高中化学选修三3.3金属晶体

是什么?
提示:(1)简单立方堆积,金属钋(Po)采用这种堆积方式;(2)体心立
方堆积,如碱金属。
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3.金属晶体的密置层在三维空间有哪两种堆积方式?典型代表是
什么?
提示:(1)六方最密堆积,如镁,按“ABABABAB……”的方式堆积;
(2)面心立方最密堆积,如铜,按“ABCABCABC……”的方式堆积。
空间利用率 配位数
晶胞
六方最 密 密堆积
Mg、Zn、Ti 74%
12
置
层
面心立方 最密堆积
Cu、Ag、Au 74%
12
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(3)金属晶体熔点的比较。 一般来说,金属晶体中的金属阳离子所带电荷越多,离子半径越 小,金属键越强,金属的熔点越高。 ①同周期金属单质,从左到右,其熔点逐渐升高,例如熔点大 小:Na<Mg<Al。 ②同主族金属单质,从上到下,其熔点逐渐降低,例如熔点大 小:Li>Na>K。
答案:B 规律方法点拨金属键与分子间作用力相似,没有方向性与饱和性, 金属键的强弱影响金属的物理性质。
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成功体验1下列有关金属键的叙述错误的是 ( ) A.金属键不同于共价键,没有饱和性和方向性 B.金属键中的电子属于整块金属,具有流动性 C.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 D.金属的导电性、导热性和延展性都与金属键有关 解析:金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电作 用,包括静电引力和静电斥力。金属键影响物质的物理性质,如导 电性、导热性和延展性等。 答案:C
1.什么是“电子气理论”?
提示:“电子气理论”的内容为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。
2.金属原子是通过何种键型形成的晶体?有哪些优良性质?
提示:金属原子通过金属键形成的晶体叫金属晶体。其具有优良
的导电性、导热性和延展性。
3.用电子气理论解释为什么金属具有优良的延展性、导电性和
第三节 金属晶体
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学习目标
核心素养脉络
1.知道金属键的含义,
能用金属键理论即“电
子气”理论解释金属的
物理性质,提高知识的
运用能力
2.通过模型理解金属
晶体的基本堆积模型
3.了解金属晶体性质
的一般特点,在此基础
上进一步体会金属晶
体类型与性质的关系
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任务一、阅读教材第73页“金属键”,回答下列问题:
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(2)“电子气理论”对金属性质的解释。 ①金属的导电性。 在金属晶体中,充满着带负电荷的“电子气”,“电子气”的运动是没 有方向的,但在外加电场的作用下“电子气”会发生定向移动,从而形 成电流,所以金属容易导电,如下图所示:
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密度为ρ g·cm-3,则阿伏加德罗常数为
②金属的导热性。 金属容易导热,是由于“电子气”中的自由电子在热的作用下与金 属原子频繁碰撞,从而把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金属的延展性。 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, 但不会改变原来的排列方式,弥漫在金属原子间的“电子气”可以起 到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用,所以在各原子层之间发生相 对滑动以后,仍可保持这种相互作用,因而即使在外力作用下发生 形变,也不易断裂,因此,金属都有良好的延展性。如下图所示:
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2.金属晶体的常见原子堆积模型及熔点的比较 (1)有关原子堆积模型的几个重要概念。 ①最密堆积。 微粒间的作用力使微粒间尽可能地相互接近,使它们占有最小空 间。 ②空间利用率。 空间被晶格质点占据的百分数。用来表示最密堆积的程度。 ③配位数。 在最密堆积中,一个原子或离子周围所邻接的原子或离子数目称 为配位数。
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考向一 金属键与金属物理性质间的关系 【例题1】 下列关于金属键的叙述不正确的是( ) A.金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的粒子间 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, 故金属键无方向性和饱和性 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
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解析:镁离子比铝离子的半径大且所带的电荷少,所以金属镁比金 属铝的金属键弱,熔点和硬度都小;从Li到Cs,离子的半径是逐渐增 大的,所带电荷相同,金属键逐渐减弱,熔点和硬度都逐渐减小;因铝 离子的半径小而所带电荷多,使金属铝比金属钠的金属键强,所以 金属铝比金属钠的熔点和硬度都大;因镁离子的半径小而所带电荷 与钙离子相同,使金属镁比金属钙的金属键强,所以金属镁比金属 钙的熔点高、硬度大。 答案:C
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1.下图是金属晶体内部的电子气理论示意图。仔细观察并用该理 论解释金属导电的原因是( )
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A.金属能导电是因为含有金属阳离子 B.金属能导电是因为含有的自由电子在外电场作用下做定向运动 C.金属能导电是因为含有电子且无规则运动 D.金属能导电是因为金属阳离子和自由电子的相互作用 解析:电子气理论可以很好地解释金属的一些现象,如金属的导电、 导热、延展性等。金属中含有金属阳离子和自由电子,在外加电场 的作用下,自由电子定向移动,从而形成电流。 答案:B
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探究问题 1.影响金属键强弱的因素有哪些?金属键的强弱对物质的物理性 质有何影响? 提示:金属键的强弱与离子半径、离子所带电荷有关。离子半径 越小,离子所带的电荷越多,则金属键越强,金属的熔点越高、硬度 越大。 2.电子气理论可解释金属的哪些物理性质? 提示:导电性、导热性和延展性。 3.金属晶体有几种堆积方式?金属堆积的空间利用率大小关系如 何? 提示:简单立方堆积、体心立方堆积、六方最密堆积和面心立方 最密堆积。 空间利用率:面心立方最密堆积=六方最密堆积>体心立方堆积> 简单立方堆积。
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解析:从基本构成粒子的性质来看,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 的所有阳离子所共用,从这个角度看,金属键与共价键有类似之处, 但二者又有明显的区别,如金属键无方向性和饱和性等。
①简单立方堆积的是 ;
②体心立方堆积的是 ;
③六方最密堆积的是 ;
④面心立方最密堆积的是 。
(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
D.具有固定的熔点 答案:(1)①Po ②Na、K、Fe ③Mg、Zn ④Cu、Au (2)C
B.金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用
C.金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子
D.金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光
答案:B
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4.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、Cu、Mg、Zn、Au。 其中堆积方式为:
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2.要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔点高低 和硬度大小一般取决于金属键的强弱,而金属键的强弱与金属阳离 子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是
() A.金属镁的熔点大于金属铝 B.碱金属单质的熔点从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
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考向二 金属晶体的堆积模型及熔点的比较 【例题2】 下列说法正确的是( ) A.金属钙的熔点低于金属钾的熔点 B.如果金属晶体失去自由电子,金属晶体将不复存在 C.金属晶体中Fe、Ag等为面心立方最密堆积 D.金属晶体中W、Ti等为体心立方堆积 解析:Ca原子的半径小于K原子,且Ca的价电子数大于K原子,所以 Ca的金属键强于K,因此Ca的熔点高于K;金属晶体失去电子被氧化, 金属将变成金属阳离子,晶体将不复存在;Ag为面心立方最密堆 积,Fe和W为体心立方堆积,Ti为六方最密堆积。 答案:B 规律方法点拨金属晶体中粒子的堆积方式不一定相同,Au、Ag、 Cu等属于面心立方最密堆积,Na、K、Cr、W等属于体心立方堆 积,Mg、Zn、Ti等属于六方最密堆积。
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3.下列有关金属的说法不正确的是( ) A.金属的导电性、导热性和延展性都与自由电子有关 B.六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率最高 C.钠晶胞结构如下图,钠晶胞中每个钠原子的配位数为6
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D.温度升高,金属的导电性将变小 解析:从钠晶胞结构可知,钠为体心立方结构,每个钠原子的配位数 是8。 答案:C
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1.金属晶体的下列性质中,不能用金属晶体结构加以解释的是
()
A.易导电 B.易导热
C.有延展性 D.易锈蚀
答案:D
2.在常温常压下,下列物质属于金属晶体的是( )
A.铂 B.汞 C.石英 D.金刚石
答案:A
3.下列关于金属及金属键的说法正确的是( )