1、专题3 微粒间作用力与物质性质 专题3 微粒间作用力与物质性质 第一单元 金属键 金属晶体课程标准导航1.了解金属晶体模型和金属键的本质。2.认识金属键与金属物理性质的辩证关系。3.能正确分析金属键的强弱。4.结合问题讨论并深化金属晶体的物理性质的共性。5.认识合金及其广泛应用。新知初探自学导引 自主学习一、金属键与金属特性 1.金属键(1)金属离子和自由电子的形成 金属原子的部分或全部_受原子核的束缚比较_，在金属晶体内部，它们可以从原子上“_”下来，外围电子弱脱落形成自由流动的_。金属原子失去部分或全部_形成_。(2)概念 _与_之间强烈的相互作用称为金属键。2.金属特性(1)导电性 电子
2、外围电子金属离子金属离子自由电子通常情况下，金属内部自由电子的运动不具有固定的方向性，但在外电场作用下，自由电子在金属内部会发生_运动，从而形成电流。(2)导热性 金属受热时，_与_的碰撞频率增加，_把能量传给_。定向金属离子自由电子自由电子金属离子从而把能量从温度_的区域传到温度_的区域。(3)延展性 金属键没有_。在外力作用下，金属原子之间发生相对滑动时，各层金属原子间保持_的作用。高低方向性金属键想一想晶体中有阳离子，一定有阴离子吗？有阴离子，一定有阳离子吗？提示：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。二、金属晶体 1.自然界中许多固态物质都是_，它们有规则
3、的几何外形。通常条件下，大多数_也是晶体。2.晶胞：反映晶体结构特征的_。3.金属晶体中原子的常见堆积方式：_堆积，如钋；晶体金属单质及其合金基本重复单位简单立方_堆积，如镁、锌、钛等；_堆积，如金、银、铜、铅等；_堆积，如钠、钾、铬等。4.合金(1)定义：一种_与另一种或几种_(或_)的融合体。六方面心立方体心立方金属金属非金属(2)合金的性质比单纯的金属更_：合金的熔点一般比各成分金属都要_；硬度比各成分金属_。优越低高自主体验1.金属的下列性质中，不能用金属晶体结构理论加以解释的是()A易传热 B易加工变形但不易碎 C易导电 D易锈蚀 解析：选D。金属易导电、易导热和具有延展性(易加工变
4、形但不易碎)都是金属共有的物理性质，这此性质都是由金属晶体的结构即金属键的特点所决定的；D选项中金属易锈蚀是因为金属原子易失去电子，易被氧化，属于金属的化学性质，是由金属元素的原子结构所决定的。2.金属晶体的形成是因为晶体中存在()金属原子 金属离子 自由电子 阴离子 A只有B只有 CD 解析：选C。金属晶体是金属离子和自由电子通过金属键形成的。3.金属晶体堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因是()A金属原子的价电子数少 B金属晶体中有自由电子 C金属原子的原子半径大 D金属键没有饱和性和方向性 解析：选D。这是因为分别借助于没有方向性的金属键形成的金属晶体的结构中，都趋向于使原子吸
5、引尽可能多的原子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。4.下列物质中含有金属键的是(双选)()A金属铝B合金 CNaOHDNH4Cl 解析：选AB。金属键存在于金属单质和合金中，C、D选项中的物质为离子晶体，存在离子键。要点突破讲练互动 探究导引1金属键中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用是仅指金属离子与自由电子之间的相互吸引吗？金属键 提示：不是，既有金属离子与自由电子之间的相互吸引，也有金属离子与金属离子、自由电子与自由电子之间的排斥作用。探究导引2 影响金属键强弱的因素有哪些？提示：金属键的强弱主要取决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
6、，金属键越弱；原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。要点归纳即时应用1.下图是金属晶体内部的“电子气”理论示意图：仔细观察并用“电子气”理论解释金属导电的原因是()A金属晶体中的金属离子在外加电场作用下可发生定向移动 B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 C金属晶体在外加电场作用下可失去电子 D金属晶体中金属离子与自由电子间的相互作用较弱 解析：选B。在金属晶体中，充满着带负电的“电子气”，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，因而形成电流，所以金属容易导电。金属晶体 探究导引1 在二维空间中金属原子之间有几种堆积方式？利用率
7、如何？提示：金属原子在二维空间中的排列可以有两种方式：(a)非密置层，其结构特点是行列对齐、四球一空、非最紧密排列，如图(a)所示，原子配位数为4；(b)密置层，其结构特点是行列相错、三球一空、最紧密排列，如图(b)所示，原子配位数为6。非密置层原子排列不紧密，原子间的空隙大，空间利用率比密置层低。探究导引2 在平面堆积的基础之上，在三维空间有几种堆积方式？利用率如何？提示：简单立方堆积：将非密置层在空间一层一层的堆积，有两种堆积方式，其中一种的堆积方式如下图所示，相邻非密置层的原子核在同一直线上，不难理解，这种堆积方式形成的晶胞为一个立方体，被称为简单立方，配位数为6，分别位于上、下，前、后
8、，左、右。这种堆积的空间利用率太低，只有极少数金属(如Po)采取这种堆积方式。(注：晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小部分，是能够反映晶体结构特征的基本重复单位)体心立方堆积：非密置层在空间一层一层的堆积的另一种方式是将上层的金属原子填入下层四个金属原子形成的凹穴中，下一层的原子核与上一层中四个球围成的空在同一直线上，晶胞类型为体心立方，配位数为8，即体心周围的八个顶点。这种堆积方式的空间利用率比简单立方要高，许多金属都采取这种堆积方式，如碱金属、铁、铬、钼、钨等。面心立方堆积：密置层的原子的空间堆积方式也有两种，其中一种如下图甲所示，若将密置层的第一层标记为A层，第二层标记为B层，则
9、B层中三球围成的空隙正对A层的球心，第三层标记为C层，C层的球心正对B层中三球围成的空隙，但C层的球心不与A、B层中任一层的球心正对，这样以ABCABC三层周期性重复方式堆积，这种堆积的晶胞如下图中乙所示，称为面心立方晶胞，配位数为12，同层6个，上层3个，下层3个，该晶胞的对角线垂直于密置层。这种堆积方式的空间利用率更高，金、银、铜、铝等都采取这种堆积方式。六方堆积：密置层空间堆积的另一种方式如下图中甲所示，在A、B双层上堆积第三层时，第三层的球心正对第一层的球心，而第四层的球心正对第二层的球心，如此以ABAB二层周期性重复方式堆积，这种堆积的晶胞如下图丙所示，称为立方晶胞，配位数为12，同
10、层6个，上层3个，下层3个这种堆积方式的空间利用率也很高，镁、锌、钛等属于这种堆积方式。要点归纳堆积方式 晶胞类型 空间利用率 配位数 实例 简单立方堆积 52%6 Po 体心立方密堆积 68%8 Na、K、Fe 堆积方式 晶胞类型 空间利用率 配位数 实例 圆心立方堆积 74%12 Cu、Ag、Au 六方堆积 74%12 Mg、Zn、Ti 即时应用2.今有四种金属的晶胞结构如下，有关说法不正确的是()A四种结构中，、金属堆积时，小球在平面内紧密排列构成非密置层B、密置层小球空间排列时，分别是“ABCABCABC”和“ABABAB”堆积C四种晶胞中，原子数分别为2，4，6，1D第3周期金属元素
11、的单质，钠按、镁按、铝按的方式堆积解析：选D。A项，为非密置层，正确；B项，为密置层，正确；C 项，中 181/82，中 81/861/24，中 121621236，中 81/81；D 项，为铜型，为镁型，故错。题型探究技法归纳 金属键例1物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高，且据研究表明，一般说来，金属原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强。由此判断下列说法错误的是(双选)()A镁的硬度大于铝的硬度 B镁的熔、沸点低于钙的熔、沸点 C镁的硬度大于钾的硬度 D钙的熔、沸点高于钾的熔、沸点【思路点拨】分析镁、铝、钾、钙的金属键的强弱，再分析其与物理性质的关系，即分析四种
12、金属离子半径的大小及价电子数的多少，判断金属键的相对强弱。【解析】根据题目所给信息：镁和铝的电子层数相同，价电子数AlMg，离子半径Al3Mg2，铝的硬度大于镁，所以A不正确。镁、钙价电子数相同，但离子半径Ca2Mg2，金属键强度MgCa，所以B不正确。用以上比较方法可推出：离子电荷数Mg2K，离子半径Mg2NaK，所以金属键强度MgK，硬度MgK，所以C正确。钙和钾元素位于同一周期，价电子数CaK，离子电荷数Ca2K，离子半径KCa2，金属键强度CaK，熔点CaK，所以D正确。【答案】AB【规律方法】金属晶体的成键粒子是金属离子和自由电子，它们之间靠金属键联系。金属键影响金属晶体的物理性质，
13、如熔点、沸点、硬度等，因此，分析金属晶体性质的变化，应从分析金属晶体内部存在的金属键的强弱入手，即分析金属元素原子的半径大小和单位体积内自由移动电子数目的多少。晶胞中粒子的计算例2金属晶体中金属原子主要有三种常见的堆积方式，体心立方堆积、面心立方堆积和六方堆积，其结构单元分别如下图甲、乙、丙所示，则甲、乙、丙三种结构单元中，金属原子个数比为_。【思路点拨】晶胞只是晶体中重复的最小单元，因此晶胞中粒子的求算，必须将其置于整个晶体中分析。【解析】甲晶胞中所含金属原子数为 81812，乙晶胞中所含金属原子数为8186124，丙晶胞中所含金属原子数为121621236。【答案】123【规律方法】简单立方：在立方体顶点的微粒为 8 个晶胞共享。微粒数为：8181。体心立方：在立方体顶点的微粒为 8 个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。微粒数为：81812。面心立方：在立方体顶点的微粒为 8 个晶胞共有，在面心的为 2 个晶胞共有。微粒数为：8186124。六方晶胞：在六方体顶点的微粒为 6 个晶胞共有，在面心的为 2 个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。微粒数为：121621236。