高中化学专题3微粒间作用力与物质性质31金属键与金属晶体苏教版选修课件

第一单元第一单元 金属键金属键 金属晶体金属晶体1黄铁矿黄铁矿萤萤 石石水晶水晶绿色鱼眼石绿色鱼眼石黄铁矿萤黄铁矿萤 石水晶绿色鱼眼石石水晶绿色鱼眼石2晶体的概念晶体的概念晶晶体：体：具有规则几何外形的固体。具有规则几何外形的固体。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.晶体的概念晶体：具有规则几何外形的固体。晶体为什么具有规则的晶体的概念晶体：具有规则几何外形的固体。晶体为什么具有规则的31.1.非金属原子之间通过共价键结合成单质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化合物。那么，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样的金属单质中金属原子之间是采取怎样的方式结合的呢？方式结合的呢？2.2.你能归纳出金属的物理性质吗你能归纳出金属的物理性质吗?你知道金你知道金属为什么具有这些物理性质吗属为什么具有这些物理性质吗?金属键与金属的特性金属键与金属的特性1.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4分析：分析：通常情况下，金属原子的部分或全通常情况下，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，它们可以从金属原子上金属晶体内部，它们可以从金属原子上“脱落脱落”下来的价电子，形成自由流动下来的价电子，形成自由流动的电子。的电子。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？金属能导电又说明了什么？金属能导电又说明了什么？金属晶体中存在着强烈的相互作用金属晶体中存在着强烈的相互作用;金属具有导电性金属具有导电性,说明金属晶体中存在着能够自由流动的电子。说明金属晶体中存在着能够自由流动的电子。分析：分析：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？5（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（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）62.2.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,能导电能导电,导热导热,具有具有良好的延展性良好的延展性,金属的这些共性是有金属晶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致体中的化学键和金属原子的堆砌方式所导致的的（1）导电性）导电性（2）导热性）导热性（3）延展性）延展性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,能导电能导电7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）导电性通常情况下金属晶体内部电子的运动是自由流动的，但在外加电场的通常情况下金属晶体内部电子的运动是自由流动的，但在外加电场的8（2）导热性）导热性 金属容易导热，是由于自由电子运动时金属容易导热，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，从而使整块金属达到相同的温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。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没有方向性相互作用没有方向性，各原子层之间发生相，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，发生形变也不易断裂即使在外力作用下，发生形变也不易断裂,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,金属可以发金属可以发生形变生形变,表现为良好的表现为良好的延展性延展性。（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金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属9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+金属的延展性自由电子金属的延展性自由电子+金属离子金属原子错位金属离子金属原子错位+10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NaMgAlCr原子外围电子排布原子外围电子排布3s13s23s23p13d54s1原子半径原子半径/pm186160143.1124.9原子化热原子化热/kJmol-1108.4146.4326.4397.5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。原子化热是指可以用原子化热来衡量。原子化热是指1mol金属固体完全金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。气化成相互远离的气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;有有的金属熔点低的金属熔点低,有的金属熔点高有的金属熔点高,为什为什么么?根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素金属根据下表的数据，请你总结影响金属键的因素金属Na MgAlC11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，子数目越大，金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。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，单位体积内大；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，硬度越来越小。自由电子数减少，故熔点越来越低，硬度越来越小。影响金属键强弱的因素（影响金属键强弱的因素（1）金属元素的原子半径）金属元素的原子半径12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总总 结金属键的概念结金属键的概念131.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B1.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 (143.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（）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D4.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，价电子的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的数越多金属键越强；与金属阳离子的半径大小半径大小也有关，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金属熔点逐渐升高的是()A.LiNaKB.NaMgAlC.LiBeMgD.LiNaMgB3.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 151.晶体晶体(1)(1)定义定义:通过结晶过程形成的具有规则几通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。何外形的固体叫晶体。通常情况下，大多数金属单质及其通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。合金也是晶体。阅读教科书阅读教科书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金属金属晶体晶体1.晶体阅读教科书晶体阅读教科书P34的化学史话金属晶体的化学史话金属晶体162.2.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。成的。晶胞与晶体的关系如同砖块与墙的关系。在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一在金属晶体中，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。样，彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶体中金金属晶体中金属原子的紧密堆积是有一定规律的属原子的紧密堆积是有一定规律的。2.晶胞什么是晶胞？晶胞什么是晶胞？17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18活动与探究活动与探究1：平面上平面上金属原子金属原子紧密排列紧密排列的方式的方式 将将12个乒乓球从盒子里取出：个乒乓球从盒子里取出：4组乒乓球（组乒乓球（3个排成一条直线的）个排成一条直线的）将乒乓球放置在将乒乓球放置在平面平面上，排成上，排成4排，使排，使球面球面紧密接触紧密接触，有哪些排列方式？，有哪些排列方式？活动与探究活动与探究1：平面上金属原子紧密排列的方式平面上金属原子紧密排列的方式 将将12个乒乓球个乒乓球19 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 二维平面堆积方式二维平面堆积方式I 型型II 型行列对齐四球一空型行列对齐四球一空 非最紧密非最紧密20平面上平面上金属原子金属原子紧密排列紧密排列的的两种方式两种方式配位数为配位数为4配位数为配位数为61122334456平面上金属原子紧密排列的两种方式配位数为平面上金属原子紧密排列的两种方式配位数为4配位数为配位数为61122214个小球形成一个个小球形成一个四边形四边形空隙空隙，一种空隙。，一种空隙。见见“”。4个小球形成一个四边形空隙，一种空隙。个小球形成一个四边形空隙，一种空隙。223个小球形成一个个小球形成一个三角形三角形空隙，空隙，两种空隙两种空隙。一一种：种：见见“”另一种：另一种：见见“”3个小球形成一个三角形空隙，两种空隙。个小球形成一个三角形空隙，两种空隙。23金属原子金属原子尽可能地互相接近尽可能地互相接近，尽量占据较小，尽量占据较小的空间。的空间。紧密堆积紧密堆积金属原子尽可能地互相接近，尽量占据较小的空间。金属原子尽可能地互相接近，尽量占据较小的空间。24 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 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25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，金属钋（属钋（PoPo）采取这种堆积方式。）采取这种堆积方式。形成简单立方晶胞，空间利用率较低形成简单立方晶胞，空间利用率较低52，金属钋（，金属钋（Po）采取）采取26金属原子半径金属原子半径 r 与正方体边长与正方体边长 a 的关系：的关系：a aa aa aa aa=2 r金属原子半径金属原子半径 r 与正方体边长与正方体边长 a 的关系：的关系：aaaaa=27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28高中化学专题高中化学专题3微粒间作用力与物质性质微粒间作用力与物质性质31金属键与金属晶体苏教版选修课件金属键与金属晶体苏教版选修课件29第一层第一层 ：第一层第一层：30123456第二层第二层：对第一层来讲最紧密的堆积方式是将对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准球对准1，3，5位。位。(或对准或对准2，4，6位，其情形是一位，其情形是一样的样的)123456AB，关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。最紧密的堆积方式。123456 第二层第二层：对第一层来讲对第一层来讲31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于是每两层形成一个周期，即期，即ABAB堆积方式，堆积方式，形成六方堆积形成六方堆积。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 上图是此种六方上图是此种六方ABABA 第一种：第一种：将将32六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图33第三层的第三层的另一种另一种排列排列方式，方式，是将球对准第一层是将球对准第一层的的 2 2，4 4，6 6 位位，不同不同于于 AB AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C C 层。层。123456123456123456 第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层的第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层的 34123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC第四层再排第四层再排A，于是形成于是形成ABCABC三层一个周期。三层一个周期。这种堆积方式可划分出面心这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。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 123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 35理解金属晶体中原理解金属晶体中原子的堆积方式子的堆积方式六方堆积六方堆积面心立方堆积面心立方堆积体心立方堆积体心立方堆积立方堆积立方堆积钾钾型型铜铜型型钋钋型型镁镁型型理解金属晶体中原子的堆积方式六方堆积面心立方堆积体心立方堆积理解金属晶体中原子的堆积方式六方堆积面心立方堆积体心立方堆积36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%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%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%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%堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结简单立方堆积配位数简单立方堆积配位数=6空间利用率空间利用率=52%体体372.晶胞中金属原子数目的计算晶胞中金属原子数目的计算(均摊法均摊法)2.晶胞中金属原子数目的计算晶胞中金属原子数目的计算(均摊法均摊法)38顶点占顶点占1/8棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2体心占体心占1顶点占顶点占1/8棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2体心占体心占1392.晶胞中微粒数的计算晶胞中微粒数的计算在六方体顶点的微粒为在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的个晶胞共有，在面心的为为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。微粒数为：微粒数为：121/6+21/2+3=6在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的个晶胞共有，在面心的为为2个晶胞共有。个晶胞共有。微粒数为：微粒数为：81/8+61/2=4 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。心的金属原子全部属于该晶胞。微粒数为：微粒数为：81/8+1=2长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：顶点顶点-1/8棱棱-1/4面心面心-1/2体心体心-1(1)(1)体心立方：体心立方：(2)(2)面心立方：面心立方：(3)(3)六方晶胞：六方晶胞：2.晶胞中微粒数的计算在六方体顶点的微粒为晶胞中微粒数的计算在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面个晶胞共有，在面40合金合金(1)定义：定义：把两种或两种以上的金属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。合金合金(1)定义：把两种或两种以上的金属定义：把两种或两种以上的金属(或金属与非金属或金属与非金属)熔合熔合41(2)(2)合金的特性合金的特性合金的熔点比其成分中金属合金的熔点比其成分中金属(低，低，高，介于两种成分金属的熔点之间；高，介于两种成分金属的熔点之间；)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(2)合金的特性低合金的特性低421.右图是钠晶体的晶胞结构，右图是钠晶体的晶胞结构，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是.钠晶体的晶胞钠晶体的晶胞练练 习习81/8+1=21.右图是钠晶体的晶胞结构，钠晶体的晶胞练右图是钠晶体的晶胞结构，钠晶体的晶胞练 习习843