苏教版高中化学选择性必修2专题3微粒间作用力与物质性质第一单元金属键金属晶体课件(共72张PPT)

(共72张PPT)
专题3　微粒间作用力与物质性质
第一单元　金属键　金属晶体
学习目标：1.认识金属键，能用金属键理论解释金属的一些物理特性，会正确分析金 属键的强弱。2.认识晶体的结构特点，明确晶胞的概念，学会晶胞中微粒数的计算方 法（均摊法）。3.熟知金属晶体的原子堆积模型。
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研习任务一　金属键与金属的性质
教材　认知
1. 金属键
（1）概念：金属离子与 之间强烈的相互作用称金属键。
（2）成键粒子： 和 。
（3）本质：是一种 作用，即金属阳离子与自由电子之间的 。
（4）存在：金属 或 。
（5）特点：金属键的特征是没有 和 ，金属中的电子在整个晶 体内运动，属于整块金属。
自由电子　
金属阳离子　
自由电子　
电性　
静电作用　
单质　
合金　
方向性　
饱和性　
定向移动　
减弱　
自由电子　
金属离子（或金属原子）　
自由
电子　
金属离子（或金属原子）　
方向　
金属键　
3. 金属键的强弱
（1）原子化热
金属键的强弱可以用金属的原子化热来衡量。
金属的原子化热是指 金属固体完全气化成相互远离的气态原子时 的能量。
（2）金属键的强弱
金属键的强弱与金属元素的 、单位体积内 有关。
一般而言，金属元素的原子半径越小、单位体积内自由电子的数目越多，金属 键越强。
（3）金属键的强弱与金属的物理性质的关系
金属键越强，金属晶体的硬度 ，熔、沸点 。
1 mol　
吸收　
原子半径　
自由电子的数目　
越大　
越高　

√





问题　探讨
1. 金属中的自由电子来源于金属原子中的哪部分电子？
提示：金属原子的部分或全部外围电子。
2. 金属导电与电解质溶液导电有何不同？
提示：金属导电是自由电子在外电场作用下的定向移动，是物理变化；电解质 溶液导电实质是电解过程，即阴、阳离子的定向移动并在阴、阳极放电的过 程，为化学变化。
3. 金属键的构成粒子是什么？如何比较金属键的强弱？
提示：金属阳离子和自由移动的电子。一般而言，金属元素的原子半径越小，单位体 积内自由电子的数目越多，金属键越强。
A. 金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的粒子间的强烈相互作用，其 实质是一种电性作用
B. 金属键可以看作许多离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
解析：从基本构成粒子的性质看，金属键的实质属于电性作用，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有，金属键无方向性和饱和性。
B
A. 金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱
B. 金属晶体中的自由电子在外电场作用下发生定向移动
C. 金属晶体中的金属阳离子在外电场作用下可发生定向移动
D. 金属晶体在外电场作用下可失去电子
解析：金属中存在自由移动的电子，在外电场作用下，自由电子就会定向移动而形成 电流。
B
A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ①④
C
解析：金属的导电性是因为在外电场作用下，电子发生定向移动实现的，而金属阳离 子并没有运动，因此①错误；金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互 作用，并非仅存在静电吸引作用，因此②错误；一般情况下，金属阳离子所带电荷数 越多，原子半径越小，金属键越强，金属单质的熔、沸点越高，硬度越大，Na、 Mg、Al三种原子的半径依次减小，离子所带电荷数依次增多，金属键越来越强，因 此③正确；金属键的特征：一是没有方向性和饱和性，二是所有自由电子在三维空间 运动，属于整个金属，因此④正确。
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
B
解析：
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研习任务二　金属晶体
教材　认知
1. 晶体和非晶态物质的概念
（1）晶体
内部粒子（原子、离子或分子）在空间 构成的固体物质称为 晶体。如金刚石、干冰、氯化钠等。绝大多数常见的固体物质都是晶体。
按一定规律重复排列　
（2）晶体与非晶体的区别
晶体 非晶体
自范性（本质区别）
是否均一 均一 不均一
固定熔、沸点
某些物理性质的各向异性
能否发生X射线衍射（最科学的区分 方法） 能 不能（能发生散射）
举例 NaCl晶体、I2晶体、
Na晶体等 玻璃、橡胶等
有　
无　
有　
无　
有　
无　
（3）晶体与非晶体的测定方法
测定方法 测熔点 晶体有 的熔点，非晶体 固定的熔点
可靠方法 对固体进行X射线衍射实验
固定　
没有　
2. 金属晶体
（1）概念：金属晶体是金属原子通过 形成的晶体。
（2）金属晶体的成键粒子是 和 。成键粒子之间的相互作 用是 。
金属键　
金属离子　
自由电子　
金属键　
3. 金属晶体的原子结构模型
（1）等径球在二维空间的堆积方式
金属晶体中的原子可以看成直径相等的球体，在平面上（即二维空间），有两种堆积 方式：
　　
图① 图②
图①的堆积方式为 ，原子的配位数为 ；图②的堆积方式 为 ，原子的配位数为 。
金属晶体的配位数是指距离某个原子最近且距离相等的原子个数。
非密置层堆积　
4　
密置层堆积　
6　
（2）等径球在三维空间的堆积方式
　　
图③ 图④
　　
图⑤ 图⑥
简单立方堆积　
6　
体心立方堆积　
8　
面心立方最密堆
积　
12　
六方最密堆积　
12　
4. 金属晶体的结构与物理性质
（1）金属晶体具有良好的延展性。金属键在整个晶体范围内起作用，在锻压或锤打 时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，但金属密堆积层之间始终保持着金 属键的作用，因此金属晶体虽然发生了形变但不致断裂。
（2）金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，如具有最密堆积结构的金属 的延展性往往比其他结构的延展性好。
（3）金属晶体的熔、沸点
金属的熔、沸点取决于金属键的强弱，一般而言，金属原子的价电子数越多，原子半 径越小，金属晶体内部金属键越强，晶体熔、沸点越高。
5. 合金
（1）合金的概念
一种金属与另一种或几种 的融合体。
（2）合金的性质
一般来说，合金的熔点 各组成成分的熔点，硬度 成分金属的硬度。 如生铁的熔点 纯铁，硬度 纯铁。
①当原子半径较小的非金属元素与金属元素形成合金时，这类合金一般具有较高的熔 点和较大的硬度。
②当电负性和原子半径相差不大的两种金属元素形成合金时，所形成的合金的强度和 硬度比组成它的金属的强度和硬度都要大。
金属（或非金属）　
低于　
大于　
低于　
大于　
问题　探讨
1. 晶体中一个原子周围距离相等且最近的原子的数目叫配位数，回答下列问题。
（1）非密置层和密置层的配位数分别为 、 。
（2）简单立方堆积、体心立方堆积和面心立方堆积的配位数分别 为 、 、 。
2. 金属粉末往往没有金属光泽的原因是什么？
提示：金属粉末往往没有金属光泽，这是因为在粉末状时，金属的晶面分布在各个方 向，非常杂乱，晶格排列也不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以失去光泽。
4　
6　
6　
8　
12　
A. 熔融态物质凝固、气态物质凝华都可能得到晶体
B. 要确定某一固体是否是晶体可用X射线衍射仪进行测定
C. 晶态、非晶态、液晶态、塑晶态都是物质的聚集状态
D. 是否有规则的几何外形是区别晶体与非晶体的本质
解析：熔融态物质凝固、气态物质凝华，都可能形成具有规则的几何外形的晶体，A 正确；要确定某一固体是否是晶体，可用X射线衍射仪进行测定，看晶体是否具有各 向异性，B正确；物质的聚集状态除了气态、液态、固态外，还有晶态、非晶态以及 介于二者之间的塑晶态、液晶态等，C正确；晶体是具有规则的几何外形的固体，而 非晶体没有规则的几何外形，晶体与非晶体的本质差异是有无自范性，D不正确。
D
金属 K Cu
原子外围电子排布 4s1 3d104s1
原子半径/pm 255 128
原子化热/kJ·mol－1 90.0 339.3
熔点/℃ 63.4 1 083
D
A. 单位体积内自由电子数目：K＜Cu
B. 金属键强弱顺序为K＜Cu
C. 金属的硬度大小顺序为K＜Cu
D. 两者最外层电子数目相等，因此其金属键的强弱取决于原子半径大小
解析：金属单位体积内自由电子的数目取决于金属的外围电子数目，Cu的外围电子 比K多，故单位体积内自由电子数目：K＜Cu，故A正确；决定金属键强弱的因素是 单位体积内自由电子数目和原子半径的大小，Cu的原子半径比K小，单位体积内自由 电子数目比K多，故金属键强弱顺序为K＜Cu，故B正确；金属键强弱顺序为K＜ Cu，金属的硬度大小顺序为K＜Cu，故C正确；决定金属键强弱的因素是单位体积内 自由电子数目和原子半径的大小，自由电子的数目取决于金属的外围电子数目，而不 是金属的最外层电子数目，故D错误。
A. 金属镁的熔点大于金属铝
B. 碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的
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而所带的电荷数少，所以金属镁比金属铝的金属键 弱，熔、沸点和硬度都小，故A错误；从Li到Cs，离子半径是逐渐增大的，所带电荷 数相同，金属键逐渐减弱，熔、沸点和硬度都逐渐减小，故B错误；与钠离子比，金 属铝的离子半径小而所带电荷数多，所以金属铝比金属钠的金属键强，所以金属铝比 金属钠的熔、沸点和硬度都大，故C正确；与钙离子比，金属镁的离子半径小而所带 电荷数相同，所以金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬 度都大，故D错误。
4. 有三种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示。
①
②
③
简单立方　
体心立方　
面心立方　
6　
8　
12　
典型晶体模型
晶体 晶体结构 晶体详解
金 属 晶 体 简单立方堆积 典型代表Po，配位数为6，空间利用 率52％
面心立方最密堆积 又称为A1型或铜型，典型代表Cu、 Ag、Au，配位数为12，空间利用率 74％
体心立方堆积 又称为A2型或钾型，典型代表Na、 K、Fe，配位数为8，空间利用率68 ％
晶体 晶体结构 晶体详解
金 属 晶 体 六方最密堆积 又称为A3型或镁型，典型代表Mg、 Zn、Ti，配位数为12，空间利用率74 ％
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研习任务三　均摊法分析晶胞的组成
基本重复单位　
3. 常见的计算类型
（1）均摊法计算晶胞中微粒个数
①长方体（正方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算：
②六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算：
③正三棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算：
（2）均摊法计算化学式
运用“均摊法”计算出一个晶胞中的各粒子数目→求出不同粒子的比值→得出化学式
（3）晶体密度的计算
①阿伏加德罗常数与微粒数之间的关系
②晶体密度的计算步骤
（4）晶体中微粒半径或间距的计算
①晶胞参数
晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示，包括晶胞的3组棱长 a 、 b 、 c 和3组棱相互 间的夹角α、β、γ，即晶格特征参数，简称晶胞参数。
②计算晶胞中微粒间距离的方法
应用　体验
A. AB2 B. EF2 C. XY3Z D. AB3
C
A. 锑钾合金的熔点比金属钾的高
B. 该合金的组成可表示为K3Sb
C. 与Sb最邻近的K原子数为4
B
A. C60和石墨烯互为同素异形体
B. 该富勒烯化合物的化学式为K3C60
C. C60周围等距且距离最近的C60的数目为6
C
A. 该物质的化学式为LaNi5
B. 距离La最近且相等的Ni的数目为6
C. 利用原子光谱可鉴定储氢材料中的La元素
D
5. 用X射线研究某金属晶体，测得其立方晶胞的棱长为360 pm，此时金属的密度为9.0 g·cm－3。
（1）此晶胞中含金属原子 个。
（2）每个晶胞的质量是 g。
解析：（2）根据晶胞的棱长为360 pm，可得晶胞的体积为（3.6×10－8）3 cm3。根据 质量＝密度×体积，可得晶胞的质量＝9.0 g·cm－3×（3.6×10－8）3 cm3≈4.2×10－22 g。
4
4.2×10－22
（3）此金属的相对原子质量为 。
63.21
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课时作业
A. 构成金属键的微粒是金属阳离子和自由电子
B. 金属键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
C. 金属导电是因为在外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
C
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解析：金属阳离子和自由电子以静电作用形成金属键，A项正确；把金属键描述为金 属原子脱落的价电子形成的电子气遍布于整个晶体被所有原子共用，B项正确；金属 中存在自由移动的电子，在外电场作用下可以定向移动，C项错误；电子气遍布于整 个晶体被所有原子共用，从而将所有原子维系在了一起，金属晶体具有延展性，D项 正确。
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A. 可能具有很好的导电性
B. 与氢气互为同素异形体
C. 与氢气所含化学键类型不同
D. 制造金属氢的过程中物质状态改变，属于物理变化
解析：金属氢具有金属晶体的特点，因此可能具有很好的导电性，A项正确；金属氢 与氢气是氢元素的两种不同单质，因此互为同素异形体，B项正确；金属氢中含有氢 离子和自由电子，不含共价键，C项正确；制造金属氢的过程中有新物质生成，为化 学变化，D项错误。
D
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A. 金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中的自由电子在外电场作用下做定向移 动
B. 金属具有良好的导热性能，是因为自由电子受热后运动速率增大，与金属离子碰 撞频率增大，传递了能量
C. 金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层在滑动过程中金属键未 破坏
D. 金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系
D
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解析：金属内部有自由电子，当有外加电压时电子定向移动，因此金属可以导电，故 A正确；金属内部的自由电子受热后运动速率增大，与金属离子碰撞频率增大，传递 了能量，故金属有良好的导热性，故B正确；当金属晶体受到外力作用时，晶体中的 各原子层发生相对滑动而不断裂，所以表现出良好的延展性，故C正确；金属一般具 有银白色光泽是由于金属键中的自由电子在吸收可见光以后，发生跃迁，成为高能 态，然后又会回到低能态，把多余的能量以可见光的形式释放出来，所以金属一般具 有银白色光泽与金属键有关系，故D错误。
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A. Al＞Mg＞Ba B. Al＞Na＞Li
C. Al＞Mg＞Ca D. Al＞Mg＞Na
解析：电荷数：Al3＋＞Mg2＋＝Ca2＋＝Ba2＋＞Li＋＝Na＋，金属原子半径： r （Ba）＞ r （Ca）＞ r （Na）＞ r （Mg）＞ r （Al）＞ r （Li），则A、C、D正确；B中Li＞ Na，Al＞Na，符合题意。
B
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A. 上述五种元素中，有两种位于周期表的p区
B. 超级钢的晶体是金属晶体
C. X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构
D. 超级钢中存在金属键和离子键
解析：题述五种元素中，C、Al最后排入的电子都分布在p轨道，所以它们位于周期 表的p区，A正确；超级钢属于合金，它的晶体中只存在金属键，属于金属晶体，B正 确；X射线衍射实验可以对物质内部原子在空间分布状况进行分析，从而确定超级钢 的晶体结构，C正确；超级钢是金属晶体，因此只存在金属键，不存在离子键，D不 正确。
D
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A. MgB B. MgB2
C. Mg2B D. Mg3B2
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解析：按照题意，晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成，是指相邻晶胞之间没有任何 间隙，所有晶胞平行排列，取向相同。由此可知，平移后，重合位置的原子相同。不 管是左右或上下平移时，大圆表示的原子和小圆表示的原子位置重合，但不是同一种 原子，因此该结构不能作为晶胞，A错误；不管是上下平移还是左右平移，各原子都 可以与相同的原子重叠，可平移无隙并置得到晶体，因此该结构可以作为晶胞，B正 确；上下平移时，位于面心的两个不同的原子位置会重合，因此该结构不能作为晶 胞，C错误；该结构平移时会存在空隙，因此不能作为晶胞，D错误。
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A. 单质Fe中含有金属键
B. 基态Fe原子核外电子排布式为3d64s2
C. 晶体中，Co与Ni原子个数比为3∶1
B
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A. 金晶体每个晶胞中含有4个金原子
B. 金晶体中金原子的配位数为12
D
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A. 该晶胞的体积为 a3×10－36 cm3
B. Au和Cu原子数之比为3∶1
C. 与Au最邻近的Cu原子数为12
C
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11. （2024·无锡高二检测）某晶体的晶胞的部分结构如图所示，X（ ）位于立方体顶 角，Y（ ）位于立方体体心。
（1）晶体中每一个Y同时吸引着 个X，每个X同时吸引着 个Y，该晶体的 化学式是 。
解析：（1）同时吸引的微粒个数即指在某微粒周围距离最近且相等的其 他种类的微粒个数，观察题图可知，Y位于立方体的体心，X位于立方体 的顶角，每个Y同时吸引着4个X，而每个X同时被8个立方体共用，每个 立方体的体心都有1个Y，所以每个X同时吸引着8个Y，X、Y的个数比为 1∶2，所以化学式为XY2或Y2X。
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XY2（或Y2X）
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（2）晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有 个。
解析：（2）晶体中每个X周围与它最接近的X之间的距离应为如图所示 立方体的面对角线。位置关系分别为在此X的上层、下层和同一层，每层 均有4个，共有12个。
（3）晶体中距离最近的2个X分别与1个Y形成的两条线的夹角为 。
解析：（3）若将4个X连接，构成1个正四面体，Y位于正四面体的中心，可联系CH4 的键角，知该夹角为109°28'。
12
109°28'
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12. 在晶体中具有代表性的最小重复单元，称为晶胞。如图是金属钨晶体中的一个晶 胞的结构模型图（原子间实际是相互接触的）。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，钨的相对原子质量为183.9。假定金属钨为等直径的刚性 球，请回答以下各题：
（1）每个晶胞中分摊到 个钨原子。
2　
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（2）晶胞的棱长 a 为 。
0.316 3 nm　
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（3）钨的原子半径 r 为 （提示：只有体对角线上的各个球才是彼此接触 的）。
（4）金属钨原子采取的体心立方堆积的空间利用率为 。
0.137 nm　
68％　
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