3.3 金属晶体
[目标要求] 1.掌握金属键的含义和金属晶体的结构特点。2.能用金属键理论解释金属的一些物理性质。3.掌握金属晶体的原子堆积模型的分类及结构特点。
一、金属键
1．本质
描述金属键本质的最简单理论是 “________理论”。该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的__________形成遍布整块晶体的“__________”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起。
2．金属晶体
在金属单质的晶体中，原子之间以________相互结合，构成金属晶体的粒子是___和____________。
3．金属键的强度差别________，例如，金属钠的熔点较低，硬度较小，而钨是熔点最高的金属，这是由于________________________不同的缘故。一般来说，金属的____________越小，金属键越强，金属的____________越多，金属键越强。
4．金属材料有良好的延展性，由于金属键________方向性，当金属受到外力作用时，____________________________________而不会破坏金属键；金属材料有良好的导电性是由于金属晶体中的________________________________________发生定向移动；金属的热导率随温度升高而降低是由于在热的作用下，________________________频繁碰撞，阻碍了____________________的传递。
二、金属晶体的原子堆积模型
金属原子在二维平面里有两种排列方式，一种是“____________”(填“密置层”或“非密
置层”)，其配位数为______；另一种是____________(填“密置层”或“非密置层”)，其配位数为____。金属晶体可看作是金属原子在________空间中堆积而成，有如下基本模式：
1．简单立方堆积
是按“____________”(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成，其空间利用率____________，晶胞构成：一个立方体，____个原子，如________。
2．体心立方堆积
是按____________(填“密置层”或“非密置层”)方式堆积而成，晶胞构成：________
立方，________个原子，如碱金属。
3．六方最密堆积和面心立方最密堆积
六方最密堆积和面心立方最密堆积是按照______________(填“密置层”或“非密置层”)的堆积方式堆积而成，配位数均为____，空间利用率均为______。
六方最密堆积：按________________方式堆积；面心立方最密堆积：按________________方式堆积。
三、石墨——混合晶体
1．结构特点——层状结构
(1)同层内，碳原子采用________杂化，以________________相结合，形成____________平面网状结构。所有碳原子的2p轨道平行且相互重叠，p电子可在整个平面中运动。
(2)层与层之间以____________________。
2．晶体类型
石墨晶体中，既有____________，又有____________和____________，属于____________。
1．金属的下列性质中，不能用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
2．在金属晶体中，如果金属原子的价电子数越多，原子半径越小，自由电子与金属阳离子间的作用力就越大，金属的熔、沸点就越高。则下列各组金属熔、沸点的高低顺序，排列正确的是( )
A．Mg＞Al＞Ca B．Al＞Na＞Li
C．Al＞Mg＞Ca D．Mg＞Ba＞Al
3.
右图是金属钨晶体中的一个晶胞的结构示意图，它是一种体心立方结构。实验测得金属钨的密度为19.30 g·cm－3，钨的相对原子质量是183.9。假设金属钨原子为等径刚性球，试完成下列问题：
(1)每一个晶胞中分摊到________个钨原子。
(2)计算晶胞的边长a。
(3)计算钨的原子半径r(提示：只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。
参考答案
基础落实
一、
1．电子气 价电子 电子气
2．金属键 金属阳离子 自由电子
3．很大 形成的金属键强弱 原子半径 价电子数
4．没有 晶体中的各原子层发生相对滑动 自由电子可以在外加电场作用下 自由电子与金属原子
自由电子对能量
二、
密置层 6 非密置层 4 三维
1．非密置层 比较低 1 钋(Po)
2．非密置层 体心 2
3．密置层 12 74% ABABAB… ABCABC……
三、
1．(1)sp2 共价键 正六边形 (2)范德华力相结合
2．共价键 金属键 范德华力 混合晶体
课堂练习
1．D [金属的晶体结构只能解释金属有金属光泽、导电性、导热性、延展性、硬度、熔点等物理性质，是否容易生锈是金属的化学性质，只能用金属的原子结构加以解释。]
2．C
3．(1)2 (2)3.16×10－8 cm (3)1.37×10－8 cm
解析 (1)正确应用均摊法确定一个晶胞中包含的各粒子的数目。
(2)应用基本关系式：＝V，先求出晶胞的体积，然后根据V＝a3计算晶胞的边长。
3.3金属晶体
教材分析
1．课标中的内容
（1）知道金属键的涵义；
（2）能用金属键理论解释金属的一些物理性质（良好的导电性、导热性和延展性）；
（3）能列举金属晶体的基本堆积模型；
（4）知道金属晶体与其它晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。
2．教材中的内容
本节课是人教版化学选修3第三章第三节的教学内容，是在第二章《分子结构与性质》、第三章第一节《晶体的常识》和第二节《分子晶体与原子晶体》基础上认识金属晶体。
本节教学内容包含的知识点主要有金属的内部结构、共同性质和特点、金属晶体结构与金属性质的关系以及金属晶体的四种原子堆积模型等，需要3个课时完成。第1课时主要探究金属的内部结构、共同性质和特点、金属晶体结构与金属性质的关系。第2课时主要探究金属晶体的四种基本堆积模型以及金属晶体与其它晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。第3课时为习题课，对本节所学内容进行习题的练习与讲解。
二、教学对象分析
1．知识技能方面：学生在本章第一节已经学习了晶体的基本性质、晶体的特点与内部质点排列的关系等，具有一定的基本理论知识和技能知识。
2．学习方法方面：上一节研究过分子晶体和原子晶体的结构和性质，已初步有了“结构决定性质”的思维理念，具有一定的学习方法基础。
三、设计思想
总的思路是从同学们身边的实物入手，充分利用直观教学手段，帮助学生正确理解金属晶体的概念，注意新旧知识和相关学科之间的联系，注意引导学生比较金属晶体与分子晶体、原子晶体在晶体结构上的区别和性质上的差异，从晶体结构的微观视角去解释物质的物理性质，感受科学的魅力，并注意培养学生严谨求实的科学态度和分析问题、解决问题的能力。
根据新课标的要求，在教学过程中可以以小组讨论探究法代替直接讲授，以学生为主体，让学生猜想，让学生解说答辩，让学生总结得出结论,体现了新课程中“自主、合作、探究”的理念。教会学生学习方法，强化对比手段，使学生掌握类比的方法，提高学生的分析问题和解决问题能力，使学生在推理的过程中掌握知识。
四、教学目标
1．知识与技能：
（1）了解金属的性质和形成原因；
（2）掌握金属键的本质——“电子气理论”；
（3）能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释金属的性质；
（4）能列举金属晶体的4种基本堆积模型。
2、过程与方法：
（1）通过对金属单质的物理性质异同点的比较与分析，培养学生运用理论解释实际问题的能力；
（2）通过对金属晶体基本堆积模型的学习与研究，培养学生观察能力，空间想像能力等。
3、情感态度与价值观：
（1）通过对金属键、金属晶体学习与认识，激发学生探索认识微观世界的兴趣；（2）通过对金属单质物理性质的学习，进一步坚定“结构决定性质”这一研究物质性质的科学理念，形成正确的科学研究方法与科学态度。
五、教学重点与教学难点
1.教学重点：用金属键理论解释金属的物理性质
金属晶体的4种基本堆积模型
2.教学难点：电子气理论
金属晶体的4种基本堆积模型
关于金属键的涵义，教材上的说法有些模糊，不利于学生的理解，教学中应点明金属键是脱落下来的自由电子跟形成的金属阳离子的相互作用，而所谓的“电子气”，不过是一种比较形象的说法，指的是脱落下来的电子好像气体一样遍布整块晶体。
课标这四点中，第二点要求的程度是“解释”，显然比其余三点高，因此，第二点应该作为本节的教学重点之一，而教材除对延展性有较为详细的解释外，其它物理性质的解释都是一笔带过，所以教学过程中应作详细讲解。
第三点的要求虽然较低，但在前面分子晶体和原子晶体的学习中，《课程标准》里要求学生学会运用模型来研究结构问题，因此本节教学中可以利用讲解该部分知识的机会继续培养学生运用模型研究结构问题的能力，所以也作为教学重点之一。教师的演示模型可将不同颜色的弹珠用胶水黏合制得，而学生实验所需的小球则可使用自行车中所用的那种轴承滚珠，也可提前要求学生自己准备，培养学生的创造力。
第四点的教学则可以在讲解完金属键的本质后，与分子晶体和原子晶体的相关知识进行比较、区分，也可以在讲新课之前先进行。
此外，教材中出现了“配位数”这个名词，这涉及到第二章第二节中有关配位化合物的知识，但配位数的涵义在《课程标准》中并无要求，而且在配位化合物这部分的知识中也没有出现该名词，因此不宜作深入探讨，可简单解释为：配位数是指任意一个原子周围与之相接触的原子的数目。资料卡片中有两个内容，
六、教学设计
第一课时教学设计：
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
板块1：从生活走向化学
任务1.1：归纳金属的物理性质
任务1.2：分析金属具有共同物理性质的原因——“电子气理论”
任务1.3：认识金属键的本质
板块2：分析金属晶体结构与金属晶体性质之间的关系
任务2.1：分析金属晶体结构与金属晶体导电性的关系
任务2.2：分析金属晶体结构与金属导热性的关系
任务2.3：
分析金属晶体结构与金属延展性的关系
【引入】展示金属实物：金属导线（铜或铝）、铁丝、镀铜金属片、镁带、铝片等，并将铁丝随意弯曲，引导学生观察，学会从生活走向化学世界。
仔细观察
从学生身边熟悉的实物入手，激发学习化学的兴趣
【引导】引导学生归纳金属有哪些共同的物理性质（如具有金属光泽、导电导热性、延展性等）
分组讨论
然后请一位同学归纳，其他同学补充
【进一步提问】前面我们知道分子晶体和原子晶体有着不同的物理性质特点，且分别由它们的晶体结构所决定，那金属为什么有这些共同的物理性质呢？
由金属类似的结构所决定
从“结构决定性质”这一科学理念启发学生
【引导学生分析】金属有怎样类似的结构？（多媒体展示金属晶体的结构示意图）
结合多媒体和教材结构示意图，分组讨论
通过多媒体更好地观察微观的结构
【分析归纳】金属中由于金属原子的外层电子比较少，金属原子容易失去外层电子变成金属离子，在金属内部结构中，实际上按一定规律紧密堆积的是带正电荷的金属阳离子。
各小组发表讨论后的看法
由小组讨论分析并发表看法能更深刻地理解金属晶体的结构，同时培养学生空间想象能力和分析解决问题能力
【设问】同是带正电荷的金属阳离子本应相互排斥，为何还可以紧密地堆积在一起呢？
电子到哪里去了呢？
思考
【讲解】带负电的电子在金属阳离子之间自由运动。在金属晶体里，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并被许多金属离子所共有——“电子气理论”
结合金属的结构思考回答：
要使带正电荷的金属阳离子按一定规律紧密堆积，除非金属原子释出的电子在各金属离子间自由地运动，这样依靠金属阳离子与带负电荷的自由电子之间强烈的相互作用使金属离子紧密地堆积在一起
【设问】构成金属晶体的粒子有哪些？
金属晶体由金属离子和自由电子构成
分清构成的微粒
【讲解】金属离子和自由电子之间的较强作用力就是金属键
金属键强弱判断:阳离子所带电荷多、半径小－金属键强，熔沸点高。
理解
了解金属键的涵义及强弱判断
【过渡设疑】金属晶体的结构与其性质有哪些内在联系呢？
结合预习情况思考
从结构决定性质这一理念启发学生
【提出问题】
1．金属晶体结构与金属导电性的关系
①金属为什么易导电？
②金属导电与电解质在熔融状态下导电、电解质溶液导电有什么不同？
2．金属晶体结构与金属的导热性的关系
金属为什么易导热？
①金属晶体导热过程中粒子运动情况如何？
②这些粒子通过什么方式传递热量？
③热量传递方向及最后整个金属晶体温度高低情况怎样？
3．金属晶体结构与金属的延展性的关系
金属为什么有延展性？
金属键在金属延展过程中是否发生断裂？
培养学生的协作精神和分析问题、解决问题和信息整理的能力
【解说、探究】随机选其中一组派学生代表解说问题一：金属晶体结构与金属导电性的关系。
鼓励该小组基本能够解释金属容易导电的原因，但能否再详细点呢？
肯定学生回答的很好，思维很严密。
【学生代表一】
根据自己小组所搜集查阅到的资料并结合小组讨论情况，汇报自己小组的讨论结果
把讲台让给学生，让学生经过小组讨论和查阅的资料之后，对其结果进行解说和答辩，以培养学生的协作精神和表达、应变能力。
【老师综合归纳分析】
（1）在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。
（2）电解质在熔融状态下导电、电解质溶液的导电粒子是自由移动的离子，而金属晶体的导电粒子是自由电子
【解说、探究】随机点另外一组派学生代表解说问题二：金属晶体结构与金属的导热性的关系。
评价反应很快。
回答得很正确，能解释出金属容易导热的真正原因。
【学生代表二】
根据自己小组所搜集查阅到的资料并结合小组讨论情况，汇报自己小组的讨论结果
让学生经过小组讨论和查阅的资料之后，对其结果进行解说和答辩，以培养学生的协作精神和表达、应变能力。
【老师归纳分析】
自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，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，把能量传给金属离子。
【解说、探究】再选一组派学生代表解说问题三：金属晶体结构与金属的延展性的关系
【学生代表三】
根据自己小组所搜集查阅到的资料并结合小组讨论情况，汇报自己小组的讨论结果
让学生经过小组讨论和查阅的资料之后，对其结果进行解说和答辩，以培养学生的协作精神和表达、应变能力。
【老师结合多媒体和教材图3－21综合归纳分析】
原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性，而金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，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。
（边讲述边演示多媒体）
板块3：小结本节课的知识内容
任务3.1：归纳金属晶体结构与金属晶体性质的关系
任务3.2：将分子晶体、原子晶体和金属晶体进行比较
【总结】
金属晶体的结构与性质的关系
导电性
导热性
延展性
金属离子和自由电子
自由电子在外加电场作用下作定向移动
自由电子与金属离子碰撞传递热量
晶体中各原子层发生相对滑动仍保持相互作用
2.把刚学过的分子晶体、原子晶体和金属晶体进行比较
作用
分子
晶体
原子
晶体
金属
晶体
构成的粒子
分子
原子
金属离子和自由电子
作用力
范德
华力
共价键
金属键
硬度
较小
很大
较大
熔沸点
低
很高
差别
较大
导电性
熔融态不导电
不导电
良好
（列表小结，让学生填写）
列表小结让学生更好地掌握金属晶体的结构与性质的关系
通过对比，学生能更清楚地认识金属晶体
【布置作业】
第一课时板书设计：第三节 金属晶体
一、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
二、金属晶体结构
1.金属晶体：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
2.组成粒子：金属阳离子和自由电子
3.作用力：金属离子自由电子之间的较强作用——金属键
4.金属键强弱判断:阳离子所带电荷多、半径小——金属键强，熔沸点高
5.金属键的本质——“电子气理论”
三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系
第二课时教学设计：
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
板块1：金属原子在二维平面内的排列情况
任务1.1金属原子在二维平面内的非密置层排列的特征
任务1.2金属原子在二维平面内的密置层排列特征
【提问】分子晶体、原子晶体、金属晶体的排列都比较有序，那分别是什么作用力使他们有序排列呢？
分子晶体中，分子间的范德华力使分子有序排列；原子晶体中，原子之间的共价键使原子有序排列；金属晶体中，金属键使金属原子有序排列。
通过复习以前学过的知识引发学生思考金属原子的空间排列问题
【讲述】既然金属晶体中是金属键使金属原子有序排列，那么，今天，我们就一起讨论一下有关金属原子的空间排列问题。
【板书】第三节金属晶体
【组织活动】现在每个小组桌上有16个大小相同的玻璃小球，下面大家利用这16个大小相同的玻璃小球，有序地排列在水平桌面上（二维平面上），要求小球之间紧密接触，有几种可能的排列方式？讨论每一种方式的配位数。最后每个小组选代表汇报一下你们组的讨论情况。配位数是指任意一个原子周围与之相接触的原子的数目。
学生分组活动，有序排列20个大小相同的玻璃小球
学生自己动手操作，培养他们动手操作能力
【组织讨论】大家都已经排列的差不多了，现在大家把自己组的排列情况拿到台上来跟大家交流一下。
我们组的排列结果有以下两种方式，一种方式配位数是4另一种方式配位数是6
配位数是4
配位数是6
【提问】其他组还有没有不同的排列方法和配位数？
没有
【讲解】金属原子的平面堆积有两种方式，两种方式的特征：
a．行列对齐，四球一空的是非密置排列。
b，行列相错，三球一空的是密置排列。
有两种不同类型的空隙。非密置排列和密置排列，其配位数分别是4和6，所谓配位数，是指任意一个原子周围与之相接触的原子的数目（展示课前用玻璃小球制作的模型，辅助说明配位数的意思）。
【板书】
1金属晶体的原子堆积模型非密置层
密置层
学生认真听讲
形象直观的向学生讲清楚两种配位情况，通过讨论学生更容易理解密置排列和非密置排列，从而为后面的学习打下基础。
板块2：金属原子在三维空间排列的情况
任务2.1简单立方堆积排列方式的特征
任务2.2钾型堆积排列方式的特征
任务2.3镁型堆积排列方式的特征
任务2.4铜型堆积排列方式的特征
【提问】金属原子在二维平面内有两种排列方式，非密置排列和密置排列，那么大家运用数学知识猜测一下，这两种非密置排列和密置排列的金属原子在三维空间内排列可能有几种排列方式？
学生思考老师所提出的问题，分析可能有的排列方式。
将数学知识应用到化学教学中，培养学生的学科间知识应用能力
【组织活动】下面大家先做一下非密置层与非密置层的排列有几种情况，由于小球数量有限，大家可以两个组合作一下，一起动手做、 一起讨论
学生动手操作
学生亲自动手实践，理解更全面，印象更深刻
【组织讨论】非密置层排列的金属原子，在空间方向上紧密堆积的可能堆积方式有几种？请同学来说一下你们组的讨论情况
非密置层在空间上有两种堆积方式。一种是
另一种是
【提问】还有没有其他的堆积方法？
没有
【讲解】好，我们先来看非密置层的第一种堆积方式，第一种方式：相邻层原子在同一条直线上的堆积方式，我们把这种堆积方式叫做简单立方堆积。这种堆积方式空间利用率较低，只有金属钋采用这种堆积方式。
【板书】
简单立方堆积：非密置层+非密置层
理解
展开讲解，加深学生对这部分知识的理解
【PPT演示】为了大家能更直观的看出这种堆积方式，我们把多余的原子给它抽掉，大家在下面动手做，做完看一下与老师的是否一样
动手操作，抽去多余的玻璃球，观看PPT
学生自己动手操作，可以使其清楚地看出简单立方堆积的模型
【提问】大家再思考一下，采用这种堆积方式，它的配位数是多少？晶胞中含几个金属原子？
【板书】配位数：6
含1个金属原子
配位数是6，含1个金属原子
【讲解】下面我们来分析一下非密置层与非密置层的第二种堆积方式，这种堆积方式：相邻原子层，上层原子填入下层原子的凹穴中。这种堆积方式比第一种空间利用率要高，这种堆积方式叫做体心立方堆积。有许多金属是这种堆积方式，如碱金属，因此又称为钾型。
【板书】
钾型（体心立方堆积）
非密置层+非密置层
学生理解
将知识点分解，讲清楚知识的来龙去脉。
【PPT演示】同样为了大家能更直观的看出这种堆积方式，我们把多余的原子给它抽掉，大家在下面动手做，做完看一下与老师的是否一样
动手操作，抽去多余的玻璃球，观看PPT
学生自己动手操作，可以使其清楚地看出体心立方堆积的模型
【提问】钾型堆积也就是体心立方堆积，它的配位数是多少？晶胞中含几个金属原子
【板书】配位数：8
含2个金属原子
配位数是8，含2个金属原子
【组织活动】非密置层的堆积情况我们已经讨论完了，下面大家动手把密置层的原子按照钾型堆积方式堆积三层看看有几种堆积情况
动手操作密置层堆积情况
【组织讨论】现在每个小组都已经堆积完了，下面找个代表说一说你们组的堆积情况
我们组得到了两种情况，一种是
另一种是
【提问】大家认真看一下这两种堆积模型，看一下有没有不同意见？
没有
【讲解】既然没有不同意见，我们先来看第一种堆积模型,这种堆积模型是将第三层的球对准第一层的球，于是每两层的球形成一个周期，即ABAB……堆积方式，这种堆积方式的典型金属是镁，因此称为镁型
【板书】
镁型：密置层+密置层
理解
【PPT演示】为了大家能更直观的看出这种堆积方式，我给大家演示一下镁型是怎么堆积的
观看PPT，理解镁型堆积方式
运用多媒体设备，使学生清晰地看出镁型堆积方式
【提问】大家认真思考一下，这种堆积方式，它的配位数是多少？
【板书】配位数：12
12
【PPT演示、讲解】下面我们来分析密置层与密置层堆积的第二种方式，为了大家能清楚地看清这种堆积方式，我把外围6个球的每一个空隙都给它标上号，假如第二层球对准1、3、5号空隙，那么第三层球就对准2、4、6号空隙，这种堆积方式的典型代表金属就是铜，因此我们把这种堆积方式称为铜型
【板书】
铜型：密置层+密置层
观看PPT，理解铜型堆积方式
运用PPT演示，使抽象的东西变得形象、具体
【提问】大家思考一下，这种铜型堆积，它的配位数是多少？
【板书】配位数：12
12
板块3：小 结本节课的主要内容
任务3.1比较四种金属晶体堆积模型的异同
【归纳】这就是我们这节课讲的内容，主要讲了金属的四种堆积方式，下面我给大家列了张表，大家结合这节课讲的和书上的资料卡片，归纳一下
堆积模型
典型代表
配位数
空间利用率
晶胞
简单立方
钾型
镁型
铜型
看书并填表
利用图表，加强对比、可以使学生全面、系统地掌握本节课的主要内容
【总结】通过这节课，我们可以看出金属原子有不同的堆积方式，金属原子的堆积方式不同，最终将影响金属晶体的结构和性质。例如原子半径、熔沸点等
使学生进一步明确“结构决定性质”这一科学理念
第二课时板书设计： 第三节 金属晶体
第3课时 习题课
第三节 金属晶体测试题
班级_________ 姓名_________ 座号_________
一、选择题 （每道题有1～2个答案，共50分）
1.不仅与金属的晶体结构有关，而且与金属原子本身的性质有关的是金属的( )
A.导电性 B.导热性 C.密度 D.熔点
2.金属Mg中含有的结构粒子是( )
A.Mg原子 B.只有Mg2+ C.Mg原子和Mg2+ D.Mg2+与自由电子
3.下列叙述中，一定是金属元素的是( )
A.最外层只有一个电子 B.核外最外电子层有1-2个电子
C.在反应中很容易失去电子 D.具有金属光泽的单质
4.下列叙述的各项性质中，不属于金属的通性的是( )
A.导电、导热性 B.延展性 C.光亮而透明 D.熔点都很高
5.下列说法中正确的是( )
A.金属氧化物一定是碱性氧化物 B.金属的导电性随温度的升高而增强
c.金属在反应中都表现还原性 D.金属对应的固态时形成金属晶体
6.与金属的导电性和导热性有关的是( )
A.原子半径大小 B.最外层电子数的多少 C.金属的活泼性 D.自由电子
7.下列说法中正确的是( )
金属键的形成是因为金属离子与自由电子之间的相互作用
金属晶体的熔沸点一定比原子晶体的低
金属晶体中金属离子电荷数越多，离子半径越小，金属键就越弱
金属晶体中金属键的强弱与金属原子和自由电子有关
8.下列金属的性质不能用“电子气理论”解释的是( )
A．导电导热性 B.不透明，有金属光泽
C.延展性和可塑性 D.导体和半导体的区别
9.下列叙述错误的是( )
A.组成金属的粒子是原子
B.金属晶体内部都有自由电子
C.金属晶体内自由电子分布不均匀
D.同一类晶体间熔点(或沸点)相差最大的是金属晶体
10.可以用自由电子在与金属离子的碰撞中有能量传递来解释金属的物理性质的是( )
A.热的良导体 B.电的良导体 C.优良的延展性 D.有金属光泽，不透明
二、填空题
11．在下列各元素组中，除一种元素外，其余都可能按某种共性归属一类，请选出各组的例外元素，并将该组其他元素的可能归属按六种类型的编号填入表内：
元素组
例外元素
其他元素所属类型编号
(1)S、N、Na、Mg
(2)P、Sb、Sn、As
(3)Rb、B、Te、Fe
归属类型：A 主族元素 B 过渡元素 C 同周期元素 D 同族元素
E 金属元素 F 非金属元素
12．填写下列表格
晶体类型
组成晶体的粒子
粒子间作用力
物理特性
分子晶体
原子晶体
金属晶体
13．A B两元素的最外层都只有一个电子。A的原子序数等于B的原子序数的11倍，A的离子的电子层结构与周期表中非金属性最强的元素的阴离子的电子层结构相同；元素C与B易形成化合物B2C，该化合物常温下呈液态。则：
(1)A的原子结构示意图为 ____________在固态时属于______________晶体。
(2)C在固态时属于_________晶体.B与C形成化合物B2C的化学式____________电子式___________;它是由___________键形成的_________分子，在固态时属于___________晶体。
14．分在元素周期表中，元素的金属性和非金属性及其强弱比较与周期数(n)和主族数(A)有如下经验公式：K=A/n(K为A与n的比值)则：
(1)当n一定时，K值越大，则元素的_________性越强。
(2)当A一定时，K值越小，则元素的_________性越强
(3)当K=0，则该元素系 ________元素(请选编号)
当K=1时，则该元素系_____________元素
当K<1时，则该元素系___________元素
当K>1时，则该元素系____________元素
a 两性 b 金属 c 非金属 d 稀有气体
答案及评分标准：
一、选择题（每题5分，多选题漏选的2.5分，有一个答案错的0分）
1.CD 2.D 3.C 4.CD 5.CD 6.D 7. AD 8.D 9.AC 10.A
二、填空题
11. （每空1分）(1)N C (2)Sn D (3)Pe A
12．（每空2分）分子晶体：分子 范德华力 硬度较小 熔、沸点较低
原子晶体：原于 共价键 硬度很大 熔、沸点高
金属晶体：金属阳离子和自由电子 金属键 硬度较大 熔、沸点相差较大
3.3金属晶体
1.金属晶体的形成是因为晶体中存在( )
A.脱落价电子后的金属离子间的相互作用
B.金属原子间的相互作用
C.脱落了价电子的金属离子与脱落的价电子间的相互作用
D.金属原子与价电子间的相互作用
解析:在金属晶体中,原子间以金属键相互结合,金属键的本质是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,从而将所有金属原子维系在一起而形成金属晶体。实际上也就是靠脱落下来的价电子与其中的金属离子间的相互作用而使它们结合在一起。
答案:C
2.下列有关金属键的叙述错误的是( )
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.金属的物理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金属的“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;金属键中的电子属于整块金属共用;金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈作用,既存在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;金属的物理性质及固体形成都与金属键的强弱有关。
答案:B
3.下列物质的熔沸点依次升高的是( )
A.Na、Mg、Al B.Na、Rb、Cs
C.Mg、Na、K D.铝、硅铝合金、单晶硅
解析:金属键的强弱与原子半径及价电子数有关,原子半径越小,价电子数越多,金属键越强,A、B、C中只有A组熔点依次升高;合金的熔点应比单组分都低,D错。故选A。
答案:A
4.不能用金属键理论解释的是( )
A.导电性 B.导热性 C.延展性 D.锈蚀性
解析:金属键是金属阳离子与自由电子之间的静电作用,它决定了金属晶体的一些性质,可以解释金属晶体的导电性、导热性、延展性等金属晶体的物理性质,但不能解释其化学性质,例如锈蚀性。
答案:D
5.下列对各组物质性质的比较中,正确的是( )
A.熔点:LiB.导电性:Ag>Cu>Al>Fe
C.密度:Na>Mg>Al
D.空间利用率:体心立方堆积<六方最密堆积<面心立方最密堆积
解析:同主族的金属单质,原子序数越大,熔点越低,这是因为它们的价电子数相同,随着原子半径的增大,金属键逐渐减弱,所以A选项不对;Na、Mg、Al是同周期的金属单质,密度逐渐增大,故C项错误;不同堆积方式的金属晶体空间利用率分别是:简单立方堆积52%,体心立方堆积68%,六方最密堆积和面心立方最密堆积均为74%,因此D项错误;常用的金属导体中,导电性最好的是银,其次是铜,再次是铝、铁,所以B选项正确。
答案:B
6.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,是因为在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,所以金属易导电
C.金属具有良好的导热性能,是因为自由电子在受热后,加快了运动速度,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
解析:金属具有金属光泽是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发射出来,因而金属一般显银白色光泽;金属导电性是在外加电场作用下,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;良好的延展性是由于金属晶体中原子层能够滑动,但此时金属键未被破坏。
答案:A
7.下列各组物质中,按熔点由低到高的顺序排列正确的是( )
①O2、I2、Hg ②CO、Al、SiO2 ③Na、K、Rb ④Na、Mg、Al
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
解析:①中Hg在常温下为液态,而I2为固态,故①错;②中SiO2为原子晶体,其熔点最高,CO是分子晶体,其熔点最低,故②正确;③中Na、K、Rb价电子数相同,其阳离子半径依次增大,金属键依次减弱,熔点逐渐降低,故③错;④中Na、Mg、Al价电子数依次增多,离子半径逐渐减小,金属键依次增强,熔点逐渐升高,故④正确。
答案:D
8.关于金属晶体的六方最密堆积的结构形式的叙述正确的是( )
A.晶胞是六棱柱
B.晶胞是平行六面体
C.每个晶胞中含4个原子
D.每个晶胞中含17个原子
解析:金属晶体的六方最密堆积结构形式的晶胞是六棱柱的——平行六面体,有8个顶点和1个内部原子,晶胞中绝对占有2个原子。
答案:B
9.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式,六方堆积、面心立方堆积和体心立方堆积,如图(a)(b)(c)分别代表这三种晶胞的结构,其晶胞内金属原子个数比为( )
A.3∶2∶1 B.11∶8∶4
C.9∶8∶4 D.21∶14∶9
解析:本题考查晶胞中微粒数的计算方法,用均摊法计算。晶胞(a)中所含原子=12×+2×+3=6,晶胞(b)中所含原子=8×+6×=4,晶胞(c)中所含原子=8×+1=2。
答案:A
10.只有阳离子而没有阴离子的晶体是( )
A.金属晶体 B.原子晶体
C.离子晶体 D.分子晶体
解析:分子晶体和原子晶体中不存在离子,所以不能选择B、D两项;离子晶体的构成粒子是阴离子和阳离子,C项也不符合题意;金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子,没有阴离子,因此应该选择A项。
答案:A
11.下列关于四种金属堆积模型的说法中正确的是( )
A.图1和图4为非密置层堆积,图2和图3为密置层堆积
B.图1~图4分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积、体心立方堆积
C.图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4
D.图1~图4堆积方式的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%
解析:图1、图2为非密置层堆积,图3、图4为密置层堆积,A项错误;图1~图4分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积和六方最密堆积,B项错误;图1~图4每个晶胞所含有的原子数(利用均摊法计算)分别为1、2、4、2,C项错误;D项正确。
答案:D
12.(双选)下列关于金属晶体的叙述正确的是( )
A.常温下,金属单质都以金属晶体形式存在
B.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
C.钙的熔点高于钾
D.温度越高,金属的导电性越好
解析:常温下,Hg为液态,A项错误;因为金属键无方向性,故金属键在一定范围内不因形变而消失,B项正确;钙的金属键强于钾,故熔点高于钾,C项正确;温度升高,金属的导电性减弱,D项错误。
答案:BC
13.判断下列晶体类型。
(1)SiI4:熔点120.5 ℃,沸点271.5 ℃,易水解,为 。?
(2)硼:熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大,为 。?
(3)硒:熔点217 ℃,沸点685 ℃,溶于氯仿,为 。?
(4)锑:熔点630.74 ℃,沸点1 750 ℃,导电,为 。?
解析:(1)SiI4为低熔点化合物,为分子晶体;(2)晶体硼熔点高,硬度大,是典型的原子晶体;(3)硒易溶于CHCl3,为分子晶体;(4)固体导电为金属晶体。
答案:(1)分子晶体 (2)原子晶体 (3)分子晶体 (4)金属晶体
14.Mn、Fe均为第四周期过渡元素,两元素的部分电离能(I)数据列于下表:
元素
Mn
Fe
I1
717
759
I2
1 509
1 561
I3
3 248
2 957
回答下列问题:
(1)Mn元素价电子层的电子排布式为 ,比较两元素的I2、I3可知,气态Mn2+再失去一个电子比气态Fe2+再失去一个电子难。对此,你的解释是 。?
(2)Fe原子或离子外围有较多能量相近的空轨道而能与一些分子或离子形成配合物,则与Fe原子或离子形成配合物的分子或离子应具备的条件是 。?
(3)三氯化铁常温下为固体,熔点282 ℃,沸点315 ℃,在300 ℃以上易升华。易溶于水,也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断三氯化铁晶体为 晶体。?
(4)金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式,晶胞分别如下图所示。面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的Fe原子个数之比为 。?
解析:(2)可以利用教材知识直接得出;(3)是利用晶体性质对晶体类型的判定,比较简单;(4)是对晶体中原子分摊的考查,在面心立方中,铁原子数为8×+6×=4个,体心立方中铁原子数为8×+1=2个,所以个数比为2∶1。
答案:(1)3d54s2 由Mn2+转化为Mn3+时,3d能级由较稳定的3d5半充满状态转变为不稳定的3d4状态(或Fe2+转化为Fe3+时,3d能级由不稳定的3d6状态转变为较稳定的3d5半充满状态)
(2)具有孤电子对
(3)分子
(4)2∶1
15.(1)如图甲所示为二维平面晶体示意图,所表示的化学式为AX3的是 。?
甲
(2)图乙为一个金属铜的晶胞,请完成以下各题。
乙
①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是 个。?
②该晶胞称为 。(填序号)?
A.六方晶胞
B.体心立方晶胞
C.面心立方晶胞
③此晶胞立方体的边长为a cm,Cu的相对原子质量为64,金属铜的密度为ρ g·cm-3,则阿伏加德罗常数为 (用a、ρ表示)。?
解析:(1)由图甲中直接相邻的原子数可以求得a、b中两类原子数之比分别为1∶2、1∶3,求出化学式分别为AX2、AX3,故答案为b。
(2)①用“切割分摊法”:8×+6×=4;②面心立方晶胞;③·64=ρ·a3,NA=。
答案:(1)b
(2)①4 ②C ③
课件30张PPT。第三节 金属晶体1.金属键的定义
在金属晶体内部，金属原子脱落下来的________形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。这种作用称为金属键。金属键价电子 2．金属键的本质——“电子气”理论
3．金属键的作用
金属晶体硬度的大小，熔沸点的高低与金属键的强弱有关。金属键越强，金属晶体的熔、沸点越_____，硬度越___。
4．影响金属键的因素
金属元素原子半径越____，单位体积内自由移动电子数目越____，金属键越强。高 大 小 多 1.二维空间模型
金属原子的二维平面放置有___________和__________两种，其配位数分别为____、____。金属晶体的原子堆积模型非密置层 密置层 4 6 2．三维空间模型
(1)简单立方堆积
相邻非密置层原子的原子核在一条直线上堆积，形成的晶胞是一个________，每个晶胞含____个原子。这种堆积方式空间利用率低。只有金属____是这种堆积方式。
(2)体心立方堆积
它是另一种非密置层堆积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中。这种堆积方式比______________空间利用率高。如________就是这种堆积方式。立方体 1 钋 简单立方堆积 碱金属 (3)六方最密堆积
它属于________原子按体心立方堆积方式堆积。
方式为____________。 配位数为____，空间利用率约为_______。
(4)面心立方最密堆积
它属于密置层原子按体心立方堆积的另一种堆积方式。
方式为________________。密置层 ABABAB 12 74% ABCABCABC
【慎思1】 (1)金属晶体都是纯净物吗？
(2)金属导电与电解质溶液导电有什么区别？
【答案】(1)金属晶体包括金属单质及其合金。
(2)金属导电一般为物理变化，仅仅是自由电子的定向移动，而电解质溶液导电的过程就是其被电解的过程，是化学变化。
【慎思2】 金属晶体采用密堆积的原因是什么？
【答案】由于金属键没有饱和性和方向性，金属原子能从各个方向互相靠近，从而导致金属晶体最常见的结构形式是堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间。影响金属键的因素2．一般来说，金属的原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强。如对Na、Mg、Al而言，由于价电子数：Al＞Mg＞Na，原子半径：Na＞Mg＞Al，故金属键由强到弱为：Al＞Mg＞Na，故熔点：Na＜Mg＜Al(97.81 ℃＜645 ℃＜660.4 ℃)，硬度：Na＜Mg＜Al。
又如ⅠA族中，Li、Na、K、Rb、Cs的价电子数均为1，但原子半径从Li至Cs依次递增，故其熔点依次递减(180.5 ℃＞97.81 ℃＞63.65 ℃＞38.89 ℃＞28.40 ℃)。【例1】金属键越强，金属的硬度越大，熔、沸点越高，且据研究表明，一般来说，金属原子半径越小，价电子数目越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是( )。
A．镁的硬度小于铝 B．镁的熔、沸点低于钙
C．镁的硬度大于钾 D．钙的熔、沸点高于钾解析
答案 B本题考查金属键强弱的判断，解题的关键是明确金属键的强弱与金属物理性质的关系。一般情况下(同类型的金属晶体)，金属晶体的熔点由金属阳离子的半径、所带的电荷数共同决定。【体验1】下列物质的熔、沸点依次升高的是( )。
A．Na、Mg、Al
B．Na、Rb、Cs
C．Mg、Na、K
D．铝、硅铝合金、单晶硅
【答案】A
【解析】金属键的强弱与原子半径及价电子数有关，原子半径越小，价电子数越多，金属键越强，A、B、C中只有A组熔点依次升高；合金的熔点应比单组分都低，D错。故选A。金属晶体的四种堆积模型对比【例2】有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是( )。A．①为简单立方堆积，②为镁型，③为钾型，④为铜型
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：①6，②8，③8，④12
D．空间利用率的大小关系为：①＜②＜③＜④【体验2】已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别为( )。
A．14、6
B．14、8
C．4、8
D．4、12
【答案】D【探究原理】
1．结构
石墨晶体中每个碳原子采取sp2杂化，形成三个sp2杂化轨道，分别与相邻的三个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成σ键。六个碳原子在同一平面上形成了正六边形的环，伸展形成无限的平面网状结构。 实验探究八 石墨晶体的结构
这里C—C键的键长为0.142 nm，键角为120°；每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，这些2p轨道互相平行，并垂直于碳原子sp2杂化轨道构成的平面，形成遍及整个平面的大π键。这些网络状的平面结构以范德华力结合形成层状的结构，层与层之间的距离为0.335 nm，如图所示。因此，石墨晶体不是原子晶体，也不是分子晶体，而是混合键型晶体。2．晶体微粒间的作用
碳原子间有共价键，层与层间有范德华力。
3．性质
(1)导电性、导热性：石墨晶体中，形成大π键的电子可以在整个原子平面上活动，比较自由，相当于金属中的自由电子，类似金属键的性质，所以石墨能导电、导热，并且沿层的平行方向导电性强，这也是晶体各向异性的表现。
(2)润滑性：石墨层间为范德华力，结合力弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性。因而可用作润滑剂、铅笔芯等。【问题探究】
下表列出了前20号元素的某些元素性质的有关数据：试回答下列问题：
(1)以上10种元素的原子中，失去核外第一个电子所需能量最少的是________(填写编号)。
(2)上述⑤、⑥、⑦三种元素中的某两种元素形成的化合物中，每个原子都满足最外层为8电子稳定结构的物质可能是________(写分子式)。某元素R的原子半径为1.02×10－10 m，该元素在元素周期表中位于____________；若物质Na2R3是一种含有非极性共价键的离子化合物，请写出该化合物的电子式___________________________________________________。(3)元素⑤的某种单质具有平面层状结构，同一层中的原子构成许许多多的正六边形，此单质与熔融的②的单质相互作用，形成某种青铜色的物质(其中元素②用“●”表示)，原子分布如图所示，该物质的化学式为________。思路点拨 解本题的关键是对表格中数据的解读：①、②、⑧无负价，最高价态为＋1价，则为碱金属元素，由原子半径大小可知①为Li，②为K，⑧为Na。结合化合价与原子半径的大小可以推出各编号所代表的元素；③为O，④为Al，⑤为C，⑥为P，⑦为Cl，⑨为N，⑩为F。对于所给的K和C的化合物的结构而言，主要是找出它的重复单元。
