金属键、金属晶体课件.ppt

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1、 微粒间作用力与物质性质微粒间作用力与物质性质*1金属元素在周期表中的位置及原子结构特征金属元素在周期表中的位置及原子结构特征一、初步感知，引入新课一、初步感知，引入新课2TiTi金属样品金属样品3已学过的金属知识已学过的金属知识金属的分类金属的分类按密度分按密度分重金属：铜、铅、锌等重金属：铜、铅、锌等 轻金属：铝、镁等轻金属：铝、镁等 冶金工业冶金工业黑色金属：铁、铬、锰黑色金属：铁、铬、锰 有色金属：除铁、铬、锰以外的金属有色金属：除铁、铬、锰以外的金属 按储量分按储量分常见金属：铁、铝等常见金属：铁、铝等 稀有金属：稀有金属：锆、钒、钼锆、钒、钼4.5g/cm34 金属的特点：金属的特

2、点：常温下，单质都是固体，汞常温下，单质都是固体，汞(Hg)除外；除外；大多数金属呈银白色，有金属光泽，但大多数金属呈银白色，有金属光泽，但金金(Au)色，铜色，铜(Cu)色，色，铋铋(Bi)色，铅色，铅(Pb)色。色。黄黄 红红 微红微红 蓝白蓝白归纳：金属还有哪些共同的物理性质归纳：金属还有哪些共同的物理性质?5金属的物理性质金属的物理性质 具有具有金属光泽金属光泽,能能导电导电,导热导热,具有良具有良好的好的延展性延展性,金属的这些共性是有金属金属的这些共性是有金属晶体中的晶体中的化学键化学键和和金属原子的堆砌方式金属原子的堆砌方式所导致的所导致的（1）导电性）导电性（2）导热性）导热性

3、（3）延展性）延展性6分析：分析：通常情况下，金属原子的部分或全部外通常情况下，金属原子的部分或全部外围电子受原子核的束缚比较弱，在金属晶体内围电子受原子核的束缚比较弱，在金属晶体内部，它们可以从金属原子上部，它们可以从金属原子上“脱落脱落”下来的价下来的价电子，形成自由流动的电子。这些电子不是专电子，形成自由流动的电子。这些电子不是专属于某几个特定的金属离子，是属于某几个特定的金属离子，是均匀分布于整均匀分布于整个晶体中个晶体中。金属原子失去部分或全部外围电子金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属离子与自由电子之间存在着强烈的形成的金属离子与自由电子之间存在着强烈的相互作用，化学上把这种金

4、属离子与自由电子相互作用，化学上把这种金属离子与自由电子之间强烈的相互作用称为金属键。之间强烈的相互作用称为金属键。思考：思考：金属为什么具有这些物理性质吗金属为什么具有这些物理性质吗?二、认真探究，掌握规律二、认真探究，掌握规律71.定义：定义：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。2.形成形成成键微粒成键微粒:金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子存存在在:金属单质和合金中金属单质和合金中3.方向性方向性:无方向性无方向性一一.金属键金属键8【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，这些自由在金属晶体

5、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电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下下自由电子自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，因而形成电流，所以金属容易导电。金属容易导电。不同的金属导电能力不同，导电性最不同的金属导电能力不同，导电性最强的三中金属是：强的三中金属是：Ag、Cu、Al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：二、金属晶体的结构与金属性质的内在联系二、金属晶体的结构与金属性质的内在联系1、

6、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9【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，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，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加那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。快，通过碰撞，把能量传给金属离子。金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属容易导热，是由于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金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相

7、同的温度。低的部分，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10【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，然导致共价键的断裂，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用没有方向性，各原子层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，仍可保持这种相互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，发

8、生形变也作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。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11金属的延展性金属的延展性自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位错位错+12相对滑动相对滑动13【总结总结】金属晶体的结构与性质的关系金属晶体的结构与性质的关系金属键金属键7/8/2024144 4、金属晶体结构具有金属光泽和颜色、金属晶体结构具有金属光泽和颜色由于自由电子可由于自由电子可吸收所有频率的光吸收所有频率的光，然后，然后很快释很快释放出各种频率的光放出各种频率的光，因此绝大多数，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金金属具有银

9、白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向晶面取向杂乱、晶格排列不规则杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。射不出去，所以成黑色。15根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素部分金属的原子半径、原子化热和熔点部分金属的原子半径、原子化热和熔点金属的熔点、硬度与金属的熔点、硬度与金属键的强弱金属键的强弱有关，金属键的强弱又有关，金属键的

10、强弱又可以用可以用原子化热原子化热来衡量。来衡量。原子化热是指原子化热是指1mol1mol金属固体完全金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。P33P33有的金属软如蜡有的金属软如蜡,有的金属软如钢有的金属软如钢;有的有的金属熔点低金属熔点低,有的金属熔点高有的金属熔点高,为什么为什么?16三三.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方式、金属阳离子与自由电子之间的金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弱有密切关系属键的强弱有密切关系熔点最低的金属：汞（

11、常温时成液态）熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点最高的金属：钨（熔点最高的金属：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，金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大.如：如：K Na Mg Al Li Na K Rb Cs17影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素（1）金属元素的原子半径）金属元素的原子半径（2）单位体积内自由电子的数目）单位体积内自由电子的数目一般而言

12、：一般而言：金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子数目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、数目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。沸点越高。如：如：同一周期金属原子半径越来越小，单位体积内同一周期金属原子半径越来越小，单位体积内自由电子数增加，故熔点越来越高，硬度越来越大；自由电子数增加，故熔点越来越高，硬度越来越大；同一主族金属原子半径越来越大，单位体积内自由电同一主族金属原子半径越来越大，单位体积内自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。18总总 结结金属键的概念金属键的概念运

13、用金属键的知识解释金属的物理运用金属键的知识解释金属的物理性质的共性和个性性质的共性和个性影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素191.1.下列有关金属键的叙述错误的是下列有关金属键的叙述错误的是 ()A.A.金属键没有方向性金属键没有方向性 B.B.金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈 的静电吸引作用的静电吸引作用 C.C.金属键中的电子属于整块金属金属键中的电子属于整块金属 D.D.金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关B练练 习习2.2.下列有关金属元素特性的叙述正确的是下列有关金属元素特性的叙述

14、正确的是 ()A.A.金属原子只有还原性金属原子只有还原性,金属离子只有氧化性金属离子只有氧化性 B.B.金属元素在化合物中一定显正化合价金属元素在化合物中一定显正化合价 C.C.金属元素在不同化合物中化合价均不相同金属元素在不同化合物中化合价均不相同 D.D.金属元素的单质在常温下均为晶体金属元素的单质在常温下均为晶体B203.金属的下列性质与金属键无关的是金属的下列性质与金属键无关的是()A.金属不透明并具有金属光泽金属不透明并具有金属光泽B.金属易导电、传热金属易导电、传热C.金属具有较强的还原性金属具有较强的还原性D.金属具有延展性金属具有延展性C4.能正确描述金属通性的是能正确描述金

15、属通性的是()A.易导电、导热易导电、导热B.具有高的熔点具有高的熔点C.有延展性有延展性D.具有强还原性具有强还原性AC215.下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是（下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是（）A.用铁制品做炊具用铁制品做炊具B.B.用金属铝制成导线用金属铝制成导线 C.C.用铂金做首饰用铂金做首饰 D.D.铁易生锈铁易生锈D6.金属键的强弱与金属金属键的强弱与金属价电子数价电子数的多少有关，价电子的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的数越多金属键越强；与金属阳离子的半径大小半径大小也有关，也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属阳离子的

16、半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是金属熔点逐渐升高的是()A.LiNaKB.NaMgAlC.LiBeMgD.LiNaMgB227 7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任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子离子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，不含分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键有其他化学键B2324说明：说明：晶体自范性的本质：是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列晶体自范

17、性的本质：是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。的宏观表象。晶体自范性的条件之一：生长速率适当。晶体自范性的条件之一：生长速率适当。了解晶体与非晶体的本质差异了解晶体与非晶体的本质差异25晶体的自范性是指：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现晶体的自范性是指：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的规则和凸面体外形的性质。或者说，在适宜的条件下，封闭的规则和凸面体外形的性质。或者说，在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形，这称为晶晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形，这称为晶体的自范性。体的自范性。晶体物质在适当的晶体物质在适当的结晶结晶条件下，都能自发

18、地成条件下，都能自发地成长为单晶体，发育良好的单晶体均以平面作为它与周围物质长为单晶体，发育良好的单晶体均以平面作为它与周围物质的界面，而呈现出凸多面体。这一特征称之为晶体的自范性。的界面，而呈现出凸多面体。这一特征称之为晶体的自范性。晶体自范性的晶体自范性的本质本质:是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。序排列的宏观表象。晶体自范性的晶体自范性的条件条件是是:生长速率适当。熔融态物质冷却凝固，生长速率适当。熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快，常常只得到看不到多面体有时得到晶体，但凝固速率过快，常常只得到看不到多面体外形的粉末或

19、没有规则外形的块状物。外形的粉末或没有规则外形的块状物。如：玛瑙是熔融态如：玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶则是热液快速冷却形成的，而水晶则是热液缓慢冷却形成的。缓慢冷却形成的。晶体自范性的体现：如缺角的氯化钠晶体在饱和晶体自范性的体现：如缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中溶液中慢慢变为完美的立方体晶体慢慢变为完美的立方体晶体2627得到晶体的三条途径：得到晶体的三条途径：1.熔融态物质凝固熔融态物质凝固2.气态物质冷却不经液态直接凝固气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）（凝华）3.溶质从溶液中析出溶质从溶液中析出28一、晶体一、晶体什么叫晶体什么叫晶体?构成晶体的微粒：构成晶体的

20、微粒：经过结晶过程而形成的经过结晶过程而形成的具有规则几何外具有规则几何外形形 的固体的固体。离子、分子、原子离子、分子、原子离子晶体离子晶体分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体晶体类型晶体类型金属晶体金属晶体29晶体的概念：晶体的概念：晶体为什么具有规则的几何外形呢晶体为什么具有规则的几何外形呢?构成晶体的微粒有规则排列的结果构成晶体的微粒有规则排列的结果.晶胞晶胞:反映晶体结构特征的基本重复单位反映晶体结构特征的基本重复单位.晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。30说明：说明：晶体的结构是晶胞在空间连续重复延晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。伸而形成的

21、。晶胞与晶体的关系如同砖块晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。与墙的关系。在金属晶体中，金属原子如在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，彼此相切、紧密同半径相等的小球一样，彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶体中金属原子的紧密堆积成晶体。金属晶体中金属原子的紧密堆积是有一定规律的。堆积是有一定规律的。通常情况下，大多通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。数金属单质及其合金也是晶体。阅读教科书阅读教科书P34P34的化学史话的化学史话“人类对晶体结人类对晶体结构的认识构的认识”31密堆积的定义密堆积的定义:密堆积：密堆积：由无方向性的金属键、离子键和范德华力由无方向性的金属键、离子键和

22、范德华力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。积密度最大的那些结构。密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽可能降低，而结构稳定。可能降低，而结构稳定。二、原子的密堆积方式二、原子的密堆积方式32 二维平面堆积方式二维平面堆积方式I I 型型II II 型型行列对齐四球一空行列对齐四球一空 非最紧密排列非最紧密排列行列相错三球一空行列相错三球一空最紧密排列最紧密排列密置层密置层非密置层非密置层33

23、 三维空间堆积方式三维空间堆积方式a.简单立方堆积简单立方堆积34a a、简单立方堆积、简单立方堆积 钋钋P PO O型型35形成简单形成简单立方晶胞立方晶胞，空间利用率较低，空间利用率较低5252 ，金属钋，金属钋（PoPo）采取这种堆积方式。）采取这种堆积方式。36这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入下层这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中金属原子形成的凹穴中,得到的是得到的是体心立方堆积体心立方堆积。NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等属于体心立方堆积等属于体心立方堆积。b b.体心立方堆积体心立方堆积3738体心立方堆积体心立方堆积 钾型钾

24、型配位数：配位数：8空间占有率：空间占有率：68.02%39123456第二层第二层：对第一层来讲最紧密的堆积方式是将对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准球对准1，3，5位。位。(或对准或对准2，4，6位，其情形是一位，其情形是一样的样的)123456AB，关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。以有两种最紧密的堆积方式。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？40上图是此种六方上图是此种六方堆积的前视图堆积的前视图ABABA第一种：第一种：将第三层球对准第一层的球将第三层球对准第一层的球123456于是每

25、两层形成一个周于是每两层形成一个周期，即期，即ABAB堆积方式，堆积方式，形成六方堆积。形成六方堆积。（3 3）六方堆积六方堆积41六方密堆积六方密堆积配位数配位数 12 12(同层同层 6 6，上下层各上下层各 3)3)42第三层的另一种第三层的另一种排列方式，是将球对排列方式，是将球对准第一层的准第一层的 2 2，4 4，6 6 位，不同于位，不同于 AB AB 两层的两层的位置，这是位置，这是 C C 层。层。12345612345612345643123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC第四层再排第四层再排A，于是形成，于是形成ABCABC三层一个周期

26、。三层一个周期。这种堆积这种堆积方式可划分出面心立方晶胞方式可划分出面心立方晶胞配位数配位数 12 12(同层同层 6 6，上下层各上下层各 3)3)c c.面心立方堆积面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积44面心立方面心立方 （铜型铜型）空间利用率空间利用率=74.05%45面心立方最密堆积分解图462.配位数：配位数：每个小球周围距离最近的小球数每个小球周围距离最近的小球数简单立方堆积：简单立方堆积：体心立方堆积：体心立方堆积：六方紧密堆积：六方紧密堆积：面心立方紧密堆积：面心立方紧密堆积：68121247总结：金属晶体的几种典型堆积总结：金属晶体的

27、几种典型堆积模型模型48495051晶胞中金属原子数目的计算晶胞中金属原子数目的计算(平均值平均值)52顶点占顶点占1/8棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2体心占体心占153金属金属LiLi体心立方体心立方六方最密堆积六方最密堆积面心立方最密堆积面心立方最密堆积金属金属MgMg金属金属CuCu2.晶胞中微粒数的计算晶胞中微粒数的计算54三棱柱晶胞结构如图所示，则顶点上原子被三棱柱晶胞结构如图所示，则顶点上原子被_个晶胞共有个晶胞共有,侧棱上的原子被侧棱上的原子被_个个晶胞所共有，顶面棱上的原子被晶胞所共有，顶面棱上的原子被_个晶个晶胞所共有胞所共有126455三、合金三、合金(1)定义：定义

28、：把两种或两种以上的金属把两种或两种以上的金属(或金或金属与非金属属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。质叫做合金。例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌、锌33%）；）；青铜是铜和锡的合金（含铜青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡、锡22%）；钢和生）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故合金可以认为是具有金铁是铁与非金属碳的合金。故合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合物。属特性的多种元素的混合物。56(2)(2)合金的特性合金的特性合金的熔点比其成分中金属合金的熔点比其成分中金属(低，低，高，介于两种成分金属的熔点之间；

29、高，介于两种成分金属的熔点之间；)具有比各成分金属更好的硬度、强度和具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。机械加工性能。低低571.右图是钠晶体的晶胞结构，右图是钠晶体的晶胞结构，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是.如某晶体是右图六棱柱状晶胞，如某晶体是右图六棱柱状晶胞，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是.钠晶体的晶胞钠晶体的晶胞练练 习习81/8+1=2121/6+21/2+3=658金属之最金属之最应用最广泛的金属是铁（应用最广泛的金属是铁（Fe）最稳定的金属单质是金（最稳定的金属单质是金（Au）熔点最高的金属单质是钨熔点最高的金属单质是钨(W)，最低，最低的是汞的是汞(Hg

30、)密度最小的是锂密度最小的是锂(Li)延展性最好的是金（延展性最好的是金（Au）导电性能最好的是银（导电性能最好的是银（Ag）59资资料料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属是-汞汞熔点最高的金属是熔点最高的金属是-钨钨密度最小的金属是密度最小的金属是-锂锂密度最大的金属是密度最大的金属是-锇锇硬度最小的金属是硬度最小的金属是-铯铯硬度最大的金属是硬度最大的金属是-铬铬最活泼的金属是最活泼的金属是-铯铯最稳定的金属是最稳定的金属是-金金延性最好的金属是延性最好的金属是-铂铂展性最好的金属是展性最好的金属是-金金60练 习A3.合金有许多特点合金有许多特点,如钠如钠-钾合金钾合金(含含钾钾50%80%)为液体，而钠钾的单质为液体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、碳均为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是三种物质中，熔点最低的是()A.生铁生铁B.纯铁纯铁C.碳碳D.无法确定无法确定61