高中化学同步讲义（选择性必修二）第17讲 3.5金属晶体（学生版）

第17课金属晶体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。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。【易错提醒】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。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。【名师点拨】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。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►问题一金属键的形成【典例1】有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，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强烈的相互作用，故金属键无饱和性和方向性D．构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动【变式1-1】构成金属键的微粒是A．原子 B．正、负离子C．分子 D．金属正离子与自由电子【变式1-2】下列关于金属键的叙述中正确的是A．金属键是金属阳离子和自由电子之间强烈的静电吸引作用B．金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子C．金属具有导热性，是通过金属阳离子之间的碰撞来传导热量D．构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动►问题二金属键强弱与金属晶体的物理性质【典例2】下列有关金属的叙述正确的是()A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，是由于金属离子之间有较强的作用B．通常情况下，金属中的自由电子会发生定向移动，而形成电流C．金属是借助金属离子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分D．金属的导电性随温度的升高而降低【变式2-1】下列关于金属及金属键的说法不正确的是A．金属键不具有方向性和饱和性B．金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用C．金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子D．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烈作用，因而具有延展性【变式2-2】小波在参观了某渊中学的晶体墙后，对晶体产生了浓厚的兴趣，她决定上网查找相关资料，但不幸的是她登录的网站被不法分子篡改了。她摘录了该网站上的一些表述，请帮她选出其中错误的表述A．金属锗()是一种常见的金属晶体B．根据电子气理论，金属具有良好的延展性是由于其受到外力时，各原子层发生相对滑动，改变原来的排列方式C．能带理论是一种描述金属键的理论D．在水晶晶体中，平均每1个原子被1个十二元环占有1．金属能导电的原因是A．金属阳离子与自由电子间的作用较弱B．金属在外加电场作用下可失去电子C．金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动D．自由电子在外加电场作用下可发生定向移动2．金属的下列性质中，不能用金属键解释的是A．易传热 B．加工易变性但不碎C．易锈蚀 D．有特殊的金属光泽3．科学家对液氢施加约4.95×1011Pa压力，成功制造出了“金属氢”，这是一种以氢离子和自由电子为基本单位构成的晶体。关于金属氢的推测错误的是A．可能具有很好的导电性 B．与氢气互为同素异形体C．摩尔质量与氢气相同 D．制造金属氢过程属于化学变化4．下列金属中，金属阳离子与自由电子间的作用力最强的是A．Al B．K C．Cu D．Zn5．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．Li、Na、K的熔点逐渐升高D．金属导电和熔融电解质(或电解质溶液)导电的原理一样6．在金属晶体中，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，金属的熔、沸点越高。由此判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中不正确的是()A．Al>Mg>BaB．Al>Na>Li C．Al>Mg>CaD．Al>Mg>Na1．下列金属的性质中与自由电子无关的是A．密度 B．导热性 C．导电性 D．金属光泽2．下列熔点比较正确的是A．> B．金属锂>金属钠>金属钾C．新戊烷>异戊烷>正戊烷 D．H2O>CH4>SiO23．铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示(黑球代表Fe，白球代表Mg)。下列说法正确的是

A．铁镁合金的化学式可表示为B．晶胞中有14个铁原子C．晶体中存在的化学键类型为共价键D．该晶胞的质量是(表示阿伏加德罗常数的值)4．下列说法正确的是①晶体中分子间作用力越大，分子越稳定②共价晶体中共价键越强，熔点越高③金属晶体的导电性、导热性均与自由电子有关④正四面体构型的分子，键角都是109°28′，其晶体类型可能是共价晶体或分子晶体⑤分子晶体中都含有化学键⑥4.8g金刚石晶体中碳碳键的数目为⑦在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子⑧晶体状态下能导电的一定是金属晶体A．④⑥⑦ B．②③⑥ C．①③⑤ D．④⑤⑧5．下列物质的性质不能用化学键解释的是A．金属铜具有导电性 B．氮气化学性质稳定C．金刚石硬度大 D．碘单质常温为固体6．美国“深度撞击”号飞船释放的探测器以大约每小时3.67万公里的高速撞击“坦普尔1号”彗星。“深度撞击”号探测器的总重量为372公斤，分为飞越舱和撞击舱两部分，撞击舱重113公斤，主要是一块铜合金锥体。“深度撞击”使彗星表面的细粉状碎屑腾空而起。这些细粉状碎屑中含有水、二氧化碳和简单有机物。(1)构成撞击舱的铜合金中含有下列哪种化学键？()A．共价键 B．金属键C．离子键(2)“深度撞击”号探测器的撞击舱选用铜作主要材料，与铜的性质有密切关系。下列说法