高中化学 第3章 第3节 金属晶体课件 新人教版选修3.ppt

成才之路 化学 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 晶体结构与性质 第三章 第三节金属晶体 第三章 在广东省某一山区的村寨里 前些年连续出生的净是女孩 人们急了 照这样下去 这个地区岂不变成女儿国了吗 有的人求神拜佛 也无济于事 有位风水老者说道 地质队在后龙山寻矿 把龙脉破坏了 这是风水的报应啊 于是 迷信的村民千方百计地找到了原来在此地探矿的地质队 闹着要他们赔 风水 地质队又回到了这个山寨 进行了深入的调查 终于找到了原因 原来是在探矿的时候 钻机把地下含铍的泉水引了出来 扩散了铍的污染 使饮用水的铍含量大为提高 长时间饮用这种水 就会导致生女而不生男 经过治理 情况得到了好转 在 女儿国 里又生出男孩了 卫星 飞船 飞机 大炮和生活用品都离不开金属 为什么金属具有优良的导电 导热 延展性 构成金属的粒子是什么 金属晶体内部的作用力是什么 学习目标 1 金属键 1 在金属单质的晶体中 原子之间以 相互结合 构成金属晶体的粒子是 和 2 描述金属键本质的最简单理论是 理论 该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的 形成遍布整块晶体的 被所有原子所共用 从而把所有金属原子维系在一起 金属键 金属阳离子 自由电子 电子气 价电子 电子气 3 金属键的强度差别 例如 金属钠的熔点较低 硬度较小 而钨是熔点最高的金属 这是由于 不同的缘故 一般来说 金属的 越小 金属键越强 金属的 越多 金属键越强 4 金属材料有良好的延展性 由于金属键 方向性 当金属受到外力作用时 而不会破坏金属键 金属材料有良好的导电性是由于金属晶体中的 发生定向移动 金属的热导率随温度升高而降低是由于在热的作用下 频繁碰撞 阻碍了 的传递 很大 形成的金属键 原子半径 价电子数 强弱 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 自由电子与金属原子 自由电子对能量 2 金属晶体的原子堆积模型金属原子在二维平面里有两种排列方式 一种是 填 密置层 或 非密置层 其配位数为 另一种是 填 密置层 或 非密置层 其配位数为 金属晶体可看作是金属原子在 空间中堆积而成 有如下基本模式 1 简单立方堆积 是按 填 密置层 或 非密置层 方式堆积而成 其空间利用率 晶胞构成 一个立方体 个原子 如 非密置层 4 密置层 6 三维 非密置层 比较低 1 金属钋 2 体心立方堆积是按 填 密置层 或 非密置层 方式堆积而成 晶胞构成 立方 个原子 如碱金属 3 六方最密堆积和面心立方最密堆积六方最密堆积和面心立方最密堆积是按照 填 密置层 或 非密置层 的堆积方式堆积而成 配位数均为 空间利用率均为 六方最密堆积 按 方式堆积 面心立方最密堆积 按 方式堆积 非密置层 体心 两 密置层 12 74 abababab abcabcabc 3 混合晶体石墨中碳原子采取 杂化 形成平面六元并环结构 层内碳原子核间距 金刚石中碳原子核间距 层间碳原子通过 维系 sp2 小于 范德华力 1 1 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 2 金属导电与电解质溶液导电有什么区别 提示 1 有阳离子 不一定有阴离子 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 2 金属导电一般为物理变化 仅仅是自由电子做定向移动而形成电流 而电解质溶液导电则是化学变化 溶液中阴阳离子定向移动并在电极上发生氧化还原反应 自主探究 2 金属晶体采用密堆积的原因是什么 提示 由于金属键没有饱和性和方向性 金属原子能从各个方向互相靠近 从而导致金属晶体最常见的结构形式是堆积密度大 原子配位数高 能充分利用空间 3 能够导电 导热 有金属光泽的晶体是否一定属于金属晶体 提示 不一定 有些非金属也可以导电 导热 有金属光泽等 如单质硅 4 金属形成合金以后为什么有的物理性质会发生很大变化 如纯铝的硬度不大 形成硬铝合金后 硬度就很大 可以用来制造飞机 提示 这是因为金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时 就像在滚珠之间掺入了细小而坚硬的沙土或碎石一样 这样就可以影响金属的延展性甚至硬度等 教材点拨 3 金属键的本质 电子气理论 金属原子对外围电子的束缚力不强 从金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的 电子气 正是由于 自由电子 在整个金属固体中不停的运动 被所有金属原子所共用 从而把所有金属原子维系在一起 使得体系的能量大大降低 金属键本质上也是一种电性作用 4 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 把所有原子维系在一起 所以金属键没有饱和性和方向性 5 金属键的作用金属晶体硬度的大小及熔 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 沸点越高 硬度越大 6 影响金属键的因素金属键的强弱决定于金属阳离子所带电荷及阳离子半径 一般阳离子所带电荷越多 半径越小 金属键越强 金属单质的熔 沸点越高 硬度越大 如熔点 li na k rb cs na mg al 金属键的强弱不仅仅影响金属的物理性质 也可以影响金属的化学性质 2 金属晶体定义 金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体 金属单质和金属合金都是金属晶体 金属离子的运动状态是在一定范围内振动而不是自由移动 3 金属物理性质的解释金属的物理性质具有通性源于其结构上的共同点 我们应该在正确理解金属键的 电子气 理论的基础上来解释金属的通性 1 金属晶体具有金属光泽和颜色绝大多数金属都是银白色的 具有金属光泽的晶体 少部分金属晶体有颜色 这是由于自由电子能对可见光进行选择性吸收和反射 从而使金属晶体具有不同的颜色和光泽 2 金属的导电性 导热性导电性 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 铝 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 从区域获得能量的电子会向别处运动并发生碰撞 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 金属的导热性可以解释生活中常见的一些现象 比如 在冬天我们感觉金属制品比木制品更凉 原因是当人接触到金属时 金属很快将人体的热量传递出去 因为木制品不易导热 所以当人接触到木制品时 身体的热量不易散失 3 金属的延展性延展性实际上是延性和展性的合称 延性指拉成细丝 展性指轧成薄片 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 不同的金属延展性不同 延展性最好的是金 1g金能拉成3 2km的细丝 可压制成万分之一毫米厚的薄片 提示 导电性和导热性最好的金属是银 密度最小的金属是锂 密度最大的金属是锇 熔点最低的金属是汞 熔点最高的金属是钨 硬度最大的金属是铬 延展性最好的金属是金 4 金属熔沸点高低的比较 1 同周期金属单质 从左到右 如na mg al 熔沸点升高 2 同主族金属单质 从上到下 如碱金属 熔沸点降低 3 合金的熔沸点比其各成分金属的熔沸点低 4 金属晶体熔点差别很大 如汞常温为液体 熔点很低 38 9 而铁等金属熔点很高 1535 典例透析 c 金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用 故金属键无饱和性和方向性d 构成金属的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动 解析 从构成微粒的基本性质看 金属键与离子键的实质类似 都属于电性作用 特征都是无方向性和饱和性 自由电子是由金属原子提供的 并且在整个金属内部的三维空间内运动 为整个金属的所有阳离子所共用 从这个角度看 金属键与共价键有类似之处 但两者又有明显的不同 如金属键无方向性和饱和性 答案 b 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再发射出来 因而金属一般显银白色光泽 金属导电性是在外加电场作用下 电子气中的电子定向移动形成电流 导热性是自由电子受热后与金属离子发生碰撞 传递能量的结果 良好的延展性是原子层滑动 金属键未被破坏 答案 a 点评 电子气理论 适合于解释金属良好的导电性 导热性和延展性 电子气理论 不涉及对金属的还原性 失电子能力 等的解释 1 2014 试题调研 下列叙述错误的是 a 金属单质或合金在固态或液态时都能导电b 金属晶体中的自由电子属整个晶体共有c 晶体中只要存在阳离子 就一定有阴离子d 金属镁比金属钠的熔点高 是因为金属镁中的金属键强 变式训练 解析 金属单质或合金在固态或液态时都存在自由电子 故都能导电 a正确 金属晶体中的自由电子可以在整个金属晶体中自由移动 故自由电子为整个晶体共有 b正确 在金属晶体中存在金属阳离子和自由电子 不存在阴离子 故c错误 金属原子半径越小 单位体积内自由电子数越多 则金属键越强 其熔 沸点越高 故d正确 答案 c 2 2014 经典习题选萃 金属镍在电池 合金 催化剂等方面应用广泛 下列关于金属及金属键的说法正确的是 a 金属键具有方向性与饱和性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 解析 金属键没有方向性和饱和性 a错 金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用 b正确 金属导电是因为在外加电场作用下自由电子发生定向移动 c错 金属具有光泽是因为自由电子能够吸收并放出可见光 d错 答案 b 教材点拨 体心立方堆积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 这种堆积方式所得的晶胞是一个含有两个原子的立方体 一个原子在立方体的顶角 另一个原子在立方体的中心 其空间的利用率比简单立方堆积高 碱金属属于这种堆积方式 2 密置层在三维空间堆积 六方最密堆积如图所示 按abababab 的方式堆积 面心立方最密堆积如图所示 按abcabcabc 的方式堆积 提示 由于金属键没有饱和性和方向性 金属原子能从各个方向互相靠近 从而导致金属晶体最常见的结构形成是堆积密度大 原子配位数高 能充分利用空间的形式 3 金属晶体的原子堆积模型对比 提示 1 金属晶体在受外力作用下 各层之间发生相对滑动 但金属键并没有被破坏 2 金属晶体中只有金属阳离子 无阴离子 3 原子晶体的熔点不一定都比金属晶体的高 如金属钨的熔点就高于一般的原子晶体 4 分子晶体的熔点不一定都比金属晶体的低 如汞常温下是液体 熔点很低 典例透析 a 为简单立方堆积 为六方最密堆积 为体心立方堆积 为面心立方堆积b 每个晶胞含有的原子数分别为 1个 2个 2个 4个c 晶胞中原子的配位数分别为 6 8 8 12d 空间利用率的大小关系为 解析 1 易错选项分析本题易错选c的原因在于不熟悉每种堆积模型的配位数 晶胞 中的配位数应为12 2 其他错误选项分析 答案 b 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 传热性和延展性 3 下列关于金属晶体的叙述正确的是 a 常温下 金属单质都以金属晶体形式存在b 金属阳离子与自由电子之间的强烈作用 在一定外力作用下 不因形变而消失c 钙的熔 沸点高于钾d 温度越高 金属的导电性越好 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 六方最密堆积按abab 方式堆积 面心立方最密堆积按abcabc 方式堆积 六方最密堆积常见金属为mg zn ti 面心立方最密堆积常见金属为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 3 常温下 hg为液态 a错 因为金属键无方向性 故金属键在一定范围内不因形变而消失 b正确 钙的金属键强于钾 故熔 沸点高于钾 c正确 温度升高 金属的导电性减弱 d错 答案 1 pona k femg zncu au 2 c 3 bc 3 2014 山东师大附中月考 如下图所示 下列说法不正确的是 a 此种堆积方式为面心立方最密堆积b 该种堆积方式每一层上为密置层c 该种堆积方式可用符号 abcabcabc 表示d 金属mg就属于此种堆积方式 变式训练 解析 观察题图 该晶体为 abcabcabc 的面心立方最密堆积 每一层上为密置层 金属mg属于六方最密堆积方式 所以d错误 答案 d 4 2014 陕西五校联考 第四周期金属元素d的m能层为全充满状态 其核外的未成对电子只有一个 则 d的基态原子中有 种能量不同的电子 d2 的价电子排布式为 图中 填 甲 乙 或 丙 表示的是d晶体中微粒的堆积方式 若该晶体中的一个晶胞的边长为acm 则d晶体的密度为 写出含a的表达式 用na表示阿伏加德罗常数的值 若d的原子半径为r 则d晶胞这种堆积模型的空间利用率为 用含r的式子表示 不需化简 解析 由题意可推知d是铜元素 其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1 核外电子排布在7个不同的能级上 因此有7种能量不同的电子 cu2 价电子排布式为3d9 晶体cu是面心立方最密堆积 故选乙 教材点拨 1 石墨的晶体结构石墨是层状结构的晶体 在每一层内 碳原子排列成六边形 一个个六边形排列成平面的网状结构 每一个碳原子都跟其他三个碳原子相结合 在同一层内 相邻的碳原子以共价键相结合 层与层之间以分子间作用力相结合 石墨晶体中每个碳原子提供三个电子参加成键形成平面网状结构 碳原子最外层上的另一个电子成为自由电子 并通过自由电子在层间产生范德华力 石墨的很多性质与自由电子有关 2 石墨晶体不是原子晶体 而是原子晶体与分子晶体之间的一种过渡型晶体 3 石墨晶体的物理性质由于石墨晶体结构的特殊性 它的物理性质为熔点很高 有良好的导电性 还可作润滑剂 2 石墨与金刚石的比较 典例透析 2 固态时 c60属于 填 原子 或 分子 晶体 c60分子中含有双键和单键 推测c60跟f2 填 能 或 不能 发生加成反应 3 硅晶体的结构跟金刚石相似 1mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是 na个 二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入一个氧原子 二氧化硅的空间网状结构中 硅 氧原子形成的最小环上氧原子数目是 4 石墨层状结构中 平均每个正六边形拥有的碳原子个数是 个 答案 1 b 2 分子能 3 26 4 2 5 双选 下列关于石墨的说法正确的是 a 由于石墨是层状结构 所以其晶体类型是原子晶体b 石墨晶体中最小环上有6个碳原子 每个环实际占有2个碳原子c 石墨晶体中最小环上有6个碳碳键 每个环实际占有3个碳碳键d 石墨与金刚石之间的转化是物理变化 变式训练 解析 石墨是层状结构 所以其晶体类型兼有原子晶体的特点 但不能认为石墨是原子晶体 a错误 石墨晶体中最小环上有6个碳原子 每个碳原子被3个环共有 根据均摊法 每个环实际占有2个碳原子 b正确 石墨晶体中最小环上有6个碳碳键 每个碳碳键被2个环共有 所以每个环实际占有3个碳碳键 c正确 石墨与金刚石之间的转化是化学变化 d错误 答案 bc 1 下列关于金属元素特征的叙述正确的是 金属元素的原子只有还原性 离子只有氧化性 金属元素在化合物中显正价 通常情况下 还原性越强的金属 其对应的离子氧化性越弱 金属元素只有金属性 没有非金属性 价电子数越多 金属性越强 铵盐中一定不含有金属元素 原子晶体都是由非金属元素组成的 都不含有金属元素a 都正确b 除 外都正确c 只有 正确d 都不正确 解析 有些金属离子有还原性 如fe2 错 金属元素只有正化合价 金属原子越容易失去电子 其对应的离子 如fe对应fe2 就越难得到电子 即氧化性越弱 正确 位于硼 砹分界线附近的元素既有金属性也有非金属性 错 al的价电子数比na多 但na的金属性比al强 nh4 2cr2o7等铵盐中含有金属元素 aln等原子晶体中含有金属元素 错 答案 c 2 2014 福州二月中考 金属具有延展性的原因是 a 金属原子半径都较大 价电子较少b 金属受外力作用变形时 金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈作用c 金属中大量自由电子受外力作用时 运动速度加快d 自由电子受外力作用时能迅速传递能量 答案 b 3 石墨晶体是层状结构 在每一层内 每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合 如图是其晶体结构的俯视图 则图中7个六元环完全占有的碳原子数是 a 10个b 18个c 24个d 14个 解析 每个六元环完全占有碳原子2个 则7个六元环完全占有的碳原子数为14个 答案 d 4 下列叙述不正确的是 a 金属键无方向性和饱和性 原子配位数较高b 晶体尽量采取紧密堆积方式 以使其变得比较稳定c 因为共价键有饱和性和方向性 所以原子晶体不遵循 紧密堆积 原理d 金属铜和镁均以abab 方式堆积 解析 晶体一般尽量采取紧密堆积方式 但金属键没有饱和性和方向性 原子晶体共价键有饱和性和方向性 所以不遵循紧密堆积方式 mg以abab 方式堆积 但cu以abcabc 方式堆积 答案 d 5 2014 山东五校诊断 如下图所示为几种晶体的晶胞 晶胞分别表示的物质正确的顺序是