苏教版高中化学选修三31《金属键金属晶体》参考课件 (共62张PPT)

1、专题专题3 3 微粒间作用力与物质性质微粒间作用力与物质性质金属元素在周期表中的位置及原子结构特征金属元素在周期表中的位置及原子结构特征金属样品金属样品已学过的金属知识已学过的金属知识金属的分类金属的分类按密度分按密度分重金属：铜、铅、锌等重金属：铜、铅、锌等 轻金属：铝、镁等轻金属：铝、镁等 冶金工业冶金工业黑色金属：铁、铬、锰黑色金属：铁、铬、锰 有色金属：除铁、铬、锰以外的金属有色金属：除铁、铬、锰以外的金属 按储量分按储量分常见金属：铁、铝等常见金属：铁、铝等 稀有金属：稀有金属：锆、钒、钼锆、钒、钼4.5g/cm3教科书教科书 P321.1.非金属原子之间通过共价键结合成单质或化合物

2、，非金属原子之间通过共价键结合成单质或化合物，活泼金属与活泼非金属通过离子键结合形成了离子化活泼金属与活泼非金属通过离子键结合形成了离子化合物。那么，金属单质中金属原子之间是采取怎样的合物。那么，金属单质中金属原子之间是采取怎样的方式结合的呢？方式结合的呢？2.2.你能归纳出金属的物理性质吗你能归纳出金属的物理性质吗? ?你知道金属为什么具你知道金属为什么具有这些物理性质吗有这些物理性质吗? ?金属键与金属的特性金属键与金属的特性 大多数金属单质都有较高的熔点，说明了什么？金大多数金属单质都有较高的熔点，说明了什么？金属能导电又说明了什么？属能导电又说明了什么？说明金属晶体中存在着强烈的相互作

3、用说明金属晶体中存在着强烈的相互作用;金属具有导电金属具有导电性性,说明金属晶体中存在着能够自由流动的电子。说明金属晶体中存在着能够自由流动的电子。课前自主学案课前自主学案一、金属键和金属特性一、金属键和金属特性1金属键金属键(1)金属阳离子和自由电子的形成金属阳离子和自由电子的形成金属原子的部分或全部金属原子的部分或全部_受原子核的束缚比受原子核的束缚比较较_，在金属晶体内部，它们可以从原子，在金属晶体内部，它们可以从原子“_”下来，形成自由流动的下来，形成自由流动的_。金属原子失去部分或全。金属原子失去部分或全部部_形成形成_。外围电子外围电子弱弱脱落脱落电子电子外围电子外围电子金属阳离子

4、金属阳离子概念概念:_与与_之间强烈的相互作用称之间强烈的相互作用称为金属键。为金属键。金属阳离子金属阳离子自由电子自由电子根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素金属金属Na MgAlCr原子外围电子排布原子外围电子排布3s1 3s23s23p13d54s1原子半径原子半径/pm186160143.1124.9原子化热原子化热/kJmol-1108.4146.4326.4397.5熔点熔点/97.56506601900部分金属的原子半径、原子化热和熔点部分金属的原子半径、原子化热和熔点金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关，金属键的强弱又可金属的熔点、硬度

5、与金属键的强弱有关，金属键的强弱又可以用原子化热来衡量。原子化热是指以用原子化热来衡量。原子化热是指1mol金属固体完全气化金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。成相互远离的气态原子时吸收的能量。有的金属软如蜡有的金属软如蜡,有的金属硬如钢有的金属硬如钢;有的有的金属熔点低金属熔点低,有的金属熔点高有的金属熔点高,为什么为什么?(2)影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素金属元素的原子半径金属元素的原子半径单位体积内自由电子的数目单位体积内自由电子的数目一般而言：一般而言： 金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子数目越大，金属键越强，

6、金属晶体的硬度越大，熔、数目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。沸点越高。 如：如：NaMgAl金属键大小顺序金属键大小顺序 。(3)金属键对物质性质影响金属键对物质性质影响金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。如：如：同一周期金属原子半径越来越小，单位体积内自由同一周期金属原子半径越来越小，单位体积内自由电子数增加，故熔点越来越高，硬度越来越大；电子数增加，故熔点越来越高，硬度越来越大； 同一主族金属原子半径越来越大，单位体积内自由同一主族金属原子半径越来越大，单位体积内自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。电子数

7、减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。金金属晶体熔点差别很大属晶体熔点差别很大2. 2. 金属的物理性质金属的物理性质 具有金属光泽具有金属光泽, ,能导电能导电, ,导热导热, ,具有良好的延具有良好的延展性展性, ,金属的这些共性是有金属晶体中的化学键金属的这些共性是有金属晶体中的化学键和金属原子的堆砌方式所导致的和金属原子的堆砌方式所导致的（1）导电性）导电性（2）导热性）导热性（3）延展性）延展性 （1）导电性）导电性通常情况，金属内部自由电子的运动无方向性，在外通常情况，金属内部自由电子的运动无方向性，在外加电场作用下，自由电子在金属内部将会发生加电场作用下，自由电子在金属内部将会发生

8、_运动，形成电流。所以金属具有导电性。运动，形成电流。所以金属具有导电性。定向定向(2)导热性导热性金属受热时，金属受热时，_与与_碰撞频率增碰撞频率增加，加，_把能量传给把能量传给_。从而把能。从而把能量从温度量从温度_的区域传到温度的区域传到温度_的区域。的区域。(3)延展性延展性自由电子与金属阳离子之间的作用没有自由电子与金属阳离子之间的作用没有_。在外力作用下，金属原子间发生相对滑动时，各层在外力作用下，金属原子间发生相对滑动时，各层金属原子间保持金属原子间保持_的作用，不会的作用，不会_。金属阳离子金属阳离子自由电子自由电子自由电子自由电子金属阳离子金属阳离子高高低低方向性方向性金属

9、键金属键改变改变金属的延展性金属的延展性自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子错位错位+ + + + + + +4 4、金属晶体结构具有金属光泽和颜色、金属晶体结构具有金属光泽和颜色由于自由电子可由于自由电子可吸收所有频率的光吸收所有频率的光，然后很快释，然后很快释放出各种频率的光放出各种频率的光，因此绝大多数金属具有银白，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于铅等）由于较易吸收某些频率的光而呈现较为特较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。殊的颜色。当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，金属

10、晶体的晶面取向杂乱、晶面取向杂乱、晶格排列不规则晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。以成黑色。金属的特点金属的特点常温下，单质都是固体，汞常温下，单质都是固体，汞(Hg)除外；除外；大多数金属呈银白色，有金属光泽，大多数金属呈银白色，有金属光泽，但但金金(Au)色，铜色，铜(Cu)色，色，铋铋(Bi) 色，铅色，铅(Pb) 色。色。 黄黄 红红 微红微红 蓝白蓝白总总 结结金属键的概念金属键的概念运用金属键的知识解释金属的物理运用金属键的知识解释金属的物理性质的共性和个性性质的共性和个性影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素1.下列有关金属键的叙述

11、错误的是下列有关金属键的叙述错误的是 ( )A. 金属键没有方向性金属键没有方向性B. 金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的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强烈的静电吸引作用C. 金属键中的电子属于整块金属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金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关关B2. 金属的下列性质与金属键无关的是金属的下列性质与金属键无关的是( )A. 金属不透明并具有金属光泽金属不透明并具有金属光泽B. 金属易导电、传热金属易导电、传热C. 金属具有较强的还原性金属具有较强的还原性D. 金属具有延展性金属具有延展性C3. 金

12、属键的强弱与金属金属键的强弱与金属价电子数价电子数的多少有关，价电子的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的数越多金属键越强；与金属阳离子的半径大小半径大小也有关，也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是金属熔点逐渐升高的是( ) A. Li Na K B. Na Mg AlC. Li Be Mg D. Li Na MgB黄铁矿黄铁矿萤萤 石石水晶水晶绿色鱼眼石绿色鱼眼石金属晶体金属晶体一、一、 晶体晶体1 1、定义、定义 通过通过结晶过程结晶过程形成的具有形成的具有规则几何外形规则几何外形的的固体固体叫

13、叫晶体。晶体。 通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。阅读教科书阅读教科书P34 化学史话化学史话人类对晶体结构的认识人类对晶体结构的认识（1）构成微粒）构成微粒金属阳离子、自由电子金属阳离子、自由电子（2）微粒间作用）微粒间作用金属键金属键2、金属晶体的堆积方式和对应的晶胞、金属晶体的堆积方式和对应的晶胞金属晶体金属晶体晶胞：晶胞：从晶体中从晶体中“截取截取”出来具有代表性的最出来具有代表性的最小部分。是能够反映晶体结构特征的基本重复小部分。是能够反映晶体结构特征的基本重复单位。单位。晶胞晶胞与与晶体晶体砖块砖块与与墙墙蜂室蜂室与与蜂巢蜂巢在

14、金属晶体中，在金属晶体中，由于金属键没有方向性，由于金属键没有方向性，金属原子如同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。金半径相等的小球一样，彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶体中金属原子的紧密堆积是有一定规律的属晶体中金属原子的紧密堆积是有一定规律的。密堆积的定义密堆积的定义:密堆积：密堆积：由无方向性的金属键、离子键和范德华力由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。度最大的那些结构。

15、密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽可能降低，而结构稳定。可能降低，而结构稳定。 二维平面堆积方式二维平面堆积方式I I 型型II II 型型行列对齐四球一空行列对齐四球一空 非最紧密排列非最紧密排列行列相错三球一行列相错三球一空最紧密排列空最紧密排列密置层密置层非密置层非密置层展示两种排列方式并理解每一种方式的配位数及空间利展示两种排列方式并理解每一种方式的配位数及空间利用率。用率。配位数配位数：一个原子紧密接触的原子数：一个原子紧密接触的原子数 非密置层非密置层 密置层密置层2134213645金属晶体金属原子自由电子(2) 三维空间堆积

16、方式三维空间堆积方式. 简单立方堆积简单立方堆积形成简单形成简单立方晶胞立方晶胞，配位数为，配位数为6 6，为，为非密置非密置堆积，空间利堆积，空间利用率较低，为用率较低，为5252 ，金属钋（，金属钋（PoPo）采取这种堆积方式。）采取这种堆积方式。形成简单形成简单立方晶胞立方晶胞，空间利用率较低，为，空间利用率较低，为5252 ，教科书教科书P36图图3-10NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等等. 体心立方堆积体心立方堆积 非密置层的另一种堆积非密置层的另一种堆积是将上层金属原子填入是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的下层的金属原子形成的凹穴中凹穴中这是另一种这是另一种非密

17、置非密置堆积方式，将上层金属填入下层金堆积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中属原子形成的凹穴中, ,得到的是得到的是体心立方堆积体心立方堆积。其配。其配位数为位数为8 8，空间利用率为，空间利用率为68.02%68.02%。体心立方堆积体心立方堆积 钾型钾型配位数：配位数：8空间占有率：空间占有率：68.02%第一层第一层 ：密置堆积密置堆积123456第二层第二层 :对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的 )123456AB，关键是第三层，对第一、二层来说，

18、第三层可以有关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。两种最紧密的堆积方式。上图是此种六方上图是此种六方堆积的前视图堆积的前视图ABABA 第一种：第一种： 将第三层球对准第一层的球将第三层球对准第一层的球123456 于是每两层形成一个于是每两层形成一个周期，即周期，即 AB AB 堆积方堆积方式，形成六方堆积式，形成六方堆积。 III.六方堆积六方堆积镁、锌、钛等镁、锌、钛等六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图 配位数配位数 12 ( 同层同层 6，上下层各上下层各 3 )（1）ABAB堆积方式堆积方式 （2）ABCABC堆积方式堆积方式123456123456AB

19、ABCA123456CIV. 面心立方面心立方 （铜型铜型）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型4 4此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图 配位数配位数 12 12 ( ( 同层同层 6 6， 上下层各上下层各 3 3 ) ) 面心立方堆积面心立方堆积金、银、铜、铅等金、银、铜、铅等BCA ABC ABC ABC ABC 形式的堆积，形式的堆积，为什么是面心立方堆积？为什么是面心立方堆积？ 我们来加以说明。我们来加以说明。红红、蓝蓝球是同种球是同种原子，原子，使用两种使用两种色球只是为了看色球只是为了看清两层的关系清两层的关系 。 密置双层密置双层A1型最密堆积型最

20、密堆积: ABCABCA A1 1型第型第3 3层球堆在层球堆在正八面体空隙上正八面体空隙上面心立方面心立方 BCA面心立方最密堆积分解图堆积模型堆积模型采纳这种堆积采纳这种堆积的典型代表的典型代表空间空间利用率利用率配位数配位数晶胞晶胞非密非密置层置层简单立简单立方堆积方堆积Po(钋钋)52%6体心立体心立方堆积方堆积Na、K、Cr、Mo、W68%82、金属晶体的堆积方式和对应的晶胞、金属晶体的堆积方式和对应的晶胞堆积模型堆积模型采纳这种堆积采纳这种堆积的典型代表的典型代表空间空间利用率利用率配位数配位数晶胞晶胞密密置置层层六方最六方最密堆积密堆积Mg、Zn、Ti74%12面心立面心立方最密

21、方最密堆积堆积Cu、Ag、AuPb74%122. 晶胞中金属原子数目的计算晶胞中金属原子数目的计算(平均值平均值)顶点占顶点占1/8棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2体心占体心占12.晶胞中微粒数的计算晶胞中微粒数的计算在六方体顶点的微粒为在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的个晶胞共有，在面心的为为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。 微粒数为：微粒数为：121/6 + 21/2 + 3 = 6 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的个晶胞共有，在面心的为为2个晶胞共有。个晶胞共有。 微粒数为：微粒数为：81/8 + 6

22、1/2 = 4 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。心的金属原子全部属于该晶胞。 微粒数为：微粒数为：81/8 + 1 = 2长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶点顶点-1/8 棱棱-1/4 面心面心-1/2 体心体心-1(1)(1)体心立方：体心立方：(2)(2)面心立方：面心立方：(3)(3)六方晶胞：六方晶胞：合金合金(1)定义：定义：把两种或两种以上的金属把两种或两种以上的金属(或金属与非或金属与非金属金属)熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。熔合而成的具有金属特性的

23、物质叫做合金。 例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌、锌33%）；）；青铜是铜和锡的合金（含铜青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡、锡22%）；钢和生）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故合金可以认为是具有金铁是铁与非金属碳的合金。故合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合物。属特性的多种元素的混合物。(2) (2) 合金的特性合金的特性 合金的熔点比其成分中金属合金的熔点比其成分中金属 (低，低， 高，高，介于两种成分金属的熔点之间；介于两种成分金属的熔点之间；) 具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。加工性能。

24、 低低教科书教科书P37 拓展视野拓展视野1. 右图是钠晶体的晶胞结构，右图是钠晶体的晶胞结构，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是 .如某晶体是右图六棱柱状晶胞，如某晶体是右图六棱柱状晶胞，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是 .钠晶体的晶胞钠晶体的晶胞练练 习习8 1/8 +1=212 1/6+2 1/2 + 3 = 62. 最近发现一种由某金属原子最近发现一种由某金属原子M和非金属原子和非金属原子N构成构成的气态团簇分子，如图所示顶角和面心的原子是的气态团簇分子，如图所示顶角和面心的原子是M原子，棱的中心和体心的原子是原子，棱的中心和体心的原子是N原子，它的化学式原子，它的化学式为为(

25、)A BMNC D条件不够，无法写出化学式条件不够，无法写出化学式44NM1314NMC练 习3.合金有许多特点合金有许多特点,如钠如钠-钾合金钾合金 ( 含钾含钾50% 80%)为液为液体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是碳三种物质中，熔点最低的是 ( ) A. 生铁生铁 B. 纯铁纯铁 C. 碳碳 D. 无法确定无法确定练 习A2. 2. 某些金属晶体某些金属晶体(Cu(Cu、AgAg、Au)Au)的原子按面心立方的原子按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中可以划出一块正的形式紧密堆积，即在晶体结构中可以划出一块正立方体的