人教版选修3 第3章第3节 金属晶体第1课时 学案文档格式.docx
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金属单质或合金。
(4)应用:
“电子气”理论能很好地解释金属材料良好的延展性、导电性、导热性。
2.金属晶体
在金属单质的晶体中,原子之间以金属键相互结合,构成金属晶体的粒子是金属阳离子和自由电子。
3.金属键的强度差别很大,例如,金属钠的熔点较低,硬度较小,而钨是熔点最高的金属,这是由于形成的金属键强弱不同的缘故。
一般来说,金属的原子半径越小,金属键越强,金属的价电子数越多,金属键越强。
4.金属材料有良好的延展性,由于金属键没有方向性,当金属受到外力作用时,晶体中的各原子层发生相对滑动而不会破坏金属键;
金属材料有良好的导电性是由于金属晶体中的自由电子可以在外加电场作用下发生定向移动;
金属的热导率随温度升高而降低是由于在热的作用下,自由电子与金属原子频繁碰撞,阻碍了自由电子对能量的传递。
知识点一 金属键
1.金属键的定义:
金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用叫金属键。
2.金属键的本质——电子气理论:
金属原子对外围电子的束缚力不强,从金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”。
正是由于“自由电子”在整个金属固体中不停地运动,被所有的金属原子所共用,从而把所有金属原子维系在一起,使得体系的能量大大降低。
3.金属键的特征:
没有方向性和饱和性。
4.金属键对物质性质的影响
(1)金属键越强,晶体熔、沸点越高,晶体硬度越大。
(2)金属键的强弱不仅影响金属的物理性质,也可以影响金属的化学性质。
5.金属键强弱的比较方法
晶体的熔、沸点高低主要是由组成晶体的粒子间的相互作用大小决定的,包括化学键和分子间作用力。
而影响金属晶体熔、沸点的是金属离子和自由电子之间的作用力,金属键的大小要从离子半径和离子所带的电荷两个方面结合起来分析。
金属原子半径越小,单位体积内自由移动的电子数目越大,金属键越强。
金属键越强,金属晶体的熔、沸点越高,硬度越大。
一般说来,金属原子半径越小,价电子数越多,则金属键越强。
例如,对Na、Mg、Al而言,由于价电子数:
Al>
Mg>
Na,原子半径:
Na>
Al,故相互作用由强到弱的顺序是Al>
Na,故熔点:
Na<
Mg<
Al(97.81℃<
645℃<
660.4℃),硬度:
Al。
又如第ⅠA族中,Li、Na、K、Rb、Cs的价电子数均为1,但原子半径由Li至Cs依次递增,故熔点依次递减(180.5℃>
97.81℃>
63.65℃>
38.89℃>
28.40℃)。
[问题探究]
导热是能量传递的一种形式,它必然是物质运动的结果,那么金属晶体导热过程中电子气中的自由电子担当什么角色?
[答案] 金属容易导热,是由于电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而把能量从温度高的部分传到温度低的部分,从而使整块金属达到相同的温度。
[名师归要]
1.金属晶体在受外力作用下,各层之间发生相对滑动,但金属键并没有被破坏。
2.金属晶体中只有金属阳离子,无阴离子。
3.原子晶体的熔点不一定都比金属晶体的高,如金属钨的熔点就高于一般的原子晶体。
4.分子晶体的熔点不一定都比金属晶体的低,如汞常温下是液体,熔点很低。
金属键的强度差别很大,导致金属的熔、沸点和硬度的差别很大。
如常温下汞为液态而钨的熔点高达3410℃,钠的硬度小可以用小刀切割而铬的硬度很大以金刚石为10,则钠的硬度是0.4,铬的硬度是9。
1.要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。
金属晶体熔沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱,而金属键与金属阳离子所带电荷数的多少及半径大小有关。
由此判断下列说法正确的是( )
A.金属镁的熔点大于金属铝的
B.碱金属单质的熔沸点从Li到Cs是逐渐增大的
C.金属铝的硬度大于金属钠的
D.金属镁的硬度小于金属钙的
[解析] 影响金属晶体熔沸点的是金属键。
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,熔沸点和硬度都小;
从Li到Cs,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,熔沸点和硬度都逐渐减小;
因离子的半径小而所带电荷数多,使金属铝比金属钠的金属键强,所以金属铝比金属钠的熔沸点和硬度都大;
因离子的半径小而所带电荷数相同,使金属镁比金属钙的金属键强,所以金属镁比金属钙的熔沸点和硬度都大。
[答案] C
2.物质结构理论指出:
金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用,叫金属键。
金属键越强,其金属的硬度越大,熔、沸点越高。
根据研究表明,一般来说,金属原子半径越小,价电子数越多,则金属键越强。
由此判断下列说法错误的是( )
A.镁的硬度大于铝B.镁的熔、沸点高于钙
C.镁的硬度大于钾D.钙的熔、沸点高于钾
[解析] 此题考查的是金属晶体的性质,如硬度和熔、沸点的比较。
比较依据:
看价电子数和原子半径。
价电子数:
Al,Mg=Ca,Mg>
K,K<
Ca;
原子半径:
Al,Mg<
Ca,Mg<
K,K>
Ca,综合分析,镁的硬度小于铝;
镁的熔、沸点高于钙;
镁的硬度大于钾;
钙的熔、沸点高于钾。
故A错误。
[答案] A
金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键,这种键既没有方向性,也没有饱和性,金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动,使得金属呈现出特有的属性。
知识点二 金属晶体的性质
1.金属晶体的物理通性
(1)导电性——自由电子定向移动形成电流
金属晶体中存在许多自由电子,这些自由电子的运动是没有方向性的,但在外加电场的作用下,自由电子就会发生定向移动形成电流,所以金属容易导电。
(2)导热性——自由电子与金属原子发生碰撞后的能量变换
自由电子在运动时与金属原子碰撞而引起能量的交换,从而使能量从温度高的部分传到温度低的部分,使整块金属达到相同的温度。
(3)延展性——离子层位置改变而与电子气的作用保持
大多数金属具有较好的延展性,与金属离子和自由电子之间的较强作用有关。
当金属受到外力时,晶体中的各离子层就会发生相对滑动,由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性,受到外力后,相互作用没有被破坏,金属虽然发生了形变但不会导致断裂。
(4)颜色/光泽——自由电子吸收所有频率的光释放一定频率的光
由于金属原子以最紧密堆积状态排列,内部存在自由电子,所以当光辐射到它的表面上时,自由电子可以吸收所有频率的光,然后很快释放出各种频率的光,这就使得绝大多数金属呈现银灰色以至银白色光泽,金属能反射照射到其表面的光而具有光泽。
而金属在粉末状态时,金属的晶面取向杂乱,晶格排列不规则,吸收可见光后辐射不出去,所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。
2.金属熔沸点高低的比较
(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,如汞常温为液体,熔点很低(-38.9℃),而铁等金属熔点很高(1535℃)。
金属导电与电解质溶液导电有什么不同?
[答案] 金属导电的微粒是电子,离子晶体熔融状态下或溶于水后导电的微粒是阳离子和阴离子;
金属导电过程不生成新物质,属物理变化,而电解质导电的同时要在阴、阳两极生成新物质,属于化学变化,故两者导电的本质是不同的。
金属原子价电子越多,原子半径越小,金属离子与自由电子的作用力就越强,晶体的熔沸点就越高,反之越低。
金属晶体是由金属阳离子和自由电子组成的,金属晶体的导电性、导热性、延展性都与自由电子有关。
同时要注意晶体中有阳离子,不一定有阴离子。
如金属晶体中只有阳离子而无阴离子,但有阴离子的晶体一定有阳离子。
1.金属的下列性质中,不能用晶体结构加以解释的是( )
A.易导电B.易导热
C.有延展性D.易锈蚀
[解析] 金属的晶体结构只能解释金属有金属光泽、导电性、导热性、延展性、硬度、熔点等物理性质,是否容易生锈是金属的化学性质,只能用金属的原子结构加以解释。
[答案] D
2.在金属晶体中,如果金属原子的价电子数越多,原子半径越小,自由电子与金属阳离子间的作用力就越大,金属的熔、沸点就越高。
则下列各组金属熔、沸点的高低顺序,排列正确的是( )
A.Mg>Al>CaB.Al>Na>Li
C.Al>Mg>CaD.Mg>Ba>Al
[解析] Al的价电子比Mg多,半径比Mg小,所以Al的熔点比Mg高,故A错误;
因K、Na的电荷相同,钠原子半径>Li原子半径,则熔点为Na<Li,故B错误;
Al的价电子比Mg多,半径比Mg小,所以Al的熔点比Mg高,Ca的价电子与Mg相等,半径比Mg大,所以Ca的熔点比Mg低,故C正确;
Al的价电子比Mg多,半径比Mg小,所以Al的熔点比Mg高,故D错误。
金属熔沸点高低的比较
(4)金属晶体熔点差别很大,如汞常温为液体,熔点很低(-38.9℃),而铁等金属熔点很高(1535℃)。
[知识脉络]
金属晶体
[核心要点]
1.金属键是指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,从而把所有的金属原子维系在一起。
2.金属键的两个特征:
无方向性和饱和性。
3.三个影响因素:
金属阳离子半径、电荷、堆积方式。
4.金属晶体四个性质:
导电性、导热性、延展性、有金属光泽。
5.金属晶体中,原子之间以金属键相结合,金属键的强弱决定金属晶体的熔点和硬度。
1.下列关于金属键的叙述中,不正确的是( )
A.金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用,其实质与离子键类似,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.金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用,故金属键无饱和性和方向性
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
[解析] 从基本构成微粒的性质看,金属键与离子键的实质类似,都属于电性作用,特征都是无方向性和饱和性,自由电子是由金属原子提供的,并且在整个金属内部的三维空间内运动,为整个金属的所有阳离子所共有,从这个角度看,金属键与共价键有类似之处,但两者又有明显的不同,如金属键无方向性和饱和性。
故选B。
[答案] B
2.物质结构理论推出:
金属键越强,其金属的硬度越大,熔沸点越高。
且研究表明,一般来说,金属阳离子半径越小,所带电荷越多,则金属键越强,由此判断下列说法错误的是( )
A.硬度:
Mg>AlB.熔沸点:
Mg>Ca
C.硬度:
Mg>KD.熔沸点:
Ca>K
[解析] 根据金属的物理性质与金属键的强弱进行分析。
根据题目所给信息,镁和铝原子的电子层数相同,价电子数:
Al>Mg,离子半径:
Al3+<Mg2+,金属键:
Mg<Al,铝的硬度大于镁,所以A项错误。
镁、钙原子价电子数相同,但离子半径:
Ca2+>Mg2+,金属键:
Mg>Ca,镁的熔沸点高于钙,所以B项正确。
用以上比较方法推出,价电子数:
Mg>K,离子半径:
Mg2+<Na+<K+,所以金属键:
Mg>K,镁的硬度大于钾,所以C项正确。
钙和钾元素位于同一周期,价电子数:
Ca>K,离子半径:
K+>Ca2+,金属键:
Ca>K,钙的熔沸点高于钾,所以D项正确。
3.下列有关化学键、氢键和范德华力的叙述中,不正确的是( )
A.金属键是金属离子与“电子气”之间的较强作用,金属键无方向性和饱和性
B.共价键是原子之间通过共用电子对形成的化学键,共价键有方向性和饱和性
C.范德华力是分子间存在的一种作用力,分子的极性越大,范德华力越大
D.氢键不是化学键,而是分子间的一种作用力,所以氢键只存在于分子与分子之间
[解析] 氢键是一种分子间作用力,比范德华力强,但是比化学键要弱。
氢键既可以存在于分子间(如水、乙醇、甲醇、液氨等),又可以存在于分子内(如OHOCH),所以应选择D项。
4.某物质熔融状态可导电,固态可导电,将其投入水中,水溶液也可导电,则可推测该物质可能是( )
A.金属B.非金属
C.可溶性碱D.可溶性盐
[解析] 固体状态能导电的在上面的选项中只有金属晶体,至于在水溶液里也能导电,有可能是金属与水反应后生成的电解质溶液导电。
所以答案选A。
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