1、第三节 金属晶体,第三章 晶体结构与性质,目标定位 1.知道金属键的含义和金属晶体的结构特点。 2.能用电子气理论解释金属的一些物理性质，熟知金属晶体的原子堆积模型的分类及结构特点。,内容索引,新知导学 新知探究 点点落实,达标检测 当堂检测 巩固反馈,新知导学,一、金属键和金属晶体,1.钠原子、氯原子能够形成三种不同类别的物质： (1)化合物是 ，其化学键类型是 。 (2)非金属单质是 ，其化学键类型是 。 (3)金属单质是 ，根据金属单质能够导电，推测金属单质钠中存在的结构微粒是 。,NaCl,离子键,Cl2,非极性共价键,Na,Na和自由电子,2.由以上分析，引伸并讨论金属键的有关概念：
2、 (1)金属键的概念 金属键： 与 之间的强烈的相互作用。 成键微粒： 和 。 成键条件： 。 (2)金属键的本质 描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。它把金属键形象地描绘为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“ ”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起，形成一种“巨分子”。,金属阳离子,自由电子,金属阳离子,自由电子,金属单质或合金,电子气,(3)金属键的特征 金属键无方向性和饱和性。晶体里的电子不专属于某几个特定的金属离子，而是几乎均匀地分布在整个晶体里，把所有金属原子维系在一起，所以金属键没有方向性和饱和性。 (4)金属晶体 通过 与 之间的较强作用形成的晶体，
3、叫做金属晶体。,金属阳离子,自由电子,3.金属晶体物理特性分析 (1)金属键 方向性，当金属受到外力作用时，_而不会破坏金属键，金属发生形变但不会断裂，故金属晶体具有良好的延展性。 (2)金属材料有良好的导电性是由于金属晶体中的_发生定向移动。 (3)金属的导热性是 而引起能量的交换，从而使能量从 的部分，使整块金属达到相同的温度。,没有,晶体中的各原子层发,生相对滑动,自由电子可以在外加,电场作用下,自由电子在运动时与金属离子碰撞,温度高的部分传到温度低,4.金属晶体的熔点比较 (1)金属的熔点高低与金属键的强弱直接相关。金属键越强，金属的熔点(沸点) ，硬度一般也 。 (2)金属键的强弱主
4、要取决于金属阳离子的半径和离子所带的电荷数。金属阳离子半径越小，金属键 ；离子所带电荷数越多，金属键 。 (3)同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点 。同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点 。 (4)金属晶体熔点差别很大，如汞常温为 ，熔点很低(38.9 )，而铁等金属熔点很高(1 535 )。,越高,越大,越强,越强,升高,降低,液体,1.下列关于金属键的叙述中，正确的是 A.金属键具有方向性和饱和性 B.金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用 C.金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子 D.金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光,答案,解析,解析 金属
5、键无方向性和饱和性，A错误； 金属晶体由金属阳离子和自由电子构成，在外加电场作用下自由电子定向移动即导电，C错误； 金属具有金属光泽是因为自由电子对可见光的选择性吸收和反射，使得金属晶体具有金属光泽和一定颜色，D错误。,解析 此题考查的是金属键对晶体性质的影响，如硬度和熔、沸点的比较，比较依据是价电子数和原子半径。价电子数MgAl、MgCa、MgK、KCa；原子半径MgAl、MgCa、MgK、KCa。综合分析得镁的硬度小于铝；镁的熔、沸点高于钙；镁的硬度大于钾；钙的熔、沸点高于钾。,2.物质结构理论指出，金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用，叫金属键。金属键越强，其金属的硬度越大，熔
6、、沸点越高。根据研究表明，一般来说，金属原子半径越小，价电子越多，则金属键越强。由此判断下列说法错误的是 A.镁的硬度大于铝 B.镁的熔、沸点高于钙 C.镁的硬度大于钾 D.钙的熔、沸点高于钾,答案,解析,(1)晶体中一个原子周围距离相等且最近的原子的数目叫配位数。分析上图非密置层的配位数是 ，密置层的配位数是 。 (2)密置层放置，平面的利用率比非密置层的要 。,二、金属晶体的堆积方式,1.金属原子在二维平面中放置的两种方式 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)，可有两种方式非密置层和密置层(如下图所示)。,4,6,高,这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，
7、每个晶胞含一个原子，这种堆积方式的空间利用率为52%，配位数为 ，这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋(Po)采取这种堆积方式。,2.金属晶体的原子在三维空间里的4种堆积模型 (1)简单立方堆积 将非密置层球心对球心地垂直向上排列，这样一层一层地在三维空间里堆积，就得到简单立方堆积(如下图所示)。,金属晶体的堆积方式简单立方堆积,6,这种堆积方式可以找出立方晶胞，空间利用率比简单立方堆积高得多，达到68%，每个球与上、下两层的各4个球相接触，故配位数为 。,(2)体心立方堆积 非密置层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，并使非密置层的原子稍稍分离，每层均照此堆积
8、，如下图所示。碱金属和铁原子都采取此类堆积方式，这种堆积方式又称钾型堆积。,金属晶体的堆积方式体心立方堆积,8,六方最密堆积 面心立方最密堆积 金属晶体的两种最密堆积方式六方最密堆积和面心立方最密堆积,(3)六方最密堆积和面心立方最密堆积 密置层的原子按体心立方堆积的方式堆积，会得到两种基本堆积方式六方最密堆积和面心立方最密堆积。这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积，配位数为 ，空间利用率均为74%，但所得晶胞的形式不同(如下图所示)。,12,六方最密堆积如下图所示，重复周期为两层，按ABABABAB的方式堆积。由于在这种排列方式中可划出密排六方晶胞，故称此排列为六方最密堆积。由此堆积可知，同
9、一层上每个球与同层中周围 个球相接触，同时又与上下两层中各 个球相接触，故每个球与周围 个球相接触，所以其配位数是 。原子的空间利用率最大。Mg、Zn、Ti都是采用这种堆积方式。,6,3,12,12,面心立方最密堆积如上图所示，按ABCABCABC的方式堆积。将第一密置层记作A，第二层记作B，B层的球对准A层中的三角形空隙位置，第三层记作C，C层的球对准B层的空隙，同时应对准A层中的三角形空隙(即C层球不对准A层球)。以后各层分别重复A、B、C层排列，这种排列方式三层为一周期，记为ABCABCABC由于在这种排列中可以划出面心立方晶胞，故称这种堆积方式为面心立方最密堆积。Cu、Ag、Au等均采
10、用此类堆积方式。,1.堆积原理 组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性和饱和性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。,2.常见的堆积模型,6,8,1,2,12,12,2,4,3.金属晶体密度大，原子配位数大，能充分利用空间的原因是 A.金属原子价电子数少 B.金属晶体中有自由电子 C.金属原子的半径大 D.金属键没有饱和性和方向性,答案,解析,解析 金属键无方向性和饱和性，使金属晶体的密度大，原子配位数大，能充分利用空间。,4.金晶体是面心立方体，立方体的
11、每个面上5个金原子紧密堆砌(如图，其余各面省略)，金原子半径为A cm。,答案,解析,求： (1)金属体中最小的一个立方体含有_个金原子。,解析 根据晶胞结构可知，金晶体中最小的一个立方体含有金原子数目为8 6 4。,4,(2)金的密度为_gcm3(用带A计算式表示)。,答案,解析,解析 金原子半径为A cm，则晶胞中面对角线是4A cm，,所以晶胞的边长是 cm，,(3)金原子空间占有率为_(Au的相对原子质量为197，用带A计算式表示)。,答案,解析,0.74(或74%),学习小结,达标检测,1.金属键的实质是 A.自由电子与金属阳离子之间的相互作用 B.金属原子与金属原子间的相互作用 C
12、.金属阳离子与阴离子的吸引力 D.自由电子与金属原子之间的相互作用,1,2,3,4,5,答案,解析,解析 金属晶体由金属阳离子与自由电子构成，微粒间的作用力称为金属键。,解析 根据金属晶体的电子气理论，可知A、B项正确； 金属晶体的堆积方式中空间利用率分别是简单立方堆积52%，体心立方堆积68%，面心立方最密堆积和六方最密堆积均为74%。因此，简单立方堆积的空间利用率最低，六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率最高。,2.下列有关金属晶体的说法中不正确的是 A.金属晶体是一种“巨分子” B.“电子气”为所有原子所共有 C.简单立方堆积的空间利用率最低 D.体心立方堆积的空间利用率最高,1,
13、2,3,4,5,答案,解析,3.关于金属性质和原因的描述不正确的是 A.金属一般具有银白色光泽是物理性质，与金属键没有关系 B.金属具有良好的导电性，是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动形成电流，所以金属易导电 C.金属具有良好的导热性能，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碰撞，传递能量 D.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,1,2,3,4,5,答案,解析,解析 金属具有金属光泽是因为金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光大部分反射出来，因而金属一般有银白色光
14、泽，A错误； 金属能够导电，是因为在外加电场作用下，“电子气”中的电子定向移动形成电流，B正确； 金属能够导热，是由于自由电子受热后，与金属阳离子发生碰撞，传递能量，C正确； 金属具有良好的延展性，是由于原子层能够发生相对滑动，但金属键未被破坏，D正确。,1,2,3,4,5,解析 Al属于ABCABC方式堆积的面心立方最密堆积，配位数为12，一个晶胞中Al原子的数目为8 6 4个。,4.Al的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。,1,2,3,4,5,答案,解析,若已知Al的原子半径为d，NA代表阿伏加德罗常数，Al的相对原子原子质量为M
15、，请回答： (1)晶胞中Al原子的配位数为_，一个晶胞中Al原子的数目为_。,12,4,(2)该晶体的密度为_(用字母表示)。,1,2,3,4,5,答案,解析,利用公式求金属晶体的密度，关键是找出晶胞正方体的边长。,本题中面对角线的长度为4d，然后根据边长的 倍等于面对角线的长度可求得晶胞正方体的边长。,5.金属晶体的原子堆积方式常有以下四种，请认真观察模型，回答下列问题： (1)四种堆积模型的堆积名称依次是_、_、_、_。,1,2,3,4,5,答案,解析,简单立方堆积,六方最密堆积,面心立方最密堆积,体心立方堆积,解析 图甲的堆积方式是将非密置层的金属原子上下对齐，形成的晶胞是1个立方体，在
16、立方体的每个顶角有1个金属原子，称为简单立方堆积。 图乙和图丙都是密置层原子的堆积方式，图乙中上A层和下A层的3个原子组成的三角形方向相同，称为六方最密堆积。 图丙中A层和C层的3个原子组成的三角形方向相反，称为面心立方最密堆积。 图丁的堆积方式是将非密置层的上层金属原子填入下层金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积，形成的晶胞是1个立方体，在立方体的每个顶角有1个原子，立方体的中心含有1个金属原子，称为体心立方堆积。,1,2,3,4,5,(2)图甲方式的堆积，空间利用率为_，只有金属_ (填元素符号)采用这种堆积方式。,1,2,3,4,5,答案,解析,52%,Po,解析 简单立方堆积的空间利用率最低，为52%，采取这种堆积方式的只有Po。,(3)图乙与图丙两种堆积方式中金属原子的配位数_(填“相同”或“不相同”)，图乙的空间利用率为_。,1,2,3,4,5,答案,解析,相同,74%,解析 图乙和图丙两种堆积方式中，金属原子的配位数均为12，且其空间利用率均为74%。,(4)采取图丁堆积方式的金属通常有_(任写三种金属元素的符号)，每个晶胞中所含有的原子数为_个。,1,2,3,4,5,答案,解析,解析 图丁是体心立方堆积，采取这种堆积方式的金属有K、Na、Fe等。用均摊法可求得每个晶胞中含有金属原子的个数为18 2。,K、Na、Fe(合理即可),2,本课结束,