第三節(jié)　金屬晶體與離子晶體基礎(chǔ)課時13　金屬鍵與金屬晶體學(xué) 習(xí) 任 務(wù)1．認識金屬晶體的結(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)。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，形成像共價晶體一樣的“巨分子”。　下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯誤的是(　　)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烈的靜電吸引作用D　[自由電子屬于整塊金屬，A項正確；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項正確；金屬原子脫落下來的價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項正確；金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間的強烈的相互作用，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項錯誤。]二、金屬晶體1．通過金屬陽離子與自由電子之間的較強作用形成的單質(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)微點撥：①溫度越高，金屬的導(dǎo)電能力越弱。②合金的熔、沸點比其各成分金屬的熔、沸點低。　(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(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和銀白色的金屬光澤D．由單質(zhì)組成且在固態(tài)時能導(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項錯誤；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項錯誤；有的金屬晶體的熔點很高，如鎢是熔點最高的金屬，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項錯誤；晶體硅能導(dǎo)電，但不是金屬晶體，D項正確。]金屬鍵對金屬物理性質(zhì)的影響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(memory 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。因為記憶合金中也存在金屬鍵，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)實例相當(dāng)多。如血栓過濾器、脊柱矯形棒、牙齒矯形絲、腦動脈瘤夾、接骨板、髓內(nèi)針、人工關(guān)節(jié)、避孕器、心臟修補元件、人造腎臟用微型泵等。(此答案合理即可)。1．金屬鍵強弱的影響因素金屬鍵的強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。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，充滿著帶負電荷的“電子氣”，“電子氣”的運動是沒有方向的，但在外加電場的作用下“電子氣”會發(fā)生定向移動，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，使整塊金屬達到相同的溫度。(3)金屬的延展性當(dāng)金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動，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(dǎo)電C．金屬具有良好的導(dǎo)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滑動而不破壞金屬鍵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，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項錯誤；B、C、D項均正確。]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，熔點較低B．由共價鍵結(jié)合形成共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體，熔點很高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，熔點較低，是分子晶體，A項不符合題意；由共價鍵結(jié)合形成共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體，熔點很高，是共價晶體，B項不符合題意；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項錯誤；金屬陽離子與自由電子之間的強烈的相互作用，在一定外力作用下，不會因形變而消失，這可以認為是電子氣理論對金屬具有良好延展性的解釋，B項正確；溫度升高，金屬陽離子的振動頻率和自由電子的無序運動增強，會使金屬的電導(dǎo)性減弱，C項錯誤。[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)則運動。在外加電場作用下，自由電子發(fā)生定向移動，形成電流。但金屬陽離子只在一定范圍內(nèi)振動，而不會自由移動，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)電是因為在外加電場作用下產(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)生定向移動形成電流而導(dǎo)電，A項錯誤；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項錯誤；金屬晶體中有陽離子，但沒有陰離子，C項錯誤；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烈的相互作用，D項正確。]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，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)電是因為金屬陽離子在外加電場作用下定向移動B．金屬能導(dǎo)熱是因為自由電子在熱的作用下相互碰撞，從而發(fā)生熱的傳導(dǎo)C．金屬具有延展性是因為在外力的作用下，金屬陽離子各層間會出現(xiàn)相對滑動，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，硬度比純金屬小C　[金屬能導(dǎo)電是因為自由電子在外加電場作用下定向移動，A項錯誤；金屬能導(dǎo)熱是因為自由電子在熱的作用下與金屬陽離子碰撞，從而發(fā)生熱的傳導(dǎo)，B項錯誤；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項錯誤。]4．在金屬晶體中，如果金屬原子的價電子數(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，金屬的熔點越高。由此判斷下列各組金屬熔點的高低順序，其中正確的是(　　)A．Mg＞Al＞Ca B．Al＞Na＞LiC．Al＞Mg＞Ca D．Mg＞Ba＞AlC　[金屬原子的價電子數(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日北京時間下午1點50分，美國“深度撞擊”號飛船釋放的探測器以大約每小時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?！?/span>深度撞擊”使彗星表面的細粉狀碎屑騰空而起。這些細粉狀碎屑中含有水、二氧化碳和簡單有機物。(1)構(gòu)成撞擊艙的銅合金中含有的化學(xué)鍵是__________。A．共價鍵 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。你認為下列說法中一定錯誤的是__________。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，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為銅穩(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  

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第三節(jié) 金屬晶體與離子晶體

版本： 人教版 (2019)

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