《第一單元《金屬鍵 金屬晶體》(蘇教版選修3》》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《第一單元《金屬鍵 金屬晶體》(蘇教版選修3》（43頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、專題專題3 3 微粒間作用力與物質性質微粒間作用力與物質性質yyyy年年M月月d日星期日星期晶體的概念晶體的概念晶晶體：體：具有規(guī)則幾何外形的固體。具有規(guī)則幾何外形的固體。晶體為什么具有規(guī)則的幾何外形呢晶體為什么具有規(guī)則的幾何外形呢?構成晶體的微粒有規(guī)則排列的結果構成晶體的微粒有規(guī)則排列的結果.晶胞晶胞:反映晶體結構特征的基本重復單位反映晶體結構特征的基本重復單位.晶胞在空間連續(xù)重復延伸而形成晶體。晶胞在空間連續(xù)重復延伸而形成晶體。已學過的金屬知識已學過的金屬知識金屬的分類金屬的分類按密度分按密度分重金屬：銅、鉛、鋅等重金屬：銅、鉛、鋅等 輕金屬：鋁、鎂等輕金屬：鋁、鎂等 冶金工業(yè)冶金工業(yè)黑色
2、金屬：鐵、鉻、錳黑色金屬：鐵、鉻、錳 有色金屬：除鐵、鉻、錳以外的金屬有色金屬：除鐵、鉻、錳以外的金屬 按儲量分按儲量分常見金屬：鐵、鋁等常見金屬：鐵、鋁等 稀有金屬：稀有金屬：鋯、釩、鉬鋯、釩、鉬4.5g/cm3 大家都知道晶體有固定的幾何外形、有大家都知道晶體有固定的幾何外形、有固定的熔點，水、干冰等都屬于分子晶體，固定的熔點，水、干冰等都屬于分子晶體，靠范德華力結合在一起，金剛石等都是原子靠范德華力結合在一起，金剛石等都是原子晶體，靠共價鍵相互結合，那么我們所熟悉晶體，靠共價鍵相互結合，那么我們所熟悉的鐵、鋁等金屬是不是晶體呢？它們又是靠的鐵、鋁等金屬是不是晶體呢？它們又是靠什么作用結合
3、在一起的呢？什么作用結合在一起的呢？教科書教科書 P281.1.非金屬原子之間通過共價鍵結合成單質非金屬原子之間通過共價鍵結合成單質或化合物，活潑金屬與活潑非金屬通過或化合物，活潑金屬與活潑非金屬通過離子鍵結合形成了離子化合物。那么，離子鍵結合形成了離子化合物。那么，金屬單質中金屬原子之間是采取怎樣的金屬單質中金屬原子之間是采取怎樣的方式結合的呢？方式結合的呢？2.2.你能歸納出金屬的物理性質嗎你能歸納出金屬的物理性質嗎?你知道金你知道金屬為什么具有這些物理性質嗎屬為什么具有這些物理性質嗎?金屬鍵與金屬的特性金屬鍵與金屬的特性分析：分析：通常情況下，金屬原子的部分或全通常情況下，金屬原子的部分
4、或全部外圍電子受原子核的束縛比較弱，在部外圍電子受原子核的束縛比較弱，在金屬晶體內部，它們可以從金屬晶體內部，它們可以從金屬原子上金屬原子上“脫落脫落”下來的價電子，形成自由流動下來的價電子，形成自由流動的電子。這些電子不是專屬于某幾個特的電子。這些電子不是專屬于某幾個特定的金屬離子，是均勻分布于整個晶體定的金屬離子，是均勻分布于整個晶體中。中。大多數金屬單質都有較高的熔點，說明了什么？大多數金屬單質都有較高的熔點，說明了什么？金屬能導電又說明了什么？金屬能導電又說明了什么？說明金屬晶體中存在著強烈的相互作用說明金屬晶體中存在著強烈的相互作用;金屬具有金屬具有導電性導電性,說明金屬晶體中存在著
5、能夠自由流動的電說明金屬晶體中存在著能夠自由流動的電子。子。（1）定義：定義：金屬離子和自由電子之間的強烈的相互作用。金屬離子和自由電子之間的強烈的相互作用。（2）形成）形成成鍵微粒成鍵微粒:金屬陽離子和自由電子金屬陽離子和自由電子存存在在:金屬單質和合金中金屬單質和合金中（3）方向性）方向性:無方向性無方向性1.1.金屬鍵金屬鍵2.2.金屬的物理性質金屬的物理性質 具有金屬光澤具有金屬光澤,能導電能導電,導熱導熱,具有良好具有良好的延展性的延展性,金屬的這些共性是有金屬晶體中金屬的這些共性是有金屬晶體中的化學鍵和金屬原子的堆砌方式所導致的的化學鍵和金屬原子的堆砌方式所導致的（1）導電性）導電
6、性（2）導熱性）導熱性（3）延展性延展性通常情況下金屬晶體內部電子的運動是自通常情況下金屬晶體內部電子的運動是自由流動的，但在外加電場的作用下會定向由流動的，但在外加電場的作用下會定向移動形成電流移動形成電流,所以金屬具有導電性。所以金屬具有導電性。（1）導電性）導電性（2）導熱性）導熱性 金屬容易導熱，是由于自由電子運動時金屬容易導熱，是由于自由電子運動時與金屬離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到與金屬離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達到相同的溫度低的部分，從而使整塊金屬達到相同的溫度。溫度。（3）延展性延展性 金屬晶體中由于金屬離子與自由電子間的金屬晶體中由于金屬離
7、子與自由電子間的相互作用沒有方向性相互作用沒有方向性，各原子層之間發(fā)生相，各原子層之間發(fā)生相對滑動以后，仍可保持這種相互作用，因而對滑動以后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂,因此在一定強度的外力作用下因此在一定強度的外力作用下,金屬可以發(fā)金屬可以發(fā)生形變生形變,表現為良好的表現為良好的延展性延展性。金屬的延展性金屬的延展性自由電子自由電子+金屬離子金屬離子金屬原子金屬原子位錯位錯+小結：小結：共共 性性金屬晶體與性質的關系金屬晶體與性質的關系導電性導電性導熱性導熱性延展性延展性在金屬晶體中，存在許多自由電子，自由電子在金屬晶體
8、中，存在許多自由電子，自由電子在外加電場的作用下，自由電子定向運動，因在外加電場的作用下，自由電子定向運動，因而形成電流而形成電流由于金屬晶體中自由電子運動時與金屬離子由于金屬晶體中自由電子運動時與金屬離子碰撞并把能量從溫度高的部分傳導溫度低的碰撞并把能量從溫度高的部分傳導溫度低的部分，從而使整塊金屬達到相同的溫度部分，從而使整塊金屬達到相同的溫度由于金屬晶體中金屬鍵是沒有方向性的，各原由于金屬晶體中金屬鍵是沒有方向性的，各原子層之間發(fā)生相對滑動以后，仍保持金屬鍵的子層之間發(fā)生相對滑動以后，仍保持金屬鍵的作用，因而在一定外力作用下，只發(fā)生形變而作用，因而在一定外力作用下，只發(fā)生形變而不斷裂不斷
9、裂根據下表的數據，請你總結影響金屬鍵的因素根據下表的數據，請你總結影響金屬鍵的因素金屬金屬NaMgAlCr原子外圍電子排布原子外圍電子排布3s13s23s23p13d54s1原子半徑原子半徑/pm186160143.1124.9原子化熱原子化熱/kJmol-1108.4146.4326.4397.5熔點熔點/97.56506601900部分金屬的原子半徑、原子化熱和熔點部分金屬的原子半徑、原子化熱和熔點金屬的熔點、硬度與金屬鍵的強弱有關，金屬鍵的強弱又金屬的熔點、硬度與金屬鍵的強弱有關，金屬鍵的強弱又可以用原子化熱來衡量。原子化熱是指可以用原子化熱來衡量。原子化熱是指1mol金屬固體完全金屬固
10、體完全氣化成相互遠離的氣態(tài)原子時吸收的能量。氣化成相互遠離的氣態(tài)原子時吸收的能量。有的金屬軟如蠟有的金屬軟如蠟,有的金屬軟如鋼有的金屬軟如鋼;有有的金屬熔點低的金屬熔點低,有的金屬熔點高有的金屬熔點高,為什為什么么?影響金屬鍵強弱的因素影響金屬鍵強弱的因素（1）金屬元素的原子半徑）金屬元素的原子半徑（2）單位體積內自由電子的數目）單位體積內自由電子的數目一般而言：一般而言：金屬元素的原子半徑越小，單位體積內自由電金屬元素的原子半徑越小，單位體積內自由電子數目越大，金屬鍵越強，金屬晶體的硬度越大，子數目越大，金屬鍵越強，金屬晶體的硬度越大，熔、沸點越高。熔、沸點越高。如：如：同一周期金屬原子半徑
11、越來越小，單位體積同一周期金屬原子半徑越來越小，單位體積內自由電子數增加，故熔點越來越高，硬度越來越內自由電子數增加，故熔點越來越高，硬度越來越大；同一主族金屬原子半徑越來越大，單位體積內大；同一主族金屬原子半徑越來越大，單位體積內自由電子數減少，故熔點越來越低，硬度越來越小。自由電子數減少，故熔點越來越低，硬度越來越小。總總 結結金屬鍵的概念金屬鍵的概念運用金屬鍵的知識解釋金屬的物理運用金屬鍵的知識解釋金屬的物理性質的共性和個性性質的共性和個性影響金屬鍵強弱的因素影響金屬鍵強弱的因素1.下列有關金屬鍵的敘述錯誤的是下列有關金屬鍵的敘述錯誤的是()A.金屬鍵沒有方向性金屬鍵沒有方向性B.金屬鍵
12、是金屬陽離子和自由電子之間存在金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電吸引作用的強烈的靜電吸引作用C.金屬鍵中的電子屬于整塊金屬金屬鍵中的電子屬于整塊金屬D.金屬的性質和金屬固體的形成都與金屬鍵有關金屬的性質和金屬固體的形成都與金屬鍵有關B練練 習習2.下列有關金屬元素特性的敘述正確的是下列有關金屬元素特性的敘述正確的是()A.金屬原子只有還原性金屬原子只有還原性,金屬離子只有氧化性金屬離子只有氧化性B.金屬元素在化合物中一定顯正化合價金屬元素在化合物中一定顯正化合價C.金屬元素在不同化合物中化合價均不相同金屬元素在不同化合物中化合價均不相同D.金屬元素的單質在常溫下均為晶體金屬元素的
13、單質在常溫下均為晶體B3.金屬的下列性質與金屬鍵無關的是金屬的下列性質與金屬鍵無關的是()A.金屬不透明并具有金屬光澤金屬不透明并具有金屬光澤B.金屬易導電、傳熱金屬易導電、傳熱C.金屬具有較強的還原性金屬具有較強的還原性D.金屬具有延展性金屬具有延展性C4.能正確描述金屬通性的是能正確描述金屬通性的是()A.易導電、導熱易導電、導熱B.具有高的熔點具有高的熔點C.有延展性有延展性D.具有強還原性具有強還原性AC5.下列生活中的問題，不能用金屬鍵知識解釋的是下列生活中的問題，不能用金屬鍵知識解釋的是（）A.用鐵制品做炊具用鐵制品做炊具B.B.用金屬鋁制成導線用金屬鋁制成導線 C C.用鉑金做首
14、飾用鉑金做首飾 D.D.鐵易生銹鐵易生銹D6.金屬鍵的強弱與金屬金屬鍵的強弱與金屬價電子數價電子數的多少有關，價電子的多少有關，價電子數越多金屬鍵越強；與金屬陽離子的數越多金屬鍵越強；與金屬陽離子的半徑大小半徑大小也有關，也有關，金屬陽離子的半徑越大，金屬鍵越弱。據此判斷下列金屬陽離子的半徑越大，金屬鍵越弱。據此判斷下列金屬熔點逐漸升高的是金屬熔點逐漸升高的是()A.LiNaKB.NaMgAlC.LiBeMgD.LiNaMgB黃鐵礦黃鐵礦螢螢 石石水晶水晶綠色魚眼石綠色魚眼石1.晶體晶體(1)(1)定義定義:通過結晶過程形成的具有規(guī)則幾何通過結晶過程形成的具有規(guī)則幾何外形的固體叫晶體。外形的固
15、體叫晶體。通常情況下，大多數金屬單質及其通常情況下，大多數金屬單質及其合金也是晶體。合金也是晶體。閱讀教科書閱讀教科書P30的化學史話的化學史話 人類對晶體結構的認識人類對晶體結構的認識金屬金屬晶體晶體2.2.晶胞晶胞什么是晶胞？什么是晶胞？晶體中能夠反映晶體結構特征的基本重復單晶體中能夠反映晶體結構特征的基本重復單位位說明：說明：晶體的結構是晶胞在空間連續(xù)重復延伸而形晶體的結構是晶胞在空間連續(xù)重復延伸而形成的。成的。晶胞與晶體的關系如同磚塊與墻的關系。晶胞與晶體的關系如同磚塊與墻的關系。在金屬晶體中，金屬原子如同半徑相等的小球一在金屬晶體中，金屬原子如同半徑相等的小球一樣，彼此相切、緊密堆積
16、成晶體。金屬晶體中金樣，彼此相切、緊密堆積成晶體。金屬晶體中金屬原子的緊密堆積是有一定規(guī)律的屬原子的緊密堆積是有一定規(guī)律的。金屬晶體金屬晶體1.金屬晶體的堆積方式和對應的晶胞金屬晶體的堆積方式和對應的晶胞教科書教科書 P31P31 二維平面堆積方式二維平面堆積方式I I 型型II II 型型行列對齊四球一空行列對齊四球一空 非最緊密排列非最緊密排列行列相錯三球一空行列相錯三球一空最緊密排列最緊密排列密置層密置層非密置層非密置層 三維空間堆積方式三維空間堆積方式.簡單立方堆積簡單立方堆積形成簡單形成簡單立方晶胞立方晶胞，空間利用率較低，空間利用率較低5252 ，金，金屬釙（屬釙（PoPo）采取這
17、種堆積方式。采取這種堆積方式。這是非密置層另一種堆積方式，將上層金屬填入下層金屬這是非密置層另一種堆積方式，將上層金屬填入下層金屬原子形成的凹穴中原子形成的凹穴中,得到的是得到的是體心立方堆積體心立方堆積。NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等等屬于體屬于體心立方堆積心立方堆積。.體心立方堆積體心立方堆積第一層第一層 ：123456第二層第二層：對第一層來講最緊密的堆積方式是將對第一層來講最緊密的堆積方式是將球對準球對準1，3，5位。位。(或對準或對準2，4，6位，其情形是一位，其情形是一樣的樣的)123456AB，關鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種關鍵是第三層，對第一、
18、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。最緊密的堆積方式。上圖是此種六方上圖是此種六方堆積的前視圖堆積的前視圖ABABA第一種：第一種：將第三層球對準第一層的球將第三層球對準第一層的球123456于是每兩層形成一個周于是每兩層形成一個周期，即期，即ABAB堆積方式，堆積方式，形成六方堆積形成六方堆積。配位數配位數12(同層同層6，上下層各上下層各3).六方堆積六方堆積鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積 六方最密堆積分解圖六方最密堆積分解圖第三層的第三層的另一種另一種排列排列方式，方式，是將球對準第一層是將球對準第一層的的 2 2，4 4，6 6 位位，不同不同于于 AB AB
19、 兩層的位置兩層的位置，這是這是 C C 層。層。123456123456123456123456此種立方緊密堆積的前視圖此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC第四層再排第四層再排A，于是形成于是形成ABCABC三層一個周期。三層一個周期。這種堆積方式可劃分出面心這種堆積方式可劃分出面心立方晶胞。立方晶胞。配位數配位數 12 12 (同層同層 6 6，上下層各上下層各 3 3 ).面心立方堆積面心立方堆積金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積 簡單立方堆積簡單立方堆積配位數配位數=6空間利用率空間利用率=52.36%體心立方堆積體心立方堆積 體心立方晶胞體心立方晶胞配
20、位數配位數=8空間利用率空間利用率=68.02%六方堆積六方堆積 六方晶胞六方晶胞配位數配位數=12空間利用率空間利用率=74.05%面心立方堆積面心立方堆積面心立方晶胞面心立方晶胞配位數配位數=12空間利用率空間利用率=74.05%堆積方式及性質小結堆積方式及性質小結2.晶胞中金屬原子數目的計算晶胞中金屬原子數目的計算(平均值平均值)頂點占頂點占1/8棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2體心占體心占12.晶胞中微粒數的計算晶胞中微粒數的計算在六方體頂點的微粒為在六方體頂點的微粒為6個晶胞共有，在面心的個晶胞共有，在面心的為為2個晶胞共有，在體內的微粒全屬于該晶胞。個晶胞共有，在體內的微粒全屬
21、于該晶胞。微粒數為：微粒數為：121/6+21/2+3=6在立方體頂點的微粒為在立方體頂點的微粒為8個晶胞共有，在面心的個晶胞共有，在面心的為為2個晶胞共有。個晶胞共有。微粒數為：微粒數為：81/8+61/2=4 在立方體頂點的微粒為在立方體頂點的微粒為8個晶胞共享，處于體個晶胞共享，處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。心的金屬原子全部屬于該晶胞。微粒數為：微粒數為：81/8+1=2長方體晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻：長方體晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻：頂點頂點-1/8棱棱-1/4面心面心-1/2體心體心-1(1)(1)體心立方：體心立方：(2)(2)面心立方：面心立方：(3)(3)六方
22、晶胞：六方晶胞：合金合金(1)定義：定義：把兩種或兩種以上的金屬把兩種或兩種以上的金屬(或金或金屬與非金屬屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物熔合而成的具有金屬特性的物質叫做合金。質叫做合金。例如，黃銅是銅和鋅的合金（含銅例如，黃銅是銅和鋅的合金（含銅67%、鋅、鋅33%）；青銅是銅和錫的合金（含銅）；青銅是銅和錫的合金（含銅78%、錫、錫22%）；鋼和生鐵是鐵與非金屬碳的合金。故）；鋼和生鐵是鐵與非金屬碳的合金。故合金可以認為是具有金屬特性的多種元素的混合金可以認為是具有金屬特性的多種元素的混合物。合物。(2)(2)合金的特性合金的特性合金的熔點比其成分中金屬合金的熔點比其成分中金屬(低，
23、低，高，介于兩種成分金屬的熔點之間；高，介于兩種成分金屬的熔點之間；)具有比各成分金屬更好的硬度、強度和具有比各成分金屬更好的硬度、強度和機械加工性能。機械加工性能。低低1.右圖是鈉晶體的晶胞結構，右圖是鈉晶體的晶胞結構，則晶胞中的原子數是則晶胞中的原子數是.如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞，如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞，則則晶胞中的原子數是晶胞中的原子數是.鈉晶體的晶胞鈉晶體的晶胞練練 習習81/8+1=2121/6+21/2+3=62.最最近近發(fā)發(fā)現現一一種種由由某某金金屬屬原原子子M和和非非金金屬屬原原子子N構構成成的的氣氣態(tài)態(tài)團團簇簇分分子子，如如圖圖所所示示頂頂角角和和面面心心的的原原子子是是M原原子子，棱棱的的中中心心和和體體心心的的原原子子是是N原原子子，它它的的化化學學式為式為()ABMNCD條件不夠，無法寫出化學式條件不夠，無法寫出化學式C練 習練 習A3.合金有許多特點合金有許多特點,如鈉如鈉-鉀合金鉀合金(含含鉀鉀50%80%)為液體，而鈉鉀的單質為液體，而鈉鉀的單質均為固體，據此推測生鐵、純鐵、碳均為固體，據此推測生鐵、純鐵、碳三種物質中，熔點最低的是三種物質中，熔點最低的是()A.生鐵生鐵B.純鐵純鐵C.碳碳D.無法確定無法確定
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