第3章 第3节 第1课时 金属键与金属晶体（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（人教版）

本讲义聚焦高中化学“金属键与金属晶体”核心知识点，先阐述金属键的概念、本质及影响因素（原子半径、价电子数），再衔接金属晶体的构成及“电子气”理论对导电性、导热性等物理性质的解释，构建从微观作用到宏观性质的学习支架。 资料通过探究活动（如铝的性质分析）和数据对比（K与Cu的金属键强弱比较）培养科学思维与探究能力，例题涉及合金、储氢材料等实际情境，课中辅助教师模型教学，课后题组助力学生巩固知识，查漏补缺。

第1课时　金属键与金属晶体 学习目标 1.借助金属晶体模型认识金属晶体的结构特点，说明金属晶体中的微粒及微粒间的相互作用。 2.能辨识常见的金属晶体，并能从微观角度分析金属晶体中各构成微粒之间的作用和对金属晶体物理性质的影响。 知识点一　金属键 1.金属键及其本质 概念 　金属阳离子　与　自由电子　之间的强烈的相互作用 成键粒子 　金属阳离子　和　自由电子　 本质 金属原子脱落下来的　价电子　形成遍布整块晶体的“　电子气　”，被所有原子共用，从而把所有的　金属原子　维系在一起 特征 （1）金属键中的电子在整个三维空间里运动，属于整块固态金属。 （2）金属键没有　方向　性及　饱和　性 2.金属键强弱的影响因素 （1）金属元素的原子半径：一般而言，金属元素的原子半径越小，金属键越　强　。 （2）金属原子价电子数：一般而言，金属元素的价电子数越多，金属键越　强　。 3.金属键对金属性质的影响 金属键越强，金属的熔、沸点越　高　，硬度越　大　。如金属钠的熔点较低、硬度较小，而　钨　是熔点最高的金属，　铬　是硬度最大的金属。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）任何晶体中，若含有阳离子，则一定含有阴离子。（　×　） （2）价电子形成的“电子气”把金属中的原子维系在一起。（　√　） （3）通电时自由电子能定向移动，所以金属键具有方向性。（　×　） （4）金属元素的原子半径越大，价电子数越少，金属键越强。（　×　） 2.（2025·曲靖高二期中）下列有关金属键的叙述错误的是（　　） A.金属键没有饱和性和方向性 B.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 C.金属键中的自由电子属于整块固态金属 D.金属的部分性质与金属键有关 解析：B　金属键是存在于金属阳离子和“自由电子”之间的强烈的相互作用，“自由电子”为所有阳离子所共用，其本质是电性作用，包括静电吸引和静电排斥，B错误。 3.（苏教版习题）金属钾、铜的部分结构和性质的数据如表所示，请比较钾、铜的金属键的强弱：由题表可知，铜的原子半径更小、价电子数更多，熔点更高，故铜的金属键强于钾。 金属 K Cu 原子价层电子排布式 4s1 3d104s1 原子半径/pm 255 128 原子化热/（kJ·mol－1） 90.0 339.3 熔点/℃ 63.4 1 083 解析：金属键的强弱直接影响金属的熔点，原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强，导致金属的熔点越高。 知识点二　金属晶体 1.概念 金属阳离子与自由电子（“电子气”）之间通过　金属键　形成的晶体叫做金属晶体。 2.用“电子气”理论解释金属晶体的物理性质 【探究活动】　探究金属晶体的结构及物理性质 铝作为一种轻质、耐腐蚀且导电性良好的金属，在现代社会中的使用量排在第二位，铝合金在航空航天工业中有着广泛应用。 活动1：如图为金属晶体的“电子气理论”示意图： 金属铝为什么具有一定的导电性、导热性和延展性呢，应怎样从金属晶体结构的角度理解这些性质？ 提示：金属中存在自由电子，自由电子被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起，当金属受到外力作用时，各原子层发生相对滑动而具有良好的延展性；在外加电场作用下，自由电子会发生定向移动而导电；自由电子在运动时会与金属原子发生碰撞而传递热量。 活动2：试用金属键解释Na、Mg、Al的熔点逐渐升高的原因。 提示：Na、Mg、Al的原子半径逐渐减小，价电子数逐渐增多，金属键逐渐增强，熔点逐渐升高。 活动3：铝合金的延展性比纯铝差，硬度比纯铝大，原因是什么？ 提示：合金与纯金属相比，由于掺入了不同的金属或非金属原子，相当于滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石，所以一般情况下合金的延展性比纯金属差，硬度比纯金属大。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）金属在常温下都是晶体。（　×　） （2）金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键被破坏。（　×　） （3）通常情况下，金属晶体里的自由电子会发生定向移动而形成电流。（　×　） （4）金属的电导率随温度的升高而降低。（　√　） 2.（教材改编题）金属的下列性质和金属晶体的结构无关的是（　　） A.良好的导电性 B.反应中易失电子 C.良好的延展性 D.良好的导热性 解析：B　金属易失电子是由金属原子的结构决定的，和晶体结构无关。 3.（苏教版习题）金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：简单立方堆积、面心立方堆积和体心立方堆积，图a、b、c分别代表这三种晶胞的结构。请回答下列问题： （1）a、b、c三种晶胞内金属原子数目之比为1∶4∶2。 （2）三种堆积方式的实质是金属阳离子的堆积方式，那么自由电子有无确切的堆积方式？无（填“有”或“无”）。 解析：（1）a中原子位于顶点，数目为8×＝1；b中原子位于顶点和面心，数目为8×＋6×＝4；c中原子位于顶点和体心，数目为8×＋1＝2；a、b、c三种晶胞内金属原子数目之比为1∶4∶2。（2）由于金属晶体中的自由电子不属于每个固定的原子，而是在整个晶体中自由移动，故自由电子无确切的堆积方式。 1.（教材改编题）金属键的形成是通过（　　） A.金属原子与自由电子之间的相互作用 B.金属离子与自由电子之间强烈的相互作用 C.自由电子之间的相互作用 D.金属离子之间的相互作用 解析：B　金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，金属阳离子和自由电子（“电子气”）之间存在的强烈的相互作用称金属键。 2.（2024·宝鸡高二检测）下列有关金属的说法正确的是（　　） A.金属原子的核外电子在金属晶体中都是“自由电子” B.金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动 C.金属原子的价电子数越多，其金属性就越强 D.自由电子在运动时与金属原子碰撞，引起两者能量交换，从而使金属具有导热性 解析：D　因金属元素的电负性和电离能较小，金属原子中的价电子容易脱离原子核的束缚成为晶体中的“自由电子”，A错误；金属导电的实质是“自由电子”在外电场作用下的定向移动，B错误；金属性的强弱与价电子数的多少无必然联系，C错误。 3.在金属晶体中，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，金属的熔、沸点越高。由此判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中正确的是（　　） A.Mg＞Al＞Ca B.Al＞Na＞Li C.Al＞Mg＞Ca D.Mg＞Ba＞Al 解析：C　电荷数：Al3＋＞Mg2＋＝Ca2＋＞Li＋＝Na＋；而金属阳离子半径：r（Ba2＋）＞r（Ca2＋）＞r（Na＋）＞r（Mg2＋）＞r（Al3＋）＞r（Li＋），则A中熔、沸点：Al＞Mg，B中熔、沸点：Li＞Na，D中熔、沸点：Al＞Mg＞Ba，都不符合题意。 4.（2025·常州高二期中）1 183 K以下纯铁晶体的基本结构单元如图甲所示，1 183 K以上纯铁晶体的基本结构单元如图乙所示，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。 （1）纯铁晶体中铁原子以金属键相互结合。 （2）在1 183 K以下的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子有8个；在1 183 K以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子有12个。 解析：（1）纯铁晶体中铁原子以金属键相互结合。（2）在1 183 K以下的纯铁晶体中，以图甲体心处铁原子为例与铁原子等距离且最近的铁原子为立方体顶角的8个铁原子；在1 183 K以上的纯铁晶体中，以图乙顶点处铁原子为例，与铁原子等距离且最近的铁原子为互相垂直的3个面上的铁原子，每个面上4个，共12个。 题组一　金属键 1.（教材改编题）下列关于金属键的描述错误的是（　　） ①金属原子脱落价电子后的金属离子间的相互作用 ②金属原子之间的相互作用 ③金属原子脱落价电子后的金属离子与脱落的价电子之间的相互作用 ④金属原子与脱落的价电子之间的相互作用 A.①②③ B.①②④ C.①③④ D.②③④ 解析：B　金属键是晶体中脱落了价电子的金属离子与脱落的价电子间的相互作用，③正确，①②④错误，选B。 2.下列金属晶体中，自由电子与金属阳离子间作用最弱的是（　　） A.K B.Na C.Mg D.Al 解析：A　四种金属中钾的原子半径最大，相同体积内自由电子数较少，所以金属键最弱，即金属阳离子和自由电子间的作用最弱。 3.（2024·邯郸高二检测）金属钾、铜的部分结构和性质的数据如表所示，则下列说法错误的是（　　） 金属 K Cu 原子价层电子排布式 4s1 3d104s1 原子半径/pm 255 128 原子化热/（kJ·mol－1） 90.0 339.3 熔点/℃ 63.4 1 083 A.单位体积内自由电子数目：K＜Cu B.金属键强弱顺序为K＜Cu C.金属的硬度大小顺序为K＜Cu D.两者最外层电子数目相等，因此其金属键的强弱取决于原子半径大小 解析：D　金属单位体积内自由电子的数目取决于金属的价层电子数目，Cu的价层电子数目比K多，故单位体积内自由电子数目：K＜Cu，A正确；决定金属键强弱的因素是单位体积内自由电子数目和金属原子半径的大小，Cu的原子半径比K小，单位体积内自由电子数目比K多，金属键强弱顺序为K＜Cu，金属的硬度大小顺序为K＜Cu，B、C正确；决定金属键强弱的因素是单位体积内自由电子数目和原子半径的大小，自由电子的数目则取决于金属元素原子的价层电子数目，而不是金属元素原子的最外层电子数目，D错误。 题组二　金属晶体 4.（教材改编题）银是导电性最好的金属材料，银能导电的原因是（　　） A.金属银晶体中银离子与自由电子间的相互作用力较大 B.银晶体中的自由电子在外加电场的作用下可发生定向移动 C.银晶体中的银离子在外加电场的作用下可发生定向移动 D.银晶体在外加电场作用下可失去电子 解析：B　组成金属晶体的微粒为金属阳离子和自由电子，在外加电场作用下自由电子可发生定向移动，故能导电，与金属阳离子无关。 5.（原创题）根据下列叙述判断，所描述物质一定为金属晶体的是（　　） A.固体或熔融后易导电，熔点在1 000 ℃左右 B.由共价键结合形成立体三维骨架结构的晶体，熔点很高 C.固态时不导电，但熔融态可以导电 D.由分子间作用力形成，熔点很低 解析：A　金属晶体具有金属键，金属键使得金属在固态和熔融状态下都能导电，且金属的熔点一般较高，通常在1 000 ℃左右，A正确，C错误；B、D分别为共价晶体和分子晶体的性质。 6.下列说法正确的是（　　） A.金属导电是因为金属在外加电场作用下产生自由电子 B.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 C.“电子气理论”用于描述金属键的本质，可用于解释金属晶体的延展性、导电性和导热性 D.硬铝合金的硬度和熔点均高于纯铝 解析：C　金属导电是因为自由电子的定向移动，A项错误；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和静电排斥作用，B项错误；硬铝的硬度比纯铝大，但熔点比纯铝低，D项错误。 7.（2025·朝阳市高二月考）下列关于金属晶体的叙述正确的是（　　） A.常温下，金属单质都以金属晶体形式存在 B.金属阳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 C.钙的熔、沸点低于钾 D.温度越高，金属的导电能力越好 解析：B　A项，Hg在常温下为液态；C项，r（Ca）＜r（K），且价电子数：Ca＞K，所以金属键强度：Ca＞K，故熔、沸点：Ca＞K；D项，金属的导电能力随温度升高而降低。 8.科学家对液氢施加约4.95×1011Pa压力，成功制造出了“金属氢”，这是一种以氢离子和自由电子为基本单位构成的晶体。下列关于“金属氢”的推测错误的是（　　） A.可能具有很好的导电性 B.与氢气互为同素异形体 C.摩尔质量与氢气相同 D.制造金属氢的过程属于化学变化 解析：C　由题干信息可知，“金属氢”中含有氢离子和自由电子，类似于金属晶体，则“金属氢”可能具有很好的导电性，与氢气互为同素异形体，与氢气摩尔质量不相同，A、B、D正确，C错误。 9.（2025·泉州高二月考）要使金属熔化必须破坏其中的金属键，而原子化热是衡量金属键强弱的依据之一。下列说法正确的是（　　） A.金属镁的硬度大于金属铝 B.金属镁的熔点低于金属钙 C.金属镁的原子化热大于金属钠的原子化热 D.碱金属单质的熔点从Li到Cs是逐渐升高的 解析：C　镁离子比铝离子的半径大而所带的电荷数少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，硬度小，A错误；因镁离子的半径小而所带电荷数与钙离子相同，使金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔点高，B错误；碱金属单质从Li到Cs，其离子的半径是逐渐增大的，所带电荷数相同，金属键逐渐减弱，熔点呈逐渐降低趋势，D错误。 10.某复合型氧化物可用于制造航母中的热敏传感器，其晶胞结构如图所示，其中A为晶胞的顶点，A可以是Ca、Sr、Ba或Pb。当B是V、Cr、Mn或Fe时，这种化合物具有良好的电学性能。下列说法正确的是（　　） A.金属Ca、Sr、Ba的熔点依次升高 B.用A、B、O表示的该复合型氧化物晶体的化学式为ABO3 C.在制造Fe薄片时，金属键完全断裂 D.V、Cr、Mn、Fe晶体中均存在金属阳离子和阴离子 解析：B　金属Ca、Sr、Ba的熔点依次降低，A错误；由晶胞结构可知，晶胞中含有A的数目为8×＝1，含有B的数目为1，含有O的数目为6×＝3，故用A、B、O表示的该复合型氧化物晶体的化学式为ABO3，B正确；在制造Fe薄片时，金属键没有断裂，C错误；V、Cr、Mn、Fe晶体均为金属晶体，其中均存在金属阳离子和自由电子，无阴离子存在，D错误。 11.我国的超级钢研究居于世界领先地位。某种超级钢中除Fe外，还含Mn 10％、C 0.47％、Al 2％、V 0.7％。下列说法中错误的是（　　） A.上述五种元素中，有两种位于周期表的p区 B.超级钢的晶体一定是金属晶体 C.X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构 D.超级钢中存在金属键和离子键 解析：D　Fe、Mn、V位于周期表的d区，C、Al位于p区，A正确；超级钢的晶体符合金属晶体结构特点，因此为金属晶体，B正确；X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构，C正确；超级钢是金属晶体，因此存在金属键，不存在离子键，D错误。 12.（2025·武汉高二调研）铁镁合金是目前储氢密度较高的材料之一，其晶胞结构如图所示，晶胞参数为a。下列说法正确的是（　　） A.合金储氢的过程是物理变化 B.铁镁合金中存在金属键和离子键 C.晶体中Fe的配位数为4 D.晶胞中Fe与Mg的最短距离为a 解析：D　储氢合金储存氢气的过程是与氢气反应生成金属氢化物的过程，属于化学变化，A错误；该晶体属于合金，只含金属键，不含离子键，B错误；以位于面心的Fe原子为研究对象，由晶胞结构可知，距离Fe原子最近且相等的Mg原子有8个，晶体中Fe的配位数为8，C错误；由晶胞结构可知，晶胞中Fe与Mg的最短距离为晶胞体对角线长的，晶胞参数为a，则晶胞中Fe与Mg的最短距离为a，D正确。 13.（2025·烟台高二月考改编）已知，铁有α、γ、δ三种晶体结构，并且在一定条件下可以相互转化（如图），请回答相关的问题： 　 （1）铁元素在元素周期表中的位置是第四周期第Ⅷ族，Fe2＋的价层电子排布式是3d6，铁的三种晶体之间的转化属于物理（填“物理”或“化学”）变化，理由是没有新物质生成（或没有化学键变化或金属键不变）。 （2）金属晶体中离某一原子最近且等距离的原子数为其配位数，铁的α、γ、δ三种晶体结构中，Fe原子的配位数之比为4∶6∶3。 （3）设α-Fe晶胞边长为a cm，δ-Fe晶胞边长为b cm，计算确定：两种晶体的密度比为2b3∶a3。（用a、b的代数式表示） （4）Fe3C是工业炼铁生产过程中产生的一种铁的合金，在Fe3C晶体中，每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围，形成八面体结构，即碳原子配位数为6，那么，铁原子配位数为2。 （5）事实上，Fe3C是C与铁的晶体在高温下形成的间隙化合物（即碳原子填入铁晶体的某些空隙中），根据相关信息，你认为形成碳化铁的铁的三种晶体结构中，最有可能的是γ-Fe（填“α-Fe”“γ-Fe”或“δ-Fe”）。 解析：（1）铁的三种晶体之间的转化过程中没有新物质的生成，仅仅是原子的排列方式发生改变，属于物理变化。（2）由题干图示晶胞可知三种晶体结构中，Fe原子的配位数分别为8、12、6，故配位数之比为8∶12∶6＝4∶6∶3。（3）由题干晶胞示意图可知，一个α-Fe晶胞含有铁原子个数为8×＋1＝2，其晶胞密度为 g·cm－3，一个δ-Fe晶胞含有铁原子个数为8×＝1，该晶胞的密度为 g·cm－3，则两种晶体的密度比为∶＝2b3∶a3。（4）在Fe3C晶体中，碳原子的配位数是6，根据Fe、C数目之比为3∶1，故Fe、C配位数之比为1∶3，则铁原子的配位数为2。（5）由于在Fe3C晶体中，每个碳原子被6个位于顶角位置的铁原子所包围形成八面体结构，则形成碳化铁的铁的三种晶体结构中，最有可能的是γ-Fe。 14.（2025·上海浦东新区月考）氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键，铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示。 （1）距离Fe原子最近的Mg原子个数是C（填字母）。 A.4 B.6 C.8 D.12 （2）铁镁合金的化学式为Mg2Fe（或FeMg2）。 （3）若该晶胞的晶胞边长为d nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该合金的密度为g·cm－3（用含NA的式子表达）。 （4）若该晶体储氢时，H2分子在晶胞的体心和棱心位置，则含48 g Mg的该储氢合金可储存标准状况下H2的体积约为C（填字母）L。 A.5.6 B.11.2 C.22.4 D.44.8 解析：（1）根据题给晶胞结构，可知以面心Fe原子为研究对象，距离Fe原子最近的Mg原子个数是8。（2）根据晶胞结构图，Mg原子的个数为8，Fe原子的个数为8×＋6×＝4，铁镁合金的化学式为Mg2Fe或FeMg2。（3）根据晶胞密度计算公式，该合金的密度为ρ＝ g·cm－3＝ g·cm－3。（4）该晶体储氢时，晶胞中H2分子数目为12×＋1＝4，故N（Mg）∶N（H2）＝2∶1，含48 g（2 mol）Mg的该储氢合金中，H2的物质的量为1 mol，在标准状况下体积约为22.4 L。 1 / 9 学科网（北京）股份有限公司 $