第三节金属晶体第三节金属晶体学习目标学习目标1.了解金属键的含义了解金属键的含义“电子气电子气”理论。理论。2.能用金属键理论解释金属的物理性质。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。了解金属晶体的原子堆积模型。 课堂互动讲练课堂互动讲练课前自主学案课前自主学案知能优化训练知能优化训练第第三三节金金属属晶晶体体课前自主学案课前自主学案一、金属键与金属晶体一、金属键与金属晶体1金属键金属键(1)概念：金属原子脱落下来的概念：金属原子脱落下来的_形成遍形成遍布整块晶体的布整块晶体的“_”，被所有原子共用，从，被所有原子共用，从而把所有而把所有_维系在一起。维系在一起。(2)成键微粒是成键微粒是_和和_。价电子价电子电子气电子气金属原子金属原子金属阳离子金属阳离子自由电子自由电子思考感悟思考感悟1试分析比较金属键和共价键、离子键的异同试分析比较金属键和共价键、离子键的异同点。点。【提示提示】相同点：三种化学键都是微粒间的电相同点：三种化学键都是微粒间的电性作用。性作用。不同点：共价键是相邻两原子间的共用电子对；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电子的静电引力、金属离子之间的电性斥力的综合作用。合作用。2金属晶体金属晶体(1)在金属晶体中，原子间以在金属晶体中，原子间以_相结合。相结合。(2)金属晶体的性质：优良的金属晶体的性质：优良的_、_和和_。金属键金属键导电性导电性导热性导热性延展性延展性(3)用电子气理论解释金属的性质。用电子气理论解释金属的性质。相相对对滑滑动动排列方式排列方式定向移定向移动动思考感悟思考感悟2(1)金属晶体都是纯净物吗？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？金属导电与电解质溶液导电有什么区别？【提示提示】(1)金属晶体包括金属单质及其合金。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、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。的本质是不同的。二、金属晶体的原子堆积模型二、金属晶体的原子堆积模型1二维空间模型二维空间模型(1)非密置层非密置层配位数为配位数为_，如图所示：，如图所示：4(2)密置层密置层配位数为配位数为_，如图所示：，如图所示：62三维空间模型三维空间模型(1)非密置层在三维空间堆积非密置层在三维空间堆积简单立方堆积简单立方堆积相邻非密置层原子的原子核在相邻非密置层原子的原子核在_的堆积，空间利用率太低，只有金属的堆积，空间利用率太低，只有金属_采用采用这种堆积方式。这种堆积方式。同一直线上同一直线上Po体心立方堆积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个原子在立方体的_，另一个原子在立方，另一个原子在立方体的体的_，其空间的利用率比简单立方堆，其空间的利用率比简单立方堆积积_，碱金属属于这种堆积方式。，碱金属属于这种堆积方式。顶角顶角中心中心高高(2)密置层在三维空间堆积密置层在三维空间堆积六方最密堆积六方最密堆积如图所示，按如图所示，按ABABABAB的方式堆积。的方式堆积。面心立方最密堆积面心立方最密堆积如图所示，按如图所示，按ABCABCABC的方式堆积。的方式堆积。思考感悟思考感悟3金属晶体采用密堆积的原因是什么？金属晶体采用密堆积的原因是什么？【提示提示】由于金属键没有饱和性和方向性，金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。高，能充分利用空间。课堂互动讲练课堂互动讲练金属键金属键要点一要点一1概念概念金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属阳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，叫离子与自由电子之间存在着强烈的相互作用，叫金属键。金属键。2金属键强弱的比较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，金属键键越弱，原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。越强。3金属键对物质性质的影响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。的熔、沸点越高。特别提醒：特别提醒：金属晶体的熔点差别很大，有的在常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。作用力不同而造成的差别。例例例例1 1(2011年武汉高二检测年武汉高二检测)下列有关金属键的叙下列有关金属键的叙述错误的是述错误的是()A金属键没有饱和性和方向性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强烈的静电吸引作用C金属键中的电子属于整块金属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金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关关【解析解析】金属原子脱落下来的价电子形成遍布整金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的块晶体的“电子气电子气”，被所有原子所共用，从而把所，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；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。金属的性质及固体的形成都与金属键强弱有关。【答案答案】BD金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体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中的原子层可以滑动而不破坏金属键解析：解析：选选A。金属具有金属光泽是金属中的自由电。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，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。电子作定向移动形成电流。C和和D均正确。均正确。金属晶体金属晶体要点二要点二1金属晶体的性质金属晶体的性质(1)导电性导电性金属晶体中存在许多自由电子，这些自由电子的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，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，所以金属自由电子就会发生定向移动形成电流，所以金属容易导电。容易导电。(2)导热性导热性自由电子在运动时与金属离子碰撞而引起能量的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。部分，使整块金属达到相同的温度。(3)延展性延展性大多数金属具有较好的延展性，与金属离子和自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，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。了形变但不会导致断裂。(4)颜色颜色由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在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。辐射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。2金属熔、沸点高低的比较金属熔、沸点高低的比较(1)同周期金属单质，从左到右同周期金属单质，从左到右(如如Na、Mg、Al)熔、熔、沸点升高。沸点升高。(2)同主族金属单质，从上到下同主族金属单质，从上到下(如碱金属如碱金属)熔、沸点熔、沸点降低。降低。(3)合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。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，熔点金属晶体熔点差别很大，如汞常温为液体，熔点很低很低(38.9 )，而铁等金属熔点很高，而铁等金属熔点很高(1535 )。3金属晶体的原子堆积模型金属晶体的原子堆积模型堆堆积模型模型采采纳这种种堆堆积的典的典型代表型代表空空间利用率利用率配位数配位数晶胞晶胞非非密密置置层简单立方立方堆堆积Po(钋)52%6体心体心立方立方堆堆积(bcp)Na、K、Fe68%8堆堆积模型模型采采纳这种种堆堆积的典的典型代表型代表空空间利用率利用率配位数配位数晶胞晶胞密密置置层六方六方最密最密堆堆积(hcp)Mg、Zn、Ti74%12面心面心立方立方最密最密堆堆积(ccp)Cu、Ag、Au74%12特别提醒：特别提醒：(1)金属晶体在受外力作用下，各层之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；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；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；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。汞常温下是液体，熔点很低。例例例例2 2物质结构理论指出：金属晶体中金属离子物质结构理论指出：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。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断下列说法错误的是()A镁的硬度大于铝镁的硬度大于铝B镁的熔、沸点高于钙镁的熔、沸点高于钙C镁的硬度大于钾镁的硬度大于钾D钙的熔、沸点高于钾钙的熔、沸点高于钾【思路点拨思路点拨】解答本题时要注意以下两点：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。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，金属键金属阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强。越强。【解析解析】此题考查的是金属晶体的性质，如硬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：原子半径，价电子数：MgK，KAl，MgCa，MgCa，综合分析，镁的硬度小于铝；镁的熔、，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、沸点高沸点高于钙；镁的硬度大于钾；钙的熔、沸点高于钾。故于钾。故A错误。错误。【答案答案】A【规律方法规律方法】金属晶体的熔点变化规律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，熔点很低是液体，熔点很低(38.9 )，而铁等金属熔点，而铁等金属熔点很高很高(1535 )。这是由于金属晶体紧密堆积方。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式、金属阳离子与自由电子的作用力不同而造成的差别。成的差别。(1)一般情况下一般情况下(同类型的金属晶体同类型的金属晶体)，金属晶体的，金属晶体的熔点由金属阳离子半径、所带的电荷数、自由电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。子的多少决定。 阳离子半径越小，所带的电荷数阳离子半径越小，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：熔点就会相应升高。例如：熔点KNaMgNaKRbCs。(2)一般合金的熔、沸点比各成分金属的熔、沸点一般合金的熔、沸点比各成分金属的熔、沸点低。低。变式训练变式训练2按下列四种有关性质的叙述，可能属按下列四种有关性质的叙述，可能属于金属晶体的是于金属晶体的是()A由分子间作用力结合而成，熔点低由分子间作用力结合而成，熔点低B固体或熔融后易导电，熔点在固体或熔融后易导电，熔点在1000 左右左右C由共价键结合成网状结构，熔点高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固体和熔融状态不导电，但溶于水后可能导电解析：解析：选选B。A为分子晶体，为分子晶体，B中固体能导电，熔中固体能导电，熔点在点在1000 左右，不是很高应为金属晶体，左右，不是很高应为金属晶体，C为为原子晶体，原子晶体，D为分子晶体。为分子晶体。同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全