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1、高三化学金属晶体本讲稿第一页，共四十二页第三节第三节 金属晶体金属晶体制作制作:刘建廷刘建廷本讲稿第二页，共四十二页从上述金属的应用来看，金属有哪些共同从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢的物理性质呢?一、金属共同的物理性质一、金属共同的物理性质容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。金属金属为什么具有什么具有这些共同性些共同性质呢呢?二、金属的结构二、金属的结构问题：构成金属晶体的粒子有哪些？问题：构成金属晶体的粒子有哪些？本讲稿第三页，共四十二页组成粒子：组成粒子：作用力：作用力：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子金属离子和自由电子
2、之间的较强作金属离子和自由电子之间的较强作用用 金属键（电子气理论）金属键（电子气理论）金属晶体：金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体通过金属键作用形成的单质晶体金属 键强弱判断:阳离子所带电荷多、半径小金属键强，熔沸点高。本讲稿第四页，共四十二页金属键：金属晶体中原子之间的化学作用金属键：金属晶体中原子之间的化学作用力叫做金属键。力叫做金属键。金属原子的电离能低，容易失去电子而形成阳离子金属原子的电离能低，容易失去电子而形成阳离子和自由电子，阳离子整体共同整体吸引自由电子而结合和自由电子，阳离子整体共同整体吸引自由电子而结合在一起。这种金属离子与自由电子之间的较强作用就叫在一起。这种金属离
3、子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。金属键可看成是由许多原子共用许多电子的做金属键。金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键，这种键既没有一种特殊形式的共价键，这种键既没有方向性方向性也没有也没有饱饱和性和性，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性在金属单质的晶体中，原子之使得金属呈现出特有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域间以金属键相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。化学键。强调：强调：金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。金属晶体是以金
4、属键为基本作用力的晶体。本讲稿第五页，共四十二页电子气理论：电子气理论：经典的金属键理论叫做经典的金属键理论叫做“电子气理论电子气理论”。它。它把金属键形象地描绘成从金属原子上把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落脱落”下下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的的“电子气电子气”，金属原子则，金属原子则“浸泡浸泡”在在“电子气电子气”的的“海洋海洋”之中。之中。本讲稿第六页，共四十二页三、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金属导电性的解释金属导电性的解释在金属晶体中，充满着带负电的在金属晶体中，充满着带负电的
5、“电子气电子气”（自（自由电子），这些电子气的运动是没有一定方向的，但由电子），这些电子气的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下电子气就会发生定向移动，因而在外加电场的条件下电子气就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。形成电流，所以金属容易导电。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：本讲稿第七页，共四十二页导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动导热是能量传递的
6、一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中的结果，那么金属晶体导热过程中“电子气电子气”（自由（自由电子）担当什么角色电子）担当什么角色?金属导热性的解释金属导热性的解释“电子气电子气”（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，那个区域里引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的的“电子气电子气”（自由电子）能量增加，运动速度加快，通（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。过碰撞，把能量传给金属离子。“电子气电子气”（自由电子）（自由电子）在热的作用下与金属原子频繁碰
7、撞从而把能量从温度高的在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而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同的温度。部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。本讲稿第八页，共四十二页金属延展性的解释金属延展性的解释当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，弥漫在金属生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以在各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保作用，所以在各原子层之间发生相对滑动以后
8、，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。因此，金属都有良好的延展性。不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。不同的金属在某些性质方面，如密度、硬度、熔不同的金属在某些性质方面，如密度、硬度、熔点等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶体点等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。中原子的排列方式等因素有关。本讲稿第九页，共四十二页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+本讲稿第十页，共四十二页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
9、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-金金本讲稿第十一页，共四十二页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
10、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 C练习练习本讲稿第十二页，共四十二页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 相相互作用较弱互作用较弱 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 C本讲稿第十三页，共四十二页3 3、下列叙述
11、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，不含有其分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键他化学键 B本讲稿第十四页，共四十二页4 4、为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素、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？单质的熔沸点从上到下却升高？本讲稿第十五页，共四十二页课后阅读材料1超导体一类急待开
12、发的材料一般说来，金属是电的良好导体(汞的很差)。1911年荷兰物理学家H昂内斯在研究低温条件下汞的导电性能时，发现当温度降到约4K(即269、)时汞的电阻“奇异”般地降为零，表现出超导电性。后又发现还有几种金属也有这种性质，人们将具有超导性的物质叫做超导体。2合金：两种和两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，叫做合金，合金属于混合物，对应的固体为金属晶体。合金的特点仍保留金属的化学性质，但物理性质改变很大；熔点比各成份金属的都低；强度、硬度比成分金属大；有的抗腐蚀能力强；导电性比成分金属差。本讲稿第十六页，共四十二页金属晶体的原子平面堆积模型金属晶体中的原子可堪称直径
13、相等的小球。将等径园球在一平面上排列，有两种排布方式，按（a）图方式排列，园球周围剩余空隙最小，称为密置层；按（b）图方式排列，剩余的空隙较大，称为非密置层。（a）非密置层（b）密置层本讲稿第十七页，共四十二页简单立方堆积（简单立方堆积（PoPo）金属晶体的原子空间堆积模型1金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式简单立方堆积简单立方堆积 本讲稿第十八页，共四十二页简单立方堆积简单立方堆积本讲稿第十九页，共四十二页本讲稿第二十页，共四十二页体心立方堆积（体心立方堆积（IA，VB，VIB）金属晶体的原子空间堆积模型2金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式钾型钾型本讲稿第二十一页，共四十二页体体心心立立
14、方方堆堆积积配位数：配位数：8本讲稿第二十二页，共四十二页金属晶体的原子空间堆积模型3镁型镁型铜型铜型本讲稿第二十三页，共四十二页123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧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。本讲稿第二十四页，共四十二页 下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球
15、。第一种是将球对准第一层的球。123456 于是每两层形成一个周期，即于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式，形成六方紧密堆堆积方式，形成六方紧密堆积。积。配位数配位数 12。(同层同层 6，上下层各，上下层各 3)本讲稿第二十五页，共四十二页本讲稿第二十六页，共四十二页六方密堆积六方密堆积本讲稿第二十七页，共四十二页 第三层的另一种排列第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层方式，是将球对准第一层的的 2，4，6 位，不同于位，不同于 AB 两层的位置，这是两层的位置，这是 C 层。层。123456123456123456本讲稿第二十八页，共四十二页123456此种立方紧密堆积的前
16、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 ABC ABC 三层一个周期。三层一个周期。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)本讲稿第二十九页，共四十二页面心立方面心立方 BCA本讲稿第三十页，共四十二页本讲稿第三十一页，共四十二页本讲稿第三十二页，共四十二页本讲稿第三十三页，共四十二页本讲稿第三十四页，共四十二页本讲稿第三十五页，共四十二页镁型镁型铜型铜型金属晶体的两种最密堆积方式金属晶体的两种最密堆积方式本讲稿第三十六页，共四十二页堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数晶胞简单立方
17、52%6钾型(bcp)K、Na、Fe68%8镁型(hcp)Mg、Zn、Ti74%12铜型(ccp)Cu,Ag,Au74%12Po(钋)本讲稿第三十七页，共四十二页1 1下列有关金属元素特征的叙述中正确的是下列有关金属元素特征的叙述中正确的是A A金属元素的原子只有金属元素的原子只有还还原性，离子只有氧化性原性，离子只有氧化性B B金属元素在化合物中一定金属元素在化合物中一定显显正价正价C C金属元素在不同化合物中的化合价均不同金属元素在不同化合物中的化合价均不同D D金属金属单质的熔点总是高于分子晶体单质的熔点总是高于分子晶体能力训练能力训练本讲稿第三十八页，共四十二页2 2关于关于AA族和族
18、和AA族元素的下列族元素的下列说说法中正确的是法中正确的是A A同一周期中，同一周期中，AA族族单质单质的熔点比的熔点比AA族的高族的高B B浓浓度度都都是是0.01molL0.01molL1 1时时，氢氢氧氧化化钾钾溶溶液液的的pHpH比比氢氢氧氧化化钡钡的小的小C C氧化氧化钠钠的熔点比氧化的熔点比氧化镁镁的高的高D D加加热时热时碳酸碳酸钠钠比碳酸比碳酸镁镁易分解易分解本讲稿第三十九页，共四十二页3 3有有A A、B B、C C三三种种元元素素。已已知知4gA4gA元元素素的的单单质质与与水水作作用用，标标况况下下放放出出H H2 22.24L2.24L，反反应应中中有有1.204101
19、.204102323个个电电子子发发生生转转移移。BB元元素素可可与与A A形形成成ABAB2 2型型的的离离子子化化合合物物，且且知知A A、B B的的离离子子具具有有相相同同的的核核外外电电子子排排布布。元元素素C C的的气气态态氢氢化化物物可可与与其其最最高高价价氧氧化化物物的的水水化化物物发发生生非非氧氧化化还还原原反反应应生生成成盐盐，1mol1mol该盐该盐含含4242个个电电子。据此填写下列空白：子。据此填写下列空白：（1 1）元元 素素 符符 号号：A_A_，B_B_，C_C_。（2 2）用用电电子子式式表表示示C C的的气气态态氢氢化化物物的的形形成成过过程程_；它它 与与
20、B B的的 气气 态态 氢氢 化化 物物 反反 应应 时时 有有_现现 象象 发发 生生，生生 成成 物物 的的 电电 子子 式式_，它属于，它属于_晶体。晶体。本讲稿第四十页，共四十二页4 4、某些金属晶体、某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面的原子按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中可心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中可以划出一块正立方体的结构单元，金属原子以划出一块正立方体的结构单元，金属原子处于正立方体的八个顶点和六个侧面上，试处于正立方体的八个顶点和六个侧面上，试计算这类金属晶体中原子的空间利用率。计算这类金属晶体中原子的空间利用率。本讲稿第四十一页，共四十二页 8、已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜的、已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜的相对原子质量为相对原子质量为63.54，密度为，密度为8.936g/cm3，试求，试求（1）图中正方形边长）图中正方形边长 a，（2）铜的金属半径）铜的金属半径 raarrorr提示：提示：数出面心立方中的铜的个数：数出面心立方中的铜的个数：本讲稿第四十二页，共四十二页