高中化學(xué)同步講義（選擇性必修二）第17講 3.5金屬晶體（學(xué)生版）

第17課金屬晶體1．能描述金屬鍵的成鍵特征。2．能用金屬鍵理論解釋金屬的典型性質(zhì)。3．能利用金屬晶體的通性判斷晶體類型，進(jìn)一步理解金屬晶體中各微粒之間的作用力。4．能舉例說明合金的優(yōu)越性能。一、金屬鍵1.概念：和之間存在的的相互作用稱為金屬鍵。2.金屬鍵的本質(zhì)——“電子氣理論”：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。這一理論稱為“電子氣理論”。由此可見，金屬晶體跟共價(jià)晶體一樣，是一種“巨分子”。3.金屬鍵的形成(1)金屬原子失去部分或全部外圍電子形成的與“脫落”下的之間存在強(qiáng)烈的相互作用。(2)成鍵粒子：和。4.金屬鍵的特征：自由電子不是專屬于某個(gè)特定的金屬陽離子而是在整塊固態(tài)金屬中自由移動(dòng)。金屬鍵既沒有方向性，也沒有飽和性。5.影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素：(1)金屬原子半徑越，金屬鍵越。(2)單位體積內(nèi)的數(shù)目越多，金屬鍵越強(qiáng)。6.存在：金屬鍵存在與或中。7.金屬鍵的強(qiáng)弱及其對(duì)金屬性質(zhì)的影響①金屬鍵的強(qiáng)弱主要取決于金屬元素的原子半徑和價(jià)電子數(shù)，原子半徑越，價(jià)電子數(shù)越，金屬鍵越；反之，金屬鍵越。②金屬晶體熔、沸點(diǎn)的高低與金屬鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，金屬鍵越，金屬的熔、沸點(diǎn)越，硬度越。二、金屬晶體1.概念：金屬原子通過形成的晶體叫做金屬晶體。2.構(gòu)成微粒：和3.微粒間的相互作用：鍵4.金屬晶體的性質(zhì)①金屬晶體具有良好的性、性和性。②熔、沸點(diǎn)：金屬鍵越，熔、沸點(diǎn)越。A.同周期金屬單質(zhì)，從左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸點(diǎn)。B.同主族金屬單質(zhì)，從上到下(如堿金屬)熔、沸點(diǎn)。C.合金的熔、沸點(diǎn)一般比其各成分金屬的熔、沸點(diǎn)。D.金屬晶體熔點(diǎn)差別很大，如汞常溫下為，熔點(diǎn)很低；而鐵常溫下為固體，熔點(diǎn)很。③硬度：金屬鍵越，晶體的硬度越?！疽族e(cuò)提醒】①含有陽離子的晶體中不一定含有陰離子，例如金屬晶體中只有金屬陽離子和自由電子，沒有陰離子。但晶體中有陰離子時(shí)，一定有陽離子。5.電子氣理論解釋金屬材料的有關(guān)性質(zhì)①延展性：當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，晶體中的就會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，但不會(huì)改變?cè)瓉淼?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(rùn)滑劑的作用，所以金屬有良好的延展性。當(dāng)向金屬晶體中摻入不同的金屬或非金屬原子時(shí)，就像在滾珠之間摻入了細(xì)小而堅(jiān)硬的砂土或碎石一樣，會(huì)使這種金屬的延展性甚至硬度發(fā)生改變，這也是對(duì)金屬材料形成合金以后性能發(fā)生改變的一種比較粗淺的解釋?！久麕燑c(diǎn)撥】當(dāng)向金屬晶體中摻人不同的金屬或非金屬原子時(shí)，就像在滾珠之間摻人了細(xì)小而堅(jiān)硬的砂土或碎石一樣，會(huì)使這種金屬的延展性甚至硬度發(fā)生改變，這也是對(duì)金屬材料形成合金以后性能發(fā)生改變的一種比較粗淺的解釋。純金屬內(nèi)，所有原子的大小和形狀都是相同的，原子的排列十分規(guī)整。而合金中加入了其他元素或大或小的原子，改變了金屬原子有規(guī)則的層狀排列，使原子層之間的相對(duì)滑動(dòng)變得困難。因此合金比純金屬延展性要差。②導(dǎo)電性：電子氣理論還十分形象地用電子氣在電場(chǎng)中定向移動(dòng)解釋金屬良好的導(dǎo)電性，在金屬晶體中，存在許多，這些電子移動(dòng)是沒有的，但是在外加電場(chǎng)的作用下，自由電子就會(huì)發(fā)生定向，形成，使金屬表現(xiàn)出導(dǎo)電性。注：a.金屬晶體有導(dǎo)電性，但能導(dǎo)電的物質(zhì)不一定是金屬。例如，石墨有導(dǎo)電性卻屬于非金屬。b.還有一大類能導(dǎo)電的有機(jī)高分子化合物，也不屬于金屬。c.金屬導(dǎo)電的粒子是，導(dǎo)電過程是變化。而電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的粒子是自由移動(dòng)的，導(dǎo)電過程是.③導(dǎo)熱性：A.自由電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)與金屬離子碰撞而引起能量的，當(dāng)金屬某部分受熱時(shí)，那個(gè)區(qū)域里的自由電子能量，運(yùn)動(dòng)速度，通過碰撞，把能量傳遞給。自由電子與金屬陽離子頻繁碰撞，從而使能量從溫度的部分傳到溫度的部分，使整塊金屬達(dá)到的溫度。B.電導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律：還可用電子氣中的自由電子在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞解釋金屬的電導(dǎo)率隨溫度升高而降低的現(xiàn)象。④顏色：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(dāng)光線投射到它的表面上時(shí)，自由電子可以所有頻率的光，然后很快各種頻率的光，這就使絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)銀色以至銀色光澤。而金屬在粉末狀態(tài)時(shí)，金屬的取向雜亂，晶格排列得不規(guī)則，吸收可見光后輻射不出去，所以金屬粉末常呈暗色或色。⑤熔沸點(diǎn)：金屬單質(zhì)熔、沸點(diǎn)的高低和硬度的大小與金屬鍵的強(qiáng)弱有關(guān)。金屬鍵越，金屬晶體的熔、沸點(diǎn)越，硬度越。一般來說，金屬鍵的強(qiáng)度主要取決于金屬元素的原子半徑和單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目(價(jià)電子數(shù))。隨著原子半徑的，金屬鍵逐漸。單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目(價(jià)電子數(shù))越，則金屬鍵就越。如鈉、鎂、鋁的單位體積內(nèi)價(jià)電子數(shù)目逐漸，金屬鍵逐漸；Li、Na、K的原子半徑逐漸，金屬鍵逐漸。所以由Li到Cs，熔、沸點(diǎn)逐漸，Na、Mg、Al的熔、沸點(diǎn)逐漸，硬度。合金的熔點(diǎn)一般比它的各組分純金屬的熔點(diǎn)。如生鐵比純鐵的熔點(diǎn)，鈉-鉀合金[w(K)在50%~80%范圍內(nèi)]在室溫下呈態(tài)。6.常見的合金①以鐵為主要成分的碳鋼、錳鋼、不銹鋼等②以銅為主要成分的黃銅、青銅、白銅等(7)電解質(zhì)導(dǎo)電和金屬導(dǎo)電的區(qū)別物質(zhì)類別電解質(zhì)金屬晶體導(dǎo)電時(shí)的狀態(tài)水溶液或熔融狀態(tài)下晶體狀態(tài)導(dǎo)電粒子自由移動(dòng)的離子自由電子導(dǎo)電時(shí)發(fā)生的變化化學(xué)變化物理變化導(dǎo)電能力隨溫度的變化溫度升高導(dǎo)電能力增強(qiáng)溫度升高導(dǎo)電能力減弱?問題一金屬鍵的形成【典例1】有下列關(guān)于金屬鍵的敘述中，不正確的是()A．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子這兩種帶異性電荷的微粒間的強(qiáng)烈相互作用，其實(shí)質(zhì)與離子鍵類似，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，有方向性和飽和性C．金屬鍵是帶異性電荷的金屬陽離子和自由電子間的強(qiáng)烈的相互作用，故金屬鍵無飽和性和方向性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)【變式1-1】構(gòu)成金屬鍵的微粒是A．原子 B．正、負(fù)離子C．分子 D．金屬正離子與自由電子【變式1-2】下列關(guān)于金屬鍵的敘述中正確的是A．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間強(qiáng)烈的靜電吸引作用B．金屬原子的核外電子在金屬晶體中都是自由電子C．金屬具有導(dǎo)熱性，是通過金屬陽離子之間的碰撞來傳導(dǎo)熱量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)?問題二金屬鍵強(qiáng)弱與金屬晶體的物理性質(zhì)【典例2】下列有關(guān)金屬的敘述正確的是()A．金屬受外力作用時(shí)常常發(fā)生變形而不易折斷，是由于金屬離子之間有較強(qiáng)的作用B．通常情況下，金屬中的自由電子會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，而形成電流C．金屬是借助金屬離子的運(yùn)動(dòng)，把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分D．金屬的導(dǎo)電性隨溫度的升高而降低【變式2-1】下列關(guān)于金屬及金屬鍵的說法不正確的是A．金屬鍵不具有方向性和飽和性B．金屬鍵是金屬陽離子與自由電子間的相互作用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)烈作用，因而具有延展性【變式2-2】小波在參觀了某淵中學(xué)的晶體墻后，對(duì)晶體產(chǎn)生了濃厚的興趣，她決定上網(wǎng)查找相關(guān)資料，但不幸的是她登錄的網(wǎng)站被不法分子篡改了。她摘錄了該網(wǎng)站上的一些表述，請(qǐng)幫她選出其中錯(cuò)誤的表述A．金屬鍺()是一種常見的金屬晶體B．根據(jù)電子氣理論，金屬具有良好的延展性是由于其受到外力時(shí)，各原子層發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，改變?cè)瓉淼呐帕蟹绞紺．能帶理論是一種描述金屬鍵的理論D．在水晶晶體中，平均每1個(gè)原子被1個(gè)十二元環(huán)占有1．金屬能導(dǎo)電的原因是A．金屬陽離子與自由電子間的作用較弱B．金屬在外加電場(chǎng)作用下可失去電子C．金屬陽離子在外加電場(chǎng)作用下可發(fā)生定向移動(dòng)D．自由電子在外加電場(chǎng)作用下可發(fā)生定向移動(dòng)2．金屬的下列性質(zhì)中，不能用金屬鍵解釋的是A．易傳熱 B．加工易變性但不碎C．易銹蝕 D．有特殊的金屬光澤3．科學(xué)家對(duì)液氫施加約4.95×1011Pa壓力，成功制造出了“金屬氫”，這是一種以氫離子和自由電子為基本單位構(gòu)成的晶體。關(guān)于金屬氫的推測(cè)錯(cuò)誤的是A．可能具有很好的導(dǎo)電性 B．與氫氣互為同素異形體C．摩爾質(zhì)量與氫氣相同 D．制造金屬氫過程屬于化學(xué)變化4．下列金屬中，金屬陽離子與自由電子間的作用力最強(qiáng)的是A．Al B．K C．Cu D．Zn5．下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是A．用鉑金做首飾不能用金屬鍵理論解釋B．固態(tài)和熔融時(shí)易導(dǎo)電，熔點(diǎn)在1000℃左右的晶體可能是金屬晶體C．Li、Na、K的熔點(diǎn)逐漸升高D．金屬導(dǎo)電和熔融電解質(zhì)(或電解質(zhì)溶液)導(dǎo)電的原理一樣6．在金屬晶體中，金屬原子的價(jià)電子數(shù)越多，原子半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高。由此判斷下列各組金屬熔、沸點(diǎn)高低順序，其中不正確的是()A．Al>Mg>BaB．Al>Na>Li C．Al>Mg>CaD．Al>Mg>Na1．下列金屬的性質(zhì)中與自由電子無關(guān)的是A．密度 B．導(dǎo)熱性 C．導(dǎo)電性 D．金屬光澤2．下列熔點(diǎn)比較正確的是A．> B．金屬鋰>金屬鈉>金屬鉀C．新戊烷>異戊烷>正戊烷 D．H2O>CH4>SiO23．鐵鎂合金是目前已發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)氫密度較高的儲(chǔ)氫材料之一，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示(黑球代表Fe，白球代表Mg)。下列說法正確的是

A．鐵鎂合金的化學(xué)式可表示為B．晶胞中有14個(gè)鐵原子C．晶體中存在的化學(xué)鍵類型為共價(jià)鍵D．該晶胞的質(zhì)量是(表示阿伏加德羅常數(shù)的值)4．下列說法正確的是①晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定②共價(jià)晶體中共價(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高③金屬晶體的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性均與自由電子有關(guān)④正四面體構(gòu)型的分子，鍵角都是109°28′，其晶體類型可能是共價(jià)晶體或分子晶體⑤分子晶體中都含有化學(xué)鍵⑥4.8g金剛石晶體中碳碳鍵的數(shù)目為⑦在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子⑧晶體狀態(tài)下能導(dǎo)電的一定是金屬晶體A．④⑥⑦ B．②③⑥ C．①③⑤ D．④⑤⑧5．下列物質(zhì)的性質(zhì)不能用化學(xué)鍵解釋的是A．金屬銅具有導(dǎo)電性 B．氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定C．金剛石硬度大 D．碘單質(zhì)常溫為固體6．美國(guó)“深度撞擊”號(hào)飛船釋放的探測(cè)器以大約每小時(shí)3.67萬公里的高速撞擊“坦普爾1號(hào)”彗星?！吧疃茸矒簟碧?hào)探測(cè)器的總重量為372公斤，分為飛越艙和撞擊艙兩部分，撞擊艙重113公斤，主要是一塊銅合金錐體?！吧疃茸矒簟笔瑰缧潜砻娴募?xì)粉狀碎屑騰空而起。這些細(xì)粉狀碎屑中含有水、二氧化碳和簡(jiǎn)單有機(jī)物。(1)構(gòu)成撞擊艙的銅合金中含有下列哪種化學(xué)鍵？()A．共價(jià)鍵 B．金屬鍵C．離子鍵(2)“深度撞擊”號(hào)探測(cè)器的撞擊艙選用銅作主要材料，與銅的性質(zhì)有密切關(guān)系。下列說法