山东省临清三中2012高二化学课件：第3章第3节 金属晶体（人教版选修3）

(共34张PPT)
第三节　金属晶体
学习目标
1.了解金属键的含义——“电子气”理论。
2.能用金属键理论解释金属的物理性质。
3.了解金属晶体的原子堆积模型。
课堂互动讲练
课前自主学案
知能优化训练
第三节　金属晶体
课前自主学案
一、金属键与金属晶体
1．金属键
(1)概念：金属原子脱落下来的__________形成遍布整块晶体的“_________”，被所有原子共用，从而把所有______________维系在一起。
(2)成键微粒是_____________和_____________。
价电子
电子气
金属原子
金属阳离子
自由电子
思考感悟
1．试分析比较金属键和共价键、离子键的异同点。
【提示】　相同点：三种化学键都是微粒间的电性作用。
不同点：共价键是相邻两原子间的共用电子对；离子键是原子得失电子形成阴、阳离子，阴、阳离子间产生静电作用；金属键是金属离子与自由电子的静电引力、金属离子之间的电性斥力的综合作用。
2．金属晶体
(1)在金属晶体中，原子间以__________相结合。
(2)金属晶体的性质：优良的________、________和_________。
金属键
导电性
导热性
延展性
(3)用电子气理论解释金属的性质。
相对滑动
排列方式
定向移动
思考感悟
2．(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？
【提示】　(1)金属晶体包括金属单质及其合金。
(2)金属导电的微粒是电子，电解质溶液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，故二者导电的本质是不同的。
二、金属晶体的原子堆积模型
1．二维空间模型
(1)非密置层
配位数为___，如图所示：
4
(2)密置层
配位数为____，如图所示：
6
2．三维空间模型
(1)非密置层在三维空间堆积
①简单立方堆积
相邻非密置层原子的原子核在______________的堆积，空间利用率太低，只有金属_____采用这种堆积方式。
同一直线上
Po
②体心立方堆积
将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，并使非密置层的原子稍稍分离。这种堆积方式所得的晶胞是一个含有两个原子的立方体，一个原子在立方体的________，另一个原子在立方体的__________，其空间的利用率比简单立方堆积_______，碱金属属于这种堆积方式。
顶角
中心
高
(2)密置层在三维空间堆积
①六方最密堆积
如图所示，按ABABABAB……的方式堆积。
②面心立方最密堆积
如图所示，按ABCABCABC……的方式堆积。
思考感悟
3．金属晶体采用密堆积的原因是什么？
【提示】　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。
课堂互动讲练
金属键
1．概念
金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属阳离子与自由电子之间存在着强烈的相互作用，叫金属键。
2．金属键强弱的比较
金属键的强度主要决定于金属元素的原子半径和价电子数，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。
3．金属键对物质性质的影响
金属原子的价电子越多，原子半径越小，金属离子与自由电子的作用力越强，金属键越强，晶体的熔、沸点越高。
特别提醒：金属晶体的熔点差别很大，有的在常温下是液体，而铁、钨等金属熔点很高。这是金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子的作用力不同而造成的差别。
例1
(2011年武汉高二检测)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；金属的性质及固体的形成都与金属键强弱有关。
【答案】　B
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：选A。金属具有金属光泽是金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光再发射出来，因此金属一般显银白色。金属导电性正是由于金属原子之间共享了价电子，才使得金属晶体中有了自由移动的电子，也才能在外电场的作用下使电子作定向移动形成电流。C和D均正确。
金属晶体
1．金属晶体的性质
(1)导电性
金属晶体中存在许多自由电子，这些自由电子的运动是没有方向性的，但在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动形成电流，所以金属容易导电。
(2)导热性
自由电子在运动时与金属离子碰撞而引起能量的交换，从而使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)延展性
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。当金属受到外力时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性，受到外力后，相互作用没有被破坏，金属虽然发生了形变但不会导致断裂。
(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，所以当光辐射到它的表面上时，自由电子可以吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，这就使得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，金属的晶面取向杂乱，晶格排列不规则，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。
2．金属熔、沸点高低的比较
(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，如汞常温为液体，熔点很低(－38.9 ℃)，而铁等金属熔点很高(1535 ℃)。
3．金属晶体的原子堆积模型
堆积模型 采纳这种
堆积的典
型代表 空间
利用率 配位数 晶胞
非密置层 简单
立方
堆积 Po(钋) 52% 6
体心
立方
堆积
(bcp) Na、K、Fe 68% 8
堆积模型 采纳这种
堆积的典
型代表 空间
利用率 配位数 晶胞
密置层 六方
最密
堆积
(hcp) Mg、Zn、Ti 74% 12
面心
立方
最密
堆积
(ccp) Cu、Ag、Au 74% 12
特别提醒：(1)金属晶体在受外力作用下，各层之间发生相对滑动，但金属键并没有被破坏；
(2)金属晶体中只有金属阳离子，无阴离子；
(3)原子晶体的熔点不一定都比金属晶体的高，如金属钨的熔点就高于一般的原子晶体；
(4)分子晶体的熔点不一定就比金属晶体的低，如汞常温下是液体，熔点很低。
例2
物质结构理论指出：金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用，叫金属键。金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。根据研究表明，一般来说，金属原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强。由此判断下列说法错误的是(　　)
A．镁的硬度大于铝
B．镁的熔、沸点高于钙
C．镁的硬度大于钾
D．钙的熔、沸点高于钾
【思路点拨】　解答本题时要注意以下两点：
(1)金属晶体熔、沸点高低决定于金属键的强弱。
(2)金属阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强。
【解析】　此题考查的是金属晶体的性质，如硬度和熔、沸点的比较。比较依据：看价电子数和原子半径，价电子数：MgK，KAl，MgCa，综合分析，镁的硬度小于铝；镁的熔、沸点高于钙；镁的硬度大于钾；钙的熔、沸点高于钾。故A错误。
【答案】　A
【规律方法】　金属晶体的熔点变化规律
金属晶体熔点变化差别较大。如：汞在常温下是液体，熔点很低(－38.9 ℃)，而铁等金属熔点很高(1535 ℃)。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子的作用力不同而造成的差别。
(1)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半径、所带的电荷数、自由电子的多少决定。 阳离子半径越小，所带的电荷数越多，自由电子越多，相互作用力就越大，熔点就会相应升高。例如：熔点KNa>K>Rb>Cs。
(2)一般合金的熔、沸点比各成分金属的熔、沸点低。
变式训练2　按下列四种有关性质的叙述，可能属于金属晶体的是(　　)
A．由分子间作用力结合而成，熔点低
B．固体或熔融后易导电，熔点在1000 ℃左右
C．由共价键结合成网状结构，熔点高
D．固体和熔融状态不导电，但溶于水后可能导电
解析：选B。A为分子晶体，B中固体能导电，熔点在1000 ℃左右，不是很高应为金属晶体，C为原子晶体，D为分子晶体。