3.3.1 金属晶体-【核心素养新教学】2025-2026学年高二化学同步优质教学课件（人教版选择性必修2）

第一章 化学反应的热效应 第三章 晶体结构与性质 第三节金属晶体与离子晶体 本节重点 “电子气理论”解析金属具有导电性、导热性和延展性的原因 第1课时 金属晶体 1 观察金属置换反应中金属的生长过程，可知：金属具有较为规则的几何外形，是一种晶体，我们称其为金属晶体。 通过视频我们不难发现： 金属晶体是由金属原子构成的，它们的结构就好像很多硬球一层一层很紧密地堆积，每一个金属原子的周围有较多相同的原子围绕着。 那么金属原子又是如何“粘结”在一起的呢？ 主题1:金属晶体与金属键 电子气理论 由于金属原子的最外层电子数较少，容易失去电子成为金属离子，金属脱落下来的价电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金属的“电子气”，从而把所有金属原子维系在一起。这些电子又称为自由电子。 金属晶体的电子气理论示意图 主题1:金属晶体与金属键 金属阳离子 自由电子 静电作用 金属 阳离子 自由 电子 金属键 (在金属晶体中，原子之间以金属键相互结合) 金属键的本质 金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用 主题1:金属晶体与金属键 1、概念： 金属阳离子和电子之间的强烈的相互作用叫做金属键。 金属键 主题1:金属晶体与金属键 ①成键微粒：金属阳离子、自由电子 ②成键本质：金属阳离子与自由电子之间的强烈的静电作用 ③特征：无方向性和饱和性，自由电子可以在金属中自由移动 ④金属键的存在：存在于金属单质和合金中 思考：对比锂、钠、镁、铝、钾的原子结构和熔沸点的数据，分析金属晶体的性质差异。 晶体 原子半径/pm 价电子数 熔点/℃ 沸点/℃ Li 76 1 180 1340 Na 102 1 97.72 883 K 138 1 63.65 759 Mg 72 2 651 1107 Al 53.5 3 660 2324 主题1:金属晶体与金属键 不同的金属其构成原子不同，原子间所形成的金属键强弱不同，故物质的物理性质差别很大。 晶体 原子半径/pm 价电子数 熔点/℃ 沸点/℃ Li 76 1 180 1340 Na 102 1 97.72 883 K 138 1 63.65 759 Mg 72 2 651 1107 Al 53.5 3 660 2324 2.金属键强弱的影响因素： 原子半径越小，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。 ①原子半径大小： ②价电子数多少： 价电子数越多，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。 主题1:金属晶体与金属键 如何解释呢？ 【思考与讨论】 1) 判断钠、镁、铝熔沸点和硬度的大小? 2) 判断钠、钾、铷、铯熔沸点和硬度的大小? 钠、镁、铝原子半径减小，价电子数增多，则单质中所形成金属键依次增强，故钠、镁、铝熔沸点和硬度的大小顺序是;钠<镁<铝 钠、钾、铷、铯价电子数相同，随原子序数的递增，原子半径依次增大，则单质中所形成金属键依次减弱，故钠、钾、铷、铯熔沸点和硬度的大小顺序是:钠>钾>铷>铯 原子半径越小，价电子数越多，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。 金属晶体 在常温下，金属(除汞外)都是晶体，其中除锗、灰锡外都是金属晶体。 金属晶体的类型： 金属和合金 主题1:金属晶体与金属键 ①在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。 ②在金属晶体中，不存在单个分子或原子，是一个“巨分子”，金属单质或合金(晶体锗、灰锡除外)属于金属晶体。 1.定义：金属原子之间通过金属键相互结合形成的晶体，叫做金属晶体。 2.组成粒子：金属阳离子和自由电子。 3.微粒间的作用力：金属键 (1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。 (2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。 ①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。 ②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。 ③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。 ④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。 4.金属晶体的性质 主题1:金属晶体与金属键 金属晶体中，自由电子在外加电场作用下，发生定向移动，形成电流，使金属具有良好的导电性，金属晶体中除自由电子外的金属阳离子在其位置附近振动，加热时，金属阳离子的振动加强，阻碍自由电子的运动，因而金属的电阻随温度升高而增大。 通性一：金属的导电性以及金属的电阻随温度升高而增大 主题2:“电子气理论”解释金属的通性 思考：为什么金属会有共同的物理性质？ + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - 金属晶体中，自由电子在运动中不断地与金属阳离子碰撞，从而发生能量交换，当金属晶体的一端受热，加强了该端的金属阳离子的振动，自由电子将热能迅速地传递到另一端，使金属整体的温度很快的升高，所以金属有很好的导热性。 通性二：金属的导热性 主题2:“电子气理论”解释金属的通性 金属晶体中，由于自由电子的“胶合”作用，当金属受到外力作用时，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列方式，而且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，所以金属有良好的延展性。 通性三：金属的延展性 主题2:“电子气理论”解释金属的通性 -因为自由电子可吸收所有频率的光，很快释放出去，绝大多数块状金属具有光泽。 某些金属因易吸收某些频率光而呈特殊颜色。 通性四：金属光泽 金属粉末：在粉末状态时，金属的晶面取向杂乱，排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以金属粉末大多为暗灰色或黑色(铝粉为银白色，俗称“银粉”)。 总结：因而整块金属具有金属光泽而金属粉末常呈暗灰色或黑色。 主题2:“电子气理论”解释金属的通性 【思考与讨论】 (1)含有阳离子的晶体中一定含有阴离子吗? (2)纯铝硬度不大，形成硬铝合金后，硬度很大，金属形成合金后为什么有些物理性质会发生很大的变化? 不一定。如金属晶体中含有金属阳离子和自由电子，但没有阴离子；但晶体中有阴离子时，一定有阳离子。 金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，影响了金属的延展性和硬度。 主题2:“电子气理论”解释金属的通性 课堂检测 1、正误判断 (1)金属在常温下都是晶体( ) (2)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( ) (3)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( ) (4)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高，分子晶体的熔点一定比金属晶体的低( ) (5)金属晶体除了纯金属，还有大量的合金( ) (6)金属的电导率随温度的升高而降低( ) × × × × √ √ 课堂检测 2、下列叙述正确的是( ) A. 任何晶体中，若含有阳离子，就一定含有阴离子 B. 金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互作用 C. 价电子数越多，金属元素的金属性越强 D. 含有金属元素的离子不一定是阳离子 D 3、下列对于金属熔、沸点、硬度的判断正确的是(　 ) A. 金属镁的熔点高于金属铝 B. 碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐升高的 C. 金属铝的硬度大于金属钠 D. 金属镁的硬度小于金属钙 C 4.下列关于金属键的叙述不正确的是(　　) A.金属键是金属阳离子和自由电子间的强烈相互作用,也是一种电性作用 B.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用,所以与共价键类似,也有方向性和饱和性 C.金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用,故金属键无方向性和饱和性 D.构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动 B 5.试用金属键解释Na、Mg、Al的熔点逐渐升高的原因。 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。 Na 钠的熔点：97.8 ℃ Mg 镁的熔点：650 ℃ Al 铝的熔点：660.4 ℃ 在三维空间也可以 球对球，球对缝 由于金属键没有饱和性和方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球型对称的，所以把金属晶体可以看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。 理论基础： 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： 晶体空间被粒子占据的百分数（离子的体积除以晶胞的体积）。 配位数： 晶体中每个粒子周围距离最近且相等的粒子的数目。 主题3:金属晶体的原子堆积模型 金属原子在二维空间（平面）上有的排列方式 等径圆球非密置层  配位数=4 配位数=6 等径圆球密置层 金属原子在一维（直线）方向上的排列方式 等径圆球密置列 主题3:金属晶体的原子堆积模型 非密置层之间采取非密置堆积 主题3:金属晶体的原子堆积模型 1、简单立方堆积 原子位置： 配位数： 含有原子数： 相切球： 边长与半径关系： 空间利用率： 顶点 6 1 边长上的两个原子 52% a a a a 金属原子半径r与正方体边长a的关系： a = 2 r [ Po ] 主题3:金属晶体的原子堆积模型 非密置层之间采取密置堆积方式 主题3:金属晶体的原子堆积模型 2、体心立方堆积 原子位置： 配位数： 含有原子数： 相切球： 边长与半径关系： 空间利用率： 顶点、体心 8 2 体对角线上的三个原子 68% K、Na、Fe 金属原子半径r与正方体边长a的关系： a a a a b 2 a 2 a b = 3 a b = 4 r 主题3:金属晶体的原子堆积模型 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 A B ， 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。 (或对准 2，4，6 位；1、3位置太近只能填一个空隙） 关键是第三层，对第一二层来说，第三层可有两种最紧密堆积方式 若金属原子均采用密堆积 主题3:金属晶体的原子堆积模型 1 2 3 4 5 6 A B ， 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。 (或对准 2，4，6 位；1、3位置太近只能填一个空隙） 1、将第三层的球对准第一层的球 2、第三层的球对准第一层的2、4、6位置 A B ， 1 2 3 4 5 6 两层形成一个周期， AB AB 方式，形成六方紧密堆积 三层形成一个周期， ABC ABC 方式，面心立方最密堆积 主题3:金属晶体的原子堆积模型 3、六方最密立方堆积 原子位置： 配位数： 含有原子数： 相切球： 高与边长关系： 空间利用率： 顶点、体内 12 4 四面体的四个顶点 74% Mg、Zn、Ti （同层 6，上、下层各 3） 主题3:金属晶体的原子堆积模型 金属原子的半径r与六棱柱的边长a、高h的关系： a = 2 r a h h = a 6 3 2 主题3:金属晶体的原子堆积模型 4、面心立方最密堆积 原子位置： 配位数： 含有原子数： 相切球： 边长与半径关系： 空间利用率： 顶点、面心 12 4 面对角线上的三个原子 74% Cu、Ag、Au 主题3:金属晶体的原子堆积模型 金属原子半径 r与正方体边长a 的关系： 边长为 a 面对角线边长为 a＝4r 主题3:金属晶体的原子堆积模型 Thank you for watching EV录屏3.8.4软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $