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第三節　金屬晶體與離子晶體
基礎課時16　金屬晶體
學習目標　1.知道金屬鍵的特點與金屬某些性質的關系。2.認識金屬晶體中的微粒種類及微粒間的相互作用。
金屬鍵與金屬晶體
(一)知識梳理
1.金屬鍵
(1)概念：金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的相互作用稱金屬鍵。
(2)成鍵粒子：金屬陽離子和自由電子。
(3)本質：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。這一理論稱為“電子氣理論”。
(4)金屬鍵的特征：金屬鍵無方向性和飽和性。
2.金屬晶體
(1)概念：金屬陽離子與自由電子(“電子氣”)之間通過金屬鍵形成的晶體叫做金屬晶體。
(2)通性：金屬晶體有優良的導電性、導熱性和延展性。
(3)用“電子氣理論”解釋金屬的性質
(4)存在：金屬晶體中，除了純金屬，還有大量的合金。
(二)互動探究
記憶金屬又叫形狀記憶合金。20世紀70年代，世界材料科學中出現了一種具有“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，金屬條伸直；將它放入冷水里，金屬條則恢復了原狀。這些都是由一種有記憶力的金屬做成的，它的微觀結構有兩種相對穩定的狀態，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
【問題討論】
問題1　合金屬于什么晶體？構成粒子是什么？
提示　金屬晶體；構成粒子為金屬陽離子和自由電子。
問題2　材料中提到“合金成分缺乏均勻性”，合金的延展性比純金屬差，硬度比純金屬大，原因是什么？
提示　合金與純金屬相比，由于增加了不同的金屬或非金屬，相當于滾珠之間摻入了細小堅硬的砂子或碎石，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。
問題3　金屬在常溫下都是晶體嗎？金屬晶體的性質與哪些因素有關？
提示　不是，如汞。金屬鍵和金屬原子的堆積方式決定金屬的性質。
問題4　合金的熔點與相應的成分金屬的熔點有何關系？
提示　合金的熔點一般低于任何一種成分金屬的熔點。
問題5　根據規律判斷下列金屬的熔點高低？
①Li、Na、K、Rb、Cs；②Na、Mg、Al
提示　Li>Na>K>Rb>Cs，Na【探究歸納】
1.金屬鍵
(1)金屬鍵的強弱比較
一般來說，金屬鍵的強弱主要取決于金屬元素原子的半徑和價電子數。原子半徑越大，價電子數越少，金屬鍵越弱；原子半徑越小，價電子數越多，金屬鍵越強。
(2)金屬鍵的強弱和對金屬性質的影響
金屬鍵越強，金屬的熔、沸點越高，硬度越大。金屬鍵強度差別較大，如金屬鈉的熔點較低、硬度較小，而鎢是熔點最高的金屬、鉻是硬度最大的金屬。
2.金屬晶體的性質
(1)金屬晶體具有良好的導電性、導熱性和延展性。
(2)熔點：金屬鍵越強，熔點越高。
①同周期金屬單質，從左到右(如Na、Mg、Al)熔點升高。
②同主族金屬單質，從上到下(如堿金屬)熔點降低。
③合金的熔點一般比其各成分金屬的熔點低。
④金屬晶體熔點差別很大，如鈉的熔點為97.8 ℃，而鐵的熔點則高達1 535 ℃。
(3)硬度：金屬鍵越強，晶體的硬度越大。
3.金屬晶體物理特性分析
(1)良好的延展性。
金屬鍵沒有方向性，當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層發生相對滑動而不會破壞金屬鍵，金屬發生形變但不會斷裂，故金屬晶體具有良好的延展性。
(2)金屬材料有良好的導電性是由于金屬晶體中的自由電子可以在外加電場作用下發生定向移動。
(3)金屬的導熱性是自由電子在運動時與金屬原子碰撞而引起能量的交換，從而使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。
1.下列關于金屬晶體的敘述不正確的是(　　)
A.常溫下，金屬單質不全部以金屬晶體形式存在
B.金屬鍵在一定外力作用下，會因形變而消失
C.鈣的溶、沸點高于鉀
D.溫度越高，金屬的導電性越弱
答案　B
解析　常溫下，Hg為液態，故A正確；金屬鍵無方向性，故金屬鍵在一定范圍內不會因形變而消失，故B錯誤；鈣的金屬鍵強于鉀，故熔、沸點高于鉀，故C正確；溫度升高，自由電子的能量增大，無規則運動加快，影響了自由電子的定向移動，金屬的導電性減弱，故D正確。
2.(2023·寶山區高二檢測)金屬的下列性質中，不能用金屬鍵解釋的是(　　)
A.易傳熱 B.加工易變性但不碎
C.易銹蝕 D.有特殊的金屬光澤
答案　C
解析　金屬晶體易傳熱是由于晶體內部，自由電子與金屬原子的碰撞，即能用金屬鍵解釋，故A正確；金屬有延展性，加工易變形，發生形變時，自由電子仍然可以在金屬陽離子之間流動，使金屬不會斷裂破碎，即能用金屬鍵解釋，故B正確；金屬易銹蝕與金屬晶體結構無關，與化學性質有關，金屬的化學性質比較活潑，容易被空氣中的氧氣氧化，故金屬易銹蝕不能用金屬鍵解釋，故C錯誤；自由電子很容易被激發，所以它們可以吸收許多光并發射各種可見光，所以大部分金屬為銀白色，即能用金屬鍵解釋，故D正確。
3.(2023·徐州高二檢測)我國的超級鋼研究居于世界領先地位。某種超級鋼中除Fe外，還含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%。下列說法中錯誤的是(　　)
A.上述五種元素中，有兩種位于周期表的p區
B.超級鋼的晶體一定是金屬晶體
C.X射線衍射實驗可以確定超級鋼的晶體結構
D.超級鋼中存在金屬鍵和離子鍵
答案　D
解析　上述五種元素中，Fe價層電子排布式為3d64s2，Mn價層電子排布式為3d54s2，V價層電子排布式為3d34s2，這三種元素位于d區；C價層電子排布式為2s22p2，Al價層電子排布式為3s23p1，這兩種元素位于p區，故A正確；超級鋼的晶體符合金屬晶體結構特點，因此為金屬晶體，故B正確；X射線衍射實驗可以確定超級鋼的晶體結構，故C正確；超級鋼是金屬晶體，因此存在金屬鍵，不存在離子鍵，故D錯誤。
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)金屬鍵的概念及特征
1.下列敘述正確的是(　　)
A.任何晶體中，若含有陽離子，就一定含有陰離子
B.金屬晶體的形成是因為晶體中存在金屬陽離子間的相互作用
C.價電子數越多，金屬元素的金屬性越強
D.含有金屬元素的離子不一定是陽離子
答案　D
解析　金屬晶體中雖存在陽離子，但沒有陰離子，A錯誤；金屬晶體的形成是因為晶體中存在金屬陽離子與自由電子之間的相互作用，B錯誤；價電子數多的金屬元素的金屬性不一定強，如Fe的價電子數比Na多，但Fe的金屬性卻沒有Na的強，C錯誤；含有金屬元素的離子不一定是陽離子，如[Al(OH)4]－是陰離子，D正確。
2.下列關于金屬鍵的敘述中不正確的是(　　)
A.金屬鍵是金屬陽離子和自由電子這兩種帶異性電荷的微粒間強烈的相互作用，其實質與離子鍵類似，也是一種電性作用
B.金屬鍵可以看作是許多原子共用許多電子所形成的強烈的相互作用，所以與共價鍵類似，也有方向性和飽和性
C.金屬鍵是金屬陽離子和自由電子間的相互作用，金屬鍵無飽和性和方向性
D.構成金屬鍵的自由電子在整個金屬內部的三維空間中做自由運動
答案　B
解析　從基本構成微粒的性質看， 金屬鍵是金屬陽離子和自由電子這兩種帶異性電荷的微粒間的強烈相互作用，所以金屬鍵與離子鍵的實質類似，都屬于電性作用，A正確；金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間的強烈相互作用，自由電子為整個金屬的所有陽離子所共有，所以金屬鍵沒有方向性和飽和性；而共價鍵有方向性和飽和性，B錯誤，C正確；自由電子在金屬中自由運動，為整個金屬的所有陽離子所共有，所以構成金屬鍵的自由電子在整個金屬內部的三維空間中做自由運動，D正確。
3.下列敘述正確的是(　　)
A.金屬受外力作用時常常發生變形而不易折斷，這是由于金屬原子之間有較強的作用
B.通常情況下，金屬里的自由電子會發生定向移動而形成電流
C.金屬是借助自由電子的運動，把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分
D.金屬的導電性隨溫度的升高而減弱
答案　D
解析　金屬受外力作用時常常發生變形而不易折斷，這是因為金屬晶體中各層會發生相對滑動， A錯誤；金屬里的自由電子要在外電場作用下才能發生定向移動產生電流，B錯誤；C.金屬的導熱性是由于自由電子碰撞金屬原子將能量進行傳遞，C錯誤；受熱的自由電子的能量增大，無規則運動加劇，影響自由電子的定向移動，導電能力減弱，D正確。
4.金屬的下列性質與金屬鍵無關的是(　　)
A.金屬有金屬光澤
B.金屬易導電
C.金屬具有較強的還原性
D.金屬具有良好的延展性
答案　C
解析　金屬陽離子與自由電子之間強烈的相互作用形成金屬鍵，金屬的導電性、導熱性、延展性及其具有金屬光澤等均與金屬鍵有關，金屬的還原性與金屬鍵無關，答案選C。
5.物質結構理論推出：金屬鍵越強，其金屬的硬度越大，熔、沸點越高。且研究表明，一般來說，金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，則金屬鍵越強，由此判斷下列說法錯誤的是(　　)
A.硬度：Mg＞Al B.熔、沸點：Mg＞Ca
C.硬度：Mg＞K D.熔、沸點：Ca＞K
答案　A
解析　Mg、Al的電子層數相同，核電荷數大的離子半徑小，價電子數Al＞Mg，離子半徑A13＋＜Mg2＋，所以金屬鍵Al＞Mg，故Al的硬度大于Mg，A錯誤；Mg、Ca價電子數相同，Ca的電子層數多，離子半徑Ca2＋＞Mg2＋，所以金屬鍵Mg＞Ca，故熔點Mg＞Ca，B正確；離子半徑Mg2＋＜Na＋＜K＋，所以金屬鍵Mg＞K，故硬度Mg＞K，C正確；Ca、K位于同一周期，價電子數Ca＞K，離子半徑K＋＞Ca2＋，金屬鍵Ca＞K，故熔點Ca＞K，D正確。
(二)金屬晶體
6.金屬鈉晶體為體心立方晶胞(如圖)，實驗測得鈉的密度為ρ(g·cm－3)。已知鈉的相對原子質量為a，阿伏加德羅常數為NA(mol－1)，假定金屬鈉原子為等徑的剛性球且處于體對角線上的三個球相切。則鈉原子的半徑r(cm)為(　　)
A. B.
C. D.
答案　C
解析　1個鈉晶胞中實際含有2個鈉原子，晶胞邊長為，則ρ＝，計算可得r＝。
7.(2023·福州高二檢測)金晶體的晶胞如圖所示。設金原子的直徑為d，用NA表示阿伏加德羅常數，在立方體的各個面的對角線上，3個金原子彼此兩兩相切，M表示金的摩爾質量。則下列說法錯誤的是(　　)
A.金晶體每個晶胞中含有4個金原子
B.金屬鍵無方向性，金屬原子盡可能采取密堆積
C.一個晶胞的體積是16d3
D.金晶體的密度是
答案　C
解析　金原子處于頂角與面心上，晶胞中含有的金原子數目為8×＋6×＝4，故A正確；金屬晶體中，金屬鍵無方向性，金屬原子采取密堆積，故B正確；在立方體的各個面的對角線上3個金原子彼此兩兩相切，金原子的直徑為d，故面對角線長度為2d，棱長為×2d＝d，故晶胞的體積為(d)3＝2d3，故C錯誤；晶胞中含有4個原子，故晶胞質量為，晶胞的體積為2d3，故晶胞密度為＝，故D正確。
8.(2023·武漢高二檢測)鉀的化合物廣泛存在于自然界中。回答下列問題：
(1)原子坐標參數可表示晶胞內部各原子的相對位置，金屬鉀是體心立方晶系，其構型如圖。其中原子坐標參數A(0，0，0)、B(1，0，0)，則C處原子的坐標參數為____________。
(2)鉀晶體的晶胞參數為a pm。假定金屬鉀原子為等徑的剛性小球且處于體對角線上的三個球相切，則鉀原子的半徑為____________pm，晶體鉀的密度計算式是____________g·cm－3。
答案　(1)(，，)
(2)　
解析　(1)C處原子位于體心處，則C處原子的坐標參數為(，，)。(2)鉀晶體的晶胞參數為a pm，則體對角線是a pm，所以鉀原子的半徑為a pm。晶胞中含有鉀原子的個數8×＋1＝2，所以晶體鉀的密度計算式是 g·cm－3。
B級　素養培優練
9.(2023·撫順高二期末)3種不同堆積方式的金屬晶體的晶胞如圖所示，其配位數(即一個原子周圍最鄰近且等距離的原子數)分別為(　　)
A.6、6、8 B.6、8、8
C.6、6、12 D.6、8、12
答案　D
解析　①該晶胞是簡單立方堆積，離頂角原子距離最近且等距離的原子處在該原子的上下、左右、前后共6個，故配位數為6；②該晶胞是體心立方堆積，離體心原子距離最近且等距離的原子處在晶胞的8個頂角，故配位數為8；③該晶胞是面心立方最密堆積，離頂角原子距離最近且等距離的原子處在相鄰的面心上，一個晶胞中有3個等距離的原子，頂角原子周邊可以堆積8個相同的晶胞，周邊等距離的原子共3×8個，由于面心原子被兩個晶胞均分，計算兩次，故離頂角原子等距的原子有3×8÷2＝12個，故配位數為12。
10.單質鐵的一種晶體如甲、乙所示，若按甲虛線方向切乙得到的圖應為(　　)
答案　A
解析　乙切割后得到的圖形如圖，1、3、9、7四點構成一個矩形，相鄰邊長不等，所以這四點構成的圖形為長方形，該矩形中每個頂點、每條棱中心、長方形中心上各有一個Fe原子，原來每個小立方體體心上的Fe原子分別位于四點組成的小正方形的中心，所以得到的圖形如A。
11.(2023·湖北高二校聯考)磁性形狀記憶材料Cu－Mn－Al合金的晶胞如圖所示，Mn、Al位于Cu形成的立方體體心。下列說法正確的是(　　)
A.Mn和Cu均位于元素周期表d區
B.該合金的化學式為AlMnCu
C.與Cu距離最近且相等的Cu有6個
D.溫度升高該合金電導率升高
答案　C
解析　Cu位于ds區，A項錯誤；該晶胞內Cu：8×＋12×＋6×＋1＝8個，Mn有4個，Al有4個，該合金的化學式為AlMnCu2，B項錯誤；由晶胞知，與Cu距離最近且相等的Cu有6個，C項正確；D.溫度升高，自由電子與金屬原子碰撞頻率增大導致電導率降低，D項錯誤。
12.(2024·廣西統考模擬)某鎂鎳合金儲氫后所得晶體的立方晶胞如圖1(為便于觀察，省略了2個圖2的結構)，晶胞邊長為a pm。下列說法正確的是(　　)
A.晶體的化學式為Mg2NiH6
B.晶胞中與1個Mg配位的Ni有6個
C.晶胞中2個Ni之間的最近距離為a pm
D.鎂鎳合金中Mg、Ni通過離子鍵結合
答案　A
解析　Ni位于頂角和面心，根據均攤法，Ni的個數為8×＋6×＝4，每個Ni原子周圍有6個H，因此H有24個，Mg都在體內，因此Mg有8個，晶體的化學式為Mg2NiH6，A正確；由圖像可知，Mg周圍距離最近且相等的Ni有4個，因此晶胞中與1個Mg配位的Ni有4個，B錯誤；由圖像可知，晶胞中最近的2個Ni位于面的中心和頂角上，距離為面對角線的一半，即a pm，C錯誤；Mg、Ni均為金屬，合金中Mg、Ni通過金屬鍵結合，D錯誤。
13.(2023·重慶高二校聯考)鈦、鉻、鐵、鎳、銅、硼等元素及其化合物在工業上有重要用途。
(1)鈦鐵合金是鐵系儲氫合金的代表，該合金具有放氫溫度低、價格適中等優點。
①Ti的基態原子價電子排布式為____________。
②Fe的基態原子共有________種不同能級的電子。
③Ti(BH4)3也是一種儲氫材料，可由TiCl4和LiBH4反應制得。LiBH4由Li＋和BH構成，BH的立體結構是____________。
(2)制備CrO2Cl2的反應為K2Cr2O7＋3CCl4===2KCl＋2CrO2Cl2＋3COCl2↑。
①上述化學方程式中非金屬元素電負性由大到小的順序是________(用元素符號表示)。
②ClO2分子中所有原子均滿足8電子構型，COCl2的結構式為________，分子中σ鍵和π鍵的個數比為________，中心原子的雜化方式為________。
(3)某銅鎳合金的立方晶胞結構如圖所示。
①該晶體的化學式為________。
②已知該晶胞的摩爾質量為M g·mol－1，密度為d g·cm－3。設NA為阿伏加德羅常數的值，則該晶胞的棱長是____________cm(用含M、d、NA的代數式表示)。
答案　(1)①3d24s2　②7　③正四面體
(2)①O>Cl>C　②　3∶1　sp2
(3)①Cu3Ni　②
解析　(1)①Ti為22號元素，屬于過渡元素，價電子包括最外層電子和次外層d能級上的電子，即Ti的價電子排布式為3d24s2 ；②鐵元素屬于26號元素，電子排布式為1s22s22p63s23p63d64s2，共有7種不同能級的電子；③BH中，價層電子對數為4＋＝4，雜化類型為sp3，為正四面體；(2)①非金屬是O、C、Cl，同周期從左向右電負性增大，根據HClO中化合價，推出O的電負性大于Cl，根據CCl4中化合價，Cl的電負性大于C，即電負性由大到小的規律是O>Cl>C；②COCl2所有原子滿足8電子穩定結構，即COCl2的結構式為，成鍵原子間只能形成一個σ鍵，雙鍵之間有1個π鍵，因此σ鍵和π鍵數目的比值為3∶1；C有3個σ鍵，無孤電子對，價層電子對數為3，雜化類型為sp2；(3)①Ni的個數為8×＝1，Cu的個數為6×＝3，該晶體的化學式為Cu3Ni；②晶胞的質量為g，根據密度的定義，晶胞的體積為V＝＝ ，則該晶體的棱長cm。第三節　金屬晶體與離子晶體
基礎課時16　金屬晶體
學習目標　1.知道金屬鍵的特點與金屬某些性質的關系。2.認識金屬晶體中的微粒種類及微粒間的相互作用。
金屬鍵與金屬晶體
(一)知識梳理
1.金屬鍵
(1)概念:金屬陽離子和　　　　　　　　之間存在的強烈的相互作用稱金屬鍵。
(2)成鍵粒子:金屬陽離子和　　　　　　。
(3)本質:金屬原子脫落下來的　　　　　　形成遍布整塊晶體的“　　　　　　”,被所有原子所共用,從而把所有的　　　　　　維系在一起。這一理論稱為“電子氣理論”。
(4)金屬鍵的特征:金屬鍵無方向性和飽和性。
2.金屬晶體
(1)概念:金屬陽離子與自由電子(“電子氣”)之間通過　　　　　　形成的晶體叫做金屬晶體。
(2)通性:金屬晶體有優良的　　　　　　性、　　　　　　性和　　　　　　性。
(3)用“電子氣理論”解釋金屬的性質
(4)存在:金屬晶體中,除了純金屬,還有大量的合金。
(二)互動探究
記憶金屬又叫形狀記憶合金。20世紀70年代,世界材料科學中出現了一種具有“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,金屬條伸直;將它放入冷水里,金屬條則恢復了原狀。這些都是由一種有記憶力的金屬做成的,它的微觀結構有兩種相對穩定的狀態,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
【問題討論】
問題1　合金屬于什么晶體 構成粒子是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　材料中提到“合金成分缺乏均勻性”,合金的延展性比純金屬差,硬度比純金屬大,原因是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　金屬在常溫下都是晶體嗎 金屬晶體的性質與哪些因素有關
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題4　合金的熔點與相應的成分金屬的熔點有何關系
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題5　根據規律判斷下列金屬的熔點高低
①Li、Na、K、Rb、Cs;②Na、Mg、Al
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
1.金屬鍵
(1)金屬鍵的強弱比較
一般來說,金屬鍵的強弱主要取決于金屬元素原子的半徑和價電子數。原子半徑越大,價電子數越少,金屬鍵越弱;原子半徑越小,價電子數越多,金屬鍵越強。
(2)金屬鍵的強弱和對金屬性質的影響
金屬鍵越強,金屬的熔、沸點越高,硬度越大。金屬鍵強度差別較大,如金屬鈉的熔點較低、硬度較小,而鎢是熔點最高的金屬、鉻是硬度最大的金屬。
2.金屬晶體的性質
(1)金屬晶體具有良好的導電性、導熱性和延展性。
(2)熔點:金屬鍵越強,熔點越高。
①同周期金屬單質,從左到右(如Na、Mg、Al)熔點升高。
②同主族金屬單質,從上到下(如堿金屬)熔點降低。
③合金的熔點一般比其各成分金屬的熔點低。
④金屬晶體熔點差別很大,如鈉的熔點為97.8 ℃,而鐵的熔點則高達1 535 ℃。
(3)硬度:金屬鍵越強,晶體的硬度越大。
3.金屬晶體物理特性分析
(1)良好的延展性。
金屬鍵沒有方向性,當金屬受到外力作用時,晶體中的各原子層發生相對滑動而不會破壞金屬鍵,金屬發生形變但不會斷裂,故金屬晶體具有良好的延展性。
(2)金屬材料有良好的導電性是由于金屬晶體中的自由電子可以在外加電場作用下發生定向移動。
(3)金屬的導熱性是自由電子在運動時與金屬原子碰撞而引起能量的交換,從而使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。
1.下列關于金屬晶體的敘述不正確的是 (　　)
A.常溫下,金屬單質不全部以金屬晶體形式存在
B.金屬鍵在一定外力作用下,會因形變而消失
C.鈣的溶、沸點高于鉀
D.溫度越高,金屬的導電性越弱
2.(2023·寶山區高二檢測)金屬的下列性質中,不能用金屬鍵解釋的是 (　　)
A.易傳熱 B.加工易變性但不碎
C.易銹蝕 D.有特殊的金屬光澤
3.(2023·徐州高二檢測)我國的超級鋼研究居于世界領先地位。某種超級鋼中除Fe外,還含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%。下列說法中錯誤的是 (　　)
A.上述五種元素中,有兩種位于周期表的p區
B.超級鋼的晶體一定是金屬晶體
C.X射線衍射實驗可以確定超級鋼的晶體結構
D.超級鋼中存在金屬鍵和離子鍵
:課后完成　第三章　基礎課時16(共45張PPT)
第三節　金屬晶體與離子晶體
基礎課時 金屬晶體
16
第三章
晶體結構與性質
1.知道金屬鍵的特點與金屬某些性質的關系。
2.認識金屬晶體中的微粒種類及微粒間的相互作用。
學習目標
金屬鍵與金屬晶體
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
金屬鍵與金屬晶體
對點訓練
(一)知識梳理
1.金屬鍵
(1)概念：金屬陽離子和__________之間存在的強烈的相互作用稱金屬鍵。
(2)成鍵粒子：金屬陽離子和__________。
(3)本質：金屬原子脫落下來的________形成遍布整塊晶體的“________”，被所有原子所共用，從而把所有的__________維系在一起。這一理論稱為“電子氣理論”。
(4)金屬鍵的特征：金屬鍵無方向性和飽和性。
自由電子
自由電子
價電子
電子氣
金屬原子
2.金屬晶體
(1)概念：金屬陽離子與自由電子(“電子氣”)之間通過________形成的晶體叫做金屬晶體。
(2)通性：金屬晶體有優良的______性、______性和______性。
金屬鍵
導電
導熱
延展
(4)存在：金屬晶體中，除了純金屬，還有大量的合金。
(3)用“電子氣理論”解釋金屬的性質
(二)互動探究
記憶金屬又叫形狀記憶合金。20世紀70年代，世界材料科學中出現了一種具有“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，金屬條伸直；將它放入冷水里，金屬條則恢復了原狀。這些都是由一種有記憶力的金屬做成的，它的微觀結構有兩種相對穩定的狀態，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
【問題討論】
問題1　合金屬于什么晶體？構成粒子是什么？
提示　金屬晶體；構成粒子為金屬陽離子和自由電子。
問題2　材料中提到“合金成分缺乏均勻性”，合金的延展性比純金屬差，硬度比純金屬大，原因是什么？
提示　合金與純金屬相比，由于增加了不同的金屬或非金屬，相當于滾珠之間摻入了細小堅硬的砂子或碎石，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。
問題3　金屬在常溫下都是晶體嗎？金屬晶體的性質與哪些因素有關？
提示　不是，如汞。金屬鍵和金屬原子的堆積方式決定金屬的性質。
問題4　合金的熔點與相應的成分金屬的熔點有何關系？
提示　合金的熔點一般低于任何一種成分金屬的熔點。
問題5　根據規律判斷下列金屬的熔點高低？
①Li、Na、K、Rb、Cs；②Na、Mg、Al
提示　Li>Na>K>Rb>Cs，Na【探究歸納】
1.金屬鍵
(1)金屬鍵的強弱比較
一般來說，金屬鍵的強弱主要取決于金屬元素原子的半徑和價電子數。原子半徑越大，價電子數越少，金屬鍵越弱；原子半徑越小，價電子數越多，金屬鍵越強。
(2)金屬鍵的強弱和對金屬性質的影響
金屬鍵越強，金屬的熔、沸點越高，硬度越大。金屬鍵強度差別較大，如金屬鈉的熔點較低、硬度較小，而鎢是熔點最高的金屬、鉻是硬度最大的金屬。
2.金屬晶體的性質
(1)金屬晶體具有良好的導電性、導熱性和延展性。
(2)熔點：金屬鍵越強，熔點越高。
①同周期金屬單質，從左到右(如Na、Mg、Al)熔點升高。
②同主族金屬單質，從上到下(如堿金屬)熔點降低。
③合金的熔點一般比其各成分金屬的熔點低。
④金屬晶體熔點差別很大，如鈉的熔點為97.8 ℃，而鐵的熔點則高達1 535 ℃。
(3)硬度：金屬鍵越強，晶體的硬度越大。
3.金屬晶體物理特性分析
(1)良好的延展性。
金屬鍵沒有方向性，當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層發生相對滑動而不會破壞金屬鍵，金屬發生形變但不會斷裂，故金屬晶體具有良好的延展性。
(2)金屬材料有良好的導電性是由于金屬晶體中的自由電子可以在外加電場作用下發生定向移動。
(3)金屬的導熱性是自由電子在運動時與金屬原子碰撞而引起能量的交換，從而使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。
1.下列關于金屬晶體的敘述不正確的是(　　)
A.常溫下，金屬單質不全部以金屬晶體形式存在
B.金屬鍵在一定外力作用下，會因形變而消失
C.鈣的溶、沸點高于鉀
D.溫度越高，金屬的導電性越弱
解析　常溫下，Hg為液態，故A正確；金屬鍵無方向性，故金屬鍵在一定范圍內不會因形變而消失，故B錯誤；鈣的金屬鍵強于鉀，故熔、沸點高于鉀，故C正確；溫度升高，自由電子的能量增大，無規則運動加快，影響了自由電子的定向移動，金屬的導電性減弱，故D正確。
B
2.(2023·寶山區高二檢測)金屬的下列性質中，不能用金屬鍵解釋的是(　　)
A.易傳熱 B.加工易變性但不碎
C.易銹蝕 D.有特殊的金屬光澤
解析　金屬晶體易傳熱是由于晶體內部，自由電子與金屬原子的碰撞，即能用金屬鍵解釋，故A正確；金屬有延展性，加工易變形，發生形變時，自由電子仍然可以在金屬陽離子之間流動，使金屬不會斷裂破碎，即能用金屬鍵解釋，故B正確；金屬易銹蝕與金屬晶體結構無關，與化學性質有關，金屬的化學性質比較活潑，容易被空氣中的氧氣氧化，故金屬易銹蝕不能用金屬鍵解釋，故C錯誤；自由電子很容易被激發，所以它們可以吸收許多光并發射各種可見光，所以大部分金屬為銀白色，即能用金屬鍵解釋，故D正確。
C
3.(2023·徐州高二檢測)我國的超級鋼研究居于世界領先地位。某種超級鋼中除Fe外，還含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%。下列說法中錯誤的是(　　)
A.上述五種元素中，有兩種位于周期表的p區
B.超級鋼的晶體一定是金屬晶體
C.X射線衍射實驗可以確定超級鋼的晶體結構
D.超級鋼中存在金屬鍵和離子鍵
D
解析　上述五種元素中，Fe價層電子排布式為3d64s2，Mn價層電子排布式為3d54s2，V價層電子排布式為3d34s2，這三種元素位于d區；C價層電子排布式為2s22p2，Al價層電子排布式為3s23p1，這兩種元素位于p區，故A正確；超級鋼的晶體符合金屬晶體結構特點，因此為金屬晶體，故B正確；X射線衍射實驗可以確定超級鋼的晶體結構，故C正確；超級鋼是金屬晶體，因此存在金屬鍵，不存在離子鍵，故D錯誤。
課后鞏固訓練
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)金屬鍵的概念及特征
1.下列敘述正確的是(　　)
A.任何晶體中，若含有陽離子，就一定含有陰離子
B.金屬晶體的形成是因為晶體中存在金屬陽離子間的相互作用
C.價電子數越多，金屬元素的金屬性越強
D.含有金屬元素的離子不一定是陽離子
D
解析　金屬晶體中雖存在陽離子，但沒有陰離子，A錯誤；金屬晶體的形成是因為晶體中存在金屬陽離子與自由電子之間的相互作用，B錯誤；價電子數多的金屬元素的金屬性不一定強，如Fe的價電子數比Na多，但Fe的金屬性卻沒有Na的強，C錯誤；含有金屬元素的離子不一定是陽離子，如[Al(OH)4]－是陰離子，D正確。
2.下列關于金屬鍵的敘述中不正確的是(　　)
A.金屬鍵是金屬陽離子和自由電子這兩種帶異性電荷的微粒間強烈的相互作用，其實質與離子鍵類似，也是一種電性作用
B.金屬鍵可以看作是許多原子共用許多電子所形成的強烈的相互作用，所以與共價鍵類似，也有方向性和飽和性
C.金屬鍵是金屬陽離子和自由電子間的相互作用，金屬鍵無飽和性和方向性
D.構成金屬鍵的自由電子在整個金屬內部的三維空間中做自由運動
B
解析　從基本構成微粒的性質看， 金屬鍵是金屬陽離子和自由電子這兩種帶異性電荷的微粒間的強烈相互作用，所以金屬鍵與離子鍵的實質類似，都屬于電性作用，A正確；金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間的強烈相互作用，自由電子為整個金屬的所有陽離子所共有，所以金屬鍵沒有方向性和飽和性；而共價鍵有方向性和飽和性，B錯誤，C正確；自由電子在金屬中自由運動，為整個金屬的所有陽離子所共有，所以構成金屬鍵的自由電子在整個金屬內部的三維空間中做自由運動，D正確。
3.下列敘述正確的是(　　)
A.金屬受外力作用時常常發生變形而不易折斷，這是由于金屬原子之間有較強的作用
B.通常情況下，金屬里的自由電子會發生定向移動而形成電流
C.金屬是借助自由電子的運動，把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分
D.金屬的導電性隨溫度的升高而減弱
D
解析　金屬受外力作用時常常發生變形而不易折斷，這是因為金屬晶體中各層會發生相對滑動， A錯誤；金屬里的自由電子要在外電場作用下才能發生定向移動產生電流，B錯誤；C.金屬的導熱性是由于自由電子碰撞金屬原子將能量進行傳遞，C錯誤；受熱的自由電子的能量增大，無規則運動加劇，影響自由電子的定向移動，導電能力減弱，D正確。
4.金屬的下列性質與金屬鍵無關的是(　　)
A.金屬有金屬光澤
B.金屬易導電
C.金屬具有較強的還原性
D.金屬具有良好的延展性
解析　金屬陽離子與自由電子之間強烈的相互作用形成金屬鍵，金屬的導電性、導熱性、延展性及其具有金屬光澤等均與金屬鍵有關，金屬的還原性與金屬鍵無關，答案選C。
C
5.物質結構理論推出：金屬鍵越強，其金屬的硬度越大，熔、沸點越高。且研究表明，一般來說，金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，則金屬鍵越強，由此判斷下列說法錯誤的是(　　)
A.硬度：Mg＞Al B.熔、沸點：Mg＞Ca
C.硬度：Mg＞K D.熔、沸點：Ca＞K
A
解析　Mg、Al的電子層數相同，核電荷數大的離子半徑小，價電子數Al＞Mg，離子半徑A13＋＜Mg2＋，所以金屬鍵Al＞Mg，故Al的硬度大于Mg，A錯誤；Mg、Ca價電子數相同，Ca的電子層數多，離子半徑Ca2＋＞Mg2＋，所以金屬鍵Mg＞Ca，故熔點Mg＞Ca，B正確；離子半徑Mg2＋＜Na＋＜K＋，所以金屬鍵Mg＞K，故硬度Mg＞K，C正確；Ca、K位于同一周期，價電子數Ca＞K，離子半徑K＋＞Ca2＋，金屬鍵Ca＞K，故熔點Ca＞K，D正確。
(二)金屬晶體
6.金屬鈉晶體為體心立方晶胞(如圖)，實驗測得鈉的密度為ρ(g·cm－3)。 已知鈉的相對原子質量為a，阿伏加德羅常數為NA(mol－1)，假定金屬鈉原子為等徑的剛性球且處于體對角線上的三個球相切。則鈉原子的半徑r(cm)為(　　)
C
7.(2023·福州高二檢測)金晶體的晶胞如圖所示。設金原子的直徑為d，用NA表示阿伏加德羅常數，在立方體的各個面的對角線上，3個金原子彼此兩兩相切，M表示金的摩爾質量。則下列說法錯誤的是(　　)
C
8.(2023·武漢高二檢測)鉀的化合物廣泛存在于自然界中。回答下列問題：
(1)原子坐標參數可表示晶胞內部各原子的相對位置，
金屬鉀是體心立方晶系，其構型如圖。其中原子坐標
參數A(0，0，0)、B(1，0，0)，則C處原子的坐標參數
為____________。
(2)鉀晶體的晶胞參數為a pm。假定金屬鉀原子為等徑的剛性小球且處于體對角線上的三個球相切，則鉀原子的半徑為____________pm，晶體鉀的密度計算式是_____________________g·cm－3。
B級　素養培優練
9.(2023·撫順高二期末)3種不同堆積方式的金屬晶體的晶胞如圖所示，其配位數(即一個原子周圍最鄰近且等距離的原子數)分別為(　　)
A.6、6、8 B.6、8、8 C.6、6、12 D.6、8、12
D
解析　①該晶胞是簡單立方堆積，離頂角原子距離最近且等距離的原子處在該原子的上下、左右、前后共6個，故配位數為6；②該晶胞是體心立方堆積，離體心原子距離最近且等距離的原子處在晶胞的8個頂角，故配位數為8；③該晶胞是面心立方最密堆積，離頂角原子距離最近且等距離的原子處在相鄰的面心上，一個晶胞中有3個等距離的原子，頂角原子周邊可以堆積8個相同的晶胞，周邊等距離的原子共3×8個，由于面心原子被兩個晶胞均分，計算兩次，故離頂角原子等距的原子有3×8÷2＝12個，故配位數為12。
10.單質鐵的一種晶體如甲、乙所示，若按甲虛線方向切乙得到的圖應為(　　)
A
11.(2023·湖北高二校聯考)磁性形狀記憶材料Cu－Mn－Al合金的晶胞如圖所示，Mn、Al位于Cu形成的立方體體心。下列說法正確的是(　　)
A.Mn和Cu均位于元素周期表d區
B.該合金的化學式為AlMnCu
C.與Cu距離最近且相等的Cu有6個
D.溫度升高該合金電導率升高
C
12.(2024·廣西統考模擬)某鎂鎳合金儲氫后所得晶體的立方晶胞如圖1(為便于觀察，省略了2個圖2的結構)，晶胞邊長為a pm。下列說法正確的是(　　)
A.晶體的化學式為Mg2NiH6
B.晶胞中與1個Mg配位的Ni有6個
C.晶胞中2個Ni之間的最近距離為a pm
D.鎂鎳合金中Mg、Ni通過離子鍵結合
A
13.(2023·重慶高二校聯考)鈦、鉻、鐵、鎳、銅、硼等元素及其化合物在工業上有重要用途。
3d24s2
7
正四面體
(2)制備CrO2Cl2的反應為K2Cr2O7＋3CCl4===2KCl＋2CrO2Cl2＋3COCl2↑。
①上述化學方程式中非金屬元素電負性由大到小的順序是________(用元素符號表示)。
②ClO2分子中所有原子均滿足8電子構型，COCl2的結構式為________，分子中σ鍵和π鍵的個數比為________，中心原子的雜化方式為________。
(3)某銅鎳合金的立方晶胞結構如圖所示。
①該晶體的化學式為________。
②已知該晶胞的摩爾質量為M g·mol－1，密度為d g·cm－3。設NA為阿伏加德羅常
數的值，則該晶胞的棱長是____________cm(用含M、d、NA的代數式表示)。
O>Cl>C
3∶1
sp2
Cu3Ni

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