高中化学《金属键金属晶体》课件苏教版选修

1、专题专题3 3 微粒间作用力与物质性质微粒间作用力与物质性质已学过的金属知识已学过的金属知识金属的分类金属的分类按密度分按密度分重金属：铜、铅、锌等重金属：铜、铅、锌等 轻金属：铝、镁等轻金属：铝、镁等 冶金工业冶金工业黑色金属：铁、铬、锰黑色金属：铁、铬、锰 有色金属：除铁、铬、锰以外的金属有色金属：除铁、铬、锰以外的金属 按储量分按储量分常见金属：铁、铝等常见金属：铁、铝等 稀有金属：稀有金属：锆、钒、钼锆、钒、钼4.5g/cm3 大家都知道晶体有固定的几何外形、有大家都知道晶体有固定的几何外形、有固定的熔点，水、干冰等都属于分子晶体，固定的熔点，水、干冰等都属于分子晶体，靠范德华力结合在

2、一起，金刚石等都是原子靠范德华力结合在一起，金刚石等都是原子晶体，靠共价键相互结合，那么我们所熟悉晶体，靠共价键相互结合，那么我们所熟悉的铁、铝等金属是不是晶体呢？它们又是靠的铁、铝等金属是不是晶体呢？它们又是靠什么作用结合在一起的呢？什么作用结合在一起的呢？教科书教科书 P321.1.非金属原子之间通过共价键结合成单质或化合物，非金属原子之间通过共价键结合成单质或化合物，活泼金属与活泼非金属通过离子键结合形成了离子活泼金属与活泼非金属通过离子键结合形成了离子化合物。那么，金属单质中金属原子之间是采取怎化合物。那么，金属单质中金属原子之间是采取怎样的方式结合的呢？样的方式结合的呢？2.2.你能

3、归纳出金属的物理性质吗你能归纳出金属的物理性质吗? ?你知道金属为什么具你知道金属为什么具有这些物理性质吗有这些物理性质吗? ?金属键与金属的特性金属键与金属的特性分析：分析： 通常情况下，金属原子的部分或全部外围电子通常情况下，金属原子的部分或全部外围电子受原子核的束缚比较弱，在金属晶体内部，它们可受原子核的束缚比较弱，在金属晶体内部，它们可以从以从金属原子上金属原子上“脱落脱落”下来的价电子，形成自由下来的价电子，形成自由流动的电子。这些电子不是专属于某几个特定的金流动的电子。这些电子不是专属于某几个特定的金属离子，是均匀分布于整个晶体中。属离子，是均匀分布于整个晶体中。#电子在金属晶体中

4、运动，属于整个金属晶体电子在金属晶体中运动，属于整个金属晶体（1）定义：定义：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。（2）形成）形成 成键微粒成键微粒: 金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子 存存 在在: 金属单质和合金中金属单质和合金中（3）方向性）方向性: 无方向性无方向性1.1.金属键金属键本质：是一种静电作用，本质：是一种静电作用， 大多数金属单质都有较高的熔点，说明了什么？大多数金属单质都有较高的熔点，说明了什么？说明金属晶体中存在着强烈的相互作用说明金属晶体中存在着强烈的相互作用;影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素（1）金属元素的

5、原子半径）金属元素的原子半径（2）单位体积内自由电子的数目）单位体积内自由电子的数目一般而言：一般而言： 金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子数目越大，金属键金属元素的原子半径越小，单位体积内自由电子数目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。 如：如：同一周期金属原子半径越来越小，单位体积内自由电子数增加，故同一周期金属原子半径越来越小，单位体积内自由电子数增加，故熔点越来越高，硬度越来越大；同一主族金属原子半径越来越大，单位熔点越来越高，硬度越来越大；同一主族金属原子半径越来越大，单位体积内自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越

6、小。体积内自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。【总结【总结】金属元素的原子半径越小、单位体积内自金属元素的原子半径越小、单位体积内自由电子的数目越大，金属键越强，金属晶体的由电子的数目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。硬度越大，熔、沸点越高。用什么衡量金属键的强弱？用什么衡量金属键的强弱？根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素金属金属Na MgAlCr原子外围电子排布原子外围电子排布3s1 3s23s23p13d54s1原子半径原子半径/pm186160143.1124.9原子化热原子化热/kJmol-1108.4146.4

7、326.4397.5熔点熔点/97.56506601900部分金属的原子半径、原子化热和熔点部分金属的原子半径、原子化热和熔点 金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关，金属键的强弱又可以用原子金属的熔点、硬度与金属键的强弱有关，金属键的强弱又可以用原子化热来衡量。原子化热是指化热来衡量。原子化热是指1mol金属固体完全气化成相互远离的气金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。态原子时吸收的能量。有的金属软如蜡有的金属软如蜡,有的金属硬如钢有的金属硬如钢;有的金属熔点低有的金属熔点低,有的金属熔点高有的金属熔点高,为什么为什么?金属键无方向性，无固定的键能，金属键无方向性，无固定的键能，金

8、属键的强弱和自由电子的多少有关，金属键的强弱和自由电子的多少有关，也和离子半径、电子层结构等其它许也和离子半径、电子层结构等其它许多因素有关，很复杂。多因素有关，很复杂。金属键的特点：金属键的特点：2. 2. 金属的物理性质金属的物理性质 具有金属光泽具有金属光泽( (原因）原因）, ,能导电能导电, ,导热导热, ,具具有良好的延展性有良好的延展性, ,金属的这些共性是有金属金属的这些共性是有金属晶体中的化学键和金属原子的堆砌方式所导晶体中的化学键和金属原子的堆砌方式所导致的致的（1）导电性）导电性（2）导热性）导热性（3）延展性）延展性 通常情况下金属晶体内部电子的运动是自通常情况下金属晶

9、体内部电子的运动是自由流动的，但在外加电场的作用下会定向由流动的，但在外加电场的作用下会定向移动形成电流移动形成电流, ,所以金属具有导电性。所以金属具有导电性。（1）导电性）导电性（2）导热性）导热性 金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。金属达到相同的温度。（3）延展性）延展性 金属晶体中由于金属离子与自由电子间的金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用相互作用没有方向性没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，仍

10、可保，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂不易断裂, ,因此在一定强度的外力作用下因此在一定强度的外力作用下, ,金属可以发生金属可以发生形变形变, ,表现为良好的表现为良好的延展性延展性。金属的延展性金属的延展性自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子错位错位+ + + + + + +小结：小结：共共 性性金属晶体与性质的关系金属晶体与性质的关系导电性导电性导热性导热性延展性延展性在金属晶体中，存在许多自由电子，自由电子在外加电在金属晶体中，存在许多自由电子，自由电子在外加电场的

11、作用下，自由电子定向运动，因而形成电流场的作用下，自由电子定向运动，因而形成电流由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子碰撞并把能量从温度高的部分传导温度低的部分，从碰撞并把能量从温度高的部分传导温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度而使整块金属达到相同的温度由于金属晶体中金属键是没有方向性的，各原子层之间由于金属晶体中金属键是没有方向性的，各原子层之间发生相对滑动以后，仍保持金属键的作用，因而在一定发生相对滑动以后，仍保持金属键的作用，因而在一定外力作用下，只发生形变而不断裂外力作用下，只发生形变而不断裂合金合金(1)定义：定义：把两种或两种以上的金属

12、把两种或两种以上的金属(或金或金属与非金属属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。质叫做合金。 例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌、锌33%）；青铜是铜和锡的合金（含铜）；青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡、锡22%）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合物。合物。合金一般是将各组分熔合成均匀的液体，再经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。冷凝而制得的。(2) (2) 合金的特性合金的特性 合

13、金的熔点比其成分中金属合金的熔点比其成分中金属_ 具有比各成分金属更好的硬度、强度和具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。机械加工性能。 低低电负性和原子半径相差不大的两种金属元素电负性和原子半径相差不大的两种金属元素形成的合金的强度和硬度一般比它的组分金形成的合金的强度和硬度一般比它的组分金属属镁铝合金镁铝合金总总 结结 金属键的概念金属键的概念 运用金属键的知识解释金属的物理运用金属键的知识解释金属的物理性质的共性和个性性质的共性和个性 影响金属键强弱的因素影响金属键强弱的因素1.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. 金属键没有方向性金属键没有方

14、向性 B. 金属键是金属阳离子和自由电子之间存在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的强烈的静电吸引作用 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. 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B练练 习习2.下列有关金属元素特性的叙述正确的是下列有关金属元素特性的叙述正确的是 ( ) A. 金属原子只有还原性金属原子只有还原性,金属离子只有氧化性金属离子只有氧化性 B. 金属元素在化合物中一定显正化合价金属元素在化合物中一定显正化合价 C. 金属元素在不同化合物中化合价均不相同金属元素在不同化合物中化合价均不相同

15、 D. 金属元素的单质在常温下均为晶体金属元素的单质在常温下均为晶体B3. 金属的下列性质与金属键无关的是金属的下列性质与金属键无关的是( ) A. 金属不透明并具有金属光泽金属不透明并具有金属光泽 B. 金属易导电、传热金属易导电、传热 C. 金属具有较强的还原性金属具有较强的还原性 D. 金属具有延展性金属具有延展性C4.能正确描述金属通性的是能正确描述金属通性的是 ( ) A. 易导电、导热易导电、导热 B. 具有高的熔点具有高的熔点 C. 有延展性有延展性 D. 具有强还原性具有强还原性AC5. 下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是 （

16、） A. 用铁制品做炊具用铁制品做炊具 B. B. 用金属铝制成导线用金属铝制成导线 C. C. 用铂金做首饰用铂金做首饰 D. D. 铁易生锈铁易生锈D6. 金属键的强弱与金属金属键的强弱与金属价电子数价电子数的多少有关，价电子数越多金属键越强；的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的与金属阳离子的半径大小半径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是据此判断下列金属熔点逐渐升高的是( ) A. Li Na K B. Na Mg Al C. Li Be Mg D. Li Na MgBA7.合金有许多特点合

17、金有许多特点,如钠如钠-钾合金钾合金 ( 含钾含钾50% 80%)为液体，而钠钾的单质均为液体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是种物质中，熔点最低的是 ( ) A. 生铁生铁 B. 纯铁纯铁 C. 碳碳 D. 无法确定无法确定金属金属晶体晶体黄铁矿黄铁矿萤萤 石石水晶水晶绿色鱼眼石绿色鱼眼石1. 晶体晶体(1)(1)定义定义: :通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。叫晶体。 通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。阅读教科书阅读

18、教科书P34的化学史话的化学史话 人类对晶体结构的认识人类对晶体结构的认识晶体的概念晶体的概念晶体为什么具有规则的几何外形呢晶体为什么具有规则的几何外形呢?构成晶体的微粒有规则排列的结果构成晶体的微粒有规则排列的结果.2.2.晶胞晶胞什么是晶胞？什么是晶胞？ 晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复单位晶体中能够反映晶体结构特征的基本重复单位 说明：说明： 晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。晶体的结构是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。在金属晶体在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，彼此相切、中，金属原子如同半

19、径相等的小球一样，彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶体中金属原子的紧密堆积是紧密堆积成晶体。金属晶体中金属原子的紧密堆积是有一定规律的。有一定规律的。金属晶体金属晶体1.金属晶体的堆积方式和对应的晶胞金属晶体的堆积方式和对应的晶胞教科书教科书 P35P35 二维平面堆积方式二维平面堆积方式I I 型型II II 型型行列对齐四球一空行列对齐四球一空 非最紧密排列非最紧密排列行列相错三球一空行列相错三球一空最紧密排列最紧密排列密置层密置层非密置层非密置层 三维空间堆积方式三维空间堆积方式. 简单立方堆积简单立方堆积形成简单形成简单立方晶胞立方晶胞，空间利用率较低，空间利用率较低5252 ，金属钋（

20、，金属钋（PoPo）采取这种堆积方式。）采取这种堆积方式。这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入下层金属这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中原子形成的凹穴中, ,得到的是得到的是体心立方堆积体心立方堆积。NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等等属于体属于体心立方堆积心立方堆积。. 体心立方堆积体心立方堆积第一层第一层 ：. .六方堆积六方堆积123456 第二层第二层 ： 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准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 )123456A

21、B， 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。积方式。 上图是此种六方上图是此种六方堆积的前视图堆积的前视图ABABA 第一种：第一种： 将第三层球对准第一层的球将第三层球对准第一层的球123456 于是每两层形成一个周期，即于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式，形成六方堆积堆积方式，形成六方堆积。 配位数配位数 12 ( 同层同层 6，上下层各上下层各 3 ). .六方堆积六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积 六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图 第三层的第三层的另一种另一种排

22、列方排列方式，式，是将球对准第一层的是将球对准第一层的 2 2，4 4，6 6 位位，不同于不同于 AB AB 两两层的位置层的位置，这是这是 C C 层。层。123456123456123456.面心立方堆积面心立方堆积123456ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形成于是形成 ABC ABC 三层一三层一个周期。个周期。 这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。 配位数配位数 12 12 ( ( 同层同层 6 6， 上下层各上下层各 3 ) 3 ) .面心立方堆积面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积 简单立方堆积简单立方堆积配位数配位数 = 6空间利用率空间利用率 = 52.36% 体心立方堆积体心立方堆积 体心立方晶胞体心立方晶胞配位数配位数 = 8空间利用率空间利用率 = 68.02% 六方堆积六方堆积 六方晶胞六方晶胞配位数配位数 = 12空间利用率空间利用率 = 74.05%面心立方堆积面心立方堆积面心立方晶胞面心立方晶胞配位数配位数 = 12空间利用率空间利用率 = 74.05%堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结三种典型结构面心立方最密堆积A1体心立方密堆积A2六方最密堆积A3常