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第三章第三节金属晶体第1页，本讲稿共34页分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较 晶体类型晶体类型分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体结结构构粒子间的作用力粒子间的作用力性性质质硬度硬度溶、沸点溶、沸点导电导电溶解性溶解性构成晶体粒子构成晶体粒子分子分子原子原子分子间作用力分子间作用力共价键共价键结构、性质结构、性质较小较小较大较大较低较低很高很高固态和熔融状态固态和熔融状态都不导电都不导电不导电不导电相似相溶相似相溶难溶于常见溶剂难溶于常见溶剂复习提问复习提问第2页，本讲稿共34页TiTi金属样品金属样品第3页，本讲稿共34页（1 1）常温下为固体（）常温下为固体（汞除外汞除外）；）；（2 2）有金属光泽，不透明；）有金属光泽，不透明；（3 3）有延展性；）有延展性；（4 4）有导热性、导电性；）有导热性、导电性；金属共同的物理性质金属共同的物理性质金属为什么具有这些共同性质呢金属为什么具有这些共同性质呢?第4页，本讲稿共34页一、金属键一、金属键金属晶体的金属晶体的电子气理论电子气理论示意图示意图组成粒子：组成粒子：作用力：作用力：金属阳离子金属阳离子和和自由电子（自由电子（遍布整块金属，遍布整块金属，形成被所有原子共用的形成被所有原子共用的“电子气电子气”，从而，从而把所有原子维系在一起）把所有原子维系在一起）金属阳离子金属阳离子和和自由电子自由电子之间的较强作用之间的较强作用 金属键金属键（电子气理论）（电子气理论）第5页，本讲稿共34页1、金属键不具有方向性和饱和性。、金属键不具有方向性和饱和性。2、金属键的强弱与金属键的强弱与金属离子的半径及所带的电荷数金属离子的半径及所带的电荷数有关。一般有关。一般金属离子半径越小、电荷数越多金属离子半径越小、电荷数越多金属键就金属键就越强。越强。第6页，本讲稿共34页二二.金属晶体熔点变化规律金属晶体熔点变化规律1、金属晶体熔点变化较大，、金属晶体熔点变化较大，与金属晶体紧密堆积与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子之间的金属键的强方式、金属阳离子与自由电子之间的金属键的强弱有密切关系弱有密切关系熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点很高的金属：钨（熔点很高的金属：钨（3410）铁的熔点：铁的熔点：1535 2、一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：、一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。如：如：K Na Mg Al Li Na K Rb Cs第7页，本讲稿共34页【讨论【讨论1 1】金属为什么易导电？金属为什么易导电？在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自自由电子由电子就会就会发生定向运动发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易，因而形成电流，所以金属容易导电。导电。晶体类型晶体类型离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态导电粒子导电粒子水溶液或水溶液或熔融状态下熔融状态下晶体状态晶体状态自由移动的离子自由移动的离子自由电子自由电子比较离子晶体、金属晶体导电的区别：比较离子晶体、金属晶体导电的区别：三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系1、金属晶体结构与金属导电性的关系、金属晶体结构与金属导电性的关系第8页，本讲稿共34页【讨论【讨论2 2】金属为什么易导热？金属为什么易导热？自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，引自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。通过碰撞，把能量传给金属离子。金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时与金自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分的部分，从而使整块金属达到相同的温度。，从而使整块金属达到相同的温度。2、金属晶体结构与金属导热性的关系、金属晶体结构与金属导热性的关系第9页，本讲稿共34页【讨论【讨论3 3】金属为什么具有较好的延展性？金属为什么具有较好的延展性？原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性。致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性。而金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作而金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，用没有方向性，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，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。发生形变也不易断裂。3、金属晶体结构与金属延展性的关系、金属晶体结构与金属延展性的关系第10页，本讲稿共34页小结：三种晶体类型与性质的比较小结：三种晶体类型与性质的比较晶体晶体类类型型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念相相邻邻原子之原子之间间以共价以共价键键相相结结合而成具有空合而成具有空间间网状网状结结构的晶体构的晶体分子分子间间以范德以范德华华力相力相结结合而合而成的晶体成的晶体通通过过金属金属键键形成的形成的晶体晶体作用力作用力共价共价键键范德范德华华力力金属金属键键构成微粒构成微粒原子原子分子分子金属阳离子和自由金属阳离子和自由电电子子物物理理性性质质熔沸点熔沸点很高很高很低很低差差别较别较大大硬度硬度很大很大很小很小差差别较别较大大导电导电性性无（硅无（硅为为半半导导体）体）无无导导体体实实例例金金刚刚石、二氧化硅、石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅晶体硅、碳化硅 Ar、S等等Au、Fe、Cu、钢钢铁铁等等第11页，本讲稿共34页1.1.金属晶体的形成是因为晶体中存在（金属晶体的形成是因为晶体中存在（）A.A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用B B金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.C.金属离子与自由电子间的相互作用金属离子与自由电子间的相互作用 D.D.金属原子与自由电子间的相互作用金属原子与自由电子间的相互作用2.2.金属能导电的原因是（金属能导电的原因是（）A.A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱相互作用较弱 B B金属晶体中的自由电子在外加电场作用金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动下可发生定向移动 C C金属晶体中的金属阳离子在外加电场作金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动用下可发生定向移动 D D金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子 练习练习CB第12页，本讲稿共34页3.3.下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子B B原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键离子晶体中只含有离子键，不含有共价键 D D分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键化学键4.4.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？B练习练习第13页，本讲稿共34页非密置层（配位数为非密置层（配位数为4 4）密置层（配位数为密置层（配位数为6 6）1、二维堆积、二维堆积金属晶体的原子堆积模型金属晶体的原子堆积模型金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上（即二维空间里），有把它们放置在平面上（即二维空间里），有两种方式两种方式非密置层和密置层非密置层和密置层第14页，本讲稿共34页2、三维堆积（有、三维堆积（有4种方式）种方式）（1 1）简单立方堆积（课本）简单立方堆积（课本7474页）页）相邻相邻非密置层非密置层原子的原子核在同一条直线上，原子的原子的原子核在同一条直线上，原子的配位数为配位数为6 6，每个晶胞，每个晶胞含含1 1个原子，个原子，空间利用率为空间利用率为52%52%。代表物质：钋（代表物质：钋（PoPo）第15页，本讲稿共34页（钾型）（钾型）（2）体心立方堆积体心立方堆积非密置层非密置层的另一种堆积方式是将上层金属原子填入下的另一种堆积方式是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，并使层的金属原子形成的凹穴中，并使非密置层的原子稍非密置层的原子稍稍分离稍分离，每层均照此堆积，原子的，每层均照此堆积，原子的配位数为配位数为8 8，每个晶，每个晶胞胞含含2 2个原子，个原子，空间利用率为空间利用率为68%68%。代表物质：碱金属、代表物质：碱金属、FeFe（课本（课本75页）页）第16页，本讲稿共34页123456 第二层对第一层来讲最密的堆积方式是将球对准第二层对第一层来讲最密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。位。(或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的)123456AB，关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。方式。思考：密置层的堆积方式有哪些？思考：密置层的堆积方式有哪些？第17页，本讲稿共34页 下图是六方下图是六方最密堆积的前视图最密堆积的前视图ABABA一种是将球对准第一层的球。一种是将球对准第一层的球。123456 于是于是每两层形成一个周期每两层形成一个周期，即即 AB AB 堆积方式，形成堆积方式，形成六方六方最最密堆积密堆积。配位配位数数 12。(同层同层 6，上下层各上下层各 3)六方最密堆积六方最密堆积第18页，本讲稿共34页六方最密堆积（六方最密堆积（镁型）镁型）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型3 3第19页，本讲稿共34页 第三层的第三层的另一种另一种排排列方式，列方式，是将球对准是将球对准第一层的第一层的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 两层的位两层的位置置，这是这是 C 层。层。123456123456123456第20页，本讲稿共34页123456面心立方最密堆积的前视图面心立方最密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。得到面心立方堆积得到面心立方堆积。配位数配位数 12。(同层同层 6，上下层各上下层各 3)面心立方最密堆积面心立方最密堆积第21页，本讲稿共34页面心立方面心立方 （铜型）（铜型）金属晶体的原子空间堆积模型之（金属晶体的原子空间堆积模型之（4 4）第22页，本讲稿共34页面心立方最密堆积面心立方最密堆积 BCA第23页，本讲稿共34页三、金属晶体的四种堆积模型对比三、金属晶体的四种堆积模型对比堆积模型堆积模型典型代表典型代表空间利用率空间利用率配位数配位数晶胞晶胞简单立方堆积简单立方堆积体心立方堆积体心立方堆积六方最密堆积六方最密堆积面心立方最密面心立方最密堆积堆积阅读课文阅读课文7979资料卡片，并填写下表资料卡片，并填写下表第24页，本讲稿共34页简简简简单单单单立立立立方方方方钾钾钾钾型型型型（体体体体心心心心立立立立方方方方堆堆堆堆积积积积）镁镁镁镁型型型型（六六六六方方方方最最最最密密密密堆堆堆堆积积积积）铜铜铜铜型型型型（面面面面心心心心立立立立方方方方最最最最密密密密堆堆堆堆积积积积）第25页，本讲稿共34页第26页，本讲稿共34页石墨晶体二维结构示意图石墨晶体二维结构示意图C C原子原子正六边形结正六边形结构单元构单元共价键共价键SPSP2 2杂化杂化大大键键第27页，本讲稿共34页第第n层层第第n+2层层第第n+1层层石墨晶体中的邻层交错结构石墨晶体中的邻层交错结构范范德德华华力力第28页，本讲稿共34页1 1金属能导电的原因是（金属能导电的原因是（）A.A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱 B B金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 C C金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动 D D金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子 2 2下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子B.B.原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.C.密堆积的金属晶体晶胞比非密堆积的能量高密堆积的金属晶体晶胞比非密堆积的能量高 D.D.分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键 B BB B第29页，本讲稿共34页3、据报道硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度、据报道硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。下图是该化合物的晶体结构单元：镁原子间的最高记录。下图是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有一个镁原子：形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有一个镁原子：6个个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为（硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为（）A.MgB B.MgB2 C.Mg2B D.Mg2B2B B第30页，本讲稿共34页4.4.下列各组物质中，熔点由高到低的是下列各组物质中，熔点由高到低的是 A.HI A.HI、HBrHBr、HClHCl、HF B.HF B.石英、食盐、干冰、钾石英、食盐、干冰、钾 C.CI C.CI4 4、CBrCBr4 4、CClCCl4 4、CFCF4 4 D.Li D.Li、NaNa、K K、RbRb5.5.下列过程中，共价键被破坏的是下列过程中，共价键被破坏的是 A A碘升华碘升华 B B溴蒸气被木炭吸附溴蒸气被木炭吸附 C C酒精溶于水酒精溶于水 D DHClHCl气体溶于水气体溶于水6.6.在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子 环，环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C-CC-C键间的夹角是键间的夹角是 A.6 A.6个个 120 B.5 120 B.5个个 108 108 C.4 C.4个个 10928 D.6 10928 D.6个个 10928 10928CDCDD DD D第31页，本讲稿共34页7.7.共价键、离子键、分子间作用力都是微粒间的作用力，共价键、离子键、分子间作用力都是微粒间的作用力，下列物质中含有以上两种作用力的晶体是下列物质中含有以上两种作用力的晶体是 A.SiO A.SiO2 2 B.CCl B.CCl4 4 C.NaCl D.NaOH C.NaCl D.NaOH 8.8.结合干冰晶体图分析每个结合干冰晶体图分析每个COCO2 2分子周围距离相等且最近分子周围距离相等且最近的的COCO2 2分子数目为分子数目为 A.6 B.8 C.10 D.12 A.6 B.8 C.10 D.12BDBDD D9 9下列说法一定正确的是下列说法一定正确的是 A A其水溶液导电的一定是离子晶体其水溶液导电的一定是离子晶体 B B熔融态导电的一定是离子晶体熔融态导电的一定是离子晶体C C固态导电的一定是金属晶体固态导电的一定是金属晶体 D D固态不导电熔融态导电的一定是离子晶体固态不导电熔融态导电的一定是离子晶体D D第32页，本讲稿共34页10.10.关于晶体的下列说法正确的是关于晶体的下列说法正确的是 A A在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B B在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 C C原子晶体的熔点一定比金属晶体的高原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 D D分子晶体的熔点一定比金属晶体低分子晶体的熔点一定比金属晶体低A A第33页，本讲稿共34页1111现有甲、乙、丙现有甲、乙、丙(如下图如下图)三种晶体的晶胞：三种晶体的晶胞：(甲中甲中x x处处于晶胞的中心，乙中于晶胞的中心，乙中a a处于晶胞的中心处于晶胞的中心)，可推知：甲晶体，可推知：甲晶体中中x x与与y y的个数比是的个数比是_，乙中，乙中a a与与b b的个数比是的个数比是_，丙晶胞中有，丙晶胞中有_个个c c离子，有离子，有_个个d d离离子。子。甲甲x xy ya ab bc cd d乙乙丙丙4:34:31:11:14 44 4第34页，本讲稿共34页