【課件】金屬鍵與金屬晶體++課件高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2

第三節(jié)金屬晶體與離子晶體基礎(chǔ)課時13金屬鍵與金屬晶體第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)學(xué)習(xí)任務(wù)學(xué)習(xí)目標1min自學(xué)指導(dǎo)

6min閱讀課本第86-87頁，完成大本自學(xué)指導(dǎo)××√√自學(xué)檢測3min汞為液體金屬陽離子和自由電子教師點撥25min一生活中的金屬金屬的物理通性：具有金屬光澤、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性等。金Au鋁Al銅Cu鎢W金屬晶體的形成銅的晶體結(jié)構(gòu)模型銅的晶胞模型X射線衍射銅晶體銅晶胞銅的晶體模型層狀緊密堆積每個晶胞含有的銅原子個數(shù)=8×1/8+6×1/2=4個思考：金屬晶體中的原子是通過什么作用結(jié)合在一起的？一、金屬鍵與金屬晶體（一）金屬鍵1.成鍵本質(zhì)：金屬原子半徑大，價電子少，這些價電子容易從金屬原子上“脫落”下來，形成遍布整個晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，成為把所有金屬原子維系在一起的作用力，這種作用力稱為“金屬鍵”，這種描述金屬鍵本質(zhì)的簡單理論稱為“電子氣理論”。2.定義：在金屬晶體中金屬陽離子(由金屬原子脫落價電子后形成)與電子氣之間強烈的相互作用。既包括金屬陽離子與自由電子之間的靜電吸引作用，也包括金屬陽離子之間及自由電子之間的靜電排斥作用。3.特征：①電子氣不是專屬于某個特定的金屬陽離子，而是在整塊固態(tài)金屬中自由移動。②金屬鍵既沒有方向性，也沒有飽和性。③金屬鍵的成鍵粒子是金屬陽離子和自由電子。4.存在：存在于金屬單質(zhì)和合金中。金屬鍵金屬的物理性質(zhì)金屬陽離子半徑價電子數(shù)金屬陽離子半徑越大，價電子數(shù)越少，金屬鍵越弱，反之則金屬鍵越強延展性導(dǎo)電性導(dǎo)熱性金屬光澤......金屬鍵越強，金屬的熔沸點越高，硬度越大熔沸點5.金屬鍵的影響因素：如何根據(jù)“電子氣理論”解析金屬的通性？①良好的延展性外力當金屬晶體受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動。但不會改變原來的排列方式，而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，

電子氣沒有被破壞，使得彌散在整個晶體的電子氣能把所有金屬原子維系在一起，所以金屬能“拉伸”但不易斷裂，具有良好的延展性。所以金屬由良好的延展性。錯位2．“電子氣理論”解釋金屬的特性合金與純金屬相比，由于增加了不同的金屬或非金屬，相當于填補了金屬陽離子之間的空隙，一般情況下合金的延展性比純金屬弱，硬度比純金屬大。在現(xiàn)實生活中，很多金屬制品利用了金屬的延展性。金屬有延性，是指金屬可以抽成細絲。例如：金屬鎢制成鎢絲利用了金屬的延性；最細的白金絲直徑不過2×10-7m。金屬又有展性，是指可以壓成薄片，例如：金屬鋁制成鋁箔利用了金屬的展性。延展性最好的金屬是金，一兩黃金，壓成金箔可覆蓋兩個籃球場。鎢絲鋁箔金箔②良好的導(dǎo)熱性電子氣在金屬晶體中無序運動時，與金屬原子、金屬陽離子相互碰撞，在碰撞過程中會發(fā)生能量交換。當金屬的某一部分受熱時，從區(qū)域獲得能量通過這種相互碰撞，將能量從溫度高的區(qū)域傳遞到溫度低的區(qū)域，最后使整塊金屬的溫度趨于一致。外加電場金屬中的電子氣在電場中定向移動，

從而形成了電流。③良好的導(dǎo)電性金屬的電導(dǎo)率隨溫度升高而降低的原因：粒子的熱運動由于溫度升高而加劇，導(dǎo)電性是由于電子的定向移動造成，溫度升高使其運動雜亂無章，導(dǎo)電性降低。溫度升高電解液導(dǎo)電能力增強【注意】

①金屬晶體具有導(dǎo)電性，但能導(dǎo)電的物質(zhì)不一定是金屬。如石墨具有導(dǎo)電性，屬于非金屬。還有一大類能導(dǎo)電的有機高分子化合物（如聚乙炔），也不屬于金屬。②金屬導(dǎo)電的粒子是自由電子，導(dǎo)電過程是物理變化。而電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的粒子是自由移動的陰陽離子，導(dǎo)電過程是化學(xué)變化。導(dǎo)電性最強的三種金屬是：Ag、Cu、Al。金屬一般具有銀白色光澤：與金屬鍵密切相關(guān)。由于金屬原子以最緊密堆積狀態(tài)排列，內(nèi)部存在自由電子，所以當光輻射到它的表面上時，自由電子可以吸收所有頻率的光，躍遷到高的能級，高能級不穩(wěn)定，然后很快釋放出各種頻率的光，也可以說反射出光，這就使得絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)銀灰色以至銀白色光澤。少數(shù)金屬能吸收某些頻率的光而顯其他顏色，如Au金黃色，Cu紅色，Cs略帶金色等。大多數(shù)金屬塊狀時為銀白色，粉末狀時為黑色：鐵塊表面比較光滑，光線被反射，所以是鐵塊是銀白色的。大部分金屬塊都是銀白色的。粉末狀固體的顆粒度很小，沒有規(guī)則晶面，光線不能反射，大部分被吸收和散射，所以鐵粉是黑色的。大部分的金屬粉末都是黑色的。石墨，硅，碘等也具有金屬光澤。（二）金屬晶體

1.定義：金屬原子之間通過金屬鍵相互結(jié)合形成的晶體，叫做金屬晶體。2.金屬晶體中的粒子及粒子間的相互作用：構(gòu)成微粒金屬晶體微粒間的作用力金屬陽離子和自由電子金屬鍵(也就是價電子)點撥：①在金屬晶體中有陽離子，但沒有陰離子，所以，晶體中有陽離子不一定有陰離子，若有陰離子，則一定有陽離子。②在金屬晶體中，不存在單個分子或原子，金屬單質(zhì)或合金(晶體鍺、灰錫除外)屬于金屬晶體。③金屬晶體與共價晶體一樣是一種“巨分子”。金屬晶體中，除了純金屬，還有大量的合金。大多數(shù)合金以一種金屬為主要組成，如以鐵為主要成分的碳鋼、錳鋼、不銹鋼等，以銅為主要成分的黃銅、青銅、白銅等。金屬（除汞外）在常溫下都是晶體，稱其為金屬晶體。鈉的熔點較低(97.81℃)，硬度較小鎢是熔點最高的金屬(3410℃)鉻是硬度最大的金屬形成的金屬鍵強弱不同！汞是熔點最低的金屬(-38.9℃)2．金屬晶體熔點的變化規(guī)律(1)金屬晶體熔點的變化規(guī)律不同金屬晶體，其熔點差別較大。有的熔點很低，如Hg(汞)低至－38.87℃；也有的熔點很高，如W(鎢)高達3000℃以上。因此，金屬晶體的熔點跨度非常大。(2)金屬鍵的強弱對金屬單質(zhì)物理性質(zhì)的影響金屬硬度的大小，熔、沸點的高低與金屬鍵的強弱有關(guān)。金屬鍵越強，金屬晶體的熔、沸點越高，硬度越大。(3)一般合金的熔點比各組分的熔點低。[思考]根據(jù)表格信息，請歸納堿金屬熔沸點遞變規(guī)律，結(jié)合原子結(jié)構(gòu)特點，分析遞變原因。元素3Li(鋰)11Na(鈉)19K(鉀)37Rb(銣)55Cs(銫)熔點/℃180.597.7263.6538.8928.84沸點/℃1347883774688678.4堿金屬價電子數(shù)相同，隨著原子序數(shù)遞增，金屬陽離子半徑增大，金屬鍵作用減弱，則熔沸點降低。小結(jié)：一般價電子數(shù)越多，金屬陽離子半徑越小，金屬鍵越強。熔沸點和硬度越大。思考：Na、Mg、Al的熔沸點及硬度如何遞變？同周期從左到右，金屬陽離子半徑減小，價電子數(shù)增多，金屬鍵增強，熔沸點和硬度升高。鹵素單質(zhì)按照同主族從上到下的順序，熔點逐漸升高，為什么堿金屬單質(zhì)按照同主族從上到下的順序，熔點逐漸降低？鹵素單質(zhì)均為分子晶體，同主族從上到下，相對分子質(zhì)量逐漸增大，范德華力逐漸增大，單質(zhì)的熔、沸點逐漸升高；而堿金屬均為金屬晶體，同主族從上到下，原子價電子數(shù)相同，金屬陽離子半徑逐漸增大，金屬鍵逐漸減弱，單質(zhì)的熔、沸點逐漸降低。密置列非密置層密置層正方形空隙面積>三角形空隙面積(1)金屬晶體堆積模型——二維空間①簡單立方非密堆積非密置層的球心相互對準(2)金屬晶體堆積模型——三維空間抽取1個晶胞晶胞原子數(shù)：空間利用率：配位數(shù)：52%61只有金屬(Po)采取這種堆積方式①簡單立方非密堆積簡單立方堆積：如釙(Po)等。=atoms343prVa=2r8)(333===cellraV2r%33.52===cellatomsoVVP83r343pr②體心立方密堆積密置層堆積，堿金屬、Fe等采取這種堆積方式。晶胞原子數(shù)：空間利用率：配位數(shù)：68%82體心立方堆積：如鈉、鉀、鉻、鎢等。

配位數(shù)均為12密置層的堆積方式：面心立方堆積

六方最密堆積③面心立方最密堆積123456BCACu、Ag、Ca等采取這種堆積方式。晶胞原子數(shù)：空間利用率：配位數(shù)：74%124面心立方堆積：如金、銀、銅、鋁等。配位數(shù)12空間利用率74％④六方最密堆積六方堆積：如鎂、鋅、鈦等。金屬晶體的4種堆積方式比較堆積類型代表物質(zhì)層類型晶胞每個晶胞所含原子數(shù)配位數(shù)

空間利用率簡單立方體心立方六方最密面心最密Po(釙)非密置層16KNaFe非密置層28MgZnTi密置層212CuAgAu密置層41252%68%74%74%金剛石堆積空間利用率的計算三種晶體模型比較晶體類型金屬晶體分子晶體共價晶體構(gòu)成微粒物質(zhì)類別物理性質(zhì)決定熔沸點高低的因素導(dǎo)電性金屬陽離子、自由電子分子原子金屬單質(zhì)、合金非金屬氫化物、部分非金屬單質(zhì)、部分非金屬氧化物、酸、大多數(shù)有機物某些單質(zhì)如硅、鍺等，某些非金屬化合物如二氧化硅、碳化硅等硬度和密度較大，熔沸點較高硬度和密度較小，熔沸點較低硬度和密度大，熔沸點高金屬鍵強弱范德華力(或氫鍵)的強弱共價鍵的強弱固態(tài)、熔融均可導(dǎo)電某些溶于水能導(dǎo)電不導(dǎo)電(硅、鍺是半導(dǎo)體)D被所有原子共用既包括金屬陽離子與自由電子之間的靜電吸引作用，也包括金屬陽離子之間及自由電子之間的靜電排斥作用。D汞在常溫下是液體，Au金黃色，Cu紅色，Cs略帶金色等金屬鍵對金屬物理性質(zhì)的影響一些常見的記憶金屬制品當溫度達到某一數(shù)值時，材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致了外形的變化。合金就是由兩種或兩種以上的金屬或者金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質(zhì)。合金中含有金屬陽離子和自由電子，所以，含有金屬鍵。具有。因為記憶合金中也存在金屬鍵，也存在金屬陽離子和自由電子，所以二者相互碰撞可以傳遞熱量。鎳鈦合金的生物相容性很好，利用其形狀記憶效應(yīng)和超彈性的醫(yī)學(xué)實例相當多。如血栓過濾器、脊柱矯形棒、牙齒矯形絲、腦動脈瘤夾、接骨板、髓內(nèi)針、人工關(guān)節(jié)、避孕器、心臟修補元件、人造腎臟用微型泵等(合理即可)。ACB分子晶體共價晶體溫度升高，金屬陽離子的振動頻率和自由電子的無序運動增強，金屬的電導(dǎo)性減弱隨堂評估自測DB金屬晶體由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成，在外加電場作用下自由電子發(fā)生定向移動形成電流而導(dǎo)電。C、H2等可作還原劑與金屬原子結(jié)構(gòu)有關(guān)C自由電子與金屬陽離子碰撞一般情況下合金的延展