黑龙江省虎林市高二化学 第三节《金属晶体》课件 新人教版

1、 第三节第三节 金金 属属 晶晶 体体学习目标：学习目标：1.1.掌握金属键和电子气理论掌握金属键和电子气理论2.2.能用电子气理论和金属晶体的有关知识能用电子气理论和金属晶体的有关知识 解释金属的性质解释金属的性质金属样品金属样品 容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。二、金属的二、金属的结构：结构：问问题：题：构构成金属的粒子有哪些？成金属的粒子有哪些？一一、金属共同的物理性质：金属共同的物理性质：思考思考2 2：金属为什么具有这些共同性质呢金属为什么具有这些共同性质呢? ?思考思考1:1:从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢从上述金属

2、的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢? ? 由于金属原子的最外层电子数较由于金属原子的最外层电子数较少少, ,容易失去电子成为容易失去电子成为金属离子金属离子, ,金属金属原子释放出的价电子不专门属于某个原子释放出的价电子不专门属于某个特定的金属离子特定的金属离子, ,而为许多金属离子而为许多金属离子所共有所共有, ,并在整个金属中自由运动并在整个金属中自由运动, ,这这些电子又称为些电子又称为自由电子自由电子。金属原子脱金属原子脱落下来落下来的价电子形成遍布整个晶的价电子形成遍布整个晶体的体的“电子电子气气”，被，被所有所有原子所原子所共用，从而把所共用，从而把所有的原子维有的原子维系在一

3、起。系在一起。1.“1.“电子气理论电子气理论”( (自由电子理论自由电子理论) )： 金属离子金属离子和和自由电子自由电子之间的之间的强烈的相互作用叫做金属键强烈的相互作用叫做金属键（电子气理论）（电子气理论）2.2.金属键：金属键：特征：特征：没有方向性，也没有饱和性，成键没有方向性，也没有饱和性，成键电子可以在金属中自由移动。电子可以在金属中自由移动。组成粒组成粒子：子： 金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子金属离子和自由电子之间的较强作金属离子和自由电子之间的较强作用用 金属键金属键作用力：作用力：3.金金属晶体：属晶体：通过金属键作用形成的单质通过金属键作用形成的单质晶体晶体常温

4、下，绝常温下，绝大多数金属单质大多数金属单质和和合金合金都是金属晶都是金属晶体体，但，但汞除外汞除外，因汞在常温下呈液态。，因汞在常温下呈液态。金属晶金属晶体的熔沸点差别较大。体的熔沸点差别较大。不存在单个分子或原子。不存在单个分子或原子。“有阳离子而无阴离子有阳离子而无阴离子”是金属独有的特性。是金属独有的特性。【讨论讨论1 1】 金属为什么易导金属为什么易导电？电？ 在金属晶体在金属晶体中，充满着带负电的中，充满着带负电的“电子电子气气”( (自自由由电子电子) )，这些，这些“电子气电子气”的的运动是没有运动是没有一定方向的，但一定方向的，但在外加电场的条在外加电场的条件件下下“电子气电

5、子气”就就会会发生定向运动发生定向运动，因而形成电流，所以金属容，因而形成电流，所以金属容易导电。导电性随易导电。导电性随温度升高而降低温度升高而降低。(1). 对金对金属导电属导电性的解释：性的解释：4.“4.“电子气电子气”理论对金属的物理性质的解释理论对金属的物理性质的解释即：金属晶体的结构与金属性质的内在联系即：金属晶体的结构与金属性质的内在联系 不同的金属导电能力不同，导电性最强的不同的金属导电能力不同，导电性最强的三中金属是：三中金属是：Ag、Cu、Al晶体类型晶体类型电解质电解质金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态导电粒子导电粒子导电时发生的变化导电时发生的变化导电能力随温

6、度的变导电能力随温度的变化化水溶液或水溶液或熔融状态下熔融状态下思考：思考：电解质在熔化状态或溶于水能导电，这与电解质在熔化状态或溶于水能导电，这与金属导电的本质是否相同？金属导电的本质是否相同？【讨论讨论2】金属为什么易导热？金属为什么易导热？ “电子气电子气”中的中的自自由电子由电子在运动时经常在运动时经常与金属离与金属离子碰撞子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。快，通过碰撞，把能量传给金属离子。 金属容易导金属容易导热，是

7、由于热，是由于“电子气电子气”（自由电子）（自由电子）在热的作用下与金属原子在热的作用下与金属原子频繁频繁碰撞从而把能量从温碰撞从而把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。到相同的温度。(2). 对金对金属导热属导热性的解释：性的解释：【讨论讨论3 3】金属为什么具有较好的延展性？金属为什么具有较好的延展性？ 金属晶金属晶体受外力作用时，晶体中的各原子层就会发体受外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，弥漫在金属生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中

8、滚珠之间润滑剂的原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以在各原子层之间发生相对滑动之后，金属键作用，所以在各原子层之间发生相对滑动之后，金属键未被破坏，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作未被破坏，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延展性。用下，发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延展性。(3). 对金对金属延展属延展性的解释：性的解释：自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子错位错位+ + + + + + +(4).(4).金属光泽和颜色金属光泽和颜色：p由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很由于自由电子可吸收所有频

9、率的光，然后很快释放出各种频率的光，因此绝大多数金属快释放出各种频率的光，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收某些频率铜、金、铯、铅等）由于较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。的光而呈现较为特殊的颜色。p当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。出去，所以成黑色。【总结】金属晶体的结构与性质的关系 导电性导电性导热性导热性延展性延展性金属离金属离子和自子和自由电子由电子自由电子

10、在外自由电子在外加电场的作用加电场的作用下发生定向移下发生定向移动动自由电子与自由电子与金属离子碰金属离子碰撞传递热量撞传递热量晶体中各原晶体中各原子层相对滑子层相对滑动仍保持相动仍保持相互作用互作用5.5.金属晶体的熔点和沸点：金属晶体的熔点和沸点： 金属原子金属原子价电子价电子(金属阳离子所带电荷金属阳离子所带电荷) )越越多、多、离子离子半径半径越越小小，金属离子与自由电子的作用力金属离子与自由电子的作用力(金属键金属键)就越就越强强。一般情况下，金属晶体熔点由一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱金属键强弱决定。决定。金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。金属键越强，熔点就相应越高，硬

11、度也越大。影响金属键强弱的因素：影响金属键强弱的因素：课堂反馈练习：课堂反馈练习：1.下下列说法错误的是（列说法错误的是（ ）A、镁的硬度大于铝、镁的硬度大于铝B、镁的熔沸点低于钙、镁的熔沸点低于钙C、镁的硬度大于钾、镁的硬度大于钾D、钙的熔沸点高于钾、钙的熔沸点高于钾AB 2.下下列四中有关性质的描述，可能是金属晶列四中有关性质的描述，可能是金属晶体的是（体的是（ ） A、有分子间作用力结合而成，熔点很低、有分子间作用力结合而成，熔点很低 B、固体或熔融态易导电，熔点较高、固体或熔融态易导电，熔点较高 C、由共价键结合成网状晶体，熔点很高、由共价键结合成网状晶体，熔点很高 D、固体不导电，熔

12、融态也不导电，但溶于、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于水后能导电水后能导电B【思考思考1 1】已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减，试用金属键理论加以解释。增大而递减，试用金属键理论加以解释。 【思考思考2 2】试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小。度的大小。 同周期元素，从左到右，价电子数依次增大，原同周期元素，从左到右，价电子数依次增大，原子（离子）半径依次减弱，则单质中所形成金属子（离子）半径依次减弱，则单质中所形成金属键依次增强，故钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬键依次增强，故钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度

13、的大小顺序是：钠镁铝。度的大小顺序是：钠镁铝。同主族元素价电子数相同（阳离子所带电荷数相同主族元素价电子数相同（阳离子所带电荷数相同），从上到下，原子（离子）半径依次增大，同），从上到下，原子（离子）半径依次增大，则单质中所形成金属键依次减弱，故碱金属元素则单质中所形成金属键依次减弱，故碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减的熔沸点随原子序数的增大而递减。3.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（ ）A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用B金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.金属离子与自由电子间的相互作用金属离子与自由电子间的相互作用 D.金属原子与

14、自由电子间的相互作用金属原子与自由电子间的相互作用4.金属能导电的原因是（金属能导电的原因是（ ）A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱作用较弱 B.金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可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发生定向移动 C.金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动可发生定向移动 D.金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子 CB5.下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ）A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离任何晶体中，若含有阳离子

15、也一定含有阴离子子B.原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键离子晶体中只含有离子键，不含有共价键 D.分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键他化学键6.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？B知识回顾：三种晶体类型与性质的比较晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念作用力作用力构成微粒构成微粒物物理理性性质质熔沸点熔沸点硬度硬度导电性导电性实例实例共价键共价

16、键范德华力范德华力金属键金属键原子原子分子分子金属阳离子金属阳离子和自由电子和自由电子很高很高很低很低差别较大差别较大很大很大很小很小差别较大差别较大无（硅为半导体）无（硅为半导体）无无导体导体相邻原子之间以共价相邻原子之间以共价键相结合而成具有空键相结合而成具有空间网状结构的晶体间网状结构的晶体分子间以范德分子间以范德华力相结合而华力相结合而成的晶体成的晶体通过金属键通过金属键形成的晶体形成的晶体金刚石、二氧化硅、金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅晶体硅、碳化硅 Ar、S 等等Au、Fe、Cu、钢铁等钢铁等资料资料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属是- 汞汞 -38.87熔点最高的

17、金属是熔点最高的金属是- 钨钨 3410密度最小的金属是密度最小的金属是- 锂锂 0.53g/cm3密度最大的金属是密度最大的金属是- 锇锇 22.57g/cm3硬度最小的金属是硬度最小的金属是- 铯铯 0.2硬度最大的金属是硬度最大的金属是- 铬铬 9.0最活泼的金属是最活泼的金属是-铯铯最稳定的金属是最稳定的金属是-金金延性最好的金属是延性最好的金属是-铂铂 铂丝直径：铂丝直径：mm展性最好的金属是展性最好的金属是- 金金 金箔厚：金箔厚： mm50001100001第二课时第二课时学习目标：学习目标： 掌握金属晶体的四种原子堆积模型掌握金属晶体的四种原子堆积模型第三节第三节金属晶体金属晶

18、体三、金属晶体的原子堆积模型三、金属晶体的原子堆积模型 由于金属键没有方向性，每个金属由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，所原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。圆球的三维空间堆积而成的。1、理论基础：、理论基础：堆积原理：堆积原理： 组组成晶体的金属原子在没有其他因素影响成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都遵循时，在空间的排列大都遵循紧密堆积紧密堆积原理。这原理。这是因为是因为金属键没有方向性金属键没有方向性，因此都趋向于使金，因此都趋向于使金属原子吸引更多的

19、其他原子分布于周围，并以属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。较稳定。紧密堆积：紧密堆积：微粒之间的作用力，使微粒间尽微粒之间的作用力，使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。可能的相互接近，使它们占有最小的空间。空间利用率：空间利用率：空间被晶格质点占据的百分数。空间被晶格质点占据的百分数。用来表示紧密堆积的程度。用来表示紧密堆积的程度。配位数：配位数：在密堆积中，一个原子或离子周围在密堆积中，一个原子或离子周围距离最近且相等的原子或离子的数目。距离最近且相等的原子或离子的数目。几个概念：几个概

20、念： 2 2、二维、二维堆积：堆积：I I 型型II II 型型配位数为配位数为4 4配位数为配位数为6 6密置层密置层非密置层非密置层1234123456（1 1）. .简单立方堆积：简单立方堆积：3 3、金属晶体基本构型金属晶体基本构型 非密置层堆积非密置层堆积，空间利用率低（，空间利用率低（52%52%）配位数是配位数是 个个. .只有金属（只有金属（PoPo）采取这种堆积方式）采取这种堆积方式6金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成。金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成。 （2 2）钾型）钾型-体心立方堆体心立方堆积积：这种堆积晶胞是一个体心立方，这种堆积晶胞是一个体心立方，

21、每个晶胞每个晶胞含每个晶胞每个晶胞含 个原子，个原子，空间利用率不高（空间利用率不高（68%68%），属于），属于非非密置层堆积密置层堆积，配位数为，配位数为 ，许许多金属（如多金属（如Na、K、Fe等）等）采取采取这种堆积方式。这种堆积方式。28123456 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的 )123456AB， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。密的堆积方式。金属晶体的两种最密堆积方式金属晶体的两种最密堆积方式镁型和铜型镁型和铜型（3 3）镁型和