共价键 正六边形 范德华力 共价键 金属键 范德华力 混合晶 体【自主探索】R单质的晶体在不同温度下有两种原子堆积方式,晶胞分别如图所示。A中
5、原子 堆积方式为_堆积,A、B中R原子的配位数之比为_。体心立方 23 关键能力合作学习 知识点一 金属晶体的结构与性质 1.金属晶体的原子堆积模型:堆积模型 采纳这种堆积 的典型代表 空间利用率 配位数 晶胞 简单立方堆积 Po(钋)52%6 体心立方堆积 Na、K、Fe 68%8 堆积模型 采纳这种堆积 的典型代表 空间利用率 配位数 晶胞 六方最密堆积 Mg、Zn、Ti 74%12 面心立方最密 堆积 Cu、Ag、Au 74%12 2.金属晶体的性质:(1)金属导电与电解质溶液导电的比较:运动的微粒过程中发生的变化温度的影响金属导电自由电子物理变化升温,导电 性减弱电解质溶 液导电阴、阳
6、离子化学变化升温,导电 性增强(2)金属熔、沸点高低的比较:金属阳离子半径越小,所带电荷越多,则金属键越强,金属的熔、沸点就越高,一般存在以下规律:同周期金属单质,从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。同主族金属单质,从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。金属晶体熔点差别很大,如汞常温为液体,熔点很低(-38.9),而铁等金属熔点很高(1 535)。【易错提醒】金属晶体性质的认识误区(1)金属晶体在受外力作用下,各层之间发生相对滑动,但金属键并没有被破坏。(2)原子晶体的熔点不一定都比金属晶体的高,如金属钨的熔点就高于一般的原子晶体。(3)分子晶体的
7、熔点不一定都比金属晶体的低,如汞常温下是液体,熔点很低。【合作探究】(1)(思维升华)金属原子的核外电子在金属晶体中都为自由电子吗?(宏观辨识与微观探析)提示:因金属的原子半径大,最外层电子受原子核的吸引力小,易脱落而成为自由电子。(2)(思维升华)金属键可以看成是许多原子共用许多电子所形成的强烈相互作用,和共价键类似。金属键有饱和性和方向性吗?(证据推理与模型认知)提示:没有。金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用,自由电子为整个金属的所有阳离子所共有,故金属键没有方向性和饱和性。【典例示范】【典例】(2020银川高二检测)下列说法正确的是()A.钛和钾都采取图1的堆积方式 B.图2
8、为金属原子在二维空间里的非密置层放置,此方式在三维空间里堆积,仅得简单立方堆积 C.图3是干冰晶体的晶胞,晶胞棱长为a cm,则在每个CO2周围最近且等距离的CO2有8个 D.图4是一种金属晶体的晶胞,它是金属原子在三维空间以密置层采取ABCABC堆积的结果【解题指南】解答本题时要注意以下两点:(1)熟知金属晶体的四种堆积模型;(2)明确晶胞的结构特点。【解析】选D。A、钛采取图1的堆积方式,而钾采取体心立方堆积方式,A错误;B、按照图2的方式,在三维空间里的堆积可以得到2种方式,一种是简单立方堆积,一种是体心立方堆积,B错误;C、在干冰的晶胞中,在每个二氧化碳周围距离相等且最近的二氧化碳有1
9、2个,C错误;D、图4是金属原子在三维空间里以密置层采取ABCABC面心立方最密堆积,D正确。【素养训练】1.(2020昆明高二检测)如图是金属晶体内部的电子气理论示意图,仔细观察并用电子气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电子且无规则运动 D.金属能导电是因为金属阳离子和自由电子的相互作用【解析】选B。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,故能导电,与金属阳离子无关。2.下列各组物质中,按熔点由低到高的顺序排列正确的是()O2、I2、Hg
10、CO、Al、SiO2 Na、K、Rb Na、Mg、Al A.B.C.D.【解析】选D。中Hg在常温下为液态,而I2为固态,故错;中SiO2为原子晶体,其熔点最高,CO是分子晶体,其熔点最低,故正确;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,故错;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,故正确。【补偿训练】1.金属原子在二维空间里的放置有如图所示的两种方式,下列说法中正确的是 ()A.图(a)为非密置层,配位数为6 B.图(b)为密置层,配位数为4 C.图(a)在三维空间里堆积可得六方最密堆积和面心立方最密堆积
11、D.图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方堆积【解析】选C。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,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,非密置层的配位数较密置层小,为4。由此可知,题图中(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最密堆积和面心立方最密堆积两种堆积模型,非密置层在三维空间堆积可得简单立方堆积和体心立方堆积两种堆积模型。2.(2020双鸭山高二检测)金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式,六方 最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积,下图(a)、(b)、(c)分别代表这 三种晶胞的结构,其晶胞内金属原子个数比为()A.
12、321 B.1184 C.984 D.21149【解析】选A。晶胞(a)中所含原子=121/6+21/2+3=6;晶胞(b)中所含原子=81/8+61/2=4;晶胞(c)中所含原子=81/8+1=2;其晶胞内金属原子个数比为642=321,A正确。3.铁是一种重要的过渡元素,能形成多种物质,如作染料的普鲁士蓝(化学式为KFeFe(CN)6)。(1)Fe3+基态核外电子排布式为_。(2)在普鲁士蓝中,存在的化学键有离子键、_和_。(3)一定条件下,CN-可氧化为OCN-。OCN-中三种元素的电负性由大到小的顺序为_;碳原子采取sp杂化,1 mol该物质中含有的 键数目为 _。(4)与CN-互为等
13、电子体的一种分子为_。(填化学式)(5)常温条件下,铁的晶体采用如图所示的堆积方式,则这种堆积模型的配位数为_,如果铁的原子半径为a cm,阿伏加德罗常数的值为NA,则此种铁单质的密度表达式为_ gcm-3。【解析】(1)Fe位于第4周期第族,26号元素,因此Fe3+的基态核外电子排布式 为Ar3d5。(2)普鲁士蓝属于配合物,存在离子键,配位离子中存在配位键和共 价键。(3)同周期从左向右电负性增大,即ONC;C是sp杂化,因此1 mol OCN-中 存在2 mol 键,即数目为2NA。(4)本题考查等电子体的判断,等电子体是原子 总数相等,价电子总数相同的微粒,与CN-互为等电子体的分子是
14、CO或N2。(5)此 堆积模型为体心立方堆积,因此配位数为8,晶胞中铁原子的个数为8 +1=2,晶胞的质量为 g,铁原子的半径是a cm,相邻的铁原子的距离是体对角线 的一半,即体对角线为4a,则晶胞的边长为 cm,体积为 cm3,因此密度为 18A2 56N4a334a()32 gcm-3。答案:(1)Ar3d5(2)共价键 配位键(3)ONC 2NA(4)CO(或N2)(5)8 2 A356N4a()3A356N4a()3 知识点二 有关金属晶体晶胞的计算 1.金属晶体中晶胞空间利用率的计算:(1)计算晶胞中含有几个原子。(2)找出原子半径r与晶胞边长a的关系。(3)利用公式计算金属原子的
15、空间利用率:100%晶胞中含有原子的体积晶胞的体积简单立方堆积空间利用率=100%=100%52.36%体心立方堆积空间利用率=100%=100%=100%68.02%面心立方最密堆积空间利用率=100%=100%74.1%334a()32a63342r3a3342r34(r)3383344r3a3344r3(2 2r)2.利用均摊法计算金属晶体的密度的方法:(1)首先利用均摊法确定一个晶胞中平均含有的原子数目。(2)其次确定金属原子的半径和晶胞边长之间的关系。具体方法是:根据晶胞中金属原子的位置,灵活运用数学上立体几何的对角线(体对角线或面对角线)和边长的关系,将金属原子的半径和晶胞的边长放
16、在同一个直角三角形中,通过解直角三角形即可。(3)计算金属晶体的密度。首先求一个晶胞的质量:m=NM/NA,N表示一个晶胞中平均含有的金属原子数,M表示金属的摩尔质量,NA表示阿伏加德罗常数。然后求金属晶体的密度:密度=m/V,V表示一个晶胞的体积。【典例示范】【典例】(2020太原高二检测)(1)如图甲所示为二维平面晶体示意图,化学式表示为AX3的是_。(2)图乙为一个金属铜的晶胞,请完成以下各题:该晶胞“实际”拥有的铜原子数是_个;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 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 gcm-3,则
17、阿伏加德罗常数为_(用a、表示)。(3)X射线金相学中记载关于铜与金可形成两种有序的金属互化物,其结构如图所示。下列有关说法正确的是_。A.图、中物质的化学式相同 B.图中物质的化学式为CuAu3 C.图中与每个铜原子紧邻的铜原子有3个 D.设图中晶胞的边长为a cm,则图中合金的密度为 gcm-3 3A261N a【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)熟知金属晶体的四种常见堆积模型。(2)明确均摊法计算晶胞中含有金属原子个数的方法。【解析】(1)由题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12、13,求出化学式分别为AX2、AX3,故答案为b。(2)用“切割分摊法”:8
18、 +6 =4;面心立方晶胞;64=a3,NA=。(3)题图中,铜原子数为8 +2 =2,金原子数为4 =2,化学式为 CuAu。题图中,铜原子数为8 =1,金原子数为6 =3,故化学式为CuAu3。题图中,铜原子位于立方体的顶点,故紧邻的铜原子有6个。题图中,铜原子、金原子各为2个,晶胞的体积为a3 cm3,密度=(64+197)a3=gcm-3。1218A4N3256a1812181212Am2VN3A522N a答案:(1)b(2)4 C (3)B 3256a【规律方法】晶体粒子与M、(晶体密度,gcm-3)之间的关系 若1个晶胞中含有x个微粒,则1 mol该晶胞中含有x mol微粒,其质
19、量为xM g;又1个晶胞的质量为 a3 g(a3为晶胞的体积,单位为cm3),则1 mol晶胞的质量为 a3NA g,因此有xM=a3NA。【素养训练】(2020合肥高二检测)金晶体的最小重复单元(也称晶胞)如图所示,即在立方体的8个顶点各有1个金原子,各个面的中心有1个金原子,每个金原子被相邻的晶胞所共有。金原子的直径为d,用NA表示阿伏加德罗常数的值,M表示金的摩尔质量。(1)金晶体的每个晶胞中含有_个金原子。(2)欲计算1个金晶胞的体积,除假定金原子是刚性小球外,还应假定_。(3)1个晶胞的体积是_。(4)金晶体的密度是_。【解析】(1)由题中对金晶体晶胞的叙述,可求出每个晶胞中所拥有的
20、金原子个 数,即8 +6 =4。(2)金原子的排列是紧密堆积形式的,每个面心的原子和4个顶点的原子要相互 接触。(3)如图是金晶体中原子之间相互位置关系的平面图,AC为金原子直径的2倍,AB为立方体的边长,由图可得,立方体的边长为 d,所以一个晶胞的体积为(d)3=2 d3。1812222(4)1个晶胞的质量等于4个金原子的质量,所以=。答案:(1)4(2)每个面心的原子和4个顶点的原子相互接触(3)2 d3 (4)33AA4M2MN dN2 2d23A2MN d【补偿训练】1.(2020衡阳模拟)关于体心立方堆积晶体(如图)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
21、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。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,其中有8个顶点和1个体心,晶胞内含有原子个数为8 +1=2。182.(2020银川高二检测)如图,铁有、三种同素异形体,三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是()A.-Fe晶胞中含有2个铁原子,每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个 B.晶体的空间利用率:-Fe -Fe -Fe C.设-Fe晶胞中铁原子的半径为d,则-Fe晶胞的体积是16 d 3 D.已知铁的相对原子质量为a,阿伏加德罗常数为NA(mol-1),-Fe晶胞的密度为 gcm-3,则铁原子的半径r
22、(cm)=23A32a4N【解析】选B。-Fe晶胞中含有Fe的个数为1+8 =2。由图可知,每个铁原 子等距离且最近的铁原子有8个,A正确;设Fe原子的半径为r,晶胞的棱长为a。-Fe晶胞含有Fe的个数为2,因其含有体心,则有 a=4r,则a=r,则其空 间利用率为 100%68%;-Fe晶胞中含有Fe的个数为4,因其含面心,则有 a=4r,解得a=2 r,则其空间利用率为 100%74%;-Fe晶胞 中含有Fe的个数为1,有a=2r,则其空间利用率为 100%52%;故晶体的空 间利用率:-Fe-Fe -Fe,B错误;若-Fe晶胞中铁原子的半径为d,则立 1834 333342r34 3(r
23、3）223344r3(2 2r）334 r3(2r）方体的面对角线长为4d,所以立方体的棱长为2 d,则该晶胞的体积为(2 d)3=16 d3,C正确;-Fe晶胞中含有Fe的个数为2,则该晶胞的体积为 ,则其 棱长为 ,该晶胞的体对角线为棱长的 倍,也是原子半径的4倍,即 4r=,解得r=,D正确。2A2aN3A2aN3A2a3N3A32a4N2323.如下图所示为金属原子的四种基本堆积模型,请回答以下问题:(1)以上原子堆积方式中,空间利用率最低的是_(在图中选择,填字母,下同),由非密置层互相错位堆积而成的是_。(2)金属铜的晶胞堆积模型是_,每个晶胞含有_个铜原子,每个 铜原子周围有_个
24、紧邻的铜原子。【解析】A为简单立方堆积,为非密置型,空间利用率最低。金属铜采取面心立 方最密堆积,每个晶胞内含有的铜原子个数为8 +6 =4。取顶角上的一 个铜原子分析,离它最近的铜原子共有12个。答案:(1)A B(2)C 4 12 1812【备选考点】金刚石与石墨的比较 金刚石 石墨 晶体类型 原子晶体 混合晶体 构成微粒 碳原子 碳原子 微粒间的作用力 CC共价键 CC共价键、分子间作用力、金属键 碳原子的杂化方式 sp3杂化 sp2杂化 碳原子成键数 4 3 碳原子有无 剩余价电子 无 有一个2p电子 配位数 4 3 金刚石 石墨 晶体结构特征 正四面体空间网状结构 平面六边形层状结构
25、 晶体结构 物理性质 高熔点、高硬度、不导电 熔点比金刚石还高,质软、滑腻、易导电 最小碳环 六元环、不共面 六元环、共面【易错提醒】金刚石和石墨的认识误区(1)金刚石和石墨晶体虽然都有六元环,但是石墨晶体中的六元环是平面结构,而金刚石中是立体结构。(2)石墨晶体不是原子晶体,而是原子晶体与分子晶体之间的一种过渡型晶体。【针对练习】1.下列有关石墨晶体的说法正确的是()A.由于石墨晶体导电,所以它是金属晶体 B.由于石墨的熔点很高,所以它是原子晶体 C.由于石墨质软,所以它是分子晶体 D.石墨晶体是一种混合晶体【解析】选D。石墨晶体中既有共价键,又有金属键,还有范德华力,因此它是一种混合晶体。
26、2.C60、金刚石和石墨的结构模型如图所示(石墨仅表示其中的一层结构):(1)C60、金刚石和石墨三者的关系互为_。A.同分异构体 B.同素异形体 C.同系物 D.同位素(2)固态时,C60属于_(填“原子”或“分子”)晶体,C60分子中含有双键和单键,推测C60跟F2_(填“能”或“不能”)发生加成反应。(3)硅晶体的结构跟金刚石相似,1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是_NA个。二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入一个氧原子。二氧化硅的空间网状结构中,硅、氧原子形成的最小环上氧原子数目是_。(4)石墨层状结构中,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是_个。【解析】(2)C
27、60晶体中存在不饱和的碳碳双键,在一定条件下能与F2发生加成反 应。(3)晶体硅的结构与金刚石相似,存在以硅原子为中心和顶点的正四面体结 构单元,每个硅原子形成4个SiSi键,但一个SiSi键为2个硅原子共有,故一 个硅原子可形成2个SiSi键,即1 mol硅原子能形成2 mol SiSi键。(4)石墨 中每个碳原子形成3条CC键,故每个碳原子为3个六边形共用,每个六边形拥有 碳原子个数为6 =2个。答案:(1)B(2)分子 能(3)2 6(4)2 13【课堂小结】【三言两语话重点】1.金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用形成金属键。2.金属阳离子与自由电子通过金属键形成金属晶体。3.金属键
28、无方向性、饱和性;金属原子的半径越小,价电子数越多,金属键越强,晶体的熔沸点越高、硬度越大。4.金属晶体的四种堆积模型: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。课堂检测素养达标 1.(2020忻州高二检测)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.金属键中的自由电子属于整块金属 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。金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用,自由电子为整个金属的所有阳离子所共有,所以金属键没有方向性和饱和性,A正确;金属键是金属阳离子和自由电子这
29、两种带异性电荷的微粒间的强烈静电作用,既包括吸引也包括排斥作用,B错误;自由电子在金属中自由运动,为整个金属的所有阳离子所共有,C正确;金属晶体中的金属键决定了金属的性质和金属固体的形成,D正确。2.(教材改编)金属的下列性质中与金属晶体无关的是()A.良好的导电性 B.反应中易失电子 C.良好的延展性 D.良好的导热性【解析】选B。A、C、D都是金属的物理通性,这些性质是由金属晶体所决定的;金属易失电子是由金属原子的结构决定的,与金属晶体无关。3.(2020太原高二检测)金属具有延展性的原因是()A.金属原子半径都较大,价电子数较少 B.金属受外力作用变形时,金属阳离子与自由电子间仍保持较强
30、烈的作用 C.金属中大量自由电子受外力作用时,运动速率加快 D.自由电子受外力作用时能迅速传递能量【解析】选B。金属价电子较少,容易失去电子,能说明有还原性,A错误;金属键存在于整个金属中,且一般较强,难以断裂。金属通常采取最密集的堆积方式,锻压或者锤打时,金属原子之间容易滑动,但不影响紧密的堆积方式,故有延展性,B正确;金属延展性是原子的相对滑动,而不是电子的运动,C错误;自由电子传递能量,与延展性无关,可以影响金属的导热性,D错误。4.(2020石家庄模拟)如图为金属镉的堆积方式,下列说法正确的是()A.此堆积方式属于非最密堆积 B.此晶胞类型为面心立方堆积 C.配位数(一个金属离子周围紧
31、邻的 金属离子的数目)为8 D.镉的堆积方式与铜的堆积方式不同【解析】选D。据图可看出,镉的堆积方式为“ABAB”形式,为A3型堆积,即六方最密堆积,而铜的堆积方式为面心立方最密堆积,故A、B两项错误,D项正确;六方最密堆积的配位数为12,中间一层为6个,上下两层各有3个,C项错误。5.(2020成都高二检测)下列有关金属晶体的说法中错误的是()A.温度越高,金属的导电性越差 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.镁型堆积和铜型堆积是密置层在三维空间形成的两种堆积方式,其配位数都是12 D.金属离子与自由电子之间的强烈作用,在一定外力作用下,不因形变而消失【解
32、析】选B。温度越高,电阻越大,金属的导电性越差,故A正确;金属晶体中非密置层在三维空间可形成两种堆积方式,为简单立方堆积、体心立方堆积,其配位数分别是6、8,故B错误;镁型堆积和铜型堆积是密置层在三维空间形成的两种堆积方式,其配位数都是12,故C正确;金属离子与自由电子之间的强烈作用,即金属键,在一定外力作用下,不因形变而消失,故D正确。6.(2020唐山模拟)已知铜的晶胞结构如图所示,则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别是()A.14、6 B.14、8 C.4、8 D.4、12【解析】选D。(1)晶胞中所含原子的计算方法:晶胞顶点上的原子占 ,棱上 的原子占 ,面上的原子占 ,体心上的原子
33、为1,根据以上规律就可计算晶胞 所含的原子数。(2)金属晶体中金属原子的配位数即为距离该原子最近的金属 原子的数目。在Cu的晶胞中,顶角原子为8个晶胞共用,面上的铜原子为两个晶 胞共用,因此,金属铜的一个晶胞的原子数为8 +6 =4。在Cu的晶胞中,与每个顶点的铜原子距离相等的铜原子共有12个,因此其配位数为12。18141218127.(2020福州高二检测)如图是元素周期表的一部分。已知R的核电荷数小于36,气态氢化物沸点:MHnYHn。(1)表中五种元素第一电离能最大的是_(填元素符号),Y的最简 单氢化物分子的立体构型为_,基态R原子中有_个未成对 电子。(2)Y的最高价氧化物熔点比M
34、的最高价氧化物熔点低,原因是_ _,YZ-中 键与 键的个数比为 _。(3)中Y原子的杂化方式是_,写出一种与 互为等电子 体的粒子_(用化学符号表示)。23YO 23YO(4)Z的一种常见氢化物能与硫酸铜反应生成配合物。请用结构简式表示该配合物中的阳离子:_。(5)如图为某金属单质的面心立方晶胞结构示意图,该晶体中配位数是_;测得此晶体的密度为2.7 gcm-3,晶胞的边长为0.405 nm,则此金属原子的相对原子质量为_(结果保留整数)。【解析】R的核电荷数小于36,由元素在周期表中相对位置,可知X、Y、Z处于第2周期,M处于第3周期,R处于第4周期,气态氢化物沸点:MHnYHn,氢化物Y
35、Hn分子之间没有氢键,H与Al之间不能形成气态氢化物,则Y为C、M为Si、R为Ge、X为B、Z为N。(1)同主族自上而下第一电离能减小,同周期随原子序数增大,元素第一电离能呈增大趋势,氮元素2p能级为半满稳定状态,第一电离能高于同周期相邻元素,表中五种元素第一电离能最大的是N,Y的最简单氢化物为CH4,分子的立体构型为正四面体。基态R原子外围电子排布式为4s24p2,有2个未成对电子。(2)Y的最高价氧化物为分子晶体,M的最高价氧化物为原子晶体,故Y的最高价氧 化物熔点比M的最高价氧化物熔点低,CN-与氮气分子互为等电子体,CN-中C与N之 间形成3对共用电子对,则键与键的数目比为12。(3)
36、中C孤电子对数=0,价层电子对数=3+0=3,C的杂化方式是 sp2,一种与 互为等电子体的粒子为 (或Si 等)。(4)Z的一种常见氢化物能与硫酸铜反应生成配合物,该配合物中的阳离子是 。23CO(422 3)2 23CO 3NO23O(5)以顶点原子研究,与之相邻的原子处于面心,每个顶点为8个晶胞共用,每个 面心为2个晶胞共用,该晶体中配位数是3 =12,晶胞中原子数目为8 +6 =4,设金属的相对原子质量为M,则 g=2.7 gcm-3(0.40510-7 cm)3,解得M=27。821812234 M6.02 10 答案:(1)N 正四面体 2(2)Y的最高价氧化物是分子晶体,M的最高
37、价氧化物是原子晶体 12(3)sp2杂化 (或Si 等)(4)(5)12 27 3NO23O【补偿训练】(2020贵阳高二检测)金属钨晶体中晶胞的结构模型如图所示。实际测得金属钨的密度为,钨的相对原子质量为M,假定钨原子为等直径的刚性球,请回答下列问题:(1)每一个晶胞分摊到_个钨原子。(2)晶胞的边长a为_。(3)钨的原子半径r为_(只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。(4)金属钨原子形成的体心立体结构的空间利用率为_。【解析】(1)晶胞中每个顶点的钨原子为8个晶胞所共有,体心的钨原子完全为 该晶胞所有,故每一个晶胞分摊到2个钨原子。(2)每个晶胞中含有2个钨原子,则每个晶胞的质量m=,又因每个晶胞的体积V=a3,所以晶胞密度=,a=。(3)钨晶胞体对角线的长度为钨原子半径的4倍,即4r=a,r=(4)每个晶胞含有2个钨原子,2个钨原子的体积V=2 r3=,则该体 心立方结构的空间利用率=100%68%。答案:(1)2(2)(3)(4)68%A2MNmV3A2MN a3A2MN 33A3a32M44N。4338 r333338 r83(a)V3334100%100%Vaa83A2MN 3A32M4N