金屬鍵金屬晶體

第一單元金屬鍵金屬晶體學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解金屬鍵的概念。2.認(rèn)識金屬晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解金屬特性與金屬結(jié)構(gòu)的關(guān)系。3.了解合金的性質(zhì)。

課堂互動講練探究整合應(yīng)用知能優(yōu)化訓(xùn)練第一單元課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案自主學(xué)習(xí)一、金屬鍵和金屬特性1．金屬鍵(1)金屬陽離子和自由電子的形成金屬原子的部分或全部__________受原子核的束縛比較___，在金屬晶體內(nèi)部，它們可以從原子上“_____”下來，形成自由流動的_____。金屬原子失去部分或全部_________形成___________。外圍電子弱脫落電子外圍電子金屬陽離子(2)概念___________與_________之間強(qiáng)烈的相互作用稱為金屬鍵。2．金屬特性(1)導(dǎo)電性通常情況，金屬內(nèi)部自由電子的運(yùn)動無方向性，在外加電場作用下，自由電子在金屬內(nèi)部將會發(fā)生_____運(yùn)動，形成電流。金屬陽離子自由電子定向(2)導(dǎo)熱性金屬受熱時(shí)，___________與_________碰撞頻率增加，_________把能量傳給___________。從而把能量從溫度___的區(qū)域傳到溫度___的區(qū)域。(3)延展性自由電子與金屬陽離子之間的作用沒有_______。在外力作用下，金屬原子間發(fā)生相對滑動時(shí)，各層金屬原子間保持_______的作用，不會_____。金屬陽離子自由電子自由電子金屬陽離子高低方向性金屬鍵改變思考感悟(1)金屬鍵中金屬離子與自由電子之間的強(qiáng)烈相互作用是僅指金屬離子與自由電子之間的相互吸引嗎？(2)晶體中有陽離子，一定有陰離子嗎？有陰離子，一定有陽離子嗎？【提示】

(1)不是，既有金屬離子與自由電子之間的相互吸引，也有金屬離子與金屬離子，自由電子與自由電子之間的排斥作用。(2)不一定，如金屬晶體，只有陽離子，無陰離子。但有陰離子則一定有陽離子。二、金屬晶體1．自然界中許多固態(tài)物質(zhì)都是_____，它們有規(guī)則的幾何外形，大多數(shù)_______________也是晶體。2．晶胞：反映晶體結(jié)構(gòu)特征的_____________。3．金屬晶體中原子的常見堆積方式：_________，如鎂、鋅、鈦等；_________堆積，如金、銀、銅、鋁等；_________堆積，如鈉、鉀、鉻等。晶體金屬單質(zhì)及合金基本重復(fù)單位六方堆積面心立方體心立方4．合金(1)定義：一種______與另一種或幾種______

(或________)的融合體。(2)合金的性質(zhì)比單純的金屬更______。合金的熔點(diǎn)一般比各成分金屬都要___；硬度比各成分金屬___。金屬金屬非金屬優(yōu)越低高自主體驗(yàn)1．判斷下列金屬熔點(diǎn)逐漸升高的是(

)A．Li

Na

K

B．Na

Mg

AlC．Li

Be

Mg D．Li

Na

Mg解析：選B。金屬的熔點(diǎn)與其金屬鍵強(qiáng)弱有關(guān)，金屬鍵越強(qiáng)，金屬熔點(diǎn)越高。A項(xiàng)中金屬鍵：Li＞Na＞K，所以熔點(diǎn)：Li＞Na＞K，A項(xiàng)錯誤；同理B項(xiàng)熔點(diǎn)：Na＜Mg＜Al，B項(xiàng)正確；C項(xiàng)熔點(diǎn)：Li＜Be，Be＞Mg，C項(xiàng)錯誤；D項(xiàng)熔點(diǎn)：Li＞Na，Na＜Mg，D項(xiàng)錯誤，故選B。2．金屬具有延展性的原因是(

)A．金屬原子半徑都較大，價(jià)電子較少B．金屬受外力作用變形時(shí)，金屬陽離子與自由電子間仍保持較強(qiáng)烈的相互作用C．金屬中大量自由電子受外力作用時(shí)，運(yùn)動速率加快D．自由電子受外力作用時(shí)能迅速傳遞能量解析：選B。金屬晶體具有良好的導(dǎo)電、傳熱、延展性等，其原因都與遍布晶體的“電子氣”有關(guān)。金屬具有延展性是原子層發(fā)生了相對滑動，但排列方式不變，金屬陽離子與自由電子形成的化學(xué)鍵沒有改變，故金屬陽離子與自由電子間仍保持較強(qiáng)的相互作用。3．某晶體中含有A、B、C三種元素，其排列方式如圖所示，晶體中A、B、C的原子個(gè)數(shù)之比依次為(

)A．1∶3∶1 B．2∶3∶1C．8∶6∶1 D．4∶3∶1課堂互動講練要點(diǎn)一金屬鍵1．定義金屬陽離子與自由電子間強(qiáng)烈的相互作用。2．決定金屬鍵大小的因素可以用金屬的原子化熱(升華熱)來衡量，金屬的原子化熱是指1mol金屬固體完全汽化成相互遠(yuǎn)離的氣態(tài)原子時(shí)吸收的能量，金屬的原子化熱越大，金屬鍵越強(qiáng)。3．金屬鍵的強(qiáng)弱比較金屬鍵的強(qiáng)度主要決定于金屬元素的原子半徑和價(jià)電子數(shù)，原子半徑越大，價(jià)電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；原子半徑越小，價(jià)電子數(shù)越多，金屬鍵越強(qiáng)。4．金屬鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響(1)金屬鍵越強(qiáng)，晶體熔、沸點(diǎn)越高。(2)金屬鍵越強(qiáng)，晶體硬度越大。5．金屬鍵無方向性和飽和性。特別提醒：晶體在熔化過程中，金屬鍵要斷裂；在受外力作用下，各層之間發(fā)生相對滑動，但金屬鍵并不被破壞。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論推出：金屬鍵越強(qiáng)，其金屬的硬度越大，熔、沸點(diǎn)越高，且據(jù)研究表明，一般說來，金屬原子半徑越小，價(jià)電子數(shù)越多，則金屬鍵越強(qiáng)。由此判斷下列說法錯誤的是(雙選)(

)A．鎂的硬度大于鋁的硬度B．鎂的熔、沸點(diǎn)低于鈣的熔、沸點(diǎn)C．鎂的硬度大于鉀的硬度D．鈣的熔、沸點(diǎn)高于鉀的熔、沸點(diǎn)例1【思路點(diǎn)撥】分析鎂、鋁、鉀、鈣的金屬鍵的強(qiáng)弱，再分析其與物理性質(zhì)的關(guān)系，即分析四種金屬離子半徑的大小及價(jià)電子數(shù)的多少，判斷金屬鍵的相對強(qiáng)弱。【解析】根據(jù)題目所給信息：鎂和鋁的電子層數(shù)相同，價(jià)電子數(shù)Al＞Mg，離子半徑Al3＋＜Mg2＋，Al的硬度大于鎂；鎂、鈣價(jià)電子數(shù)相同，但離子半徑Ca2＋＞Mg2＋，金屬鍵強(qiáng)度Mg＞Ca，所以B不正確。用以上比較方法可推出：離子電荷數(shù)Mg2＋＞K＋，離子半徑Mg2＋＜Na＋＜K＋，所以金屬鍵強(qiáng)度Mg＞K，硬度Mg＞K，所以C正確。鈣和鉀元素位于同一周期，價(jià)電子數(shù)Ca＞K，離子電荷數(shù)Ca2＋＞K＋，離子半徑K＋＞Ca2＋，金屬鍵強(qiáng)度Ca＞K，熔點(diǎn)Ca＞K，所以D正確?！敬鸢浮?/p>

AB【規(guī)律方法】金屬晶體的成鍵粒子是金屬陽離子和自由電子，它們之間靠金屬鍵聯(lián)系。金屬鍵影響金屬晶體的物理性質(zhì)，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、硬度等，因此，分析金屬晶體性質(zhì)的變化，應(yīng)從分析金屬晶體內(nèi)部存在的金屬鍵的強(qiáng)弱入手，即分析金屬元素原子的半徑大小和單位體積內(nèi)自由移動電子數(shù)目的多少。變式訓(xùn)練1下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯誤的是(

)A．金屬鍵沒有飽和性和方向性B．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強(qiáng)烈的靜電吸引作用C．金屬鍵中的電子屬于整塊金屬D．金屬的性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)解析：選B。金屬原子脫落下來的價(jià)電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起，故金屬鍵無飽和性和方向性；金屬鍵中的電子屬于整塊金屬共用；金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間強(qiáng)烈的相互作用,既包括金屬陽離子與自由電子之間的靜電吸引作用,也存在金屬陽離子之間及自由電子之間的靜電排斥作用；金屬的性質(zhì)及固體形成都與金屬鍵有關(guān)。要點(diǎn)二金屬晶體1．金屬晶體的性質(zhì)(1)良好的導(dǎo)電、

導(dǎo)熱性和延展性。(2)熔沸點(diǎn)：金屬鍵越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高。①同周期金屬單質(zhì)，從左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸點(diǎn)升高。②同主族金屬單質(zhì)，從上到下(如堿金屬)熔、沸點(diǎn)降低。③合金的熔、沸點(diǎn)比其各成分金屬的熔、沸點(diǎn)低。④金屬晶體熔點(diǎn)差別很大，如汞常溫下為液體，熔點(diǎn)很低(－38.9℃)，而鐵等金屬熔點(diǎn)很高(1535℃)。特別提醒：金屬晶體熔點(diǎn)變化差別較大。如：汞在常溫下是液體，熔點(diǎn)很低(－38.9℃)，而鐵等金屬熔點(diǎn)很高(1535℃)。這是由于金屬晶體緊密堆積方式、金屬陽離子與自由電子之間的相互作用不同而造成的差別。一般情況下(同類型的金屬晶體)，金屬晶體的熔點(diǎn)由金屬陽離子半徑、所帶的電荷數(shù)、自由電子的多少決定。陽離子半徑越小，所帶的電荷越多，自由電子越多，相互作用力就越大，熔點(diǎn)就會相應(yīng)升高。例如：熔點(diǎn)K<Na<Mg<Al，Li>Na>K>Rb>Cs。2．金屬晶體的原子堆積模型堆積模型采納這種堆積的典型代表空間利用率配位數(shù)晶胞非密置層簡單立方堆積Po(釙)52%6體心立方堆積Na、K、Fe68%8堆積模型采納這種堆積的典型代表空間利用率配位數(shù)晶胞密置層六方最密堆積Mg、Zn、Ti74%12面心立方最密堆積Cu、Ag、Au74%12

結(jié)合金屬晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，回答以下問題:

(1)已知下列金屬晶體：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au其堆積方式為：①簡單立方堆積的是_______________________；②體心立方堆積的是_______________________；③六方最密堆積的是_______________________；④面心立方最密堆積的是____________________。例2(2)根據(jù)下列敘述，判斷一定為金屬晶體的是________。A．由分子間作用力形成，熔點(diǎn)很低B．由共價(jià)鍵結(jié)合形成網(wǎng)狀晶體，熔點(diǎn)很高C．固體有良好的導(dǎo)電性、傳熱性和延展性(3)下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是________。A．常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在B．金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈相互作用，在一定外力作用下，不因形變而消失C．鈣的熔、沸點(diǎn)高于鉀D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好【解析】

(1)簡單立方堆積的空間利用率太低，只有金屬Po采取這種方式。體心立方堆積是上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中，這種堆積方式的空間利用率比簡單立方堆積的高，多數(shù)金屬是這種堆積方式。六方最密堆積按ABAB……方式堆積，面心立方最密堆積按ABCABC……方式堆積，六方最密堆積常見金屬為Mg、Zn、Ti，面心立方最密堆積常見金屬為Cu、Ag、Au。(2)A項(xiàng)屬于分子晶體；B項(xiàng)屬于原子晶體；而C項(xiàng)是金屬的通性。(3)常溫下，Hg為液態(tài)，A錯；因?yàn)榻饘冁I無方向性，故金屬鍵在一定范圍內(nèi)不因形變而消失，B正確；鈣的金屬鍵強(qiáng)于鉀，故熔、沸點(diǎn)高于鉀，C正確；溫度升高，金屬的導(dǎo)電性減弱，D錯?！敬鸢浮?/p>

(1)①Po

②Na、K、Fe

③Mg、Zn④Cu、Au

(2)C

(3)BC變式訓(xùn)練2下列各組中的金屬，都是面心立方堆積的是(

)A．Mg、Zn、Ti、Au

B．Au、Ag、Cu、AlC．Na、K、Cr、W D．Au、Ag、Cr、W解析：選B。A項(xiàng)中Mg、Zn、Ti屬于六方堆積，Au為面心立方堆積；C中全為體心立方堆積，D中Au、Ag為面心立方堆積；Cr、W為體心立方堆積。要點(diǎn)三晶體結(jié)構(gòu)的求解規(guī)律1．晶體的結(jié)構(gòu)：在微觀空間里晶體原子是有序排列的，因此，描述其排列方式時(shí)，只需在晶體微觀空間里取出一個(gè)基本單元即可。一般來說，晶胞都是平行六面體。整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成；所謂“無隙”，是指相鄰晶胞之間沒有任何空隙；所謂“并置”，是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。2.晶胞中原子數(shù)或化學(xué)式的計(jì)算：在晶體結(jié)構(gòu)中，晶胞只是晶體微觀空間里的一個(gè)基本單元，在它的上下左右前后無隙并置地排列著無數(shù)晶胞，而且所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個(gè)數(shù)及幾何排列是完全相同的。因而，晶胞頂點(diǎn)原子被8個(gè)晶胞共用，晶胞棱上的原子被4個(gè)晶胞共用，晶胞面上的原子被兩個(gè)晶胞共用。如圖所示。

金晶體的最小重復(fù)單元(也稱晶胞)是面心立方體，即在立方體的8個(gè)頂點(diǎn)上各有一個(gè)金原子，各個(gè)面的中心有一個(gè)金原子，每個(gè)金原子被相鄰的晶胞所共有。金原子的直徑為d，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，M表示金的摩爾質(zhì)量。(1)金晶體每個(gè)晶胞中含有______個(gè)金原子。(2)欲計(jì)算一個(gè)晶胞的體積，除假定金原子是剛性小球外，還應(yīng)假定______________。(3)一個(gè)晶胞的體積是______________。(4)金晶體的密度是______________。例3【規(guī)律方法】通過晶胞的學(xué)習(xí)考查同學(xué)們的空間想象能力，應(yīng)將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，即將復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為直觀的幾何圖形。變式訓(xùn)練3

(1)如下圖所示為二維平面晶體示意圖,所表示的化學(xué)式為AX3的是________。(2)如圖為一個(gè)金屬銅的晶胞，請完成以下各題。①該晶胞“實(shí)際”擁有的銅原子數(shù)是_______個(gè)。②該晶胞稱為________(填序號)。A．六方晶胞

B．體心立方晶胞C．面心立方晶胞

D．簡單立方晶胞③此晶胞立方體的邊長為