专题专题3 3微粒间作用力与物质性质微粒间作用力与物质性质专题专题3微粒间作用力与物质性质微粒间作用力与物质性质第一单元金属键第一单元金属键 金属晶体金属晶体课程标准导航课程标准导航1.了解金属晶体模型和金属键的本质。了解金属晶体模型和金属键的本质。2.认识金属键与金属物理性质的辩证关系。认识金属键与金属物理性质的辩证关系。3.能正确分析金属键的强弱。能正确分析金属键的强弱。4.结合问题讨论并深化金属晶体的物理性质的结合问题讨论并深化金属晶体的物理性质的共性。共性。5. 认识合金及其广泛应用。认识合金及其广泛应用。新新知知初初探探自自学学导导引引自主学习自主学习一、金属一、金属键与金属特性与金属特性1. 金属金属键(1)金属离子和自由金属离子和自由电子的形成子的形成金属原子的部分或全部金属原子的部分或全部_受原子受原子核的束核的束缚比比较_，在金属晶体内部，在金属晶体内部，它它们可以从原子上可以从原子上“_”_”下来，下来，外外围电子子弱弱脱落脱落形成自由流形成自由流动的的_。金属原子失去部。金属原子失去部分或全部分或全部_形成形成_。(2)概念概念_与与_之之间强强烈的烈的相互作用称相互作用称为金属金属键。2. 金属特性金属特性(1)导电性性电子子外外围电子子金属离子金属离子金属离子金属离子自由自由电子子通常情况下，金属内部自由通常情况下，金属内部自由电子的运子的运动不具不具有固定的方向性，但在外有固定的方向性，但在外电场作用下，自由作用下，自由电子在金属内部会子在金属内部会发生生_运运动，从而，从而形成形成电流。流。(2)导热性性金属受金属受热时，_与与_的的碰撞碰撞频率增加，率增加，_把能量把能量传给_。定向定向金属离子金属离子自由自由电子子自由自由电子子金属离子金属离子从而把能量从温度从而把能量从温度_的区域的区域传到温度到温度_的区域。的区域。(3)延展性延展性金属金属键没有没有_。在外力作用下，金。在外力作用下，金属原子之属原子之间发生相生相对滑滑动时，各，各层金属原子金属原子间保持保持_的作用。的作用。高高低低方向性方向性金属金属键想一想想一想 晶体中有阳离子，一定有阴离子晶体中有阳离子，一定有阴离子吗？有阴离子，一定有阳离子？有阴离子，一定有阳离子吗？提示：提示：不一定，如金属晶体，只有阳离子，不一定，如金属晶体，只有阳离子，无阴离子。但有阴离子无阴离子。但有阴离子则一定有阳离子。一定有阳离子。二、金属晶体二、金属晶体1. 自然界中自然界中许多固多固态物物质都是都是_，它，它们有有规则的几何外形。通常条件下，大多数的几何外形。通常条件下，大多数_也是晶体。也是晶体。2. 晶胞：反映晶体晶胞：反映晶体结构特征的构特征的_。3. 金属晶体中原子的常金属晶体中原子的常见堆堆积方式：方式：_堆堆积，如，如钋；晶体晶体金属金属单质及其合金及其合金基本重复基本重复单位位简单立方立方_堆堆积，如，如镁、锌、钛等；等；_堆堆积，如金、，如金、银、铜、铅等；等；_堆堆积，如，如钠、钾、铬等。等。4. 合金合金(1)定定义：一种：一种_与另一种或几种与另一种或几种_ (或或_)的融合体。的融合体。六方六方面心立方面心立方体心立方体心立方金属金属金属金属非金属非金属(2)合金的性合金的性质比比单纯的金属更的金属更_：合金的熔点一般比各成分金属都要合金的熔点一般比各成分金属都要_；硬度比各成分金属硬度比各成分金属_。优越越低低高高自主体验自主体验1. 金属的下列性金属的下列性质中，不能用金属晶体中，不能用金属晶体结构构理理论加以解加以解释的是的是()A易易传热B易加工易加工变形但不易碎形但不易碎C易易导电D易易锈蚀解析：解析：选D。金属易。金属易导电、易、易导热和具有延展和具有延展性性(易加工易加工变形但不易碎形但不易碎)都是金属共有的物理都是金属共有的物理性性质，这此性此性质都是由金属晶体的都是由金属晶体的结构即金构即金属属键的特点所决定的；的特点所决定的；D选项中金属易中金属易锈蚀是是因因为金属原子易失去金属原子易失去电子，易被氧化，属于子，易被氧化，属于金属的化学性金属的化学性质，是由金属元素的原子，是由金属元素的原子结构构所决定的。所决定的。2. 金属晶体的形成是因金属晶体的形成是因为晶体中存在晶体中存在()金属原子金属原子金属离子金属离子自由自由电子子阴离子阴离子A只有只有 B只有只有C D解析：解析：选C。金属晶体是金属离子和自由。金属晶体是金属离子和自由电子子通通过金属金属键形成的。形成的。3. 金属晶体堆金属晶体堆积密度大，原子配位数高，密度大，原子配位数高，能充分利用空能充分利用空间的原因是的原因是()A金属原子的价金属原子的价电子数少子数少B金属晶体中有自由金属晶体中有自由电子子C金属原子的原子半径大金属原子的原子半径大D金属金属键没有没有饱和性和方向性和性和方向性解析：解析：选D。这是因是因为分分别借助于没有方向性借助于没有方向性的金属的金属键形成的金属晶体的形成的金属晶体的结构中，都构中，都趋向向于使原子吸引尽可能多的原子分布于周于使原子吸引尽可能多的原子分布于周围，并以密堆，并以密堆积的方式降低体系的能量，使的方式降低体系的能量，使晶体晶体变得比得比较稳定。定。4. 下列物下列物质中含有金属中含有金属键的是的是(双双选)()A金属金属铝 B合金合金CNaOH DNH4Cl解析：解析：选AB。金属。金属键存在于金属存在于金属单质和合金和合金中，中，C、D选项中的物中的物质为离子晶体，存在离离子晶体，存在离子子键。要要点点突突破破讲讲练练互互动动探究导引探究导引1金属金属键中金属离子与自由中金属离子与自由电子之子之间的的强强烈相烈相互作用是互作用是仅指金属离子与自由指金属离子与自由电子之子之间的相的相互吸引互吸引吗？要点一要点一要点一要点一金属键金属键提示：提示：不是，既有金属离子与自由不是，既有金属离子与自由电子之子之间的相互吸引，也有金属离子与金属离子、自的相互吸引，也有金属离子与金属离子、自由由电子与自由子与自由电子之子之间的排斥作用。的排斥作用。探究导引探究导引2 影响金属影响金属键强强弱的因素有哪些？弱的因素有哪些？提示：提示：金属金属键的的强强弱主要取决于金属元素的弱主要取决于金属元素的原子半径和价原子半径和价电子数，原子半径越大，价子数，原子半径越大，价电子数越少，金属子数越少，金属键越弱；原子半径越小，价越弱；原子半径越小，价电子数越多，金属子数越多，金属键越越强强。要点归纳要点归纳即时应用即时应用1. 下下图是金属晶体内部的是金属晶体内部的“电子气子气”理理论示示意意图：仔仔细观察并用察并用“电子气子气”理理论解解释金属金属导电的原因是的原因是()A金属晶体中的金属离子在外加金属晶体中的金属离子在外加电场作用下作用下可可发生定向移生定向移动B金属晶体中的自由金属晶体中的自由电子在外加子在外加电场作用下作用下可可发生定向移生定向移动C金属晶体在外加金属晶体在外加电场作用下可失去作用下可失去电子子D金属晶体中金属离子与自由金属晶体中金属离子与自由电子子间的相互的相互作用作用较弱弱解析：解析：选B。在金属晶体中，充。在金属晶体中，充满着着带负电的的“电子气子气”，这些些“电子气子气”的运的运动是没有是没有一定方向的，但在外加一定方向的，但在外加电场的条件下，的条件下，“电子子气气”就会就会发生定向移生定向移动，因而形成，因而形成电流，所流，所以金属容易以金属容易导电。要点二要点二要点二要点二金属晶体金属晶体探究探究导引引1 在二在二维空空间中金属原子之中金属原子之间有几有几种堆种堆积方式？利用率如何？方式？利用率如何？提示：提示：金属原子在二金属原子在二维空空间中的排列可以有两中的排列可以有两种方式：种方式：(a)非密置非密置层，其，其结构特点是行列构特点是行列对齐、四球一空、非最、四球一空、非最紧密排列，密排列，如如图(a)所示，原子配位数所示，原子配位数为4；(b)密置密置层，其其结构特点是行列相构特点是行列相错、三球一空、最、三球一空、最紧密密排列，如排列，如图(b)所示，原子配位数所示，原子配位数为6。非密置。非密置层原子排列不原子排列不紧密，原子密，原子间的空隙大，空的空隙大，空间利用率比密置利用率比密置层低。低。探究探究导引引2 在平面堆在平面堆积的基的基础之上，在三之上，在三维空空间有几种堆有几种堆积方式？利用率如何？方式？利用率如何？提示：提示：简单立方堆立方堆积：将非密置：将非密置层在空在空间一一层一一层的堆的堆积，有两种堆，有两种堆积方式，其中一方式，其中一种的堆种的堆积方式如下方式如下图所示，相所示，相邻非密置非密置层的的原子核在同一直原子核在同一直线上，不上，不难理解，理解，这种堆种堆积方式形成的晶胞方式形成的晶胞为一个立方体，被称一个立方体，被称为简单立方，配位数立方，配位数为6，分，分别位于上、下，位于上、下，前、后，左、右。前、后，左、右。这种堆种堆积的空的空间利用率太利用率太低，只有极少数金属低，只有极少数金属(如如Po)采取采取这种堆种堆积方方式。式。(注：晶胞是从晶体中注：晶胞是从晶体中“截取截取”出来具有出来具有代表性的最小部分，是能代表性的最小部分，是能够反映晶体反映晶体结构特构特征的基本重复征的基本重复单位位)体心立方堆体心立方堆积：非密置：非密置层在空在空间一一层一一层的堆的堆积的另一种方式是将上的另一种方式是将上层的金属原子填的金属原子填入下入下层四个金属原子形成的凹穴中，下一四个金属原子形成的凹穴中，下一层的原子核与上一的原子核与上一层中四个球中四个球围成的空在同一成的空在同一直直线上，晶胞上，晶胞类型型为体心立方，配位数体心立方，配位数为8，即体心周即体心周围的八个的八个顶点。点。这种堆种堆积方式的空方式的空间利用率比利用率比简单立方要立方要高，高，许多金属都采取多金属都采取这种堆种堆积方式，如碱方式，如碱金属、金属、铁、铬、钼、钨等。等。面心立方堆面心立方堆积：密置：密置层的原子的空的原子的空间堆堆积方式也有两种，其中一种如下方式也有两种，其中一种如下图甲所示，若甲所示，若将密置将密置层的第一的第一层标记为A层，第二，第二层标记为B层，则B层中三球中三球围成的空隙正成的空隙正对A层的球的球心，第三心，第三层标记为C层，C层的球心正的球心正对B层中三球中三球围成的空隙，但成的空隙，但C层的球心不与的球心不与A、B层中任一中任一层的球心正的球心正对，这样以以ABCABC三三层周期性重复方式堆周期性重复方式堆积，这种堆种堆积的晶胞如下的晶胞如下图中乙所示，称中乙所示，称为面心面心立方晶胞，配位数立方晶胞，配位数为12，同，同层6个，上个，上层3个，下个，下层3个，个，该晶胞的晶胞的对角角线垂直于密置垂直于密置层。这种堆种堆积方式的空方式的空间利用率更高，金、利用率更高，金、银、铜、铝等都采取等都采取这种堆种堆积方式。方式。六方堆积：密置层空间堆积的另一种方式六方堆积：密置层空间堆积的另一种方式如下图中甲所示，在如下图中甲所示，在A、B双层上堆积第三层双层上堆积第三层时，第三层的球心正对第一层的球心，而第时，第三层的球心正对第一层的球心，而第四层的球心正对第二层的球心，如此以四层的球心正对第二层的球心，如此以ABAB二层周期性重复方式堆积，这种堆二层周期性重复方式堆积，这种堆积的晶胞如下图丙所示，称为立方晶胞，配积的晶胞如下图丙所示，称为立方晶胞，配位数为位数为12，同层，同层6个，上层个，上层3个，下层个，下层3个个这种堆积方式的空间利用率也很高，镁、这种堆积方式的空间利用率也很高，镁、锌、钛等属于这种堆积方式。锌、钛等属于这种堆积方式。要点归纳要点归纳堆堆积方式方式晶胞晶胞类型型空空间利利用率用率配位配位数数实例例简单立立方堆方堆积52%6Po体心立体心立方密堆方密堆积68%8Na、K、Fe堆堆积方式方式晶胞晶胞类型型空空间利利用率用率配位配位数数实例例圆心立心立方堆方堆积74%12Cu、Ag、Au六方六方堆堆积74%12Mg、Zn、Ti即时应用即时应用 2. 今有四种金属的晶胞结构如今有四种金属的晶胞结构如下，有关说法不正确的是下，有关说法不正确的是()A四种结构中，四种结构中，、金属堆积时，小球金属堆积时，小球在平面内紧密排列构成非密置层在平面内紧密排列构成非密置层B、密置层小球空间排列时，分别是密置层小球空间排列时，分别是“ABCABCABC”和和“ABABAB”堆积堆积C四种晶胞中，原子数分别为四种晶胞中，原子数分别为2，4，6，1D第第3周期金属元素的单质，钠按周期金属元素的单质，钠按、镁按、镁按、铝按、铝按的方式堆积的方式堆积解析：解析：选D。A项，为非密置非密置层，正确；，正确；B项，为密置密置层，正确；，正确；题题型型探探究究技技法法归归纳纳题型题型题型题型1 1 1 1金属金属键例例例例1 1 物物质结构理构理论推出：金属推出：金属键越越强强，其，其金属的硬度越大，熔、沸点越高，且据研究金属的硬度越大，熔、沸点越高，且据研究表明，一般表明，一般说来，金属原子半径越小，价来，金属原子半径越小，价电子数越多，子数越多，则金属金属键越越强强。由此判断下列。由此判断下列说法法错误的是的是(双双选)()A镁的硬度大于的硬度大于铝的硬度的硬度B镁的熔、沸点低于的熔、沸点低于钙的熔、沸点的熔、沸点C镁的硬度大于的硬度大于钾的硬度的硬度D钙的熔、沸点高于的熔、沸点高于钾的熔、沸点的熔、沸点【思路点思路点拨】分析分析镁、铝、钾、钙的金属的金属键的的强强弱，再分析其与物理性弱，再分析其与物理性质的关系，即的关系，即分析四种金属离子半径的大小及价分析四种金属离子半径的大小及价电子数的子数的多少，判断金属多少，判断金属键的相的相对强强弱。弱。【解析解析】根据根据题目所目所给信息：信息：镁和和铝的的电子子层数相同，价数相同，价电子数子数AlMg，离子半径，离子半径Al3Mg2，铝的硬度大于的硬度大于镁，所以，所以A不正不正确。确。镁、钙价价电子数相同，但离子半径子数相同，但离子半径Ca2Mg2，金属金属键强强度度MgCa，所以，所以B不正不正确。用以上比确。用以上比较方法可推出：离子方法可推出：离子电荷数荷数Mg2K，离子半径离子半径Mg2NaK，所以金属所以金属键强强度度MgK，硬度，硬度MgK，所以，所以C正确。正确。钙和和钾元素位于同一周期，价元素位于同一周期，价电子数子数CaK，离子，离子电荷数荷数Ca2K，离子半径离子半径KCa2，金属金属键强强度度CaK，熔点，熔点CaK，所以，所以D正确。正确。【答案答案】AB【规律方法律方法】金属晶体的成金属晶体的成键粒子是金属粒子是金属离子和自由离子和自由电子，它子，它们之之间靠金属靠金属键联系。系。金属金属键影响金属晶体的物理性影响金属晶体的物理性质，如熔点、，如熔点、沸点、硬度等，因此，分析金属晶体性沸点、硬度等，因此，分析金属晶体性质的的变化，化，应从分析金属晶体内部存在的金属从分析金属晶体内部存在的金属键的的强强弱入手，即分析金属元素原子的半径大弱入手，即分析金属元素原子的半径大小和小和单位体位体积内自由移内自由移动电子数目的多少。子数目的多少。题型题型题型题型2 2晶胞中粒子的计算晶胞中粒子的计算例例例例2 2 金属晶体中金属原子主要有三种常金属晶体中金属原子主要有三种常见的堆的堆积方式，体心立方堆方式，体心立方堆积、面心立方堆、面心立方堆积和六方堆和六方堆积，其，其结构构单元分元分别如下如下图甲、甲、乙、丙所示，乙、丙所示，则甲、乙、丙三种甲、乙、丙三种结构构单元元中，金属原子个数比中，金属原子个数比为_。【思路点思路点拨】晶胞只是晶体中重复的最小晶胞只是晶体中重复的最小单元，因此晶胞中粒子的求算，必元，因此晶胞中粒子的求算，必须将其置将其置于整个晶体中分析。于整个晶体中分析。【答案答案】123