苏教版高中化学选修三专题3《金属键-金属晶体》课件.ppt

1、专题3微粒间作用力与物质性质第一单元金属键金属晶体一、金属键与金属特性一、金属键与金属特性1.1.金属键金属键:概念概念_和和_之间强烈的之间强烈的_形成形成成键微粒成键微粒_和和_存在存在_和和_特点特点_金属键强弱的金属键强弱的影响因素影响因素(1)_(1)_(2)(2)单位体积内单位体积内_的数目的数目金属离子金属离子自由电子自由电子相互作用相互作用金属阳离子金属阳离子自由电子自由电子金属单质金属单质合金中合金中无方向性和饱和性无方向性和饱和性原子半径原子半径自由电子自由电子2.2.金属键理论对金属物理性质的解释金属键理论对金属物理性质的解释:(1)(1)导电性。导电性。在外电场作用下在

2、外电场作用下,自由电子将会发生自由电子将会发生_,_,形成电流。形成电流。(2)(2)导热性。导热性。金属受热时金属受热时,自由电子与金属离子自由电子与金属离子(或金属原子或金属原子)的碰撞频率增加的碰撞频率增加,_把能量传给把能量传给_,_,从而把能量从温度从而把能量从温度高的区域传到温度低的区域。高的区域传到温度低的区域。定向运动定向运动自由电子自由电子金属离子金属离子(或金属原子或金属原子)(3)(3)延展性。延展性。金属键没有方向性金属键没有方向性,在外力作用下在外力作用下,金属原子间发生相对滑动时金属原子间发生相对滑动时,各层金属原子间保持各层金属原子间保持_的作用的作用,不会断裂。

3、不会断裂。金属键金属键二、金属晶体二、金属晶体1.1.含义含义:(1)(1)晶体晶体:具有具有_的固体的固体,晶体外形规则是其内部晶体外形规则是其内部结构规则的外部表现结构规则的外部表现,构成晶体的粒子的排列是有规则的。构成晶体的粒子的排列是有规则的。(2)(2)晶胞晶胞:能够反映能够反映_的基本重复单位的基本重复单位,它在空间是它在空间是_延伸的。延伸的。规则的几何外形规则的几何外形晶体结构特征晶体结构特征连续重复连续重复2.2.堆积方式堆积方式:堆积方式堆积方式图示图示二二维维空空间间_非密置层非密置层密置层密置层堆积方式堆积方式图示图示三三维维空空间间简单立方堆积简单立方堆积如如_体心立

4、方堆积体心立方堆积如如_等等钋钋钠、钾、铬、钼、钨钠、钾、铬、钼、钨堆积方式堆积方式图示图示三三维维空空间间面心立方堆积面心立方堆积如如_等等六方堆积六方堆积如如_等等金、银、铜、铅金、银、铜、铅镁、锌、钛镁、锌、钛3.3.合金合金:(1)(1)定义。定义。一种金属与另一种或几种一种金属与另一种或几种_(_(或或_)_)的融合体。的融合体。(2)(2)性能。性能。合金的熔点比各成分金属都要合金的熔点比各成分金属都要_。合金比各成分金属具有更好的硬度、强度和机械加工性能。合金比各成分金属具有更好的硬度、强度和机械加工性能。金属金属非金属非金属低低【自我小测【自我小测】1.1.思考辨析思考辨析:(

5、1)(1)金属被制成各种形状时金属键没有被破坏。金属被制成各种形状时金属键没有被破坏。()分析分析:。金属受到外力作用时。金属受到外力作用时,只是各层之间发生滑动只是各层之间发生滑动,金属键没有金属键没有被破坏。被破坏。(2)(2)金属导电和电解质导电的原理一样。金属导电和电解质导电的原理一样。()分析分析:。金属导电是自由电子的定向移动。金属导电是自由电子的定向移动,是物理变化是物理变化,电解质溶液电解质溶液导电实际是电解过程导电实际是电解过程,为化学变化。为化学变化。(3)(3)晶胞中的一个微粒都属于该晶胞独立拥有。晶胞中的一个微粒都属于该晶胞独立拥有。()分析分析:。晶胞是晶体的重复单位

6、。晶胞是晶体的重复单位,所以晶胞中一个微粒可能被几个晶所以晶胞中一个微粒可能被几个晶胞共有。胞共有。(4)(4)金属晶体绝大多数采用密堆积方式。金属晶体绝大多数采用密堆积方式。()分析分析:。由于金属键没有饱和性和方向性。由于金属键没有饱和性和方向性,金属原子能从各个方向相金属原子能从各个方向相互靠近互靠近,彼此相切彼此相切,紧密堆积成晶体紧密堆积成晶体,密堆积能充分利用空间密堆积能充分利用空间,使晶体能使晶体能量降低。量降低。(5)(5)合金所有的性能都低于其成分金属。合金所有的性能都低于其成分金属。()分析分析:。合金的熔、沸点低于成分金属。合金的熔、沸点低于成分金属,但在强度、硬度、韧性

7、等方但在强度、硬度、韧性等方面会强于成分金属。面会强于成分金属。2.2.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()金属原子金属原子金属离子金属离子自由电子自由电子阴离子阴离子A.A.只有只有B.B.只有只有C.C.D.D.【解析【解析】选选C C。金属原子失去部分或者全部外围电子形成的金属离子。金属原子失去部分或者全部外围电子形成的金属离子,与与“脱落脱落”下的自由电子相互作用形成金属晶体。下的自由电子相互作用形成金属晶体。3.3.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.金属键没有饱和性和方向性金属键没有饱和性和方向性B.B.金属键是金属阳离子

8、和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用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【解析【解析】选选B B。金属离子与自由电子的静电作用。金属离子与自由电子的静电作用,包括引力和斥力包括引力和斥力,其其中电子属于整块金属中电子属于整块金属,金属键的强弱决定金属的性质金属键的强弱决定金属的性质,自由电子被整块自由电子被整块电子共用电子共用,因此无方向性和饱和性。因此无方向性和饱和性。4.4.如图这种堆积方式是如图这种堆积方式是()A.A.

9、面心立方堆积面心立方堆积B.B.简单立方堆积简单立方堆积C.C.六方堆积六方堆积D.D.体心立方堆积体心立方堆积【解析【解析】选选B B。简单立方堆积只有晶胞的。简单立方堆积只有晶胞的8 8个顶点有原子。个顶点有原子。5.(SJ5.(SJP37P37改编改编)金属钾、铜的部分结构和性质的数据如下表所示金属钾、铜的部分结构和性质的数据如下表所示,则则下列说法错误的是下列说法错误的是()金属金属K KCuCu原子外围电子排布原子外围电子排布4s4s1 13d3d10104s4s1 1原子半径原子半径/pm/pm255255128128原子化热原子化热/kJ/kJmolmol-1-190.090.0

10、339.3339.3熔点熔点/63.463.41 0831 083A.A.单位体积内自由电子数目单位体积内自由电子数目:K Cu:K CuB.B.金属键强弱顺序为金属键强弱顺序为KCuKCuC.C.金属的硬度大小顺序为金属的硬度大小顺序为KCuKCuD.D.两者最外层电子数目相等两者最外层电子数目相等,因此其金属键的强弱取决于原子半径大因此其金属键的强弱取决于原子半径大小小【解析【解析】选选D D。决定金属键强弱的因素是单位体积内自由电子数目和。决定金属键强弱的因素是单位体积内自由电子数目和原子半径的大小原子半径的大小,金属键越强金属键越强,金属的熔沸点越高金属的熔沸点越高,硬度越大硬度越大;

11、金属单位金属单位体积内自由电子的数目则取决于金属的外围电子数目体积内自由电子的数目则取决于金属的外围电子数目,而不是金属的而不是金属的最外层电子数目。最外层电子数目。6.6.某晶胞结构如图所示某晶胞结构如图所示,该晶胞中含有的原子个数为该晶胞中含有的原子个数为()A.1A.1个个 B.2B.2个个 C.8C.8个个 D.9D.9个个【解析【解析】选选B B。该晶胞中含有的原子个数为。该晶胞中含有的原子个数为1 11+81+8 =2 =2个。个。18一、金属键与金属性质的关系一、金属键与金属性质的关系1.1.金属键金属键:2.2.金属键对金属物理性质的影响金属键对金属物理性质的影响:【拓展深化【

12、拓展深化】金属熔、沸点高低递变规律金属熔、沸点高低递变规律(1)(1)同一周期同一周期,从左到右熔沸点依次升高从左到右熔沸点依次升高;(2)(2)同主族同主族,从上到下从上到下(如碱金属如碱金属)熔、沸点依次降低熔、沸点依次降低;(3)(3)合金的熔、沸点比其成分金属的熔、沸点都低合金的熔、沸点比其成分金属的熔、沸点都低;(4)(4)金属汞是常温下唯一呈液体的金属。金属汞是常温下唯一呈液体的金属。【针对训练【针对训练】1.(20151.(2015武汉高二检测武汉高二检测)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属键的

13、强弱金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱,而金属而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。铝钠合金有键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。铝钠合金有着广泛的应用着广泛的应用,现有三种晶体现有三种晶体:铝、铝、钠、钠、铝钠合金铝钠合金,它们的熔点它们的熔点从低到高的顺序是从低到高的顺序是()A.A.B.B.C.C.D.D.【解题指南【解题指南】解答本题时要注意以下解答本题时要注意以下3 3点点:(1)(1)金属键的成键微粒是金属离子和自由电子金属键的成键微粒是金属离子和自由电子;(2)(2)金属键的强弱决定了金属熔沸点高低金属键的强弱决定了金属熔沸点高低

14、;(3)(3)可以用可以用“三看法三看法”比较原子或离子的半径。比较原子或离子的半径。【解析【解析】选选C C。三种晶体中。三种晶体中,一般合金的熔点低于组成金属单质的熔点一般合金的熔点低于组成金属单质的熔点,而铝与钠比较而铝与钠比较,钠的熔点较低。钠的熔点较低。【方法规律【方法规律】金属键对金属物理性质的影响金属键对金属物理性质的影响(1)(1)金属键越强金属键越强,金属熔、沸点越高。金属熔、沸点越高。(2)(2)金属键越强金属键越强,金属硬度越大。金属硬度越大。(3)(3)金属键越强金属键越强,金属越难失电子金属越难失电子,金属性越弱金属性越弱,如如NaNa的金属键强于的金属键强于K,K,

15、则则NaNa比比K K难失电子难失电子,金属性金属性NaNa比比K K弱。弱。2.(20152.(2015南昌高二检测南昌高二检测)关于金属性质和原因的描述不正确的关于金属性质和原因的描述不正确的是是()A.A.金属键影响金属的物理性质金属键影响金属的物理性质B.B.金属导电与电解质溶液导电一样金属导电与电解质溶液导电一样,都是阴阳离子定向移动引起的都是阴阳离子定向移动引起的C.C.金属具有良好的导热性能金属具有良好的导热性能,是因为自由电子在受热后是因为自由电子在受热后,加快了运动速加快了运动速度度,自由电子通过与金属离子发生碰撞自由电子通过与金属离子发生碰撞,传递了能量传递了能量D.D.金

16、属晶体具有良好的延展性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是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键而不破坏金属键【解析【解析】选选B B。金属具有金属光泽、有导电性、导热性、延展性等物。金属具有金属光泽、有导电性、导热性、延展性等物理性质理性质,这些都与金属键有关这些都与金属键有关;金属导电性是在外加电场作用下金属导电性是在外加电场作用下,自由自由电子定向移动形成电流电子定向移动形成电流;导热性是自由电子受热后导热性是自由电子受热后,与金属离子发生碰与金属离子发生碰撞撞,传递能量传递能量;良好的延展性是由于金属晶体中原子层能够滑动良好的延展性是由于金属晶体中原子层能

17、够滑动,但此但此时金属键未被破坏。时金属键未被破坏。【补偿训练【补偿训练】1.1.下列说法正确的是下列说法正确的是()A.A.晶体是具有一定几何外观的晶体是具有一定几何外观的,所以汞不属于金属晶体所以汞不属于金属晶体B.B.金属一般具有较高的硬度金属一般具有较高的硬度,而钠可以用小刀切而钠可以用小刀切,但钠属于金属晶体但钠属于金属晶体C.C.塑料具有一定的延展性塑料具有一定的延展性,所以属于金属晶体所以属于金属晶体D.D.金属晶体一般具有较高的硬度金属晶体一般具有较高的硬度,所以金刚石属于金属晶体所以金刚石属于金属晶体【解析【解析】选选B B。汞在固态时也是金属晶体。汞在固态时也是金属晶体,所

18、以所以A A错误错误;钠是金属钠是金属,所以所以是金属晶体是金属晶体,B,B正确正确;塑料和金刚石不是金属塑料和金刚石不是金属,不可能是金属晶体不可能是金属晶体,C,C、D D错误。错误。2.2.下列关于金属及金属键的说法正确的是下列关于金属及金属键的说法正确的是()A.A.金属键具有方向性和饱和性金属键具有方向性和饱和性B.B.金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用C.C.金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子D.D.金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光

19、【解析【解析】选选B B。A A项项,金属键是金属阳离子和自由电子之间的相互作用金属键是金属阳离子和自由电子之间的相互作用,自由电子属于整个晶体自由电子属于整个晶体,不具有方向性和饱和性不具有方向性和饱和性;C;C项项,金属导电是因在金属导电是因在外加电场作用下外加电场作用下,自由电子的定向移动形成电流自由电子的定向移动形成电流;D;D项项,自由电子对可见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。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。二、金属晶体的堆积方式以及晶胞的有关计算二、金属晶体的堆积方式以及晶胞的有关计算【自主导练自主导练】1.(20151

20、.(2015淄博高二检测淄博高二检测)现有甲、乙、丙三种晶体的晶胞现有甲、乙、丙三种晶体的晶胞(甲中甲中X X处于处于晶胞的中心晶胞的中心,乙中乙中A A处于晶胞的中心处于晶胞的中心),),可推知可推知:(1)(1)甲晶体中甲晶体中X X与与Y Y的个数比是的个数比是;(2)(2)乙晶体中乙晶体中A A与与B B的个数比是的个数比是;(3)(3)一个丙晶胞中有一个丙晶胞中有个个C C粒子粒子,有有个个D D粒子。粒子。【解题指南【解题指南】解答本题注意以下两点解答本题注意以下两点:(1)(1)根据均摊法确定一个晶胞中所含的微粒数根据均摊法确定一个晶胞中所含的微粒数;(2)(2)晶胞是晶体中的最

21、小重复单元晶胞是晶体中的最小重复单元,它向三维空间内延伸。它向三维空间内延伸。【解析【解析】根据均摊法根据均摊法:甲中体心甲中体心X X为为1,1,顶点顶点Y Y为为 6,6,所以所以X XY=1Y=1 =4=43;3;同理可计算出乙、丙中微粒个数及其比值。同理可计算出乙、丙中微粒个数及其比值。答案答案:(1)4(1)43 3(2)1(2)11 1(3)4(3)44 41868【互动探究【互动探究】(1)(1)甲晶体的化学式是什么甲晶体的化学式是什么?提示提示:由于该晶体中两种微粒的个数之比为由于该晶体中两种微粒的个数之比为43,43,因此该晶体的化学式因此该晶体的化学式为为X X4 4Y Y

22、3 3。(2)(2)丙晶胞中距离丙晶胞中距离C C粒子等距离且最近的粒子等距离且最近的D D粒子有多少个粒子有多少个?提示提示:以体心位置的以体心位置的C C粒子为例粒子为例,与它等距离且最近的与它等距离且最近的D D粒子应该在晶胞粒子应该在晶胞中六个面的面心位置中六个面的面心位置,共共6 6个。个。2.(1)2.(1)如图所示为二维平面晶体示意图如图所示为二维平面晶体示意图,所表示的化学式为所表示的化学式为AXAX3 3的是的是。(2)(2)如图为一个金属铜的晶胞如图为一个金属铜的晶胞,请完成以下各题。请完成以下各题。该晶胞该晶胞“实际实际”拥有的铜原子数是拥有的铜原子数是个。个。该晶胞称为

23、该晶胞称为。(填序号填序号)A.A.六方晶胞六方晶胞B.B.体心立方晶胞体心立方晶胞C.C.面心立方晶胞面心立方晶胞此晶胞立方体的边长为此晶胞立方体的边长为acm,Cuacm,Cu的相对原子质量为的相对原子质量为64,64,金属铜的密度金属铜的密度为为ggcmcm-3-3,则阿伏加德罗常数为则阿伏加德罗常数为(用用a a、表示表示)。【解析【解析】(1)(1)由图中直接相邻的原子数可以求得由图中直接相邻的原子数可以求得a a、b b中的原子数之比中的原子数之比分别为分别为1212、13,13,求出化学式分别为求出化学式分别为AXAX2 2、AXAX3 3,故答案为故答案为b b。(2)(2)用

24、用“均摊法均摊法”:8:8 +6 +6 =4;=4;该晶胞为面心立方晶该晶胞为面心立方晶胞胞;64=64=a a3 3,NA A=。答案答案:(1)b(1)b(2)(2)4 4C C1812A4N3256a3256a【总结归纳【总结归纳】1.1.晶胞中粒子数目的计算晶胞中粒子数目的计算均摊法均摊法:如某个粒子为如某个粒子为n n个晶胞所共个晶胞所共有有,则该粒子有则该粒子有 属于这个晶胞。属于这个晶胞。长方体长方体(正方体正方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算晶胞中不同位置的粒子数的计算:1n2.2.晶胞密度的有关计算。晶胞密度的有关计算。假设某晶体的晶胞如图所示假设某晶体的晶胞如图所示,以以M

25、 M表示该晶体的摩尔质量表示该晶体的摩尔质量,NA A表示阿伏加德罗常数表示阿伏加德罗常数,N表示一个晶胞表示一个晶胞中所含的微粒数中所含的微粒数,a,a表示晶胞的棱长表示晶胞的棱长,表示晶体的密度表示晶体的密度,计算如下计算如下:该晶胞的质量用该晶胞的质量用密度表示密度表示:m=:m=a a3 3用摩尔质量表示用摩尔质量表示:m=:m=则有则有:a a3 3=AMNN3AAMMa，NNNN【警示【警示】晶胞计算注意问题晶胞计算注意问题(1)(1)利用均摊法计算晶胞中的原子个数时利用均摊法计算晶胞中的原子个数时,不同位置的原子对晶胞的不同位置的原子对晶胞的贡献不同贡献不同:立方晶胞中顶点贡献立

26、方晶胞中顶点贡献 ,棱上贡献棱上贡献 ,面上贡献面上贡献 ,晶胞中晶胞中的原子属于该晶胞。的原子属于该晶胞。(2)(2)进行晶胞相关计算时进行晶胞相关计算时,注意棱长不一定是原子的直径或两种原子半注意棱长不一定是原子的直径或两种原子半径之和径之和,计算时要看清晶胞的结构计算时要看清晶胞的结构,找出棱长与原子半径的数学关系。找出棱长与原子半径的数学关系。181412(3)(3)注意晶胞计算公式中各符号的含义和单位注意晶胞计算公式中各符号的含义和单位,计算时需将相对分子计算时需将相对分子质量代入质量代入,需化简时要化简。需化简时要化简。(4)(4)立方晶胞的面对角线与边长立方晶胞的面对角线与边长a

27、 a的关系的关系:面对角线等于面对角线等于 a;a;晶胞的晶胞的体对角线与边长的关系体对角线与边长的关系:体对角线等于体对角线等于 a a。(5)(5)晶体的密度是晶体的质量与晶体体积的比值晶体的密度是晶体的质量与晶体体积的比值,可把晶胞扩大阿伏加可把晶胞扩大阿伏加德罗常数德罗常数(NA A)倍倍,再进行计算。再进行计算。23【针对训练【针对训练】1.1.某晶体的一部分如图所示某晶体的一部分如图所示,这种晶体中这种晶体中A A、B B、C C三种粒子数之比是三种粒子数之比是()A.394A.394 B.142 B.142C.294C.294 D.384 D.384【解析【解析】选选B B。晶胞

28、中。晶胞中A A原子位于顶点，为原子位于顶点，为1212个晶胞共有，故晶胞中个晶胞共有，故晶胞中含有含有A A原子原子6 6 个；个；B B原子位于棱上，底面棱上的原子位于棱上，底面棱上的B B原子为原子为4 4个个晶胞共有，侧面棱上的晶胞共有，侧面棱上的B B原子为原子为6 6个晶胞共有，故晶胞中含有个晶胞共有，故晶胞中含有B B原子原子6 6 +3 +3 =2 =2个；个；C C原子位于晶胞中心，故晶胞中含有原子位于晶胞中心，故晶胞中含有C C原子原子1 1个，个，A A、B B、C C三种原子的个数比为三种原子的个数比为 21=14221=142。111221416122.(2.(201

29、52015南京高二南京高二检测检测)金属钠晶体为体心立方堆积金属钠晶体为体心立方堆积(晶胞如图晶胞如图),),实实验测得钠的密度为验测得钠的密度为(g(gcmcm-3 3)。已知钠的相对原子质量为。已知钠的相对原子质量为a,a,阿伏加阿伏加德罗常数为德罗常数为NA A(mol(mol-1-1),),假定金属钠原子为等径的刚性球且处于体对角假定金属钠原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cmr(cm)为为()33AA33AA2a2aA.B.332a12aC.D.42NNNN【解析【解析】选选C C。根据题给信息，一个钠晶体的晶胞中有。根据题给信息，一个钠晶体的晶胞中有2 2个钠原子个钠原子（金属钠晶体为体心立方堆积，钠原子个数（金属钠晶体为体心立方堆积，钠原子个数=8+1=28+1=2）。若钠原）。若钠原子的半径为子的半径为r r（cmcm），则晶胞的体对角线为），则晶胞的体对角线为4r4r（cmcm），那么晶胞的），那么晶胞的体积为体积为()()3 3 cm cm3 3,根据密度根据密度=，得，得=转换得转换得r=r=选选C C。184r3质量体积A32a4r3，（）N3A32a4，N