第三章第三节金属晶体PPT讲稿.ppt

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1、第三章 第三节 金属晶体第1页，共34页，编辑于2022年，星期二学习目标1.知道金属键的含义。知道金属键的含义。2能用金属键理论解释金属的物理能用金属键理论解释金属的物理性质。性质。3能列举金属晶体的基本堆积模型。能列举金属晶体的基本堆积模型。4了解金属晶体的一般特点。了解金属晶体的一般特点。5理解金属晶体的类型与性质的关理解金属晶体的类型与性质的关系。系。第2页，共34页，编辑于2022年，星期二一、金属键一、金属键1描述金属键本质的最简单理论是电子气理论。描述金属键本质的最简单理论是电子气理论。2电子气理论把金属键描述为金属原子脱落下来的电子气理论把金属键描述为金属原子脱落下来的 形成遍

2、布整块晶体的形成遍布整块晶体的“电子气电子气”，被所有原子共用，从而把所，被所有原子共用，从而把所有有 维系在一起。维系在一起。3成键微粒是成键微粒是 和和 。基础知识梳理基础知识梳理价电子价电子金属原子金属原子金属阳离子金属阳离子自由电子自由电子第3页，共34页，编辑于2022年，星期二二、金属晶体二、金属晶体1在金属晶体中，原子间以在金属晶体中，原子间以 相结合。相结合。2金属晶体的性质：优良的金属晶体的性质：优良的 、和和 。3用电子气理论解释金属的性质用电子气理论解释金属的性质(1)延展性延展性当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生发生

3、 ，但，但 不变，金属离子与自由电子不变，金属离子与自由电子形成的形成的 没有破坏，所以金属有良好的延展性。没有破坏，所以金属有良好的延展性。金属键金属键导电性导电性导热性导热性延展性延展性相对滑动相对滑动排列方式排列方式金属键金属键第4页，共34页，编辑于2022年，星期二(2)导电性导电性在外加电场的作用下，金属晶体中的在外加电场的作用下，金属晶体中的 作作 而形成电流，呈现良好的导电性。而形成电流，呈现良好的导电性。(3)导热性导热性电子气中的自由电子在运动时经常与金属原子发电子气中的自由电子在运动时经常与金属原子发生碰撞，形成能量传递，呈现出良好的导热性。生碰撞，形成能量传递，呈现出良

4、好的导热性。自由电子自由电子定向移动定向移动第5页，共34页，编辑于2022年，星期二(1)金属晶体中的自由电子是否专属于某个金属离金属晶体中的自由电子是否专属于某个金属离子？子？(2)晶体中有阳离子，就一定有阴离子吗？有阴离晶体中有阳离子，就一定有阴离子吗？有阴离子，就一定有阳离子吗？子，就一定有阳离子吗？【思考思考提示提示】(1)自由电子几乎均匀地分自由电子几乎均匀地分布在整个晶体中，被许多金属离子共有。布在整个晶体中，被许多金属离子共有。(2)不一定，如金属晶体，只有阳离子，无阴不一定，如金属晶体，只有阳离子，无阴离子。但有阴离子则一定有阳离子。离子。但有阴离子则一定有阳离子。思考第6页

5、，共34页，编辑于2022年，星期二三、金属晶体的原子堆积模型三、金属晶体的原子堆积模型1二维空间模型二维空间模型(1)非密置层非密置层配位数为配位数为 ，如图所示：，如图所示：4第7页，共34页，编辑于2022年，星期二(2)密置层密置层配位数为配位数为6，如图所示：，如图所示：第8页，共34页，编辑于2022年，星期二2三维空间模型三维空间模型(1)非密置层在三维空间堆积非密置层在三维空间堆积简单立方堆积简单立方堆积相邻非密置层原子的原子核在相邻非密置层原子的原子核在 的堆积，的堆积，只有金属只有金属 采用这种堆积方式，其空间利用率太低。采用这种堆积方式，其空间利用率太低。同一直线上同一直

6、线上Po第9页，共34页，编辑于2022年，星期二体心立方堆积体心立方堆积将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，并使非密置层的原子稍稍分离，每层均照此堆积。其空并使非密置层的原子稍稍分离，每层均照此堆积。其空间的利用率比简单立方堆积高，许多金属采用这种堆积间的利用率比简单立方堆积高，许多金属采用这种堆积方式，如碱金属。方式，如碱金属。第10页，共34页，编辑于2022年，星期二(2)密置层在三维空间堆积密置层在三维空间堆积六方最密堆积六方最密堆积如图所示，按如图所示，按ABABABAB的方式堆积。的方式堆积。第11页，共34页，编辑于202

7、2年，星期二面心立方最密堆积面心立方最密堆积如图所示，按如图所示，按ABCABCABC的方式堆积。的方式堆积。第12页，共34页，编辑于2022年，星期二这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积，配位数这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积，配位数均为均为12，空间利用率均为，空间利用率均为74%，只是所得晶胞的形式，只是所得晶胞的形式不同。不同。四、石墨四、石墨混合晶体混合晶体1结构特点结构特点层状结构层状结构(1)同层内，碳原子采用同层内，碳原子采用 杂化，以杂化，以 相结合相结合形成形成 平面网状结构。所有碳原子的平面网状结构。所有碳原子的2p轨道相互轨道相互平行且相互重叠，使平行且相互重叠，

8、使p电子可在整个碳原子平面中运动。电子可在整个碳原子平面中运动。(2)层与层之间以层与层之间以 相结合。相结合。sp2共价键共价键正六边形正六边形范德华力范德华力第13页，共34页，编辑于2022年，星期二2晶体类型晶体类型石墨晶体中，既有石墨晶体中，既有 ，又有，又有 ，还有，还有 ，属于，属于 。共价键共价键金属键金属键范德华力范德华力混合晶体混合晶体第14页，共34页，编辑于2022年，星期二1定义：金属阳离子与自由电子间的强烈的相定义：金属阳离子与自由电子间的强烈的相互作用。互作用。2特点：特点：(1)成键微粒是金属阳离子和自由电子；成键微粒是金属阳离子和自由电子；(2)金属键无方向性

9、和饱和性；金属键无方向性和饱和性；(3)金属键存在于金属单质和合金中。金属键存在于金属单质和合金中。课堂互动讲练课堂互动讲练要点一要点一金属键金属键第15页，共34页，编辑于2022年，星期二3金属键的强弱比较金属键的强弱比较金属键的强度主要决定于金属元素的原子半径和金属键的强度主要决定于金属元素的原子半径和价电子数，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱，价电子数，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱，原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。4金属键对物质性质的影响金属键对物质性质的影响(1)金属键越强，晶体熔、沸点越高。金属键越强，晶体熔、沸点越高

10、。(2)金属键越强，晶体硬度越大。金属键越强，晶体硬度越大。第16页，共34页，编辑于2022年，星期二要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键与金属阳离子所带电荷的属键的强弱，而金属键与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是是()A金属镁的熔点大于金属铝金属镁的熔点大于金属铝B碱金属单质的熔、沸点从碱金属单质的熔、沸点从Li到到Cs是逐渐增大是逐渐增大的的C金属铝的硬度大于金属钠金属铝的

11、硬度大于金属钠D金属镁的硬度小于金属钙金属镁的硬度小于金属钙例例例例1 1第17页，共34页，编辑于2022年，星期二【解析解析】影响晶体熔、沸点的是组成晶体的微影响晶体熔、沸点的是组成晶体的微粒间的相互作用，包括化学键和分子间作用力，找准是粒间的相互作用，包括化学键和分子间作用力，找准是由哪种作用再具体分析。影响金属晶体熔、沸点的是金由哪种作用再具体分析。影响金属晶体熔、沸点的是金属键。镁离子比铝离子的半径大且所带的电荷少，使金属键。镁离子比铝离子的半径大且所带的电荷少，使金属镁比金属铝的金属键弱，所以金属镁比金属铝的熔、属镁比金属铝的金属键弱，所以金属镁比金属铝的熔、沸点和硬度都小；从沸点

12、和硬度都小；从Li到到Cs，离子的半径是逐渐增，离子的半径是逐渐增大的，所带电荷相同，金属键逐渐减弱，大的，所带电荷相同，金属键逐渐减弱，第18页，共34页，编辑于2022年，星期二熔、沸点和硬度都逐渐减小；因离子的半径小且熔、沸点和硬度都逐渐减小；因离子的半径小且所带电荷多，使金属铝比金属钠的金属键强，所所带电荷多，使金属铝比金属钠的金属键强，所以金属铝比金属钠的熔、沸点和硬度都大；因离以金属铝比金属钠的熔、沸点和硬度都大；因离子的半径小又所带电荷相同，使金属镁比金属钙子的半径小又所带电荷相同，使金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点和的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点

13、和硬度都大。硬度都大。【答案答案】C第19页，共34页，编辑于2022年，星期二【规律方法规律方法】影响晶体性质的作用力。影响晶体性质的作用力。(1)金属键的强弱决定金属的物理性质和化学金属键的强弱决定金属的物理性质和化学性质。性质。金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大；大；金属键越强，金属越难失电子，金属性越弱，金属键越强，金属越难失电子，金属性越弱，如如Na的金属键强于的金属键强于K，则，则Na比比K难失电子，金属性难失电子，金属性Na比比K弱。弱。第20页，共34页，编辑于2022年，星期二(2)原子晶体中，共价键决定晶体的物理性质原子晶体中，共

14、价键决定晶体的物理性质和化学性质。和化学性质。共价键越强，晶体的熔、沸点越高，硬度越共价键越强，晶体的熔、沸点越高，硬度越大；大；共价键越强，晶体越稳定。共价键越强，晶体越稳定。(3)分子晶体中，物理性质由分子间作用力决定；分子晶体中，物理性质由分子间作用力决定；化学性质由共价键强弱决定。如熔、沸点化学性质由共价键强弱决定。如熔、沸点HClMr(HCl)，分子间作用，分子间作用力力HBrHCl；稳定性；稳定性HClHBr，因为，因为HCl键键能键键能大于大于HBr键键能。键键能。第21页，共34页，编辑于2022年，星期二1关于金属性质和原因的描述不正确的是关于金属性质和原因的描述不正确的是(

15、)A金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系属键没有关系B金属具有良好的导电性，是因为在金属晶体中共享金属具有良好的导电性，是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了了金属原子的价电子，形成了“电子气电子气”，在外电场的作用，在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流，所以金属易导电下自由电子定向移动便形成了电流，所以金属易导电C金属具有良好的导热性，是因为自由电子在受金属具有良好的导热性，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，自由电子通过与金属离子发生热后，加快了运动速率，自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量碰撞，传递了能量

16、D金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键原子层可以滑动而不破坏金属键跟踪训练跟踪训练第22页，共34页，编辑于2022年，星期二解析解析：选选A。金属具有金属光泽是金属中的自金属具有金属光泽是金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光再发射出由电子吸收了可见光，又把各种波长的光再发射出来，因此金属一般显银白色。金属导电性正是由于来，因此金属一般显银白色。金属导电性正是由于金属原子之间共享了价电子，才使得金属晶体中有金属原子之间共享了价电子，才使得金属晶体中有了自由移动的电子，也才能在外电场的作用下使电了自由移动的

17、电子，也才能在外电场的作用下使电子作定向移动形成电流。子作定向移动形成电流。C和和D均正确。均正确。第23页，共34页，编辑于2022年，星期二1金属晶体的性质金属晶体的性质(1)良好的导电性、导热性和延展性。良好的导电性、导热性和延展性。(2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。同周期金属单质，从左到右同周期金属单质，从左到右(如如Na、Mg、Al)熔、沸点升熔、沸点升高。高。同主族金属单质，从上到下同主族金属单质，从上到下(如碱金属如碱金属)熔、沸点降低。熔、沸点降低。合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。金

18、属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低低(38.9)，而铁等金属熔点很高，而铁等金属熔点很高(1535)。要点二要点二金属晶体金属晶体第24页，共34页，编辑于2022年，星期二2金属晶体的四种堆积模型对比金属晶体的四种堆积模型对比堆积模型堆积模型采纳这种采纳这种堆积的典堆积的典型代表型代表空间利用空间利用率率配位数配位数晶胞晶胞非密置非密置层层简单立简单立方堆积方堆积Po(钋钋)52%6体心立体心立方堆积方堆积(bcp)Na、K、Fe68%8第25页，共34页，编辑于2022年，星期二密置密置层层六方最六方最密堆积密堆积(hcp)Mg、Z

19、n、Ti74%12面心立面心立方最密方最密堆积堆积(ccp或或fcc)Cu、Ag、Au74%12堆积模型堆积模型采纳这种采纳这种堆积的典堆积的典型代表型代表空间空间利用利用率率配位配位数数晶胞晶胞第26页，共34页，编辑于2022年，星期二结合金属晶体的结构和性质，回答以下问题：结合金属晶体的结构和性质，回答以下问题：(1)已知下列金属晶体：已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au，其堆积方式为：，其堆积方式为：简单立方堆积的是简单立方堆积的是_；体心立方堆积的是体心立方堆积的是_；六方最密堆积的是六方最密堆积的是_；例例例例2 2第27页，共34页，编辑于2022年，星

20、期二面心立方最密堆积的是面心立方最密堆积的是_。(2)根据下列叙述，判断一定为金属晶体的是根据下列叙述，判断一定为金属晶体的是_。A由分子间作用力形成，熔点很低由分子间作用力形成，熔点很低B由共价键结合形成网状晶体，熔点很高由共价键结合形成网状晶体，熔点很高C固体有良好的导电性、传热性和延展性固体有良好的导电性、传热性和延展性第28页，共34页，编辑于2022年，星期二【解析解析】(1)简单立方堆积的空间利用率太低，只简单立方堆积的空间利用率太低，只有金属有金属Po采取这种方式。体心立方堆积是上层金属原子填采取这种方式。体心立方堆积是上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，这种堆积方式的空

21、间利入下层的金属原子形成的凹穴中，这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积的高，多数金属采用这种堆积方式。用率比简单立方堆积的高，多数金属采用这种堆积方式。六方最密堆积按六方最密堆积按ABABABAB的方式堆积，面心立方的方式堆积，面心立方最密堆积按最密堆积按ABCABCABCABC的方式堆积，六方最的方式堆积，六方最密堆积常见的金属为密堆积常见的金属为Mg、Zn、Ti，面心立方最密堆积常见的，面心立方最密堆积常见的金属为金属为Cu、Ag、Au。(2)A项属于分子晶体；项属于分子晶体；B项属于原子晶体；而项属于原子晶体；而C项是金项是金属的通性。属的通性。【答案答案】(1)PoNa、K、FeMg

22、、ZnCu、Au(2)C第29页，共34页，编辑于2022年，星期二2下列关于金属晶体的叙述正确的是下列关于金属晶体的叙述正确的是()A常温下，金属单质都以金属晶体形式存在常温下，金属单质都以金属晶体形式存在B金属离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外金属离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失力作用下，不因形变而消失C钙的熔、沸点低于钾钙的熔、沸点低于钾D温度越高，金属的导电性越好温度越高，金属的导电性越好解析解析：选选B。常温下，常温下，Hg为液态，为液态，A错；因为金属错；因为金属键无方向性，故金属键在一定范围内不因形变而消失，键无方向性，故金属键在一定范围内不因形

23、变而消失，B正确；钙的金属键强于钾，故熔、沸点高于钾，正确；钙的金属键强于钾，故熔、沸点高于钾，C错；错；温度升高，金属的导电性减弱，温度升高，金属的导电性减弱，D错。错。跟踪训练跟踪训练第30页，共34页，编辑于2022年，星期二当堂达标训练当堂达标训练第31页，共34页，编辑于2022年，星期二 “海神的宝藏海神的宝藏”据最新报道，科学家海茨奇一直致力于研究海底的独特据最新报道，科学家海茨奇一直致力于研究海底的独特地质现象地质现象“黑烟囱黑烟囱”。这种黑烟囱一般高。这种黑烟囱一般高25米。在米。在黑烟囱被人类发现至今的近黑烟囱被人类发现至今的近30年中，它尚未被人类真正地年中，它尚未被人类

24、真正地利用。不过，在海茨奇等科学家的努力下，人类很快就可利用。不过，在海茨奇等科学家的努力下，人类很快就可以开采这种以开采这种“海神的宝藏海神的宝藏”了。海茨奇介绍说：了。海茨奇介绍说：“这种黑色这种黑色的物质几乎包含了我们工业社会需要的所有东西。的物质几乎包含了我们工业社会需要的所有东西。”电电子工业需要的铜，钢厂需要的镍和锌，制造纯平显示器需子工业需要的铜，钢厂需要的镍和锌，制造纯平显示器需要的铟，甚至还有贵重金属黄金，都可以在这个要的铟，甚至还有贵重金属黄金，都可以在这个“海神的海神的宝藏宝藏”中找到。中找到。课外轻松阅读课外轻松阅读第32页，共34页，编辑于2022年，星期二目前，陆地

25、上的铜资源只剩下整个地球包含的铜资目前，陆地上的铜资源只剩下整个地球包含的铜资源的源的1%，相比之下，海底黑烟囱喷出的铜则占了全球铜，相比之下，海底黑烟囱喷出的铜则占了全球铜资源的资源的10%。如果从深海海底开采金属资源成为现实，那么将对如果从深海海底开采金属资源成为现实，那么将对目前的金属原料供应和整个工业发展造成巨大影响。根据目前的金属原料供应和整个工业发展造成巨大影响。根据统计数字，从上世纪统计数字，从上世纪90年代晚期至今，每吨金属铜的价年代晚期至今，每吨金属铜的价格从格从2000美元上升到美元上升到8700美元；铟的价格更是在短短美元；铟的价格更是在短短数年内升了数年内升了10倍，而据估计铟资源将在倍，而据估计铟资源将在2013年以前枯竭。年以前枯竭。第33页，共34页，编辑于2022年，星期二课时活页训练课时活页训练第34页，共34页，编辑于2022年，星期二