一、金屬鍵
1．定義：在金屬單質(zhì)晶體中原子之間以金屬陽離子與自由電子之間強(qiáng)烈的相互作用。
2．成鍵粒子：金屬陽離子和自由電子。
3．成鍵條件：金屬單質(zhì)或合金。
4．成鍵本質(zhì)
電子氣理論：金屬原子脫落下來的價(jià)電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起，形成像共價(jià)晶體一樣的“巨分子”。
下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯(cuò)誤的是( )
A．自由電子屬于整塊金屬
B．金屬的物理性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)
C．金屬鍵沒有飽和性和方向性
D．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子間的強(qiáng)烈的靜電吸引作用
D [自由電子屬于整塊金屬，A項(xiàng)正確；金屬的物理性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)，B項(xiàng)正確；金屬原子脫落下來的價(jià)電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起，所以金屬鍵沒有方向性和飽和性，C項(xiàng)正確；金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用，既包括金屬陽離子與自由電子之間的靜電吸引作用，也包括金屬陽離子之間及自由電子之間的靜電排斥作用，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]
二、金屬晶體
1．通過金屬陽離子與自由電子之間的較強(qiáng)作用形成的單質(zhì)晶體，叫做金屬晶體。
2．用電子氣理論解釋金屬的物理性質(zhì)
微點(diǎn)撥：①溫度越高，金屬的導(dǎo)電能力越弱。②合金的熔、沸點(diǎn)比其各成分金屬的熔、沸點(diǎn)低。
(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
(1)常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體的形式存在。(×)
(2)金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈作用，在一定外力作用下，不因形變而消失。(√)
(3)金屬晶體的構(gòu)成粒子為金屬原子。(×)
(4)同主族金屬元素自上而下，金屬單質(zhì)的熔點(diǎn)逐漸降低，體現(xiàn)金屬鍵逐漸減弱。(√)
下列敘述正確的是( )
A．有陽離子的晶體一定有陰離子
B．有陽離子的晶體一定是化合物
C．金屬晶體都具有較高的熔點(diǎn)和銀白色的金屬光澤
D．由單質(zhì)組成且在固態(tài)時(shí)能導(dǎo)電的晶體不一定是金屬晶體
D [金屬晶體中有金屬陽離子和自由電子，而無陰離子，A項(xiàng)錯(cuò)誤；鐵、銅、金等金屬晶體內(nèi)部存在金屬陽離子，但它們都是單質(zhì)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；有的金屬晶體的熔點(diǎn)很高，如鎢是熔點(diǎn)最高的金屬，有的很低，如汞在常溫下是液體；絕大多數(shù)金屬都具有銀白色金屬光澤，但少數(shù)金屬有特殊顏色，如Au呈金黃色，Cu呈紅色，Cs略帶金色等，C項(xiàng)錯(cuò)誤；晶體硅能導(dǎo)電，但不是金屬晶體，D項(xiàng)正確。]
記憶金屬又叫形狀記憶合金。20世紀(jì)70年代，世界材料科學(xué)中出現(xiàn)了一種具有“記憶”形狀功能的合金。記憶合金是一種頗為特別的金屬條，它極易被彎曲，我們把它放進(jìn)盛著熱水的玻璃缸內(nèi)，金屬條伸直；將它放入冷水里，金屬條則恢復(fù)了原狀。這些都是由一種有記憶力的金屬做成的，它的微觀結(jié)構(gòu)有兩種相對穩(wěn)定的狀態(tài)，在高溫下這種合金可以被變成任何你想要的形狀，在較低的溫度下合金可以被拉伸，但若對它重新加熱，它會記起它原來的形狀，而變回去。這種材料就叫做記憶金屬(memry metal)。它主要是鎳鈦合金材料。
一些常見的記憶金屬制品
[問題1] 合金是什么？合金中存在金屬鍵嗎？
提示：合金就是由兩種或兩種以上的金屬或者金屬與非金屬組成的具有金屬特性的物質(zhì)。合金中含有金屬陽離子和自由電子，所以，含有金屬鍵。
[問題2] 記憶合金是否具有一定的導(dǎo)熱性？為什么？
提示：具有。因?yàn)橛洃浐辖鹬幸泊嬖诮饘冁I，也存在金屬陽離子和自由電子，所以二者相互碰撞可以傳遞熱量。
[問題3] 根據(jù)圖示可知，記憶金屬在醫(yī)學(xué)上有何應(yīng)用？
提示：鎳鈦合金的生物相容性很好，利用其形狀記憶效應(yīng)和超彈性的醫(yī)學(xué)實(shí)例相當(dāng)多。如血栓過濾器、脊柱矯形棒、牙齒矯形絲、腦動(dòng)脈瘤夾、接骨板、髓內(nèi)針、人工關(guān)節(jié)、避孕器、心臟修補(bǔ)元件、人造腎臟用微型泵等。(此答案合理即可)。
1．金屬鍵強(qiáng)弱的影響因素
金屬鍵的強(qiáng)弱取決于金屬陽離子所帶電荷及陽離子半徑的大小。一般來說，金屬陽離子所帶電荷越多，陽離子半徑越小，金屬鍵就越強(qiáng)。
2．“電子氣理論”對金屬性質(zhì)的解釋
(1)金屬的導(dǎo)電性
在金屬晶體中，充滿著帶負(fù)電荷的“電子氣”，“電子氣”的運(yùn)動(dòng)是沒有方向的，但在外加電場的作用下“電子氣”會發(fā)生定向移動(dòng)，從而形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電，如圖所示：
(2)金屬的導(dǎo)熱性
金屬容易導(dǎo)熱，是由于“電子氣”中的自由電子在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞，從而把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。
(3)金屬的延展性
當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動(dòng)，但不會改變原來的排列方式，彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，所以在各原子層之間發(fā)生相對滑動(dòng)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，因此，金屬都有良好的延展性。如圖所示：
1．關(guān)于金屬性質(zhì)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(zhì)，與金屬鍵沒有關(guān)系
B．金屬具有良好的導(dǎo)電性，是因?yàn)樵诮饘倬w中共享了金屬原子的價(jià)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(dòng)便形成了電流，所以金屬易導(dǎo)電
C．金屬具有良好的導(dǎo)熱性能，是因?yàn)樽杂呻娮釉谑軣岷?，加快了運(yùn)動(dòng)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?yàn)榻饘倬w中的原子層可以滑動(dòng)而不破壞金屬鍵
A [金屬一般具有銀白色的金屬光澤，與金屬鍵密切相關(guān)。由于金屬原子以最緊密堆積狀態(tài)排列，內(nèi)部存在自由電子，所以當(dāng)光輻射到它的表面上時(shí)，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(shù)金屬呈現(xiàn)銀灰色以至銀白色光澤，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；B、C、D項(xiàng)均正確。]
2．結(jié)合金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，回答下列問題：
(1)根據(jù)下列敘述，判斷晶體一定為金屬晶體的是__________(填標(biāo)號，下同)。
A．由分子間作用力形成的晶體，熔點(diǎn)較低
B．由共價(jià)鍵結(jié)合形成共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體，熔點(diǎn)很高
C．固體有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性
(2)下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是__________。
A．常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在
B．金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用，在一定外力作用下，不會因形變而消失
C．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好
[解析] (1)由分子間作用力形成的晶體，熔點(diǎn)較低，是分子晶體，A項(xiàng)不符合題意；由共價(jià)鍵結(jié)合形成共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體，熔點(diǎn)很高，是共價(jià)晶體，B項(xiàng)不符合題意；固體有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性是金屬晶體的性質(zhì)，C項(xiàng)符合題意。(2)常溫下，金屬單質(zhì)通常以金屬晶體形式存在，但汞是特例，汞在常溫下是液體，A項(xiàng)錯(cuò)誤；金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用，在一定外力作用下，不會因形變而消失，這可以認(rèn)為是電子氣理論對金屬具有良好延展性的解釋，B項(xiàng)正確；溫度升高，金屬陽離子的振動(dòng)頻率和自由電子的無序運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，會使金屬的電導(dǎo)性減弱，C項(xiàng)錯(cuò)誤。
[答案] (1)C (2)B
金屬晶體微觀結(jié)構(gòu)與其物理性質(zhì)的關(guān)系
(1)金屬晶體中有金屬陽離子和自由電子，兩者間的強(qiáng)烈相互作用形成金屬鍵，金屬鍵無方向性和飽和性，這些特點(diǎn)決定了金屬晶體的物理性質(zhì)，如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性等。
(2)在不通電的情況下，金屬晶體中的自由電子在整塊金屬中做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。在外加電場作用下，自由電子發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流。但金屬陽離子只在一定范圍內(nèi)振動(dòng)，而不會自由移動(dòng)，溫度升高，碰撞次數(shù)增多，電阻增大，金屬導(dǎo)電能力變?nèi)?，這與電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是有區(qū)別的。
1．下列說法正確的是( )
A．金屬導(dǎo)電是因?yàn)樵谕饧与妶鲎饔孟庐a(chǎn)生自由電子
B．在化學(xué)反應(yīng)中金屬單質(zhì)都是還原劑，非金屬單質(zhì)都是氧化劑
C．某晶體中若含有陽離子則必含有陰離子
D．如果金屬失去自由電子，金屬晶體將不復(fù)存在
D [金屬晶體由金屬陽離子和自由電子構(gòu)成，在外加電場作用下自由電子發(fā)生定向移動(dòng)形成電流而導(dǎo)電，A項(xiàng)錯(cuò)誤；有些非金屬單質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中也可以作還原劑，如C、H2在其燃燒中都作還原劑等，B項(xiàng)錯(cuò)誤；金屬晶體中有陽離子，但沒有陰離子，C項(xiàng)錯(cuò)誤；金屬晶體是金屬原子之間通過金屬鍵結(jié)合形成的，而金屬鍵是金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用，D項(xiàng)正確。]
2．金屬的下列性質(zhì)中和金屬晶體的結(jié)構(gòu)無關(guān)的是( )
A．良好的導(dǎo)電性B．反應(yīng)中易失電子
C．良好的延展性D．良好的導(dǎo)熱性
B [金屬的物理性質(zhì)是由金屬晶體結(jié)構(gòu)所決定的，A、C、D三項(xiàng)都是金屬共有的物理性質(zhì)，這些性質(zhì)都是由金屬晶體結(jié)構(gòu)所決定的。B項(xiàng)，金屬易失電子是由金屬原子的結(jié)構(gòu)決定的，和晶體結(jié)構(gòu)無關(guān)。]
3．如圖是金屬晶體內(nèi)部電子氣理論圖
電子氣理論可以用來解釋金屬的性質(zhì)，其中正確的是( )
A．金屬能導(dǎo)電是因?yàn)榻饘訇栯x子在外加電場作用下定向移動(dòng)
B．金屬能導(dǎo)熱是因?yàn)樽杂呻娮釉跓岬淖饔孟孪嗷ヅ鲎?，從而發(fā)生熱的傳導(dǎo)
C．金屬具有延展性是因?yàn)樵谕饬Φ淖饔孟?，金屬陽離子各層間會出現(xiàn)相對滑動(dòng)，但自由電子可以起到潤滑的作用，使金屬不會斷裂
D．合金與純金屬相比，由于增加了不同的金屬或非金屬，使電子數(shù)目增多，所以合金的延展性比純金屬強(qiáng)，硬度比純金屬小
C [金屬能導(dǎo)電是因?yàn)樽杂呻娮釉谕饧与妶鲎饔孟露ㄏ蛞苿?dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；金屬能導(dǎo)熱是因?yàn)樽杂呻娮釉跓岬淖饔孟屡c金屬陽離子碰撞，從而發(fā)生熱的傳導(dǎo)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；合金與純金屬相比，由于增加了不同的金屬或非金屬，相當(dāng)于填補(bǔ)了金屬陽離子之間的空隙，所以一般情況下合金的延展性比純金屬弱，硬度比純金屬大，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]
4．在金屬晶體中，如果金屬原子的價(jià)電子數(shù)越多，金屬陽離子的半徑越小，自由電子與金屬陽離子間的作用力越大，金屬的熔點(diǎn)越高。由此判斷下列各組金屬熔點(diǎn)的高低順序，其中正確的是( )
A．Mg＞Al＞CaB．Al＞Na＞Li
C．Al＞Mg＞CaD．Mg＞Ba＞Al
C [金屬原子的價(jià)電子數(shù)：Al＞Mg＝Ca＝Ba＞Li＝Na，金屬陽離子的半徑：r(Ba2＋)＞r(Ca2＋)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)＞r(Li＋)，則C正確。]
5．2005年7月4日北京時(shí)間下午1點(diǎn)50分，美國“深度撞擊”號飛船釋放的探測器以大約每小時(shí)3.67萬公里的高速撞擊坦普爾1號彗星。“深度撞擊”號探測器的總重量為372公斤，分為飛越艙和撞擊艙兩部分，撞擊艙重113公斤，主要是一塊銅合金錐體。“深度撞擊”使彗星表面的細(xì)粉狀碎屑騰空而起。這些細(xì)粉狀碎屑中含有水、二氧化碳和簡單有機(jī)物。
(1)構(gòu)成撞擊艙的銅合金中含有的化學(xué)鍵是__________。
A．共價(jià)鍵B．金屬鍵
C．離子鍵D．配位鍵
(2)“深度撞擊”號探測器的撞擊艙選用銅作主要材料，與銅的性質(zhì)有密切關(guān)系。你認(rèn)為下列說法中一定錯(cuò)誤的是__________。
A．銅是較活潑金屬，利用銅燃燒產(chǎn)生巨大的能量來引爆彗星
B．銅對撞擊時(shí)的觀測產(chǎn)生的干擾小，并且也不會留下殘余物而妨礙未來的觀測
C．銅合金中的化學(xué)鍵作用強(qiáng)，保證了可用其制造結(jié)構(gòu)上足夠“硬”的撞擊器
D．銅有較好的穩(wěn)定性，其合金的硬度較大，這些都是銅“入選”的理由
[解析] (1)本題考查金屬晶體中的化學(xué)鍵——金屬鍵。銅合金中含有的化學(xué)鍵為金屬鍵。(2)用銅合金撞擊彗星主要是因?yàn)殂~穩(wěn)定性好，合金密度適中、硬度較大，且對觀測的干擾小，不留殘余物。
[答案] (1)B (2)A
學(xué) 習(xí) 任 務(wù)
1．認(rèn)識金屬晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。
2．能利用金屬鍵、“電子氣理論”解釋金屬的一些物理性質(zhì)。
金屬鍵對金屬物理性質(zhì)的影響

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第三節(jié) 金屬晶體與離子晶體

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修2

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