3.3.1金屬晶體【知識(shí)精講精研】高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第三節(jié)金屬晶體與離子晶體3.3.1金屬晶體

金屬有哪些物理性質(zhì)呢？生活中的金屬一、概念：金屬陽(yáng)離子和電子之間的強(qiáng)烈的相互作用叫做金屬鍵。①成鍵微粒：金屬陽(yáng)離子、自由電子②成鍵本質(zhì)：金屬陽(yáng)離子與自由電子之間的強(qiáng)烈的靜電作用③特征：無(wú)方向性和飽和性，自由電子可以在金屬中自由移動(dòng)金屬鍵④金屬鍵的存在：存在于金屬單質(zhì)和合金中一般來(lái)說(shuō)，金屬鍵的強(qiáng)弱主要取決于金屬元素原子的半徑和價(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)。二、影響因素下列各組金屬熔點(diǎn)高低順序正確的是(

)A．Mg>Al>Ca B．Al>Na>LiC．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>Al【課堂練習(xí)】

由于金屬原子的最外層電子數(shù)較少,容易失去電子成為金屬離子,金屬原子釋放出的價(jià)電子不專門屬于某個(gè)特定的金屬離子,而為許多金屬離子所共有,并在整個(gè)金屬中自由運(yùn)動(dòng),這些電子又稱為自由電子。金屬脫落下來(lái)的價(jià)電子幾乎均勻分布在整個(gè)晶體中，像遍布整塊金屬的“電子氣”，從而把所有金屬原子維系在一起。三、本質(zhì)“電子氣理論”1.定義：金屬原子之間通過(guò)金屬鍵相互結(jié)合形成的晶體，叫做金屬晶體。2.組成粒子：金屬陽(yáng)離子和自由電子。3.微粒間的作用力：金屬鍵①在金屬晶體中有陽(yáng)離子，但沒(méi)有陰離子，所以，晶體中有陽(yáng)離子不一定有陰離子，若有陰離子，則一定有陽(yáng)離子。②在金屬晶體中，不存在單個(gè)分子或原子，是一個(gè)“巨分子”，金屬單質(zhì)或合金(晶體鍺、灰錫除外)屬于金屬晶體。四、金屬晶體4.金屬晶體的性質(zhì)(1)金屬晶體具有良好的導(dǎo)電性、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)一般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；而鐵常溫下為固體，熔點(diǎn)很高。（1）金屬或合金的延展性很好：外力

在金屬離子間的電子可以起到類似軸承中滾珠的潤(rùn)滑劑作用。當(dāng)金屬晶體受外力作用時(shí)，晶體中各原子層就會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)原來(lái)的排列方式不變?！半娮託饫碚摗苯忉尳饘俚奈锢硇再|(zhì)（2）金屬或合金的導(dǎo)熱性很好：“電子氣理論”解釋金屬的物理性質(zhì)

金屬部分受熱，那個(gè)區(qū)域的自由電子能量增加，運(yùn)動(dòng)速率加快，通過(guò)與金屬陽(yáng)離子頻繁碰撞，把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同溫度。所以金屬有良好的導(dǎo)熱性。

金屬晶體內(nèi)部的自由電子，在電場(chǎng)作用下，作定向移動(dòng)，從而形成了電流。外加電場(chǎng)“電子氣理論”解釋金屬的物理性質(zhì)（3）金屬或合金常溫下能導(dǎo)電：晶體類型電解質(zhì)金屬晶體導(dǎo)電時(shí)的狀態(tài)導(dǎo)電粒子導(dǎo)電時(shí)發(fā)生的變化導(dǎo)電能力隨溫度的變化水溶液或

熔融狀態(tài)下晶體狀態(tài)自由移動(dòng)的離子自由電子思考：電解質(zhì)在熔化狀態(tài)或溶于水能導(dǎo)電，這與金屬導(dǎo)電的本質(zhì)是否相同？化學(xué)變化物理變化增強(qiáng)減弱（4）金屬大都有特殊的金屬光澤：

由于自由電子可吸收所有頻率的光，然后很快釋放出各種頻率的光，因此絕大多數(shù)金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。而某些金屬（如銅、金、銫、鉛等）由于較易吸收某些頻率的光而呈現(xiàn)較為特殊的顏色。

當(dāng)金屬成粉末狀時(shí)，金屬晶體的晶面取向雜亂、晶格排列不規(guī)則，吸收可見(jiàn)光后輻射不出去，所以成黑色?！半娮託饫碚摗苯忉尳饘俚奈锢硇再|(zhì)資料金屬之最熔點(diǎn)最低的金屬是--------汞[-38.87℃]熔點(diǎn)最高的金屬是--------鎢[3410℃]密度最小的金屬是--------鋰[0.53g/cm3]密度最大的金屬是--------鋨[22.57g/cm3]硬度最小的金屬是--------銫[0.2]硬度最大的金屬是--------鉻[9.0]最活潑的金屬是----------銫最穩(wěn)定的金屬是----------金延性最好的金屬是--------鉑[鉑絲直徑：mm]展性最好的金屬是--------金[金箔厚：mm]導(dǎo)電性最好的的金屬是------銀1.正誤判斷(1)金屬在常溫下都是晶體()(2)金屬鍵是金屬陽(yáng)離子和自由電子之間存在的強(qiáng)烈的靜電吸引作用()(3)金屬晶體在外力作用下，各層之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，金屬鍵被破壞()(4)共價(jià)晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的高，分子晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的低()(5)金屬晶體除了純金屬，還有大量的合金()(6)有機(jī)高分子化合物一定不能導(dǎo)電()(7)金屬的電導(dǎo)率隨溫度的升高而降低()××××√×√【課堂練習(xí)】2.下列關(guān)于金屬及金屬鍵的說(shuō)法正確的是(

)A.金屬鍵具有方向性和飽和性B.金屬鍵是金屬陽(yáng)離子與自由電子之間的相互作用C.金屬導(dǎo)電是因?yàn)樵谕饧与妶?chǎng)作用下產(chǎn)生自由電子D.金屬具有光澤是因?yàn)榻饘訇?yáng)離子吸收并放出可見(jiàn)光B【課堂練習(xí)】3.金屬晶體的下列性質(zhì)中,不能用金屬晶體結(jié)構(gòu)加以解釋的是(

)A.易導(dǎo)電 B.易導(dǎo)熱C.有延展性 D.易銹蝕D【課堂練習(xí)】4.下列關(guān)于金屬鍵的敘述不正確的是(

)A.金屬鍵是金屬陽(yáng)離子和自由電子間的強(qiáng)烈相互作用,也是一種電性作用B.金屬鍵可以看作是許多原子共用許多電子所形成的強(qiáng)烈的相互作用,所以與共價(jià)鍵類似,也有方向性和飽和性C.金屬鍵是金屬陽(yáng)離子和自由電子間的相互作用,故金屬鍵無(wú)方向性和飽和性D.構(gòu)成金屬鍵的自由電子在整個(gè)金屬內(nèi)部的三維空間中做自由運(yùn)動(dòng)B【課堂練習(xí)】5．下列有關(guān)金屬鍵的敘述中，錯(cuò)誤的是(

)A．金屬鍵沒(méi)有飽和性和有方向性B．金屬鍵是金屬陽(yáng)離子和自由電子之間存在的強(qiáng)烈的靜電作用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)【課堂練習(xí)】

由于金屬鍵沒(méi)有飽和性和方向性，每個(gè)金屬原子中的電子分布基本是球型對(duì)稱的，所以把金屬晶體可以看成是由直徑相等的圓球的三維空間堆積而成的。理論基礎(chǔ)：二、金屬晶體的原子堆積模型緊密堆積：

微粒之間的作用力，使微粒間盡可能的相互接近，使它們占有最小的空間?？臻g利用率：晶體空間被粒子占據(jù)的百分?jǐn)?shù)（離子的體積除以晶胞的體積）。配位數(shù)：

晶體中每個(gè)粒子周圍距離最近且相等的粒子的數(shù)目。金屬原子在一維（直線）方向上的排列方式等徑圓球密置列金屬原子在二維空間（平面）上有的排列方式等徑圓球非密置層

配位數(shù)=4配位數(shù)=6等徑圓球密置層非密置層之間采取非密置堆積1、簡(jiǎn)單立方堆積[Po]配位數(shù)：空間占有率：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：6152%代表金屬：金屬原子半徑r與正方體邊長(zhǎng)a的關(guān)系：aaaaa=2r非密置層之間采取密置堆積方式配位數(shù)：空間占有率：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：868%22、體心立方堆積-----鉀型代表金屬：K、Na、Fe金屬原子半徑r與正方體邊長(zhǎng)a的關(guān)系：aaaa2ab=4rb=3aa=4r3b2a鎂型銅型金屬晶體的兩種最密堆積方式思考：密置層的堆積方式有哪些？123456

第二層可以將球?qū)?zhǔn)1，3，5位，或?qū)?zhǔn)2，4，6位。123456AB，

關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō)，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球123456

每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期ABAB堆積方式形成六方緊密堆積。

配位數(shù)12。(同層6，上下層各3)，空間利用率為74%六方緊密堆積的前視圖ABABA12345612003.六方最密堆積--鎂型配位數(shù)：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：空間利用率：代表金屬：12（同層6，上、下層各3）2Mg、Zn、Ti74%六方晶胞中，DABO為正四面體，正四面體的高為c/2a＝b＝2r

DG2＋AG2＝AD2（AD＝a）——平行四邊形的高——正四面體的高

——晶胞的高

晶胞中有2個(gè)球

知識(shí)海洋D金屬原子的半徑r與六棱柱的邊長(zhǎng)a、高h(yuǎn)的關(guān)系：a=2rahh=a632第三層的另一種排列方式將球?qū)?zhǔn)第一層的2，4，6位，不同于AB兩層的位置，這是C層123456123456123456123456面心立方最密堆積的前視圖ABCAABC

第四層再排AABCABC三層一個(gè)周期面心立方最密堆積。

4.面心立方最密堆積-銅型BCA123456BCA配位數(shù)：空間占有率：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：BCA1274%4代表金屬：Cu、Ag、Au邊長(zhǎng)為

a面對(duì)角線邊長(zhǎng)為

a＝4r金屬原子半徑r與正方體邊長(zhǎng)a的關(guān)系：密堆積的八面體空隙和四面體空隙堆積方式晶胞類型空間利用率配位數(shù)實(shí)例面心立方最密堆積堆積方式及性質(zhì)小結(jié)簡(jiǎn)單立方堆積體心立方密堆積六方最密堆積面心立方六方體心立方簡(jiǎn)單立方74%74%68%52％121286Cu、Ag、AuMg、Zn、TiNa、K、FePo三、空間利用率的計(jì)算空間利用率：指構(gòu)成晶體的原子、離子或分子在整個(gè)晶體空間中所占有的體積百分比。球體積空間利用率==100%

晶胞體積aaaaa=2r1、簡(jiǎn)單立方晶胞空間利用率=4πr3/3(2r)3=≈52%π6aaaa2ab=4rb=3aa=4r3b2a2、體心立方晶胞a=4r/3空間利用率=2×4πr3/3()3=≈68%π84r/33邊長(zhǎng)為:a面對(duì)角線邊長(zhǎng)為:ba＝4r＝aa＝4r/空間利用率=4×4πr3/3()3=≈74%π64r/3、面心立方晶胞a=2rahh=a6324、六方密堆積平行四邊形的面積：22360sinaaaS=×=oa=2rahh=a63233228236223raaaV==X=晶胞空間利用率=2×4πr3/38r3=≈74%π6石墨晶體結(jié)構(gòu)模型石墨是層狀結(jié)構(gòu)的混合型晶體石墨晶體結(jié)構(gòu)俯視圖1．下列有關(guān)金屬元素特征的敘述中正確的是A．金屬元素的原子只有還原性，離子只有氧化性B．金屬元素在化合物中一定顯正價(jià)C．金屬元素在不同化合物中的化合價(jià)均不同D．金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)總是高于分子晶體能力訓(xùn)練2.下列生活中的問(wèn)題，不能用金屬鍵知識(shí)解釋的是（）

A.用鐵制品做炊具

B.用金屬鋁制成導(dǎo)線

C.用鉑金做首飾

D.鐵易生銹D3.下列物質(zhì)中含有金屬鍵的是()A、金屬鋁B、合金C、NaOHD、NH4ClAB4.金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬價(jià)電子數(shù)的多少有關(guān)，價(jià)電子數(shù)越多金屬鍵越強(qiáng)；與金屬陽(yáng)離子的半徑大小也有關(guān)，金屬陽(yáng)離子的半徑越大，金屬鍵越弱。據(jù)此判斷下列金屬熔點(diǎn)逐漸升高的是（）A、LiNaKB、NaMgAlC、LiBeMgD、LiNaMgB5.下列有關(guān)金屬晶體敘述正確的是（）A、常溫下金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在B、金屬離子與自由電子之間的強(qiáng)烈作用，在一定外力作用下，不因形變而消失C