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第三章
第三節 金屬晶體與離子晶體
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第1課時
新課引入
觀察金屬置換反應中金屬的生長過程，可知：金屬具有較為規則的幾何外形，是一種晶體，我們稱其為金屬晶體。在常溫下，金屬（除汞外）都是晶體
思考：金屬晶體中的原子是通過什么作用結合在一起的？
金屬晶體晶胞特征：層狀緊密堆積
金屬鍵
一、金屬鍵與金屬晶體
電子氣理論簡介
金屬鍵成鍵本質——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”，被所有原子共用，從而把所有金屬原子維系在一起，形成像共價晶體一樣的“巨分子”。
金屬鍵的特征金屬鍵無方向性和飽和性。
一、金屬鍵與金屬晶體
（一）金屬鍵
1.本質：金屬原子脫落下來的________形成遍布整塊晶體的“ ________”,被所有原子共用，從而把所有_________維系在一起。
金屬鍵：金屬陽離子與自由電子之間的強烈作用
2.成鍵微粒：
3.金屬鍵的特征：
價電子
電子氣
金屬原子
金屬陽離子與自由電子
金屬鍵沒有方向性和飽和性
金屬鍵的強弱
金屬離子半徑大小
價電子的多少
一、金屬鍵與金屬晶體
2.構成微粒：
金屬陽離子、電子
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+
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3.微粒間作用力：
金屬鍵
金屬陽離子與自由電子之間強烈的相互作用
自由電子
金屬陽離子
+
金屬
合金
（二）金屬晶體
金屬陽離子與自由電子之間通過金屬鍵作用形成的晶體
1.定義：
注意:
①在金屬晶體中有陽離子，但沒有陰離子，所以，晶體中有陽離子不一定有陰離子，若有陰離子，則一定有陽離子。
②在金屬晶體中，不存在單個分子或原子，金屬單質或合金屬于金屬晶體。
一、金屬鍵與金屬晶體
金屬晶體中，自由電子在外加電場作用下，發生定向移動，形成電流，使金屬具有良好的導電性，金屬晶體中除自由電子外的金屬陽離子在其位置附近振動，加熱時，金屬陽離子的振動加強，阻礙自由電子的運動，因而金屬的電阻隨溫度升高而增大。
通性一：金屬的導電性以及金屬的電阻隨溫度升高而增大
“電子氣理論”解釋金屬的通性
電子氣的運動：無序
自由電子定向運動形成電流
一、金屬鍵與金屬晶體
①金屬晶體具有導電性，但能導電的物質不一定是金屬
②石墨具有導電性，屬于非金屬。
還有一大類能導電的有機高分子化合物（如聚乙炔），也不屬于金屬。
③金屬導電的粒子是自由電子，導電過程是物理變化。
而電解質溶液導電的粒子是自由移動的陰陽離子，導電過程是化學變化
特別說明：
一、金屬鍵與金屬晶體
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金屬晶體中，自由電子在運動中不斷地與金屬陽離子碰撞，從而發生能量交換，當金屬晶體的一端受熱，加強了該端的金屬陽離子的振動，自由電子將熱能迅速地傳遞到另一端，使金屬整體的溫度很快的升高，所以金屬有很好的導熱性。
“電子氣理論”解釋金屬的通性
通性二：金屬的導熱性
一、金屬鍵與金屬晶體
金屬晶體中，由于自由電子的“膠合”作用，當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，而且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，所以金屬有良好的延展性。
“電子氣理論”解釋金屬的通性
通性三：金屬的延展性
延展性最好的金屬是金，一兩黃金，壓成金箔可覆蓋兩個籃球場。
外力
純金屬內原子的
排列十分規整
合金內原子層之間的相對滑動變得困難，會影響金屬的延展性甚至硬度。這是對合金性能發生改變的一種比較粗淺的解釋
合金：
一、金屬鍵與金屬晶體
自由電子：可吸收所有頻率的光，很快釋放出去，使絕大多數塊狀金屬不透明且具有金屬光澤。某些金屬因易吸收某些頻率光而呈特殊顏色。而金屬在粉末狀態時，晶格排列不規則，吸收可見光后反射不出去，所以金屬粉末常呈暗灰色或黑色。
“電子氣理論”解釋金屬的通性
通性四：金屬具有金屬光澤
一、金屬鍵與金屬晶體
對比鋰、鈉、鎂、鋁、鉀的原子結構和熔沸點的數據，晶體的熔沸點與哪些因素有關？
元素 3Li(鋰) 11Na(鈉) 19K(鉀) Mg Al
離子半徑/pm 76 102 138 72 53.5
價電子數 1 1 1 2 3
熔點/℃ 180.5 97.72 63.65 651 660
沸點/℃ 1347 883 759 1107 2324
Li-K：價電子數相同，離子半徑逐漸增大，
金屬鍵作用減弱，熔沸點降低。
Na-Mg-Al:
離子半徑依次減小，價電子數增多，金屬鍵增強。
一、金屬鍵與金屬晶體
3.金屬鍵的影響因素：
離子半徑
價電子數
離子半徑越小，價電子數越多，金屬鍵越強
金屬鍵越強，
金屬的熔沸點越高，硬度越大
注意：
①一般合金的熔沸點比各成分金屬的熔沸點低
②一般過渡金屬高于主族金屬
Na
＋
用電子式表示氯化鈉的形成過程：
Cl
Na＋
Cl
－
NaCl晶體不能導電，但熔融的NaCl卻能導電，這說明了什么？
思考
二、離子晶體
1、定義：由陰離子和陽離子相互作用而形成的晶體
堆積微粒：陰陽離子； 微粒間作用力：離子鍵；
注意：
① 離子晶體中不存在分子；
② 離子鍵的強弱與離子的電荷、離子的半徑有關；
電荷越大離子鍵越強，半徑越小離子鍵越強。
常見物質：強堿、活潑金屬的氧化物和過氧化物、大多數鹽；
二、離子晶體
2、物理性質：
具有較高的熔、沸點，難揮發，硬度大，不導電，易溶于極性溶劑，難溶于非極性溶劑。
（1）硬度：離子晶體的硬度較大，難于壓縮。
陰陽離子間有較強的離子鍵，使離子晶體的硬度較大，當晶體受到沖擊力作用時，部分離子鍵發生斷裂，導致晶體破碎。
（2）溶解性：大多數離子晶體易溶于極性溶劑（如水），難溶于非極性溶
劑（如汽油、苯等），遵循“相似相溶”規律。
二、離子晶體
離子間距/pm 電荷數 熔點/℃
NaCl 276 1 801
NaBr 290 1 750
MgO 205 2 2800
CaO 239 2 2576
離子晶體的熔點與哪些因素有關？
離子鍵
強弱
熔點
離子半徑、所帶電荷
離子半徑越小，所帶電荷越多，離子鍵越強，熔點越高，硬度越大
思考
Na＋、Cs＋所帶電荷一樣，但Na＋的半徑小于Cs＋的半徑，NaCl中離子鍵強于CsCl中離子鍵，所以NaCl的熔點高于CsCl的熔點。
NaCl的熔點為801 ℃，CsCl的熔點為645 ℃，試解釋其原因。
二、離子晶體
3、常見離子晶體：
NaCl晶胞
熔點：801oC、沸點：1413oC
① 每個晶胞含鈉離子、氯離子的個數 、 ；
② 配位數：一種離子周圍最鄰近的帶相反電荷
的離子數目。
每個Na＋周圍與之等距且距離最近的Cl－有___個。
每個Cl-周圍與之等距且距離最近的Na＋有____個。
它們所圍成的空間幾何構型是： 。
二、離子晶體
3、常見離子晶體：
NaCl晶胞
③ 每個Na＋周圍
與之等距且距離最近的Na＋有___個。
每個Cl－周圍
與之等距且距離最近的Cl－有____個。
二、離子晶體
3、常見離子晶體：
CsCl晶胞
熔點：645℃、沸點：1290℃；
① 每個晶胞含銫離子、氯離子的個數： 、 ；
② 配位數：
每個Cs＋周圍與之等距且距離最近的Cl－有____個；
每個Cl-周圍與之等距且距離最近的Cs+有_____個。
它們所圍成的空間幾何構型是 。
二、離子晶體
3、常見離子晶體：
CsCl晶胞
熔點：645℃、沸點：1290℃；
③ 每個Cs＋周圍
與之等距且距離最近的Cs＋有 個。
每個Cl－周圍
與之等距且距離最近的Cl－有 個。
二、離子晶體
以上討論了NaCl和CsCI兩種離子晶體，實際上，大量離子晶體的陰離子或陽離子不是單原子離子，有的還存在電中性分子（如H2O、NH3等)。
例如CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等，在這些離子晶體中還存在共價鍵、氫鍵等。
晶體中也存在范德華力，只是當能量份額很低時不提及。
然而，貫穿整個晶體的主要作用力仍是陰、陽離子之間的作用力。
陰陽離子形成的物質，其熔點一定很高嗎？
離子液體
科學.技術.社會 P88
四類典型晶體
晶體類型 分子晶體 共價晶體 金屬晶體 離子晶體
微粒種類
微粒間 相互作用
典型晶體
金屬陽離子和自由電子
金屬鍵
原子
離子鍵
共價鍵
分子
分子間
作用力
陰、陽離子
金屬Cu
NaCl
CO2
課堂小結
金屬鍵與金屬晶體
離子晶體
電子氣理論
概念
成鍵粒子
金屬鍵的強弱和對金屬性質的影響
概念
影響因素
離子晶體的性質
金屬晶體與離子晶體
第1課時
隨堂練習
1．下列變化需克服共價鍵的是
A．金剛石熔化 B．汞變成汞蒸氣 C．碘升華 D．食鹽溶于水
A
2．三氯化鐵的熔點為282℃、沸點為315℃，易溶于水，也易溶于乙醚等有機溶劑。在400℃時，它的蒸氣中有雙聚分子Fe2Cl6存在。則三氯化鐵的晶體類型為
A．分子晶體 B．共價晶體 C．金屬晶體 D．離子晶體
A
3．下列敘述不正確的是
A．離子晶體中一定含有陰、陽離子
B．離子晶體都是化合物
C．固態不導電、溶于水能導電，這一性質能說明某晶體一定是離子晶體
D．離子晶體一般具有較高的熔點
C

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