2013年高中化学 第三章 第三节金属晶体精品课件 新人教版选修3.ppt

第三第三节节金属晶体金属晶体课程标准导航课程标准导航1.了解金属了解金属键键的含的含义义“电电子气子气”理理论论。2.能用金属能用金属键键理理论论解解释释金属的一些物理性金属的一些物理性质质。3.了解金属晶体的原子堆了解金属晶体的原子堆积积模型的分模型的分类类及及结结构特点。构特点。新知初探自学导引新知初探自学导引自主学自主学习习一、金属一、金属键键1.用用“电电子气理子气理论论”解解释释金属金属键键的本的本质质金属原子脱落下来的金属原子脱落下来的_形成遍布整形成遍布整块块晶体的晶体的“电电子气子气”，被所有原子所共用，从，被所有原子所共用，从而把所有的而把所有的_维维系在一起。系在一起。价价电电子子金属原子金属原子2.用用“电电子气理子气理论论”解解释释金属的性金属的性质质(1)延展性：当金属受到外力作用延展性：当金属受到外力作用时时，晶体中，晶体中的各原子的各原子层层就会就会发发生生_，但不会改，但不会改变变原来的原来的_，而且弥漫在金属原子，而且弥漫在金属原子间间的的电电子气可以起到子气可以起到类类似似轴轴承中承中滚滚珠之珠之间润间润滑滑剂剂的作用，所以金属都有良好的延展性。的作用，所以金属都有良好的延展性。相相对对滑滑动动排列方式排列方式(2)导导电电性性：电电子子气气理理论论用用电电子子气气在在电电场场中中_解解释释金属良好的金属良好的导电导电性。性。(3)导热导热性：性：电电子气中的子气中的_在在热热的作的作用下与用下与_频频繁碰撞解繁碰撞解释释金属的金属的热导热导率随温度升高而率随温度升高而_的的现现象。象。定向移定向移动动自由自由电电子子金属原子金属原子降低降低想一想想一想1金金属属导导电电与与电电解解质质在在熔熔融融状状态态下下导导电电、电电解质溶液导电有什么区别？解质溶液导电有什么区别？提提示示：金金属属导导电电的的粒粒子子是是电电子子，电电解解质质在在熔熔融融状状态态或或溶溶液液中中导导电电的的粒粒子子是是阳阳离离子子和和阴阴离离子子；金金属属导导电电过过程程不不生生成成新新物物质质，属属物物理理变变化化，而而电电解解质质的的导导电电过过程程就就是是电电解解，在在阴阴、阳阳两两极极生生成成新新物物质质，属属于于化化学学变变化化，故故二二者者导电的本质是不同的。导电的本质是不同的。二、金属晶体的原子堆二、金属晶体的原子堆积积模型模型1.二二维维空空间间模型模型金金属属原原子子在在二二维维平平面面里里放放置置得得到到两两种种方方式式：_和和_，配位数分，配位数分别为别为4和和6。2.三三维维空空间间模型模型(1)简单简单立方堆立方堆积积相相邻邻_原子的原子核在原子的原子核在_上上的堆的堆积积，空，空间间利用率太低，只有金属利用率太低，只有金属Po采用采用这这种堆种堆积积方式方式,每个晶胞平均含有每个晶胞平均含有1个原子。个原子。非密置非密置层层密置密置层层非密置非密置层层同一直同一直线线(2)体心立方堆体心立方堆积积按按_的的堆堆积积方方式式，将将上上层层金金属属原原子子填填入入下下层层的的金金属属原原子子形形成成的的_中中，并并使使非非密密置置层层的的原原子子稍稍稍稍分分离离。许许多多金金属属是是这这种种堆堆积积方式，如碱金属。方式，如碱金属。非密置非密置层层凹穴凹穴(3)六方最密堆六方最密堆积积和面心立方最密堆和面心立方最密堆积积_的原子按体心立方堆的原子按体心立方堆积积方式堆方式堆积积，会得到两种基本堆会得到两种基本堆积积方式方式六方最密堆六方最密堆积积和面心立方最密堆和面心立方最密堆积积，这这两种堆两种堆积积方式都是方式都是金属晶体的最密堆金属晶体的最密堆积积，配位数均，配位数均为为_。密置密置层层12六方最密堆六方最密堆积积如如图图所示，按所示，按_的方式堆的方式堆积积。ABABABAB面心立方最密堆面心立方最密堆积积如如图图所示所示,按按_的方式堆的方式堆积积。ABCABCABC想一想想一想2简简单单立立方方堆堆积积、体体心心立立方方堆堆积积、六六方方最最密密堆堆积积和和面面心心立立方方最最密密堆堆积积四四种种堆堆积积方方式式的的空空间间利用率大小有什么关系？利用率大小有什么关系？提提示示：空空间间利利用用率率：简简单单立立方方堆堆积积体体心心立立方方堆积六方最密堆积面心立方最密堆积。堆积六方最密堆积面心立方最密堆积。自主体自主体验验1.下列不属于金属晶体共性的是下列不属于金属晶体共性的是()A易易导电导电 B易易导热导热C有延展性有延展性 D高熔点高熔点解析：解析：选选D。金属晶体的共性是易。金属晶体的共性是易导电导电、易、易导导热热、有延展性。但金属晶体的熔点差、有延展性。但金属晶体的熔点差别较别较大大,有的比原子晶体有的比原子晶体还还高，如高，如钨钨的熔点很高的熔点很高(3410)；有的比分子晶体；有的比分子晶体还还低，如汞的熔点很低低，如汞的熔点很低(38.9)。2.金属晶体的形成是因金属晶体的形成是因为为晶体中存在晶体中存在()A金属原子金属原子间间的相互作用的相互作用B金属离子金属离子间间的相互作用的相互作用C自由自由电电子子间间的相互作用的相互作用D金属离子与自由金属离子与自由电电子子间间的相互作用的相互作用解解析析：选选D。金金属属晶晶体体是是金金属属阳阳离离子子和和自自由由电电子通过金属键形成的。子通过金属键形成的。3.(2012长长春春高高二二质质检检)已已知知铜铜的的晶晶胞胞结结构构如如图图所所示示，则则在在铜铜的的晶晶胞胞中中所所含含铜铜原原子子数数及及配配位位数数分分别为别为()A412 B612C88 D812要点突破讲练互动要点突破讲练互动要点要点1金属金属键键及其及其对对金属晶体性金属晶体性质质的影响的影响探探究究导导引引1为为什什么么金金属属晶晶体体的的物物理理性性质质与与原原子子晶晶体体、分分子子晶晶体体的的物物理理性性质质有有非非常常明明显显的的区区别别？提示：提示：因因为为金属晶体、原子晶体和分子晶体金属晶体、原子晶体和分子晶体的物理性的物理性质质分分别别由金属由金属键键、共价、共价键键和分子和分子间间作用力的作用力的强强弱决定，而金属弱决定，而金属键键、共价、共价键键和分和分子子间间作用力的作用力的强强弱不同。弱不同。要点要点归纳归纳1.金属金属键键(1)概概念念：在在金金属属晶晶体体中中，金金属属阳阳离离子子与与自自由由电电子之子之间间存在着存在着强强烈的相互作用叫金属烈的相互作用叫金属键键。(2)从原子从原子结结构的角度构的角度认识认识金属金属键键的本的本质质：金：金属原子的价属原子的价电电子比子比较较少，有易失去价少，有易失去价电电子的子的性性质质。金属晶体中，每个金属原子都有机会。金属晶体中，每个金属原子都有机会失去价失去价电电子成子成为为金属阳离子，每个金属阳离金属阳离子，每个金属阳离子都有机会子都有机会结结合价合价电电子成子成为为金属原子，金属原子，这这些些价价电电子被子被许许多金属原子或金属离子所共有，多金属原子或金属离子所共有，从而把所有的金属原子从而把所有的金属原子维维系在一起。系在一起。(3)存在：金属晶体中存在：金属晶体中,包括金属单质及合金。包括金属单质及合金。(4)金属键强弱的比较：金属键的强度主要取金属键强弱的比较：金属键的强度主要取决于金属阳离子半径和离子所带的电荷数。决于金属阳离子半径和离子所带的电荷数。金属阳离子半径越大，离子所带的电荷数越金属阳离子半径越大，离子所带的电荷数越少，则金属键越弱；金属阳离子半径越小，少，则金属键越弱；金属阳离子半径越小，离子所带的电荷数越多，则金属键越强。离子所带的电荷数越多，则金属键越强。2.金属晶体金属晶体(1)金金属属晶晶体体的的结结构构与与金金属属晶晶体体性性质质的的内内在在联联系系金属晶体的金属晶体的结结构与金属构与金属导电导电性的关系性的关系在金属晶体中存在在金属晶体中存在许许多自由多自由电电子，子，这这些自由些自由电电子的运子的运动动是没有方向性的，但在外加是没有方向性的，但在外加电场电场的作用下，自由的作用下，自由电电子就会子就会发发生定向移生定向移动动形成形成电电流，所以金属容易流，所以金属容易导电导电。金属晶体的金属晶体的结结构与金属构与金属导热导热性的关系性的关系金属容易金属容易导热导热，是由于自由，是由于自由电电子在运子在运动时动时与与金属离子碰撞而引起能量的交金属离子碰撞而引起能量的交换换，从而使能，从而使能量从温度高的部分量从温度高的部分传传到温度低的部分，使整到温度低的部分，使整块块金属达到相同的温度。金属达到相同的温度。金属晶体的金属晶体的结结构与金属延展性的关系构与金属延展性的关系大多数金属具有大多数金属具有较较好的延展性好的延展性,是由于金属离是由于金属离子与自由子与自由电电子之子之间间的相互作用没有方向性。的相互作用没有方向性。当金属受到外力当金属受到外力时时，晶体中的各原子，晶体中的各原子层层就会就会发发生相生相对对滑滑动动后，相互作用没有被破坏，金后，相互作用没有被破坏，金属属虽虽然然发发生了形生了形变变但不会但不会导导致断裂。致断裂。金属晶体的金属晶体的结结构与金属构与金属颜颜色的关系色的关系由于金属原子以最由于金属原子以最紧紧密堆密堆积积状状态态排列，内部排列，内部存在自由存在自由电电子，所以当光子，所以当光辐辐射到它的表面上射到它的表面上时时，自由，自由电电子可以吸收所有子可以吸收所有频频率的光，然后率的光，然后很快很快释释放出各种放出各种频频率的光，率的光，这这就使得就使得绝绝大多大多数金属呈数金属呈现银现银灰色以至灰色以至银银白色光白色光泽泽。而金属。而金属在粉末状在粉末状态时态时，金属的晶面取向，金属的晶面取向杂杂乱，晶格乱，晶格排列不排列不规则规则，吸收可，吸收可见见光后光后辐辐射不出去，所射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。以金属粉末常呈暗灰色或黑色。(2)金属金属键键强强弱弱对对金属晶体性金属晶体性质质的影响的影响金金属属键键越越强强，金金属属晶晶体体的的熔熔、沸沸点点就就越越高高，硬度就越大。硬度就越大。同同周周期期金金属属单单质质，从从左左到到右右，金金属属键键逐逐渐渐增增强强,则则熔、沸点逐熔、沸点逐渐渐升高升高,如如Na、Mg、Al。同主族金属同主族金属单质单质，从上到下，金属，从上到下，金属键键逐逐渐渐减弱，减弱，则则熔、沸点逐熔、沸点逐渐渐降低，如碱金属。降低，如碱金属。合合金金的的熔熔、沸沸点点比比其其各各成成分分金金属属的的熔熔、沸沸点低。点低。金属晶体熔点、硬度差金属晶体熔点、硬度差别别很大，如汞常温很大，如汞常温为为液体，熔点很低液体，熔点很低(38.9)，而，而钨钨等金属等金属熔点很高熔点很高(3410)。即即时应时应用用1.(2012长长沙沙高高二二检检测测)下下列列关关于于金金属属性性质质和和原因的描述不正确的是原因的描述不正确的是()A金金属属一一般般具具有有银银白白色色光光泽泽,是是物物理理性性质质，与金属与金属键键没有关系没有关系B金属具有良好的金属具有良好的导电导电性，是因性，是因为为在金属在金属晶体中共享了金属原子的价晶体中共享了金属原子的价电电子，形成了子，形成了“电电子气子气”，在外，在外电场电场的作用下自由的作用下自由电电子定向子定向移移动动便形成了便形成了电电流，所以金属易流，所以金属易导电导电C金金属属具具有有良良好好的的导导热热性性，是是因因为为自自由由电电子子在在受受热热后后，加加快快了了运运动动速速率率，自自由由电电子子通通过过与与金属离子金属离子发发生碰撞，生碰撞，传递传递了能量了能量D金属晶体具有良好的延展性，是因金属晶体具有良好的延展性，是因为为金属金属晶体中的原子晶体中的原子层层可以滑可以滑动动而不破坏金属而不破坏金属键键解析：解析：选选A。金属具有金属光。金属具有金属光泽泽是金属中的是金属中的自由自由电电子吸收了可子吸收了可见见光，又把各种波光，又把各种波长长的光的光再再发发射出来，因此金属一般射出来，因此金属一般显银显银白色。金属白色。金属导电导电性正是由于金属原子之性正是由于金属原子之间间共享了价共享了价电电子子,才使得金属晶体中有了自由移才使得金属晶体中有了自由移动动的的电电子，也子，也才能在外才能在外电场电场的作用下使的作用下使电电子作定向移子作定向移动动形形成成电电流。流。C和和D均正确。均正确。要点要点2金属晶体的原子堆金属晶体的原子堆积积模型模型探探究究导导引引2直直径径相相等等的的金金属属原原子子在在二二维维平平面面里里放放置置，除除了了非非密密置置层层和和密密置置层层两两种种方方式式外，外，还还有第三种方式有第三种方式吗吗？提示：提示：没有。没有。探探究究导导引引3金金属属晶晶体体采采用用密密堆堆积积的的原原因因是是什什么？么？提示：提示：由于金属由于金属键键没有没有饱饱和性和方向性，金和性和方向性，金属原子能从各个方向互相靠近，从而属原子能从各个方向互相靠近，从而导导致金致金属晶体最常属晶体最常见见的的结结构形式是堆构形式是堆积积密度大，原密度大，原子配位数高，能充分利用空子配位数高，能充分利用空间间。要点要点归纳归纳1.几个概念几个概念(1)紧紧密密堆堆积积：粒粒子子之之间间的的作作用用力力使使粒粒子子尽尽可可能地相互接近，使它能地相互接近，使它们们占有最小的空占有最小的空间间。(2)空空间间利利用用率率：空空间间被被晶晶格格质质点点占占据据的的百百分分数。用来表示数。用来表示紧紧密堆密堆积积的程度。的程度。(3)配位数：在晶体中，一个原子或离子周配位数：在晶体中，一个原子或离子周围围最最邻邻近的原子或离子的数目。近的原子或离子的数目。2.金属晶体的原子堆金属晶体的原子堆积积模型模型堆堆积积模型模型采采纳这纳这种种堆堆积积的典的典型代表型代表空空间间利用利用率率配配位位数数晶胞晶胞非非密密置置层层简单简单立方立方堆堆积积Po(钋钋)52%6体心立方体心立方堆堆积积(bcp)Na、K、Fe68%8堆堆积积模型模型采采纳这纳这种种堆堆积积的典的典型代表型代表空空间间利用利用率率配配位位数数晶胞晶胞密密置置层层六方最密六方最密堆堆积积(hcp)Mg、Zn、Ti74%12面心立方面心立方最密堆最密堆积积(ccp或或fcc)Cu、Ag、Au74%12即即时应时应用用2.金金属属晶晶体体的的堆堆积积方方式式、空空间间利利用用率率和和配配位位数数关系正确的是关系正确的是()A钋钋Po简单简单立方堆立方堆积积52%6B钠钠Na体心立方堆体心立方堆积积74%12C锌锌Zn六方最密堆六方最密堆积积68%8D银银Ag面心立方最密堆面心立方最密堆积积68%12解析：解析：选选A。B中体体心立方堆中体体心立方堆积积的空的空间间利用利用率率为为68%，配位数，配位数为为8；C中中Zn为为六方最密堆六方最密堆积积,空空间间利用率利用率为为74%，配位数，配位数为为12；D中中Ag为为面心立方最密堆面心立方最密堆积积，空，空间间利用率利用率为为74%，配，配位数位数为为12；A中堆中堆积积方式、空方式、空间间利用率和配位利用率和配位数均正确。数均正确。题型探究技法归纳题型探究技法归纳题题型型1金属金属键键及其及其对对金属晶体性金属晶体性质质的影响的影响 (2012宁德高二期末考宁德高二期末考试试)物物质结质结构构理理论论指出：金属晶体中金属离子与自由指出：金属晶体中金属离子与自由电电子子之之间间的的强强烈相互作用，叫金属烈相互作用，叫金属键键。金属。金属键键越越强强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。由，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。由此判断下列此判断下列说说法法错误错误的是的是()例例1A镁镁的硬度大于的硬度大于铝铝B镁镁的熔、沸点高于的熔、沸点高于钙钙C镁镁的硬度大于的硬度大于钾钾D钙钙的熔、沸点高于的熔、沸点高于钾钾【思路点思路点拨拨】解答本解答本题时题时要注意以下两点要注意以下两点:(1)金金属属晶晶体体熔熔、沸沸点点高高低低决决定定于于金金属属键键的的强强弱。弱。(2)金属阳离子所金属阳离子所带电带电荷越多，半径越小，金荷越多，半径越小，金属属键键越越强强。【解解析析】此此题题考考查查的的是是金金属属晶晶体体的的性性质质，如如硬硬度度和和熔熔、沸沸点点的的比比较较。比比较较依依据据：看看价价电电子子数数和和原原子子半半径径,价价电电子子数数：MgAl，MgCa，MgK，KCa；原原子子半半径径：MgAl，MgCa，MgK，KCa，综综合合分分析析，镁镁的的硬硬度度小小于于铝铝；镁镁的的熔熔、沸沸点点高高于于钙钙;镁镁的的硬硬度度大大于于钾钾；钙钙的熔、沸点高于的熔、沸点高于钾钾。故。故A错误错误。【答案答案】A【名名师师点点睛睛】(1)金金属属晶晶体体中中只只有有阳阳离离子子，没有阴离子，没有阴离子，带负电带负电荷的是自由荷的是自由电电子。子。(2)原子晶体的熔点不一定都比金属晶体的高原子晶体的熔点不一定都比金属晶体的高;分子晶体的熔点不一定就比金属晶体的低。分子晶体的熔点不一定就比金属晶体的低。题题型型2金属晶体的原子堆金属晶体的原子堆积积模型模型 铝单质铝单质的晶胞的晶胞结结构如构如图图甲所示，原甲所示，原子之子之间间相相对对位置关系的平面位置关系的平面图图如如图图乙所示。乙所示。例例2若若已已知知铝铝原原子子半半径径为为d，NA表表示示阿阿伏伏加加德德罗罗常常数数，摩摩尔尔质质量量为为M，则则该该晶晶体体的的密密度度可可表表示示为为_。【思路点思路点拨拨】解答本解答本题时题时要注意以下两点要注意以下两点:(1)准准确确理理解解并并记记忆忆金金属属晶晶体体的的四四种种常常见见堆堆积积方式；方式；(2)明确金属晶体密度的明确金属晶体密度的计计算方法。算方法。【规规律律方方法法】利利用用均均摊摊法法计计算算金金属属晶晶体体的的密度密度(1)首首先先利利用用均均摊摊法法确确定定一一个个晶晶胞胞中中平平均均含含有有的原子数目。的原子数目。(2)其其次次确确定定金金属属原原子子的的半半径径和和晶晶胞胞边边长长之之间间的关系。的关系。具体方法是：根据晶胞中金属原子的位置，具体方法是：根据晶胞中金属原子的位置，灵活运用数学上立体几何的灵活运用数学上立体几何的对对角角线线(体体对对角角线线或面或面对对角角线线)和和边长边长的关系，将金属原子的半的关系，将金属原子的半径和晶胞的径和晶胞的边长边长放在同一个直角三角形中，放在同一个直角三角形中，通通过过解直角三角形即可。解直角三角形即可。(3)计计算金属晶体的密度算金属晶体的密度首先求一个晶胞的首先求一个晶胞的质质量：量：mNM/NA，N表示表示一个晶胞中平均含有的金属原子数，一个晶胞中平均含有的金属原子数，M表示表示金属的摩金属的摩尔尔质质量，量，NA表示阿伏加德表示阿伏加德罗罗常数。常数。然后求金属晶体的密度：密度然后求金属晶体的密度：密度p m/V，V表表示一个晶胞的体示一个晶胞的体积积。混合晶体混合晶体石墨石墨1.石墨的特殊晶体石墨的特殊晶体结结构决定着石墨的特殊性构决定着石墨的特殊性质质石墨是一种石墨是一种层层状状结结构的晶体构的晶体,在每一在每一层层内内,碳原碳原子呈子呈sp2杂杂化，每个碳原子与相化，每个碳原子与相邻邻的三个碳原的三个碳原子以共价子以共价键结键结合合,形成平面六元并形成平面六元并环结环结构；石构；石墨中的墨中的CC共价共价键键键键能很大能很大,所以熔点很高。所以熔点很高。热点示例思维拓展热点示例思维拓展石石墨墨晶晶体体中中，层层与与层层之之间间没没有有化化学学键键，是是靠靠范范德德华华力力维维系系的的，所所以以石石墨墨质质软软、层层间间易易滑滑动动，有有滑滑腻腻感感。石石墨墨晶晶体体的的二二维维结结构构内内，每每个个碳碳原原子子有有一一个个未未参参与与杂杂化化的的2p电电子子，该该电电子子的的所所有有p轨轨道道相相互互平平行行、相相互互重重叠叠，而而且且都都垂垂直直于于碳碳原原子子平平面面，使使p轨轨道道中中的的电电子子可可在在整整个个碳碳原原子子平平面面中中运运动动，所所以以石石墨墨具具有有导导电电性性而且只能沿着石墨平面的方向。而且只能沿着石墨平面的方向。2.石墨晶体中，既有共价键，又有金属键，石墨晶体中，既有共价键，又有金属键，还有范德华力，不能简单地归属于其中任何还有范德华力，不能简单地归属于其中任何一种晶体，因此石墨是一种混合晶体。一种晶体，因此石墨是一种混合晶体。