人教版高中化学选修3课件：3.3 金属晶体2.ppt

1、 金金 属属 晶晶 体体 （第一课时） TiTi 金属样品金属样品 一一、金属共同的物理性质金属共同的物理性质 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。 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? ? 二、金属的结构二、金属的结构 问题：问题：构成金属的粒构成金属的粒 子有哪些？子有哪些？ 组成粒子：组成粒子： 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 “有阳离子而无阴离子” 是金属独有的特性。 作用力：作用力： 金属单质中不存在 单个分子或原子。 金属晶体

2、：金属晶体： 通过金属键作用形成的单质晶体通过金属键作用形成的单质晶体 常温下，绝大多数金属单质和 合金都是金属晶体，但汞除外， 因汞在常温下呈液态。 金属晶体的熔沸点差别较大。 熔化时破坏的作用力：熔化时破坏的作用力：金属键金属键 金属阳离子半径越小，所带 电荷数越多，金属键越强， 熔沸点越高，硬度越大。 练习 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 AB 练习 下列四中有关性质的描述，可能是金属晶体 的是（ ） A、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 C、由共价键结合成网状晶体，熔点很高 D

3、、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于 水后能导电 B 金属键的成键微粒：金属键的成键微粒：金属阳离子和自由电子。金属阳离子和自由电子。存存 在于金属单质和合金中。在于金属单质和合金中。 金属键的特征：自由电子可以在整块金属中自由金属键的特征：自由电子可以在整块金属中自由 移动，因此移动，因此金属键没有方向性和饱和性。金属键没有方向性和饱和性。 金属键金属键 金属键的本质：金属键的本质：“电子气理论电子气理论”(自由电子理论自由电子理论) 金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的 “电子气电子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子维被所有原子所共用，从而

4、把所有的原子维 系在一起。系在一起。 【讨论讨论1 1】 金属为什么易导电？金属为什么易导电？ 在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由 电子的运动是没有一定方向的，但电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件在外加电场的条件 下下自由电子自由电子就会就会发生定向运动发生定向运动，因而形成电流，所以，因而形成电流，所以 金属容易导电。导电性随温度升高而降低。金属容易导电。导电性随温度升高而降低。 晶体类型晶体类型 离子晶体离子晶体 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 水溶液或水溶液或 熔融状态下熔融状态下 晶体状态晶体状

5、态 自由移动的离子自由移动的离子 自由电子自由电子 比较离子晶体、金属晶体导电的区别：比较离子晶体、金属晶体导电的区别： 三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系 1、金属晶体结构与金属导电性的关系、金属晶体结构与金属导电性的关系 【讨论讨论2 2】金属为什么易导热？金属为什么易导热？ 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，自由电子在运动时经常与金属离子碰撞， 引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，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，

6、通过碰撞，把能量传给金属离子。 金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时与自由电子运动时与 金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度 低的部分低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。，从而使整块金属达到相同的温度。 2、金属晶体结构与金属导热性的关系、金属晶体结构与金属导热性的关系 【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？ 原子晶体受外力作用时，晶体中的各原子原子晶体受外力作用时，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，弥漫在金属原子间的电子气可

7、以起列方式，弥漫在金属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，仍可保在各原子层之间发生相对滑动之后，仍可保 持这种相互作用，因而即使在外力作用下，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，金属有良好的延发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延 展性。展性。 3、金属晶体结构与金属延展性的关系、金属晶体结构与金属延展性的关系 4 4、金属晶体结构具有金属光泽、金属晶体结构具有金属光泽 和颜色和颜色 由于由于自由电子可吸收所有频率的光，然后自由电子可吸收所有频率的光，然后 很快释放出各种

8、频率的光很快释放出各种频率的光，因此绝大多数，因此绝大多数 金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金 属（如铜、金、铯、铅等）由于属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收较易吸收 某些频率的光而呈现较为特殊的颜色某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。 当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向晶面取向 杂乱、晶格排列不规则杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐，吸收可见光后辐 射不出去，所以成黑色。射不出去，所以成黑色。 小结：三种晶体类型与性质的比较小结：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

9、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 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 相邻原子之间以共价键相邻原子之间以共价键 相结合而成具有空间网相结合而成具有空间网 状结构的晶体状结构的晶体 共价键共价键 原子原子 很大很大 很高很高 无（硅为半导体）无（硅为半导体） 分子分子 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 范德华力范德华力 很低很低 很小很小 无无 通过金属键形成的通过金属键形成的 晶体晶体 金属键金属

10、键 金属阳离子和自金属阳离子和自 由电子由电子 差别较大差别较大 差别较大 差别较大 导体导体 1.1.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.A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用 B B金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.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.D.金属原子与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 2.2.金属能导电的原因是（金属能导电的原因是（ ） A.A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱相互作用较弱 B B金属晶体中的自由电子在外

11、加电场作用金属晶体中的自由电子在外加电场作用 下可发生定向移动下可发生定向移动 C C金属晶体中的金属阳离子在外加电场作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用下可发生定向移动 D 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 练习练习 C B 3.3.下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ） A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴 离子离子 B B原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.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 D分子晶体中只存在分子间作用力，

12、不含分子晶体中只存在分子间作用力，不含 有其他化学键有其他化学键 4.4.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐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？降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？ B 练习练习 一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁 黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指 成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、 鳞片状和致密块状。密度鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm32.25g/cm3，化学性质，化学性质 不活泼。具有耐腐

13、蚀性，在空气或氧气中强热不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热 可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂， 并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。 知识拓展石墨知识拓展石墨 石墨是层状结构的混合型晶体 石墨 石墨为什么很软？ 石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合， 容易滑动，所以石墨很软。容易滑动，所以石墨很软。 石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？ 石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在 很强的共价键（大很强的共价键（大键）键），故熔沸点很高

14、。，故熔沸点很高。 石墨能导电的原因： 这是因为石墨晶体中存在自由电子， 可以在整个碳原子的平面上运动，但是电 子不能从一个平面跳跃到另一个平面，所 以石墨能导电，并且沿层的平行方向导电 性强。这也是晶体各向异性的表现。 石墨中微粒间的作用：石墨中微粒间的作用： 碳原子间存在共价键和金属键，层与层 之间存在范德华力 石墨属于哪类晶体？石墨属于哪类晶体？ 石墨为混合键型晶体 资资 料料 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 熔点最高的金属是熔点最高的金属是- 钨钨 密度最小的金属是密度最小的金属是- 锂锂 密度最大的金属是密度最大的金属是- 锇锇 硬度最小的金属是硬度最小的

15、金属是- 铯铯 硬度最大的金属是硬度最大的金属是- 铬铬 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 展性最好的金属是展性最好的金属是- 金金 金金 属属 晶晶 体体 （第二课时） 1 1、下列生活中的问题，不能用金属键知、下列生活中的问题，不能用金属键知 识解释的是识解释的是 （ ） A 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 D D 回顾练习回顾练习 回顾练习回顾练习 2 2、下列物质中含有金属键的是、下列物质中含

16、有金属键的是 ( )( ) A A、金属铝、金属铝 B B、合金、合金 C C、NaOH DNaOH D、NHNH4 4ClCl ABAB 3 3、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的多少有 关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离 子的子的半径大小半径大小也有关，金属阳离子的半径越也有关，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大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐 渐升高的是渐升高的是 （ ） A A、Li Na K BLi Na K B、Na Mg AlNa Mg Al C C、Li Be Mg DLi B

17、e Mg D、Li Na MgLi Na Mg B B 回顾练习回顾练习 回顾练习回顾练习 4 4、下列有关金属晶体叙述正确的是（、下列有关金属晶体叙述正确的是（ ） A A、常温下金属单质都以金属晶体形式存在、常温下金属单质都以金属晶体形式存在 B B、金属离子与自由电子之间的强烈作用，、金属离子与自由电子之间的强烈作用， 在一定外力作用下，不因形变而消失在一定外力作用下，不因形变而消失 C C、钙的熔、沸点低于钾、钙的熔、沸点低于钾 D D、温度越高，金属的导电性越好、温度越高，金属的导电性越好 B B 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

18、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紧密堆积 原理。这是因为金属键没有方向性，因此 都趋向于使金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，使晶体变得比较稳定。 紧密堆积：紧密堆积：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。 空间利用率：空间利用

19、率：空间被晶格质点占据的百分数。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距离最 近且相等的原子或离子的数目。 2 2、二维堆积、二维堆积 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 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 （1 1）. .简单立方堆积：简单立方堆积： 4、金属晶体基本构型、金属晶体基本构型 非最紧密堆积，空间利用率低（非最紧密堆积，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 （2 2）钾型）钾型

20、-体心立方堆积体心立方堆积： 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， 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%），属于非），属于非 密置层堆积，配位数为密置层堆积，配位数为 ，许许 多金属（如多金属（如NaNa、K K、FeFe等）等）采取这采取这 种堆积方式。种堆积方式。 2 8 1 2 3 4 5 6 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 ) 1 2 3 4 5 6 A

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。 思考：密置层的堆积方式有哪些？思考：密置层的堆积方式有哪些？ 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）镁型和铜型）镁型和铜型 镁型镁型 铜型铜型 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 镁型镁型 1 2 3 4 5 6 第三层的第三层的另一种另一种排列方式，排列方式，是将球对准第一层是将球对准第一层每一每一 个球，个球，于是于是每两层形成一个周期每两层形成一个周期，即，即 AB AB 堆堆 积方式积方

22、式。 下图是镁型紧密堆积的前视图下图是镁型紧密堆积的前视图 A B A B A 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 铜型铜型 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 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C 层。层。 4 1 2 3 5 6 1 2 3 4 5 6 此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图 A B C A A B C 第四层再排第四层再排 A，于是形于是形 成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周 期。期。 得到面心立方堆积得到面心立方堆积。 配位数配

23、位数 12 。 ( 同层同层 6， 上下层各上下层各 3 ) 下图是铜型型紧密堆积的前视图下图是铜型型紧密堆积的前视图 A C B A C B A 镁型镁型 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 这种堆积晶胞空间利用率高（这种堆积晶胞空间利用率高（74%74%），属于），属于 最密置层堆集，配位数为最密置层堆集，配位数为 ，许多金属，许多金属（如（如 MgMg、ZnZn、TiTi等）等）采取这种堆积方式。采取这种堆积方式。 12 1200 平行六面体平行六面体 六方紧密堆积六方紧密堆积 1 2 3 4 5 6 铜型铜型 B C A 铜型铜型 堆积方式堆积方式 晶胞类型晶胞类型

24、空间利空间利 用率用率 配位数配位数 实例实例 面心立方面心立方 最密堆积最密堆积 堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结 简单立简单立 方堆积方堆积 体心立方体心立方 密堆积密堆积 六方最六方最 密堆积密堆积 面心立方面心立方 六方六方 体心立方体心立方 简单立方简单立方 74% 74% 68% 52 12 12 8 6 Cu、Ag、Au Mg、Zn、Ti Na、K、Fe Po 简 单 立 方 简 单 立 方 钾 型 钾 型 （ 体 心 立 方 密 堆 积 ） （ 体 心 立 方 密 堆 积 ） 镁 型 镁 型 （ 六 方 最 密 堆 积 ） （ 六 方 最 密 堆 积 ） 镁 型 镁 型 （ 六 方 最 密 堆 积 ） （ 六 方 最 密 堆 积 ）