3.3.1金属晶体-高二化学讲义（人教版2019选择性必修2）（原卷版）

第三章晶体结构与性质第三节金属晶体[学习目标]1．能描述金属键的成键特征。2．能用金属键理论解释金属的典型性质。3．能利用金属晶体的通性判断晶体类型，进一步理解金属晶体中各微粒之间的作用力。4．能举例说明合金的优越性能。课前课前预习一、金属键1.概念：和之间存在的的相互作用称为金属键。2.金属键的本质——“电子气理论”：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。这一理论称为“电子气理论”。由此可见，金属晶体跟共价晶体一样，是一种“巨分子”。3.金属键的形成(1)金属原子失去部分或全部外围电子形成的与“脱落”下的之间存在强烈的相互作用。(2)成键粒子：和。4.金属键的特征：自由电子不是专属于某个特定的金属阳离子而是在整块固态金属中自由移动。金属键既没有方向性，也没有饱和性。5.影响金属键强弱的因素：(1)金属原子半径越，金属键越。(2)单位体积内的数目越多，金属键越强。6.存在：金属键存在与或中。7.金属键的强弱及其对金属性质的影响①金属键的强弱主要取决于金属元素的原子半径和价电子数，原子半径越，价电子数越，金属键越；反之，金属键越。②金属晶体熔、沸点的高低与金属键的强弱有关，金属键越，金属的熔、沸点越，硬度越。二、金属晶体1.概念：金属原子通过形成的晶体叫做金属晶体。2.构成微粒：和3.微粒间的相互作用：键4.金属晶体的性质①金属晶体具有良好的性、性和性。②熔、沸点：金属键越，熔、沸点越。A.同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点。B.同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点。C.合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点。D.金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很。③硬度：金属键越，晶体的硬度越。5.电子气理论解释金属材料的有关性质①延展性：当金属受到外力作用时，晶体中的就会发生相对滑动，但不会改变原来的,而且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，所以金属有良好的延展性。当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，就像在滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石一样，会使这种金属的延展性甚至硬度发生改变，这也是对金属材料形成合金以后性能发生改变的一种比较粗浅的解释。②导电性：电子气理论还十分形象地用电子气在电场中定向移动解释金属良好的导电性，在金属晶体中，存在许多，这些电子移动是没有的，但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向，形成，使金属表现出导电性。注：a.金属晶体有导电性，但能导电的物质不一定是金属。例如，石墨有导电性却属于非金属。b.还有一大类能导电的有机高分子化合物，也不属于金属。c.金属导电的粒子是，导电过程是变化。而电解质溶液导电的粒子是自由移动的，导电过程是.③导热性：A.自由电子在运动时与金属离子碰撞而引起能量的，当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量，运动速度，通过碰撞，把能量传递给。自由电子与金属阳离子频繁碰撞，从而使能量从温度的部分传到温度的部分，使整块金属达到的温度。B.电导率随温度的变化规律：还可用电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞解释金属的电导率随温度升高而降低的现象。④颜色：由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光线投射到它的表面上时，自由电子可以所有频率的光，然后很快各种频率的光，这就使绝大多数金属呈现银色以至银色光泽。而金属在粉末状态时，金属的取向杂乱，晶格排列得不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以金属粉末常呈暗色或色。⑤熔沸点：金属单质熔、沸点的高低和硬度的大小与金属键的强弱有关。金属键越，金属晶体的熔、沸点越，硬度越。一般来说，金属键的强度主要取决于金属元素的原子半径和单位体积内自由电子的数目(价电子数)。随着原子半径的，金属键逐渐。单位体积内自由电子的数目(价电子数)越，则金属键就越。如钠、镁、铝的单位体积内价电子数目逐渐，金属键逐渐；Li、Na、K的原子半径逐渐，金属键逐渐。所以由Li到Cs，熔、沸点逐渐，Na、Mg、Al的熔、沸点逐渐，硬度。合金的熔点一般比它的各组分纯金属的熔点。如生铁比纯铁的熔点，钠钾合金[w(K)在50%~80%范围内]在室温下呈态。6.常见的合金①以铁为主要成分的碳钢、锰钢、不锈钢等②以铜为主要成分的黄铜、青铜、白铜等(7)电解质导电和金属导电的区别物质类别电解质金属晶体导电时的状态水溶液或熔融状态下晶体状态导电粒子自由移动的离子自由电子导电时发生的变化化学变化物理变化导电能力随温度的变化温度升高导电能力增强温度升高导电能力减弱知识点总结知识点总结知识点一：金属键与金属晶体1．金属键(1)定义：金属阳离子和自由电子的较强的相互作用叫做金属键。金属原子的电离能低，容易失去电子而形成阳离子和自由电子，阳离子整体共同吸引自由电子而结合在一起。这种金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。(2)成键微粒：金属阳离子和自由电子(3)本质：金属阳离子和自由电子间的作用叫静电作用(4)特征：没有饱和性和方向性(5)金属键强弱的影响因素：金属元素的原子半径和单位体积内自由电子的数目及所带电荷的多少2．金属晶体(1)定义：通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体，叫金属晶体。(2)微粒间的相互作用：金属键3．电子气理论经典的金属键理论叫做“电子气理论”。它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。4．金属通性的解释⑴金属导电性的解释在金属晶体中，存在许多自由电子，这些电子的移动是没有方向的，但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。⑵金属导热性的解释自由电子在运动时与金属阳离子碰撞，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，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属阳离子。自由电子在热的作用下与金属阳离子频繁碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。⑶金属延展性的解释大多数金属具有较好的延展性，与金属离子和自由电子之间的较强作用有关。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，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以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。(4)熔沸点金属单质熔、沸点的高低和硬度的大小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。一般来说，金属键的强度主要取决于金属元素的原子半径和单位体积内自由电子的数目(价电子数)。随着原子半径的增大，金属键逐渐减弱。单位体积内自由电子的数目(价电子数)越多，则金属键就越强。如钠、镁、铝的单位体积内价电子数目逐渐增多，金属键逐渐增强；Li、Na、K的原子半径逐渐增大，金属键逐渐减弱。所以由Li到Cs，熔、沸点逐渐降低，Na、Mg、Al的熔、沸点逐渐升高，硬度增大。合金的熔点一般比它的各组分纯金属的熔点低。如生铁比纯铁的熔点低，钠钾合金[w(K)在50%~80%范围内]在室温下呈液态。(5)颜色由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光线投射到它的表面上时，自由电子可以吸收所有频率的光，然后很快放出各种频率的光，这就使绝大多数金属呈现银灰色以至银白色光泽。而金属在粉末状态时，金属的取向杂乱，晶格排列得不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。【大招总结】1.含有阳离子的晶体中不一定含有阴离子，例如金属晶体中只有金属阳离子和自由电子，没有阴离子。但晶体中有阴离子时，一定有阳离子。2.当向金属晶体中掺人不同的金属或非金属原子时，就像在滚珠之间掺人了细小而坚硬的砂土或碎石一样，会使这种金属的延展性甚至硬度发生改变，这也是对金属材料形成合金以后性能发生改变的一种比较粗浅的解释。纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整。而合金中加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难。因此合金比纯金属延展性要差。3.金属键的强弱差别很大。例如钠、钾的熔点低，存在的金属键较弱，铬的硬度较大，沸点高，存在的金属键的较强。同主族元素，随着核电荷数的增大，金属原子半径增大，金属键变弱，键能减小；同周期元素，随着核电荷数的增加，金属原子半径减小，金属键增强，键能增大，物质的熔沸点升高。4.注意：含金属阳离子的晶体中不一定含阴离子，含阳离子的晶体不一定含有离子键5.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。6.在金属晶体中，充满着带负电的“电子气”，这些电子气的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下电子气就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。7.在金属晶体中，自由电子不专属于某几个特定的金属离子，它们几乎均匀地分布在整个晶体中，被许多金属离子所共有。金属离子的运动状态是在一定范围内振内，而不是自由移动。8.当向金属晶体中掺人不同的金属或非金属原子时，就像在滚珠之间掺人了细小而坚硬的砂土或碎石一样，会使这种金属的延展性甚至硬度发生改变，这也是对金属材料形成合金以后性能发生改变的一种比较粗浅的解释。纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整。而合金中加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难。因此合金比纯金属延展性要差。9．合金是什么？合金中存在金属键吗？合金就是由两种或两种以上的金属或者金属与非金属组成的具有金属特性的物质。合金中含有金属阳离子和自由电子，所以，含有金属键。10．记忆合金是否具有一定的导热性？为什么？具有。因为记忆合金中也存在金属键，也存在金属阳离子和自由电子，所以二者相互碰撞可以传递热量。11．记忆金属在医学上有何应用？镍钛合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。(此答案合理即可)。12．导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中电子气中的自由电子担当什么角色？金属容易导热，是由于电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。13．金属导电与电解质溶液导电有什么不同？金属导电的微粒是电子，离子晶体熔融状态下或溶于水后导电的微粒是阳离子和阴离子；金属导电过程不生成新物质，属物理变化，而电解质导电的同时要在阴、阳两极生成新物质，属于化学变化，故两者导电的本质是不同的。14．金属键强弱的影响因素金属键的强弱取决于金属阳离子所带电荷及阳离子半径的大小。一般来说，金属阳离子所带电荷越多，阳离子半径越小，金属键就越强。15．“电子气理论”对金属性质的解释(1)金属的导电性在金属晶体中，充满着带负电荷的“电子气”，“电子气”的运动是没有方向的，但在外加电场的作用下“电子气”会发生定向移动，从而形成电流，所以金属容易导电，如图所示：(2)金属的导热性金属容易导热，是由于“电子气”中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞，从而把能量从温度高的部分传到温度低的部分，使整块金属达到相同的温度。(3)金属的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，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以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下发生形变，也不易断裂，因此，金属都有良好的延展性。如图所示：金属晶体微观结构与其物理性质的关系16．金属晶体中有金属阳离子和自由电子，两者间的强烈相互作用形成金属键，金属键无方向性和饱和性，这些特点决定了金属晶体的物理性质，如导电性、导热性和延展性等。17．在不通电的情况下，金属晶体中的自由电子在整块金属中做无规则运动。在外加电场作用下，自由电子发生定向移动，形成电流。但金属阳离子只在一定范围内振动，而不会自由移动，温度升高，碰撞次数增多，电阻增大，金属导电能力变弱，这与电解质溶液导电是有区别的。典型例题典型例题【例1】金属键的实质是A．金属阳离子和自由电子之间的相互排斥B．阴、阳离子之间的相互作用C．金属阳离子和自由电子之间的相互吸引D．金属阳离子和自由电子之间的相互作用【答案】D【解析】金属晶体中存在金属阳离子和自由电子之间的吸引作用，金属阳离子之间的排斥作用、自由电子之间的排斥作用，故选：D。【例2】下列关于金属晶体的叙述正确的是A．用铂金做首饰不能用金属键理论解释B．固态和熔融时易导电，熔点在1000℃左右的晶体可能是金属晶体C．Al、Na、Mg的熔点逐渐升高D．温度越高，金属的导电性越好【答案】B【解析】A．用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性，能用金属键理论解释，A错误；B．金属晶体在固态和熔融时能导电，其熔点差异很大，故题设条件下的晶体可能是金属晶体，B正确；C．一般来说，金属中单位体积内自由电子的数目越多，金属元素的原子半径越小，金属键越强，故金属键的强弱顺序为Al>Mg>Na，其熔点的高低顺序为Al>Mg>Na，C错误；D．金属的导电性随温度的升高而降低，温度越高，其导电性越差，D错误；故选：B。【例3】要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔点的高低和硬度的大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是A．金属镁的熔点大于金属铝 B．碱金属的熔点从到是逐渐增大的C．金属铝的硬度大于金属钠 D．金属钙的硬度小于金属钡【答案】C【解析】A．镁离子的半径比铝离子大且所带电荷数少，所以金属镁的金属键比金属铝弱，熔点和硬度都小，A错误；B．从到，离子的半径是逐渐增大的，所带电荷数相同，金属键逐渐减弱，熔点和硬度都逐渐减小，B错误；C．因离子的半径小而所带电荷数多，故金属铝的金属键比金属钠强，所以金属铝的熔点和硬度比金属钠都大，C正确；D．钙离子的半径比钡离子小而所带电荷数相同，则金属钙的金属键比金属钡强，所以金属钙的熔点和硬度比金属钡都大，D错误；故选C。【例4】关于金属性质和原因的描述不正确的是()A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量D．金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键【答案】A【解析】金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光大部分再反射出来，因而金属一般显银白色光泽；金属具有导电性是因为在外加电场作用下，自由电子定向移动形成电流；导热性是自由电子受热后，与金属离子发生碰撞，传递能量；良好的延展性是因为原子层滑动，但金属键未被破坏。强化训练强化训练1．下列说法正确的是A．分子晶体中一定存在共价键 B．金属键有饱和性和方向性C．金属晶体一定具有较高的熔点 D．离子键越强，离子晶体硬度越大2．根据表中几种物质的熔点数据，判断下列有关说法错误的是物质单质M熔点/℃19023002830A．为离子晶体 B．单质M可能是共价晶体C．是分子晶体 D．的熔点比金刚石低3．下列叙述中正确选项的个数是①含有共价键的化合物不一定是共价化合物；②原子间以极性键结合而成的分子必定是极性分子；③只含有共价键的物质一定是共价化合物；

④离子晶体中可能含有共价键，但一定含有金属元素；⑤不含非极性共价键的分子晶体一定是共价化合物；⑥熔化不导电的化合物一定是共价化合物；⑦分子晶体中一定含有共价键；⑧离子晶体都是化合物；⑨冰熔化时水分子中共价键发生断裂。A．2个 B．3个 C．4个 D．5个4．锶(Sr)元素与镁元素是同主族元素，下列说法错误的是A．单质Sr保存在煤油中 B．的碱性比强C．是离子晶体 D．的分解温度比低5．下列说法正确的是A．和所含化学键类型完全相同，阳离子和阴离子的个数比分别为1∶1和1∶2B．因为分子间存在氢键，所以比稳定C．溶于水和干冰升华都只有分子间作用力改变D．是含非极性键和极性键的极性分子6．元素周期表中VA族元素及其化合物应用广泛。HNO3常用于制硝酸铵、硝酸钾等；H3PO2是一元酸，可由PH3制得，PH3(g)燃烧放出大量热，其燃烧热为；砷化镓可用作半导体材料，其晶胞结构如图所示；铋(Bi)熔点为271.3℃，铋酸钠(NaBiO3)不溶于水，有强氧化性，能与Mn2+反应生成和Bi3+。下列物质性质与用途具有对应关系的是A．液氨具有还原性，可用作制冷剂B．P2O5能与碱反应，可用作干燥剂C．铋熔点低，可制成合金用作电器保险丝D．砷化镓硬度大，可用作半导体材料7．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法不正确的是A．①为简单立方堆积，②为六方最密堆积，③为体心立方堆积，④为面心立方最密堆积B．每个晶胞含有的原子数分别为：①1个，②2个，③2个，④4个C．晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③12，④12D．空间利用率的大小关系为：①<②<③＝④8．在固体状态下和都是离子晶体，已知晶体中含有正四面体形的阳离子和八面体形的阴离子，下列说法不正确的是A．晶体中八面体的阴离子的结构：B．的完全水解产物是C．与更容易形成D．比更容易水解9．某钙钛矿型氧化物的晶体如图所示，其中A为镧系金属离子，B为过渡金属离子，O为氧离子。下列说法不正确的是A．A和O联合组成面心立方最密堆积B．B离子占据八面体空隙，占据率25%C．A离子的配位数是12D．O2离子的分数坐标：(1/2，0，0)，(0，1/2，0)，(0，0，1/2)10．Li2O的