高中化學 31 金屬鍵 金屬晶體課件 蘇教版選修3

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1、專題3微粒間作用力與物質性質 第一單元金屬鍵金屬晶體 目標導航預習引導 目標導航預習引導一、金屬鍵與金屬特性1.金屬鍵(1)概念:金屬離子與自由電子之間強烈的相互作用稱為金屬鍵。(2)成鍵微粒:金屬離子和自由電子。(3)金屬鍵的本質:金屬離子和自由電子之間的靜電作用。(4)金屬鍵的特征:無方向性和飽和性。(5)金屬鍵的強弱:金屬鍵的強弱用金屬的原子化熱來衡量。金屬的原子化熱是指1 mol金屬固體完全氣化成相互遠離的氣態(tài)原子時吸收的能量。 影響金屬鍵強弱的主要因素有金屬元素的離子半徑、單位體積內自由電子的數目等。一般而言,金屬元素的離子半徑越小,單位體積內自由電子的數目越多,金屬鍵越強。V V

2、V V V V V V V V V V V V 金屬鍵的強弱影響著金屬的導電性、導熱性和延展性等物理性質。V V V 目標導航預習引導2.金屬的物理性質(1)金屬的物理性質:有金屬光澤,有導電性、導熱性和延展性,多數具有較高的熔點,硬度較大。(2)金屬鍵與金屬性質的關系:用金屬鍵理論解釋金屬的物理性質金屬有良好的導電性是由于在外電場作用下,自由電子在金屬內部會發(fā)生定向運動。金屬有良好的導熱性是由于自由電子的運動把能量從溫度高的區(qū)域傳到溫度低的區(qū)域。V V V V V V V V 目標導航預習引導金屬有良好的延展性是由于當金屬受到外力作用時,金屬原子之間發(fā)生相對滑動,各層金屬原子之間仍保持金屬鍵

3、的作用。金屬的硬度和熔、沸點等物理性質取決于金屬內部金屬鍵的強弱。一般而言,金屬鍵越強,金屬硬度越大,熔、沸點越高。說明:金屬的延展性是相對的,有限度的。少數金屬如銻、鋨、錳等幾乎無延展性。金屬晶體的顏色不盡相同,大多數為銀白色,有的為其他顏色,如銅為紅色,金為黃色。金屬晶體的硬度和熔、沸點是多種多樣的,如堿金屬的硬度和熔、沸點都很低,鎢等熔點又很高。V V V V 目標導航預習引導預習交流1金屬導電和電解質溶液導電有什么本質區(qū)別?答案: 目標導航預習引導二、金屬晶體1.晶體(1)晶體與非晶體:晶體具有規(guī)則的幾何外形,有(填“有”或“沒有”,下同)固定熔點;非晶體的外形不規(guī)則,沒有固定熔點。(

4、2)晶體的分類:根據晶體內部微粒種類和微粒間的相互作用的不同,可將晶體分為金屬晶體、離子晶體、原子晶體和分子晶體。2.晶胞(1)晶胞的概念:晶胞是指能夠反映晶體結構特征的基本重復單位。(2)晶胞的幾何形狀:習慣采用的晶胞都是平行六面體。 說明:晶胞是晶體中最小的結構重復單元。V V V V V V V V V V V 目標導航預習引導整個晶體就是晶胞按其周期性在三維空間重復排列而成的。這種排列必須是晶胞的并置堆砌。所謂并置堆砌是指平行六面體之間沒有任何空隙,同時,相鄰的八個平行六面體均能共頂點相連接。 3.金屬晶體(1)概念:金屬離子和自由電子之間通過金屬鍵結合而形成的晶體叫金屬晶體。(2)金

5、屬晶體的成鍵粒子是金屬離子和自由電子,粒子間的作用是金屬鍵。(3)性質:熔點較高、硬度大、導電性、導熱性和延展性好。V V V V V V 目標導航預習引導4.金屬晶體的原子堆積模型(1)二維空間模型:金屬原子在平面上(二維空間)緊密放置有兩種排列方式:非密置層和密置層,其配位數分別為4和6。(2)三維空間模型:金屬晶體中金屬原子堆積有4種基本堆積方式,分別是簡單立方堆積,如金屬釙(Po);體心立方堆積,如鈉、鉀、鉻、鉬、鎢等;面心立方堆積,如金、銀、銅、鉛等;六方堆積,如鎂、鋅、鈦等。V V V V V V V V V V V 目標導航預習引導5.合金(1)概念:合金是由一種金屬與另一種或幾

6、種金屬(或非金屬)的融合體。(2)性質:合金比成分金屬的性能更優(yōu)越,在科學技術日新月異的今天,各種功能合金層出不窮,如防腐性能優(yōu)異的不銹鋼、儲氫材料LaNi 5合金、形狀記憶合金、高強度的錳鋼、高磁性的硅鋼、航空材料鈦合金等。V V V V V V V 目標導航預習引導預習交流2(1)金屬晶體絕大多數采用密堆積方式,為什么?(2)為什么合金比單組分金屬的硬度、強度等機械性能更優(yōu)越?答案:(1)由于金屬鍵沒有飽和性和方向性,金屬原子能從各個方向相互靠近,彼此相切,緊密堆積成晶體,密堆積能充分利用空間,使晶體能量降低。(2)合金晶體中同一平面上有直徑大小不同的金屬原子,使同一平面高低不平,面與面之

7、間摩擦力增大,不易發(fā)生相對滑動,故合金比單組分金屬的硬度、強度等機械性能更優(yōu)越。 問題導學即時檢測1 21.金屬鍵與金屬晶體的性質活動與探究關于金屬性質和原因的描述不正確的是() A.金屬一般具有銀白色光澤,是物理性質,與金屬鍵沒有關系B.金屬具有良好的導電性,是因為在金屬晶體中共享了金屬原子的價電子,形成了“電子氣”,在外加電場的作用下自由電子定向移動便形成了電流,所以金屬易導電C.金屬具有良好的導熱性能,是因為自由電子在受熱后,加快了運動速率,自由電子通過與金屬離子發(fā)生碰撞,傳遞了能量D.金屬晶體具有良好的延展性,是因為金屬晶體中的原子層可以相對滑動而不破壞金屬鍵3 問題導學即時檢測解析:

8、金屬一般具有銀白色的金屬光澤,與金屬鍵密切相關。由于金屬原子以最緊密堆積狀態(tài)排列,內部存在自由電子,所以當光輻射到它的表面上時,自由電子可以吸收所有頻率的光,然后很快釋放出各種頻率的光,這就使得絕大多數金屬呈現銀白色光澤,故A項錯誤;B、C、D項均正確。答案:A 1 2 3 問題導學即時檢測思考與交流金屬晶體有哪些物理通性?金屬晶體的熔、沸點有哪些規(guī)律性變化?答案:(1)物理通性:良好的導電、導熱性和延展性。(2)熔、沸點:金屬鍵越強,熔、沸點越高。同周期金屬元素的單質,從左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸點依次升高。同主族金屬元素的單質,從上到下(如堿金屬)熔、沸點依次降低。通常,合金的熔、

9、沸點比其各成分金屬的熔、沸點低。金屬晶體熔點差別很大,如汞常溫下為液體,熔點很低(-38.9 ),而鐵等金屬熔點很高(1 535 )。1 2 3 問題導學即時檢測金屬鍵的強弱與金屬離子半徑、金屬離子所帶電荷有關。金屬離子半徑越小,金屬離子所帶電荷越多,則金屬鍵越強,金屬的熔、沸點越高。同周期金屬元素的單質,從左至右(如鈉、鎂、鋁)熔、沸點升高,硬度增大;同主族元素的金屬單質,自上而下(如堿金屬)熔、沸點降低,硬度減小。一般地,合金的熔、沸點比其各成分金屬的熔、沸點低。1 2 3 問題導學即時檢測2.晶胞中微粒數的計算均攤法活動與探究晶胞中微粒并不一定只為1個晶胞所擁有,如某個粒子為n個晶胞所共

10、有,則該粒子有 屬于這個晶胞。中學中常見的晶胞為立方晶胞(如下圖所示)。1 2 3 問題導學即時檢測請在橫線上完成立方晶胞中微粒數的計算方法:1 2 3 問題導學即時檢測遷移與應用某晶體晶胞結構如下圖所示,X位于立方體的頂點,Y位于立方體的中心。晶體中每個Y同時吸引著個X,每個X同時吸引著個Y,該晶體的化學式為。1 2 3 問題導學即時檢測 答案:48XY 2(或Y2X) 1 2 3 問題導學即時檢測1 2 3 問題導學即時檢測3.金屬的幾種堆積方式活動與探究已知下列金屬晶體:Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au。其堆積方式為(1)簡單立方堆積的是。 (2)體心立方堆積的是。 (3)六

11、方堆積的是。 (4)面心立方堆積的是。 1 2 3 問題導學即時檢測解析:簡單立方堆積的空間利用率太低,只有金屬Po采用這種方式。體心立方堆積是上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中,這種堆積方式的空間利用率比簡單立方的高,多數金屬采用這種堆積方式。六方堆積按ABAB方式堆積,面心立方堆積按ABCABC方式堆積,六方最密堆積常見金屬為Mg、Zn、Ti,采用面心立方堆積的常見金屬為Cu、Ag、Au。答案:(1)Po(2)Na、K、Fe(3)Mg、Zn(4)Cu、Au1 2 3 問題導學即時檢測遷移與應用某晶體中含有A、B、C三種元素,其排列方式如圖所示,晶體中A、B、C的原子個數之比為()

12、A.1 3 1B.2 3 1C.8 6 1D.4 3 1 答案:A 1 2 3 問題導學即時檢測1.空間利用率是空間被晶格質點占據的百分數,空間利用率等于微?？傮w積比晶胞總體積。2.配位數是指晶體中一個原子或離子周圍最鄰近的原子或離子的數目。1 2 3 問題導學即時檢測1 2 3 41.下列敘述正確的是() A.金屬受外力作用時常常發(fā)生變形而不易折斷是由于金屬原子之間有較強的作用B.通常情況下,金屬中的自由電子會發(fā)生定向移動而形成電流C.金屬是通過自由電子的運動,把能量從溫度高的區(qū)域傳到溫度低的區(qū)域D.金屬的導電性隨溫度的升高而增強解析:金屬受外力作用時常常發(fā)生變形而不易折斷是因為金屬晶體中各

13、原子層會發(fā)生相對滑動,但不會改變原來的排列方式,故A項不正確;金屬中的自由電子要在外加電場作用下才能發(fā)生定向移動產生電流,故B項不正確;金屬的導電性隨溫度的升高而減弱,故D項不正確。 答案:C 問題導學即時檢測1 2 3 42.下列關于金屬晶體導電性能的敘述正確的是()A.金屬晶體內的自由電子只有在外加電場作用下才可以發(fā)生移動B.在外加電場的作用下,金屬晶體內的陽離子定向移動C.在外加電場的作用下,自由電子在金屬晶體內發(fā)生定向移動D.溫度越高,金屬導電性越強答案:C 問題導學即時檢測1 2 3 43.下列各物質中,不屬于合金的是()A.硬鋁B.黃銅C.鋼鐵D.水銀解析:硬鋁為鎂、鋁、銅等按一定比例組成的合金,黃銅為銅、鋅等的合金,鋼鐵為鐵和碳的合金,只有水銀(汞)為純凈物,不屬于合金。答案:D 問題導學即時檢測1 2 3 44.(1)如下圖所示為二維平面晶體示意圖,所表示的化學式為AX3的是。 (2)右圖為一個金屬銅的晶胞,請完成以下各題。該晶胞“實際”擁有的銅原子數是。 該晶胞稱為(填序號)。 A.六方晶胞B.體心立方晶胞C.面心立方晶胞D.簡單立方晶胞此晶胞立方體的邊長為a cm,Cu的相對原子質量為64,金屬銅的 密度為 gcm-3,則阿伏加德羅常數的值為(用a、表示)。 問題導學即時檢測1 2 3 4