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第三章 晶體結構與性質
第三節 金屬晶體與離子晶體
第1課時 金屬晶體
你能歸納出金屬的物理性質嗎 你知道金屬為什么具有這些物理性質嗎？
金屬通常都具有金屬光澤，有良好的導熱性、導電性和延展性。
在金屬晶體中，原子間以金屬鍵相互結合。
能說出金屬鍵的特征和實質。
2. 能運用金屬晶體模型，從微觀視角解釋金屬晶體的宏觀性質。
1. 運用“宏微結合”的化學觀、認識晶體的分類依據、構成粒子及粒子間的相互作用等。（宏觀辨識與微觀探析）
2. 通過建立模型解決金屬晶體的相關問題。（證據推理與模型認知）
體會課堂探究的樂趣，
汲取新知識的營養，
讓我們一起 吧！
進
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課
堂
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。
思考：金屬晶體中的原子是通過什么作用結合在一起的？
1、金屬鍵
（2）組成粒子：
金屬陽離子和自由電子
（3）粒子間的作用力：
金屬陽離子和自由電子之間的強烈的相互作用
（1）金屬鍵：
通過金屬鍵作用形成的單質晶體
金屬鍵
（4）金屬晶體：
金屬鍵既沒有方向性，也沒有飽和性，
金屬單質和合金都屬于金屬晶體
金屬鍵的本質是什么呢？
1.電子氣理論：
價電子脫落
遍布整塊晶體的“電子氣”
價電子被所有原子共用
金屬鍵
“巨分子”
沒有飽和性和方向性
金屬晶體的電子氣理論示意圖
金屬鍵無飽和性和方向性
銅晶體
水果的密堆積
金屬晶體可以看作
X 射線衍射實驗充分驗證了這些事實
等徑圓球
在三維空間堆積而成
電子定向移動
通電
導電
電子運動沒有固定方向
未通電
電子氣理論解釋金屬的性質---導電性
不同的金屬導電能力不同，導電性最強的三種金屬是：Ag、Cu、Al
晶體類型 電解質 金屬晶體
導電時的狀態
導電粒子
導電時發生的變化
導電能力隨溫度的變化
水溶液或熔融狀態下
晶體狀態
自由移動的離子
自由電子
思考：電解質在熔化狀態或溶于水導電，這與金屬導電的本質是否相同？
化學變化
物理變化
增強
減弱
加熱
自由電子與金屬
原子高速碰撞
能量被傳導
高溫區
電子氣理論解釋金屬的性質---導熱性
自由電子與金屬原子
頻繁碰撞
加熱
金屬的電導率下降
電子起到潤滑劑的作用
電子氣理論解釋金屬的性質---延展性
自由電子
+
金屬離子
錯位
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
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+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
金屬晶體對輻射具有良好的反射性能，金屬中自由電子可以吸收波長極廣的光，并重新反射出來。
金屬晶體
不透明
且有金屬光澤
電子氣理論解釋金屬的性質---光澤性
金屬 Na Mg Al Cr
原子外圍電子排布 3s1 3s2 3s23p1 3d54s1
原子半徑/pm 186 160 143.1 124.9
原子化熱/kJ·mol－1 108.4 146.4 326.4 397.5
熔點/℃ 97.5 650 660 1900
2.影響金屬鍵強弱的因素：
注：金屬的熔點硬度和金屬鍵的強弱有關，金屬鍵的強弱又可以用原子化熱來衡量。原子化熱是指1 mol金屬固體完全氣化成相互遠離的氣態原子時吸收的能量。
部分金屬的原子半徑、原子化熱和熔點
思考：影響金屬鍵強弱的因素都有什么？
（1）金屬元素的原子半徑
（2）單位體積內自由電子的數目
金屬鍵的原子半徑越小，單位體積內自由電子的數目越多，金屬鍵越強。
金屬鍵
的強弱
離子半徑越小
所帶電荷越多
金屬鍵
越強
熔沸點越高
硬度越大
【思考】1.如果把金屬晶體中的原子看成直徑相等的球體，把他們放置在二維平面上, 有幾種方式
【思考】2.上述兩種方式中,與一個原子緊鄰的原子數(配位數)分別是多少 哪一種放置方式對空間的利用率較高
行列對齊 四球一空
行列相錯 三球一空
(最緊密排列)密置層
(非最緊密排列)非密置層
【知識拓展】金屬晶體的原子堆積模型：
二維平面上金屬原子緊密排列的兩種方式
非密置層放置
密置層放置
1
1
2
2
3
3
4
4
5
6
配位數：4
配位數：6
【思考交流】
對于非密置層在三維空間有幾種堆積方式
（1）
第二層小球的球心
正對著
第一層小球的球心
（2）
第二層小球的球心
正對著
第一層小球形成的空穴
簡單立方晶胞
（1）簡單立方堆積
金屬釙Po
三維空間里非密置層的金屬原子的堆積方式
①簡單立方堆積配位數：
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
6
同層4，上下層各1
②簡單立方堆積金屬原子半徑 r 與正方體邊長 a 的關系：
a
a
a
a
a = 2 r
體心立方晶胞
（2）體心立方堆積鉀型（Na、K、Fe）
三維空間里非密置層的金屬原子的堆積方式
①體心立方堆積配位數：
8
1
2
3
4
5
6
7
8
上下層各4
②體心立方堆積金屬原子半徑 r 與正方體邊長 a 的關系：
a
a
a
a
b = 4 r
b =

注：b為晶胞體對角線

三維空間里密置層的金屬原子的堆積方式
（1）
ABAB…
堆積方式
（2）
ABCABC…
堆積方式
前視圖
A
B
A
B
A
（1）ABAB…堆積方式
1
2
3
4
5
6
三維空間里密置層的金屬原子的堆積方式
第三層小球的球心對準第一層的小球的球心。
每兩層形成一個周期地緊密堆積。
（1）ABAB…堆積方式
—— 六方最密堆積
鎂型（Mg、Zn、Ti）
三維空間里密置層的金屬原子的堆積方式
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12
①六方最密堆積配位數：
1
2
3
4
5
6
同層 6，上下層各 3
②六方最密堆積金屬原子的半徑 r 與六棱柱的邊長 a、高h 的關系：
a = 2r
a
h
h =
a
3
=
r
3

（2）ABCABC…堆積方式
三維空間里密置層的金屬原子的堆積方式
第三層小球對準第一層小球空穴的2、4、6位。
第四層同第一層。
每三層形成一個周期地緊密堆積。
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
A
B
A
B
C
A
1
2
3
4
5
6
前視圖
C
俯視圖
（2）ABCABC…堆積方式
A
B
A
B
C
A
1
2
3
4
5
6
前視圖
C
A B C
（2）ABCABC…堆積方式
—— 面心立方最密堆積
銅型（Cu、Ag、Au）
三維空間里密置層的金屬原子的堆積方式
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12
①面心立方最密堆積配位數：
同層 6，上下層各 3
A B C
②面心立方最密堆積金屬原子的半徑 r 與正方體的邊長 a 的關系：

a
a
a
a
a
堆積模型 典型代表 晶胞 配位數 a與原子半徑r的關系
簡單立方堆積 Po 6 a = 2 r
體心立方堆積 K、Na、Fe 8
六方最密堆積 Mg 、Zn 、 Ti 12 a = 2r
面心立方最密堆積 Cu 、Ag 、Au 12
h=
r
3

【小結】


金屬晶體
構成微粒
微粒間的作用
金屬陽離子和自由電子
金屬鍵
決定
熔沸點高低
物理特性
延展
導電
導熱
自由電子
1、下列有關金屬鍵的敘述錯誤的是 (　　)
A.金屬鍵不同于共價鍵，沒有飽和性和方向性
B.金屬鍵中的電子屬于整塊金屬，具有流動性
C.金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電吸引作用
D.金屬的導電性、導熱性和延展性都與金屬鍵有關
提示：金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電作用，包括靜電引力和靜電斥力。金屬鍵影響物質的物理性質，如導電性、導熱性和延展性等。
C
D
2、下列生活中的問題，不能用金屬鍵知識解釋的是（ ）
A. 用鐵制品做炊具
B. 用金屬鋁制成導線
C. 用鉑金做首飾
D. 鐵易生銹
3、金屬鍵的強弱與金屬價電子數的多少有關，價電子數越多金屬鍵越強；與金屬陽離子的半徑大小也有關，金屬陽離子的半徑越大，金屬鍵越弱。據此判斷下列金屬熔點逐漸升高的是（ ）
A. Li Na K B. Na Mg Al
C. Li Be Mg D. Li Na Mg
B
4、要使金屬晶體熔化必須破壞其中的金屬鍵。金屬晶體熔點高低和硬度大小一般取決于金屬鍵的強弱,而金屬鍵的強弱與金屬陽離子所帶電荷的多少及半徑大小有關。由此判斷下列說法正確的是(　　)
A. 金屬鎂的熔點高于金屬鋁
B. 堿金屬單質的熔點從Li到Cs是逐漸升高的
C. 金屬鋁的硬度大于金屬鈉
D. 金屬鎂的硬度小于金屬鈣
C
5、(2022·海南選擇考節選)以Cu2O、ZnO等半導體材料制作的傳感器和芯片具有能耗低、效率高的優勢。Cu、Zn等金屬具有良好的導電性,從金屬鍵的理論看,原因是 　 。
自由電子在外加電場中作定向移動

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