2014年高中化学苏教版选修三创新课程同步配套课件31_《金属键_金属晶体 》（ 2013高考）

第一单元 金属键 金属晶体 提示 原子的最外层电子数一般不超过3个。 提示 有金属光泽泽、有良好的导热导热 性、导电导电 性和延展性 。 1.金属元素的原子有哪些结构特征？ 2.金属单质有哪些物理通性？ 理解金属键的实质，知道影响金属键强弱 的因素，并能用金属键解释金属的某些特 征性质。 了解晶体、晶胞的概念，认识金属晶体中 微粒间的堆积方式，能从晶胞的角度认识 晶体的内部结构。 1. 2. 金属原子的价电子排布一般为_或 _，金属原子的部分或全部外 围电子受原子核的束缚比较_，在金属晶体 内部，它们可以从原子上_，形成 _。金属原子失去部分或全部 外围电子形成的_与_之间 有着强烈的相互作用，化学上把这种 _与_之间的 _称为金属键。 笃学一 金属键与金属特性 1. ns12 (n1)d110ns12 “脱落”下来 自由流动的电子 金属离子自由电子 金属离子强烈的相互作用 弱 自由电子 金属元素原子半径_，单位体积内自由 移动电子数目越_，金属键越强。 金属硬度的大小，熔沸点的高低与金属键 的强弱有关。金属键越强，金属晶体的熔 沸点越_，硬度越_。 2金属键成键微粒：金属阳离子和自由电子。 3成键条件：金属单质或合金。 4影响金属键强弱的因素 5金属键的强弱对金属单质物理性质的影响 越小 多 高大 答案 (1)导电性：在金属晶体中，存在着许多自由电子， 这些自由电子的运动没有固定的方向性。但是，在外加电 场的作用下，自由电子就会发生定向移动而形成电流，故 金属易导电。不同的金属其导电能力不同，导电性最好的 三种金属依次是银、铜、金。 (2)导热性：自由电子在运动时与金属离子相互碰撞，在碰 撞过程中发生能量交换。当金属的某一部分受热时，该区 域里自由电子的能量增加，运动速率加快，自由电子与金 属离子(或金属原子)的碰撞频率增加，自由电子把能量传 给金属离子(或金属原子)。金属的导热性就是通过自由电 子的运动将能量从温度高的区域传递到温度低的区域，最 后使整块金属的温度趋于一致。 6金属具有导电性、导热性及延展性的原因？ (3)金属之所以具有延展性是因为：当金属受到外力时，晶 体中的各原子层就会发生相对滑动，由于金属离子与自由 电子之间的相互作用没有方向性，受到外力后相互作用没 有被破坏，故金属只发生形变而不断裂，使金属具有良好 的延展性。 答案 金属晶体熔沸点高低与金属晶体内金属键的强弱有 关，一般来说，金属的自由电子数越多，原子半径越小， 金属键越强，形成金属晶体熔沸点越高。因此，同周期的 金属单质，从左至右熔沸点升高(如Na、Mg、Al)，同主族 金属单质，从上到下熔沸点降低(如碱金属)。 7怎样比较金属晶体的熔沸点？ 晶体是具有_的固体。通常条 件下，大多数金属单质及其合金也是晶体。 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，紧密堆积成晶体。 晶胞：能够反映 _。金属晶体 是金属晶胞在空间连续重复延伸而形成的。 金属原子在二维平面中放置的两种方式： _ (一个原子周围有4个原子)和 _ (一个原子周围有6个原子)。 笃学二 金属晶体 1. 2 3 规则几何外形 晶体结构特征的基本重复单位 非密置层 密置层 (1)非密置层排布的原子在第一层上方垂直放 第二层、第三层这样的堆积称为 _。 (2)密置层原子堆积排列有两种情况。在第一 层(A层)上堆积第二层(B层)时，B层原子的中 心正好落在A层新形成的其中一类空隙的中 心，使两层紧密接触，在此基础上再堆积第 三层(C层)时，一种堆积方式是C层与A层相同 ，这样就形成了“ABABAB”堆积，称为 _堆积；另一种堆积方式是C层原子的中 心正好落在A层原子新形成的另一类空隙的 中心，形成了“ABCABCABC”堆积，称 为_堆 积。 金属晶体中金属原子的常见堆积有_种，对 应于三种不同类型的晶胞：_、 _，_和_。 4金属原子在三维空间的堆积方式有以下几种 5 立方堆积 六方 面心立方 简单立方六方面心立方体心立方 四 由一种金属与另一种或几种金属或某些非 金属融合而成的，具有金属特性的物质叫 做合金。合金一般是将各组分熔合成均匀 的液体，再经冷凝而制得的。 合金的性质比单纯的金属更优越 如普通钢中加入15%的铬和约0.5%的镍制不 锈钢，铝中加入铜、镁等制成硬铝。 当两种金属的电负性、化学性质和原子半 径相差不大时，形成的合金称为金属固熔 体，如铜镍、银金合金。这类合金的强度 和硬度一般都比组成它的各成分金属的强 度和硬度大。 笃学三 合金 2 1. 当两种金属元素的电负性或原子大小相差 较大时，形成的合金称为金属化合物，如 Ag3Al合金。这类合金通常具有较高的熔点 ，较大的强度，较高的硬度和耐磨性，但 塑性和韧性较低。 原子半径较小的氢、硼、氮等非金属元素 渗入过渡金属结构的间隙中，称为金属间 隙化合物或金属间隙固熔体。这类合金具 有很高熔点和很大的硬度，这主要是填隙 原子和金属原子之间存在共价键的原因。 下列有关金属元素的特性的叙述，正确 的是 ( )。 A金属元素原子只有还原性，离子只有氧 化性 B金属元素在化合物中一定显正化合价 C金属元素在不同的化合物中一定显不同 的化合价 D金属元素的单质在常温下均为金属晶体 解析 Fe2能被HNO3氧化表现还原性，A错；金属元素无 负化合价，B对；金属元素在不同的化合物中化合价不一 定相同，也不一定不同，C错；Hg在常温下呈液态，不是 晶体，D错。 答案 B 【慎思1】 金属的下列性质中，与自由电子无关的 是 ( )。 A密度大小 B易导电 C延展性好 D易导热 解析 对于金属，其易导电、导热性及延展性均与自由电 子有关。 答案 A 【慎思2】 某晶体具有金属光泽，熔点较高，能 否由此判断该晶体属于金属晶体_(填 “能”或“否”)，判断该晶体是否属于金 属晶体的最简单的实验方法是 _ _ _。 解析 具有金属光泽、熔点较高的晶体不一定是金属晶体 ，有些非金属晶体也具有此性质，但金属晶体固态时能导 电，而非金属晶体固态时不导电(石墨除外)。 答案 否 测试该晶体在固态时能否导电 【慎思3】 在金属晶体中，如果金属原子的价电子 数越多，原子半径越小，自由电子与金属 阳离子间的作用力越大，金属的熔沸点越 高。由此判断下列各组金属熔沸点高低顺 序，其中正确的是 ( )。 AMgAlCa BAlNaLi CAlMgCa DMgBaAl 解析 电荷数Al3Mg2Ca2Ba2LiNa，金 属阳离子半径：r(Ba2)r(Ca2)r(Na)r(Mg2)r(Al3 )r(Li)，则C正确；B中LiNa，D中AlMgBa。 答案 C 【慎思4】 结合金属晶体的结构和性质，回答以 下问题。 (1)已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu 、Mg、Zn、Au 其堆积方式为： 简单立方堆积的是_； 体心立方堆积的是_； 六方堆积的是_； 面心立方堆积的是_。 (2)根据下列叙述，判断一定为金属晶体的 是_。 A由分子间作用力形成，熔点很低 B由共价键结合形成网状晶体，熔点很高 C固体有良好的导电性、导热性和延展性 【慎思5】 解析 (1)简单立方堆积的空间利用率太低，只有金属Po采 取这种方式。体心立方堆积是上层金属原子填入下层的金 属原子形成的凹穴中，这种堆积方式的空间利用率比简单 立方堆积的高，多数金属是这种堆积方式。六方堆积按 ABAB方式堆积，面心立方堆积按ABCABC方式堆 积，六方堆积常见金属为Mg、Zn、Ti，面心立方堆积常见 金属为Cu、Ag、Au。 (2)A项属于分子晶体；B项属于原子晶体；而C项是金属的 通性。 答案 (1)Po Na、K、Fe Mg、Zn Cu、Au (2)C 金属晶体中金属原子有三种常见的堆 积方式，六方堆积、面心立方堆积和体心 立方堆积，下图(a)、(b)、(c)分别代表这三 种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数比 为 ( ) 。 【慎思6】 A321 B1184 C984 D21149 答案 A 合金有许多特点，如钠、钾合金为液体 ，而Na、K的单质均为固体，据此推断，生 铁、纯铁、碳三种物质中熔点最低的是 ( )。 A纯铁 B生铁 C碳 D无法确定 答案 B 【慎思7】 现代建筑的门窗框架常用电解加工成的 古铜色的硬铝制造，取硬铝合金进行如下 实验。(每一步试剂均过量) 【慎思8】 由此可推知硬铝的组成为 ( )。 AAl、Cu、Mg、Si、Mn BAl、Mg、Si、Zn CAl、Fe、C、Cu DAl、Si、Zn、Na 答案 C 金属键的本质：金属阳离子与自由电子之 间的强烈相互作用。 影响金属键强弱的因素：主要决定于金属 元素的原子半径的大小和单位体积内价电 子数的多少。 要点一 | 金属键及其对金属物理性质的影响 1 2金属键成键微粒：金属阳离子、自由电子。 3金属键的特征：无方向性和饱和性。 4 5金属导电与电解质溶液导电的比较 运动的微粒 过程中发 生的变化 温度对导电能力的影响 金属导电自由电子物理变化升温，导电性减弱 电解质溶 液导电 阴、阳离子化学变化升温、导电性增强 金属的熔点、硬度等取决于金属键的强弱。一般来说，金 属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，因 而晶体熔点越高，硬度越大。 6.影响金属单质熔点、硬度的因素 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，一般来说，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 ( )。 A镁的硬度大于铝 B镁的熔、沸点低于钙 C镁的硬度大于钾 D钙的熔、沸点高于钾 【例1】 解析 本题为信息给予题，主要考查学生的自学能力、思 维能力和原子结构知识。 根据题目所给予信息：镁和铝的电子层数相同。价电子 AlMg，原子半径：AlMg，金属键强弱MgCa，所以B不正 确，用以上比较方法可推出：价电子数MgK；原子半径 ：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；原子 半径：KCa，金属键：CaK；熔点：CaK，所以D正确。 答案 AB “三看”确定原子半径大小：先看层(电子层)层多半 径大；层同看核(核电荷数)，核大半径小；核(核电 荷数)同看电子(核外电子)，电子多半径大。 在核电荷数为118的元素中，其单 质属于金属晶体的有_，这些金属晶 体中，密度最小的是_，地壳中含量 最多的是_，熔点最低的是_ ，既能与酸，又能与碱反应的是_ ，单质的还原性最强的是_。 解析 金属元素在周期表中的位置，一般可根据周期、族 和主族序数来推断。凡是周期序数大于主族序数的元素为 金属元素。若两序数相等的元素一般为既能与酸又能与碱 反应的金属元素。周期序数小于主族序数的元素一般为非 金属元素。 答案 Li、Be、Na、Mg、Al Li Al Na Al Na 【体验1】 要点二 | 金属和金属晶体 1.金属晶 体结构 构成粒子：金属原子（金属阳离子、自由电子） 作用力：金属阳离子与自由电子间强烈的相互作用 2.物理 性质 相同点：有金属光泽、易导电、易导热、有良好的延 展性 不同点：熔点高低不同，硬度大小不同 3.金属的 分类 常见金属：Fe、Cu、Al等 稀有金属：钼、锆、铌等 分 类 依 据 冶金 工业 黑色金属：Fe、Cr、Mn 有色金属：Fe、Cr、Mn以外的金属 密度 大小 重金属（4.5 gcm-3):Fe、Cu等 轻金属（4.5 gcm-3):Mg、Al等 地壳中 的含量 （1）在生活生产中使用最广泛的金属是铁 （一般是铁与碳的合金）； （2）地壳中含量最多的金属元素是铝（Al ）； （3）自然界中最活泼的金属元素是铯（Cs ）； （4）最稳定的金属单质是金（Au）； （5）最硬的金属单质是铬（Cr）； （6）熔点最高的金属单质是钨（3 413 ）（W）； （7）熔点最低的金属单质是汞（39 ） （Hg）； （8）延展性最好的是金（Au）； （9）导电性能最好的是银（Ag）； （10）密度最大的是锇（22.57 gcm3）（ Os）。 两种或两种以上的金属（或金属与非金属 ）的融合体。 4.金属之最 5.合金 铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、 易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要 用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列 与这些用途无关的性质是 （ ）。 A.不易生锈 B.导电性好 C.密度小 D.强度高 解析 根据铝镁合金具有的性质及其用途来看，导电性好 与这些用途无关。 答案 B 【例2】 通常，合金的某些性质比纯金属更优越。 下列性质不属于合金性质的是 （ ）。 A.合金的熔点一般比组成它的任一组分的熔 点都低 B.合金比组成它的任一组分的硬度都大 C.合金是混合物 D.Mg、Al组成的合金不与盐酸反应 解析 考查合金的性质，A项是合金的性质，正确；B项不 一定，合金的机械强度优于组分金属，但不一定是硬度； C项是合金的性质，正确；D项合金是混合物，所以化学性 质与组分金属相同，D项错。 答案 BD 【体验2】 1.三维空间模型常见的四种结构 要点三 | 堆积模型与晶胞 堆积 模型 命 名 表示 符号 类 型 晶胞 每个晶 胞所含 原子数 采纳这种堆积 的典型金属 配 位 数 空间