3.3 金属晶体 课件 【新教材】人教版（2019）高中化学选择性必修2

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第三章 晶体结构与性质
第三节　金属晶体与离子晶体
第一课时 金属键与金属晶体
一、金属键
1.金属键
金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键。
①成键微粒：金属阳离子、自由电子
②成键本质：金属阳离子与自由电子之间的强烈的静电作用
③特征：无方向性和饱和性，成键电子可以在金属中自由流动
晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子，而几乎是均匀地分布在整块晶体中，因此晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间“弥漫”的电性作用，这就是金属键，因此金属键没有方向性和饱和性。
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。
④金属键的影响因素
一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。
2.电子气理论
由于金属原子的最外层电子数较少,容易失去电子成为金属离子,金属原子释放出的价电子不专门属于某个特定的金属离子,而为许多金属离子所共有,并在整个金属中自由运动,这些电子又称为自由电子。金属脱落下来的价电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金属的“电子气”，从而把所有金属原子维系在一起。
二、金属晶体
1.定义：金属原子之间通过金属键相互结合形成的晶体，叫做金属晶体。
2.组成粒子：金属阳离子和自由电子。
3.微粒间的作用力：金属键
点拨：①在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。
②在金属晶体中，不存在单个分子或原子，金属单质或合金(晶体锗、灰锡除外)属于金属晶体。
③金属晶体是一个“巨分子”。
4.金属晶体的性质
(1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。
(2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。
①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。
②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。
③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。
④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。
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,但排列方式不变,金属原子与自由电子形成的电子气没有被破坏,所以金属有良好的延展性
导电性—在外加电场的作用下,金属晶体中的“电子气”在电场中定向移动而形成电流,呈现良好的导电性
导热性—“电子气”中的自由电子在运动时与金属原子发生碰撞,从而引起两者能量的交换除金属晶体能导电外,非金属中的石墨也能导电。
在金属晶体中,充满着带负电荷的“电子气”（自由电子）,“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,如下图所示:
5.“电子气理论”对金属性质的解释
(1)金属的导电性
高温下热运动剧烈，电子的定向移动程度减弱，随着温度的升高，金属的导电性减弱 。
不同的金属导电能力不同，导电性最强的三种金属是：Ag、Cu、Al
晶体类型 电解质 金属晶体
导电时的状态
导电粒子
导电时发生的变化
导电能力随温度的变化
水溶液或熔融状态下
晶体状态
自由移动的离子
自由电子
思考与讨论：电解质在熔化状态或溶于水能导电，这与金属导电的本质是否相同？
化学变化
物理变化
增强
减弱
“电子气”（自由电子）在运动时与发生金属离子频繁碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的“电子气”（自由电子）能量增加，运动速度加快，通过频繁碰撞，把能量传给金属离子。“电子气”（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。
(2)金属的导热性
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，发生形变不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。如下图所示:
自由电子
+
金属离子
错位
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+
(3)金属的延展性
(4)颜色
由于金属内部原子以最紧密堆积状态排列，且存在自由电子，所以当光线照射到金属表面时，自由电子可以吸收所有频率的光并很快放出，使金属不透明且具有金属光泽。而金属在粉末状态时，晶格排列不规则，吸收可见光后反射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。
金属键越强，晶体熔、沸点越高，硬度越大。
6.金属键对晶体性质的影响
例如：同周期金属单质，从左到右，如：Na、Mg、Al熔、沸点依次升高；
同主族金属单质，从上至下，如碱金属Li、Na、K等熔、沸点依次降低；
一般地，合金的熔、沸点比各成分金属都低。
(1)含有阳离子的晶体中一定含有阴离子吗
提示:不一定。如金属晶体中含有金属阳离子和自由电子,但没有阴离子;但晶体中有阴离子时,一定有阳离子。
(2)含金属阳离子的晶体一定是离子晶体吗
提示:不一定。也可能是金属晶体。
(3)离子晶体中一定含有金属元素吗 由金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体吗
提示:不一定。离子晶体中不一定含金属元素,如NH4Cl、NH4NO3等铵盐。由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3晶体是分子晶体。
(4)纯铝硬度不大,形成硬铝合金后,硬度很大,金属形成合金后为什么有些物理性质会发生很大的变化
提示:金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时,影响了金属的延展性和硬度。
思考与讨论
三种晶体类型与性质的比较
晶体类型 共价晶体 分子晶体 金属晶体
概念
作用力
构成微粒
物 理 性 质 熔沸点
硬度
导电性
实例 金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅 Ar、S等 Au、Fe、Cu、钢铁等
相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网状结构的晶体
分子间以范德华力相结合而成的晶体
通过金属键形成的晶体
共价键
范德华力
金属键
原子
分子
金属阳离子和自由电子
很高
很低
差别较大
很大
很小
差别较大
无（硅为半导体）
无
导体
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)常温下，金属单质都以金属晶体的形式存在 ( )
(2)金属阳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 ( )
(3)金属晶体的构成粒子为金属原子 ( )
(4)同主族金属元素自上而下，金属单质的熔点逐渐降低，体现金属键逐渐减弱。 ( )
×
×
√
√
2.金属晶体的下列性质中,不能用金属晶体结构加以解释的是(　　)
A.易导电 B.易导热
C.有延展性 D.易锈蚀
3.下列关于金属及金属键的说法正确的是(　　)
A.金属键具有方向性和饱和性
B.金属键是金属阳离子与自由电子之间的相互作用
C.金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子
D.金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光
D
B
4.下列关于金属键的叙述不正确的是(　　)
A.金属键是金属阳离子和自由电子间的强烈相互作用,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,所以与共价键类似,也有方向性和饱和性
C.金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用,故金属键无方向性和饱和性
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
B
解析:从构成基本粒子的性质来看,金属键也是一种电性作用,其特征是无方向性和饱和性。自由电子是由金属原子提供的,并且在整个金属内部的三维空间内运动,为整个金属的所有阳离子所共用,从这个角度看,金属键与共价键有类似之处,但二者又有明显的区别,如金属键无方向性和饱和性等。
规律总结 金属键没有方向性与饱和性,金属键的强弱与金属离子所带电荷的多少及离子半径大小有关,金属键的强弱影响金属的物理性质。
5.下列有关金属键的叙述错误的是(　　)
A.金属键不同于共价键,没有饱和性和方向性
B.金属键中的电子属于整块金属,具有流动性
C.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
D.金属的导电性、导热性和延展性都与金属键有关
解析:金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电作用,包括静电引力和静电斥力。金属键影响物质的物理性质,如导电性、导热性和延展性等。
C
6.要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔点高低和硬度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.金属镁的熔点高于金属铝
B.碱金属单质的熔点从Li到Cs是逐渐升高的
C.金属铝的硬度大于金属钠
D.金属镁的硬度小于金属钙
C
解析:镁离子比铝离子的半径大且所带的电荷少,所以金属镁比金属铝中的金属键弱,与铝相比较,镁的熔点低、硬度小;从Li到Cs,离子的半径逐渐增大,离子所带电荷相同,故金属键逐渐减弱,熔点逐渐降低,硬度逐渐减小;因铝离子的半径比钠离子小而所带电荷多,故金属铝比金属钠中的金属键强,所以金属铝比金属钠的熔点高、硬度大;因镁离子的半径比钙离子小而所带电荷与钙离子相同,故金属镁比金属钙中的金属键强,所以金属镁比金属钙的熔点高、硬度大。
7．下列有关金属键的叙述中，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: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，故金属键无饱和性和方向性；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈作用，既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也存在金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用；金属键中的电子属于整块金属；金属的性质及固体的形成都与金属键的强弱有关。
B
3．根据物质的性质，判断下列晶体类型：
(1)SiI4：熔点120.5 ℃，沸点271.5 ℃，易水解________。
(2)硼：熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大________。
(3)硒：熔点217 ℃，沸点685 ℃，溶于氯仿________。
(4)锑：熔点630.74 ℃，沸点1 750 ℃，导电________。
分子晶体
分子晶体
共价晶体
金属晶体