高二化学,选修三,第三章第三节金属晶体

1、 第三节第三节 金属晶体金属晶体第一课时第一课时金属样品金属样品 一一、金属共同的物理性质金属共同的物理性质容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。金属为什么具有这些共同性质呢金属为什么具有这些共同性质呢? ?二、金属的结构二、金属的结构问题：问题：构成金属的粒构成金属的粒子有哪些？子有哪些？组成粒子：组成粒子： 金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子金属离子和自由电子之间的较强作金属离子和自由电子之间的较强作用用 金属键金属键“有阳离子而无阴离子有阳离子而无阴离子”是金属独有的特性。是金属独有的特性。作用力：作用力：金属单质中不存在金属单质中不存在单

2、个分子或原子。单个分子或原子。金属晶体：金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体通过金属键作用形成的单质晶体常温下，绝大多数金属单质和常温下，绝大多数金属单质和合金都是金属晶体，但汞除外，合金都是金属晶体，但汞除外，因汞在常温下呈液态。因汞在常温下呈液态。金属晶体的熔沸点差别较大。金属晶体的熔沸点差别较大。熔化时破坏的作用力：熔化时破坏的作用力：金属键金属键金属阳离子半径越小，所带金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强，电荷数越多，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。熔沸点越高，硬度越大。练习练习 2.下列有关性质的描述，可能是金属晶体的是下列有关性质的描述，可能是金属晶体的是（ ） A、

3、有分子间作用力结合而成，熔点很低、有分子间作用力结合而成，熔点很低 B、固体或熔融态易导电，熔点较高、固体或熔融态易导电，熔点较高 C、由共价键结合成网状晶体，熔点很高、由共价键结合成网状晶体，熔点很高 D、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于水后能、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于水后能导电导电B1.下列说法错误的是（下列说法错误的是（ ）A、镁的硬度大于铝、镁的硬度大于铝B、镁的熔沸点低于钙、镁的熔沸点低于钙C、镁的硬度大于钾、镁的硬度大于钾D、钙的熔沸点高于钾、钙的熔沸点高于钾AB 金属键的成键微粒：金属键的成键微粒：金属阳离子和自由电子。金属阳离子和自由电子。存存 在于金属单质和合金中

4、。在于金属单质和合金中。金属键的特征：自由电子可以在整块金属中自由金属键的特征：自由电子可以在整块金属中自由 移动，因此移动，因此金属键没有方向性和饱和性。金属键没有方向性和饱和性。金属键金属键金属键的本质：金属键的本质：“电子气理论电子气理论”(自由电子理论自由电子理论)金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的“电子气电子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。维系在一起。【讨论【讨论1 1】 金属为什么易导电？金属为什么易导电？ 在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由在金属晶体中，存在着许多自由电子，

5、这些自由电子的运动是没有一定方向的，但电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件在外加电场的条件下下自由电子自由电子就会就会发生定向运动发生定向运动，因而形成电流，所以，因而形成电流，所以金属容易导电。导电性随温度升高而降低。金属容易导电。导电性随温度升高而降低。三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系1、金属晶体结构与金属导电性的关系、金属晶体结构与金属导电性的关系金属晶体金属晶体电解质溶液导电电解质溶液导电导电导电粒子粒子阴、阳离子阴、阳离子导电导电实质实质影响影响因素因素离子的浓度、离子所带电荷离子的浓度、离子所带电荷数、离子的运动速率（温度）数、

6、离子的运动速率（温度）金属导电和电解质溶液导电的区别：金属导电和电解质溶液导电的区别：在外电场的作用下，自在外电场的作用下，自由电子定向移动，为物由电子定向移动，为物理变化理变化在外电场的作用下，阴、阳在外电场的作用下，阴、阳离子分别向阳极和阴极做定离子分别向阳极和阴极做定向移动，并在两极发生氧化向移动，并在两极发生氧化还原反应，故还原反应，故电解质溶液导电解质溶液导电的过程即为电解过程，为电的过程即为电解过程，为化学变化化学变化温度温度自由电子自由电子【讨论【讨论2 2】金属为什么易导热？金属为什么易导热？ 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，引起两者能量

7、的交换。当金属某部分受热时，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。快，通过碰撞，把能量传给金属离子。 金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时与自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。，从而使整块金属达到相同的温度。2、金属晶体结构与金属导热性的关系、金属晶体结构与金属导热性的关系【讨论【讨论3 3】金属为什么具有较好的延展性？金属为什么具有较好的延展性？ 原子晶

8、体受外力作用时，晶体中的各原子原子晶体受外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排层就会发生相对滑动，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，所以到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以在各原子层之间发生相对滑动之后，仍可保在各原子层之间发生相对滑动之后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延展性。展性。3、金属晶体结构与金属延展性的关系、金属晶体结构与金属延展性的关系

9、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由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很自由电子可吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光快释放出各种频率的光，因此绝大多数金，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收某较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色些频率的光而呈现较为特殊的颜色。当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂晶面取向杂乱、晶格排列不规则乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。不出去，

10、所以成黑色。小结：三种晶体类型与性质的比较小结：三种晶体类型与性质的比较晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念作用力作用力构成微粒构成微粒物物理理性性质质熔沸点熔沸点硬度硬度导电性导电性实例实例金刚石、二氧化硅、金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅晶体硅、碳化硅 Ar、S等等Au、Fe、Cu、钢铁等钢铁等相邻原子之间以共价键相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网相结合而成具有空间网状结构的晶体状结构的晶体共价键共价键原子原子很大很大很高很高无（硅为半导体）无（硅为半导体）分子分子分子间以范德分子间以范德华力相结合而华力相结合而成的晶体成的晶体范德华力范德华力很低

11、很低很小很小无无通过金属键形成的通过金属键形成的晶体晶体金属键金属键金属阳离子和自金属阳离子和自由电子由电子差别较大差别较大差别较大差别较大导体导体练习练习 金属晶体的形成是因为晶体中存在（金属晶体的形成是因为晶体中存在（ ）A.A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用B B金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.C.金属离子与自由电子间的相互作用金属离子与自由电子间的相互作用 D.D.金属原子与自由电子间的相互作用金属原子与自由电子间的相互作用 金属能导电的原因是（金属能导电的原因是（ ）A.A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱相互

12、作用较弱 B B金属晶体中的自由电子在外加电场作用金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动下可发生定向移动 C C金属晶体中的金属阳离子在外加电场作金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动用下可发生定向移动 D D金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子 CB 下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子阴离子B B原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价离子晶体中只含有离子键，不含有共价键键 D D分子晶体中只存在分子

13、间作用力，不含分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键有其他化学键 为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？高？B练习练习资资料料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属是- 汞汞熔点最高的金属是熔点最高的金属是- 钨钨密度最小的金属是密度最小的金属是- 锂锂密度最大的金属是密度最大的金属是- 锇锇硬度最小的金属是硬度最小的金属是- 铯铯硬度最大的金属是硬度最大的金属是- 铬铬最活泼的金属是最活泼的金属是-铯铯最稳定的金属是最稳定的金属是-金金延性最好的金属是延性最好的金属是

14、- 铂铂展性最好的金属是展性最好的金属是- 金金 第三节第三节 金属晶体金属晶体 第二课时第二课时重点重点金属晶体的四种堆积模型及简单计算金属晶体的四种堆积模型及简单计算1 1、下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是、下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是 （ ） A A、用铁制品做炊具、用铁制品做炊具 B B、用金属铝制成导线、用金属铝制成导线 C C、用铂金做首饰、用铂金做首饰 D D、铁易生锈、铁易生锈D D2 2、下列物质中含有金属键的是、下列物质中含有金属键的是 ( )( )A A、金属铝、金属铝 B B、合金、合金C C、NaOH DNaOH D、NHNH4 4ClClAB

15、AB3 3、金属键的强弱与金属、金属键的强弱与金属价电子数价电子数的多少有关，的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的半径半径大小大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是 （ ）A A、Li Na K BLi Na K B、Na Mg AlNa Mg AlC C、Li Be Mg DLi Be Mg D、Li Na MgLi Na MgB B4 4、下列有关金属晶体叙述正确的是（、下列有关金属晶体叙述正确的是（ ）A A、常温下金属单质

16、都以金属晶体形式存在、常温下金属单质都以金属晶体形式存在B B、金属离子与自由电子之间的强烈作用，在一、金属离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失定外力作用下，不因形变而消失C C、钙的熔、沸点低于钾、钙的熔、沸点低于钾D D、温度越高，金属的导电性越好、温度越高，金属的导电性越好B B二、二、 金属晶体的原子堆积模型金属晶体的原子堆积模型 分子晶体中，分子晶体中，分子间范德华力分子间范德华力使分子有序排列；使分子有序排列； 原子晶体中，原子晶体中，原子之间的共价键原子之间的共价键使原子有序排列；使原子有序排列； 金属晶体中，金属晶体中，金属键金属键使金属原子有序排列。

17、使金属原子有序排列。 讨论讨论: 金属原子的空间如何排列？金属原子的空间如何排列？ 1. 几个概念几个概念 紧密堆积：紧密堆积：微粒之间的作用力，使微粒间尽微粒之间的作用力，使微粒间尽可能地相互接近，使它们占有最小的空间。可能地相互接近，使它们占有最小的空间。 空间利用率：空间利用率：空间被晶格点占据的百分数，空间被晶格点占据的百分数，用来表示紧密堆积的程度。用来表示紧密堆积的程度。 配位数配位数：在密堆积中，一个原子或离子周围：在密堆积中，一个原子或离子周围距离最近且相等距离最近且相等的原子或离子的数目。的原子或离子的数目。2. 堆积原理堆积原理 组成晶体的金属原子在没有其他因素的组成晶体的

18、金属原子在没有其他因素的影响时，在空间的排列大都遵循影响时，在空间的排列大都遵循紧密堆积紧密堆积原理原理。 这是因为在金属原子吸引更多的其他原子这是因为在金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。的能量，使晶体变得比较稳定。3. 金属原子在二维平面中放置的金属原子在二维平面中放置的两种方式两种方式 金属晶体中的原子可看做金属晶体中的原子可看做直径相等的直径相等的小圆球小圆球。把它们放置在一平面上，可有两。把它们放置在一平面上，可有两种排布方式：种排布方式： (1) 非密置层非密置层 (2) 密置层密置层金属晶体

19、的原子二维平面堆积模型金属晶体的原子二维平面堆积模型 （a）非密置层（b）密置层哪种排列方式哪种排列方式圆球周围剩余圆球周围剩余空隙最小？空隙最小？(a) 图空隙较大，配位数是图空隙较大，配位数是4；(b)图空隙最小，配位数是图空隙最小，配位数是8。 简单立方堆积（简单立方堆积（PoPo）4. 4. 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非密置层堆积非密置层堆积金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式简单立方堆积简单立方堆积 晶胞的形状是什晶胞的形状是什么？含几个原子？么？含几个原子？ 体心立方堆积（体心立方堆积（ IA，VB，VIB）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积

20、模型金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式钾型钾型三维堆积三维堆积四种方式四种方式 简简单单立立方方堆堆积积钾型钾型体心体心立方立方由由非非密密置置层层一一层层一一层层堆堆积积而而成成 简简单单立立方方堆堆积积钾型钾型体心体心立方立方 简简单单立立方方堆堆积积 简简单单立立方方堆堆积积钾型钾型体心体心立方立方 简简单单立立方方堆堆积积 简简单单立立方方堆堆积积4. 4. 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密置层堆积密置层堆积123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准球对准 1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6

21、 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，第三层可以有两种最紧关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。密的堆积方式。 下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456 于是于是每两层形成一个周期每两层形成一个周期，即即 AB AB 堆积方式，形成堆积方式，形成六六方紧密堆积方紧密堆积。 配位数配位数 12 。 ( 同层同层 6，上下层各，上下层各 3 )六方密堆积六方密堆积 第三层的另一种排列第三层的另一种排列方式，是将球对准

22、第一层方式，是将球对准第一层的的 2，4，6 位位，不同于，不同于 AB 两层的位置，这是两层的位置，这是 C 层。层。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形，于是形成成 ABC, ABC 三层一个周三层一个周期。期。 得到得到面心立方堆积面心立方堆积。 配位数配位数 12 。( 同层同层 6， 上下层各上下层各 3 ) 镁型镁型铜型铜型金属晶体的两种最密堆积方式金属晶体的两种最密堆积方式堆积方堆积方式式晶胞类晶胞类型型空间空间利用利用率率配位配位数数实例实例面心立方面心立方最密堆积最密堆

23、积简单立简单立方堆积方堆积体心立方体心立方密堆积密堆积六方最六方最密堆积密堆积面心立方面心立方六方六方体心立方体心立方简单立方简单立方74%74%68%52121286Cu、Ag、AuMg、Zn、TiNa、K、FePo三、金属晶体的四种堆积模型对比三、金属晶体的四种堆积模型对比1 1下列有关金属元素特征的叙述中正确的是下列有关金属元素特征的叙述中正确的是 A A金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性B B金属元素在化合物中一定显正价金属元素在化合物中一定显正价C C金属元素在不同化合物中的化合价均不同金属元素在不同化合物中的化合价均不同D D金属金属单

24、质的熔点总是高于分子晶体单质的熔点总是高于分子晶体能力训练能力训练B2 2关于关于AA族和族和AA族元素的下列说法中正确的是族元素的下列说法中正确的是A A同一周期中，同一周期中，AA族单质的熔点比族单质的熔点比AA族的高族的高B B浓度都是浓度都是0.01molL0.01molL1 1时，氢氧化钾溶液的时，氢氧化钾溶液的pHpH比比氢氧化钡的小氢氧化钡的小C C氧化钠的熔点比氧化镁的高氧化钠的熔点比氧化镁的高D D加热时碳酸钠比碳酸镁易分解加热时碳酸钠比碳酸镁易分解B 3. 下列金属的密堆积方式，对应晶胞都不正确的是（ ） A. Na、A1、体心立方 B. Mg、A2、六方 C. Ca、A3、面心立方 D. Au、A1、面心立方c 3有有A、B、C三种元素。已知三种元素。已知4gA元素的单质与水作用，元素的单质与水作用，标况下放出标况下放出H22.24L，反应中有，反应中有1.2041023个电子发生转移。个电子发生转移。B元素可与元素可与A形成形成AB2型的离子化合物，且知型的离子化合物，且知A、B的离子具的