苏教版高中化学选修三课件：3.1 金属键 金属晶体

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1、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,1.理解金属键的实质，知道影响金属键强弱的因素，并能用金属键解释金属的某些特征性质。 2.了解晶体、晶胞的概念，认识金属晶体中微粒间的堆积方式，能从晶胞的角度认识晶体的内部结构。,目标导航,基础知识导学,重点难点探究,随堂达标检测,栏目索引,一、金属键与金属特性,基础知识导学,答案,金属离子,1.金属键 (1)概念： 与 之间强烈的相互作用。 (2)金属键成键微粒： 和 。 (3)成键条件： 或合金。 (4)影响金属键强弱的因素 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。,自由电子,金属阳离子,自由电子,金属单

2、质,小,多,答案,(5)金属键的强弱对金属单质物理性质的影响 金属硬度的大小、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 。 2.金属的原子化热 (1)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_ mol金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。 (2)意义：衡量金属键的强弱。金属的原子化热数值越大，金属键越 。,高,大,1,强,答案,议一议 1.金属键的形成原因是什么？ 答案 金属原子的部分或全部外围电子受原子核的束缚比较弱。在金属晶体内部，它们可以从原子上“脱落”下来，形成自由流动的电子。金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属离子与

3、自由电子之间存在着强烈的相互作用，这种强烈的相互作用称为金属键。,答案,2.金属具有导电性、导热性及延展性的原因是什么？,答案 (1)导电性：在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动没有固定的方向性。但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动而形成电流，故金属易导电。不同的金属其导电能力不同，导电性最好的金属是银，其次是铜。 (2)导热性：自由电子在运动时与金属离子相互碰撞，在碰撞过程中发生能量交换。当金属的某一部分受热时，该区域里自由电子的能量增加，运动速率加快，自由电子与金属离子(或金属原子)的碰撞频率增加，自由电子把能量传给金属离子(或金属原子)。金属的导热性就是通过自

4、由电子的运动将能量从温度高的区域传递到温度低的区域，最后使整块金属的温度趋于一致。,答案,(3)延展性：当金属受到外力作用时，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，故金属只发生形变而不断裂，使金属具有良好的延展性。,答案,二、金属晶体 1.存在 通常条件下，大多数金属单质及其合金都是金属晶体。在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，彼此相切、紧密堆积成晶体。 2.组成单元晶胞 能够反映晶体结构特征的 。金属晶体是金属晶胞在空间连续重复延伸而形成的。,基本重复单位,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

5、。分析上图，非密置层的配位数是 ，密置层的配位数是 。 密置层放置平面的利用率比非密置层的要 。,3.金属晶体的常见堆积方式 (1)金属原子在二维平面中放置的两种方式 金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即二维空间里)可有两种方式非密置层和密置层(如下图所示)。,答案,4,6,高,答案,(2)金属原子在三维空间中的堆积方式和模型 金属晶体可看作是金属原子在三维空间(一层一层地)中堆积而成。其堆积方式有以下四种。这四种堆积方式又可以根据每一层中金属原子的二维放置方式不同分为两类：非密置层的堆积(包括简单立方堆积和体心立方堆积)，密置层堆积(包括六方堆积和面心立方堆积)。填写

6、下表：,简单立方堆积,答案,六方堆积,面心立方堆积,体心立方堆积,答案,4.平行六面体晶胞中微粒数目的计算 (1)晶胞的顶点原子是 个晶胞共用； (2)晶胞棱上的原子是 个晶胞共用； (3)晶胞面上的原子是 个晶胞共用。 如金属铜的一个晶胞(如图所示)均摊到的原子数为_。,8,4,2,答案,5.合金的组成和性质 (1)合金：一种金属与另一种或几种金属(或非金属)的融合体。 (2)合金的性能：通常，多数合金的熔点比它的成分金属的熔点要 ，而强度和硬度比它的成分金属要 。,低,大,答案,议一议 1.连线题。,2.结合金属晶体的结构和性质，回答以下问题。 (1)已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe

7、、Cu、Mg、Zn、Au，其堆积方式为 简单立方堆积的是_； 体心立方堆积的是_； 六方堆积的是_； 面心立方堆积的是_。,解析答案,解析 简单立方堆积的空间利用率太低，只有金属Po采取这种方式。体心立方堆积是上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积的高，多数金属是这种堆积方式。六方堆积按ABAB方式堆积，面心立方堆积按ABCABC方式堆积，六方堆积常见金属为Mg、Zn、Ti，面心立方堆积常见金属为Cu、Ag、Au。 答案 Po Na、K、Fe Mg、Zn Cu、Au,返回,(2)根据下列叙述，判断一定为金属晶体的是_。 A.由分子间作用力形成，熔点很

8、低 B.由共价键结合形成网状晶体，熔点很高 C.固体有良好的导电性、导热性和延展性,解析答案,解析 A项属于分子晶体； B项属于原子晶体； 而C项是金属的通性。,C,一、金属键与金属晶体的性质,重点难点探究,1.金属键的实质：金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。 2.金属键的特征：没有饱和性和方向性。 3.金属及其合金是金属阳离子与自由电子以金属键结合成的金属晶体。 4.绝大多数金属熔、沸点较高，硬度较大；具有金属光泽，具有良好的导电性、导热性和延展性。 5.金属元素的原子半径(或阳离子半径)越小，单位体积内自由电子的数目(或阳离子所带电荷)越多，金属键越强，金属单质的熔、沸点越高，硬度越

9、大。,解析答案,例1 下列关于金属键的叙述中，不正确的是( ) A.金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相 互作用，其实质与离子键类似，也是一种电性作用 B.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用， 所以与共价键类似，也有方向性和饱和性 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 从基本构成微粒的性质看，金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，特征都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

10、的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。故选B。 答案 B,解题反思,(1)金属键也是一种电性作用。 (2)有阳离子的不一定有阴离子。,变式训练1 要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体的熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键与金属元素的原子半径和单位体积内自由电子的数目有关。由此判断下列说法中正确的是( ) A.金属镁的硬度大于金属铝 B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐升高的 C.金属镁的熔点大于金属钠 D.金属镁的硬度小于金属钙,解析答案,解析 镁的原子半径大于铝，而金属镁单位体积内自由电子

11、的数目比金属铝的少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔、沸点比金属铝的低，硬度比金属铝的小；从Li到Cs，原子的半径逐渐增大，单位体积内自由电子的数目逐渐减小，金属键逐渐减弱，熔、沸点逐渐降低，硬度逐渐减小；同理可得金属镁比金属钠、金属钙的熔、沸点高，硬度大。 答案 C,解题反思,强化记忆：导电性最强的金属是Ag。金属键越强，其熔点越高。,二、堆积模型与晶胞,1.三维空间模型常见的四种结构,2.晶胞的特点 晶胞绝不是孤立的几何体，它的上、下、左、右的位置都有完全等同的晶胞与之相邻，把一个晶胞平移到另一个晶胞的位置，不会察觉到是否移动，这就决定晶胞的顶点、平行的面以及平行的棱一定是完全等同的。 3

12、.晶胞中微粒个数的计算 均摊法确定晶胞中微粒的个数,(1)长方体形(正方体形)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：,解析答案,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.为简单立方堆积，为镁型，为钾型，为铜型 B.每个晶胞含有的原子数分别为1个，2个，2个，4个 C.晶胞中原子的配位数分别为6，8，8，12 D.空间利用率的大小关系为,解析 为简单立方堆积，为钾型，为镁型，为铜型，与判断有误，A项错误；,晶胞中原子的配位数应为12，其他判断正确，C项错误； 四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，所以D项

13、错误，应为。 答案 B,解题反思,配位数相同的金属晶体，空间利用率相同。配位数越大的金属晶体，空间利用率越大。,变式训练2 (1)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为_。,解析答案,解析 铜晶胞为面心立方晶胞，故每个铜原子周围距离最近的铜原子为12个。,12,解析答案,(2)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为_。列式表示Al单质的密度_gcm3(不必计算出结果)。,12,解题反思,(1)立方晶胞中各物理量的关系 a3NAnM a：表示晶胞的棱长； ：表示晶体的密度； NA：表示阿伏加德

14、罗常数； n：表示1 mol晶胞中晶体的物质的量； M：表示晶体的相对分子质量； a3NA表示1 mol晶胞的质量。,(2)晶胞密度的计算方法,结合晶胞中的几何关系，计算一个晶胞的体积，用mV的关系计算。,例3 (1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是_。,解析答案,CuCl,(2)Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有_个铜原子。,解析答案,16,(3)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为_，该功能陶瓷的化学式为_。,解析答案,2,BN,(4)某晶

15、体结构模型如下图所示。该晶体的化学式是_，在晶体中1个Ti原子、1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为_个、_个。,解析答案,化学式为CoTiO3。Ti原子位于晶胞的中心，其周围距离最近的O原子位于6个面的中心，所以周围距离最近的O原子数目为6个；Co原子位于晶胞的顶点，O原子位于晶胞的面心，所以Co原子周围距离最近的O原子数目为12个。,CoTiO3,6,12,(5)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如上图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为_。 A.Ti14C13 B.TiC C.Ti14C4 D.Ti4C3,解析答案,解析 由题意知该物质是

16、气态团簇分子，故题目中图示应是该物质的一个完整的分子，由14个Ti原子和13个C原子构成。选项A正确。,A,解题反思,(1)晶胞中粒子个数的计算，关键是分析晶胞中任意位置的一个粒子被几个晶胞共有。 (2)对于由独立原子构成的分子则不能用均摊法。,变式训练3 现有甲、乙、丙(如下图)三种晶体的晶胞(甲中x处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中心)，可推知：甲晶胞中x与y的个数比是_，乙晶胞中a与b的个数比是_，丙晶胞中有_个c离子，有_个d离子。,解析答案,解析 处于晶胞中心的x或a为该晶胞单独占有，位于立方体顶角的微粒为8个立方体共有，位于立方体棱边上的微粒为4个立方体共有，位于立方体面上的微粒为

17、2个立方体共有，,答案 43 11 4 4,返回,解题反思,晶体的化学式表示的是晶体(或晶胞)中各类原子或离子的最简整数比，由晶胞构成的晶体，其化学式并不是表示一个分子中含有多少个原子。,1.下列关于金属晶体的叙述正确的是( ) A.用铂金做首饰不能用金属键理论解释 B.固态和熔融时易导电，熔点在1 000 左右的晶体可能是金属晶体 C.Li、Na、K的熔点逐渐升高 D.温度越高，金属的导电性越好,随堂达标检测,1,2,3,解析答案,4,解析 A项，用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性，能用金属键理论解释； B项，金属晶体在固态和熔融时能导电，其熔点差异很大，故题设条件下的晶体可能是金属晶体；

18、C项，一般来说，金属中单位体积内自由电子的数目越多，金属元素的原子半径越小，金属键越强，故金属键的强弱顺序为LiNaK，其熔点的高低顺序为LiNaK； D项，金属的导电性随温度的升高而降低，温度越高，其导电性越差。 答案 B,1,2,3,4,1,2,3,4,2.下列关于体心立方堆积晶体结构(右图)的叙述中正确的是( ) A.是密置层的一种堆积方式 B.晶胞是六棱柱 C.每个晶胞内含2个原子 D.每个晶胞内含6个原子,C,解析答案,解析 体心立方堆积晶体的晶胞为立方体，是非密置层的一种堆积方式，其中具有8个位于顶点的原子和1个位于体心的原子，晶胞内含有2个原子。,1,2,3,4,3.如图为NaC

19、l晶体的一个晶胞，测知氯化钠晶体中相邻的Na与Cl的距离为a cm，该晶体密度为d gcm3，则阿伏加德罗常数可表示为( ),解析答案,1,2,3,4,答案 C,1,2,3,4,4.下图是硼和镁形成的化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有1个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为( ),返回,解析答案,A.MgB B.MgB2 C.Mg2B D.Mg3B2,返回,解析 用均摊法求出正六棱柱中各原子的个数，进而求出两种原子的个数比。根据示意图进行分析，该“单元”的Mg与B原子数如下：位于正六棱柱顶点的Mg原子为6个六棱柱共用(正六边形内角为120)，每个顶点的镁原子属于该基本单元的仅为,1,2,3,4,B原子：6个B原子位于棱柱内，完全属于该结构单元。该结构单元的Mg原子与B原子个数之比为3612，化学式为MgB2。,答案 B,本课结束,