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第三节金属晶体课程标准导航1.了解金属键的含义——“电子气”理论。2.能用金属键理论解释金属的一些物理性质。3.了解金属晶体的原子堆积模型的分类及结构特点。新知初探自学导引自主学习一、金属键1.用“电子气理论”解释金属键的本质金属原子脱落下来的________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__________维系在一起。价电子金属原子2.用“电子气理论”解释金属的性质(1)延展性：当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生__________，但不会改变原来的_________，而且弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以金属都有良好的延展性。相对滑动排列方式(2)导电性：电子气理论用电子气在电场中_________解释金属良好的导电性。(3)导热性：电子气中的__________在热的作用下与__________频繁碰撞解释金属的热导率随温度升高而______的现象。定向移动自由电子金属原子降低想一想1．金属导电与电解质在熔融状态下导电、电解质溶液导电有什么区别？提示：金属导电的粒子是电子，电解质在熔融状态或溶液中导电的粒子是阳离子和阴离子；金属导电过程不生成新物质，属物理变化，而电解质的导电过程就是电解，在阴、阳两极生成新物质，属于化学变化，故二者导电的本质是不同的。二、金属晶体的原子堆积模型1.二维空间模型金属原子在二维平面里放置得到两种方式：_________和_______，配位数分别为4和6。2.三维空间模型(1)简单立方堆积相邻_________原子的原子核在_________上的堆积，空间利用率太低，只有金属Po采用这种堆积方式,每个晶胞平均含有1个原子。非密置层密置层非密置层同一直线(2)体心立方堆积按__________的堆积方式，将上层金属原子填入下层的金属原子形成的______中，并使非密置层的原子稍稍分离。许多金属是这种堆积方式，如碱金属。非密置层凹穴(3)六方最密堆积和面心立方最密堆积________的原子按体心立方堆积方式堆积，会得到两种基本堆积方式——六方最密堆积和面心立方最密堆积，这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积，配位数均为___。密置层12①六方最密堆积如图所示，按________________的方式堆积。ABABABAB……②面心立方最密堆积如图所示,按_________________的方式堆积。ABCABCABC……想一想2．简单立方堆积、体心立方堆积、六方最密堆积和面心立方最密堆积四种堆积方式的空间利用率大小有什么关系？提示：空间利用率：简单立方堆积＜体心立方堆积＜六方最密堆积＝面心立方最密堆积。自主体验1.下列不属于金属晶体共性的是()A．易导电B．易导热C．有延展性D．高熔点解析：选D。金属晶体的共性是易导电、易导热、有延展性。但金属晶体的熔点差别较大,有的比原子晶体还高，如钨的熔点很高(3410℃)；有的比分子晶体还低，如汞的熔点很低(－38.9℃)。2.金属晶体的形成是因为晶体中存在()A．金属原子间的相互作用B．金属离子间的相互作用C．自由电子间的相互作用D．金属离子与自由电子间的相互作用解析：选D。金属晶体是金属阳离子和自由电子通过金属键形成的。3.(2012·长春高二质检)已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别为()A．412B．612C．88D．812解析：选A。由晶胞模型分析：在铜的晶胞中，顶角原子为8个晶胞共用，面上的铜原子为两个晶胞共用，因此，金属铜的一个晶胞的原子数为8×18＋6×12＝4。在铜的晶胞中，与每个顶角的铜原子距离相等的铜原子共有12个，因此其配位数为12。要点突破讲练互动要点1金属键及其对金属晶体性质的影响探究导引1为什么金属晶体的物理性质与原子晶体、分子晶体的物理性质有非常明显的区别？提示：因为金属晶体、原子晶体和分子晶体的物理性质分别由金属键、共价键和分子间作用力的强弱决定，而金属键、共价键和分子间作用力的强弱不同。要点归纳1.金属键(1)概念：在金属晶体中，金属阳离子与自由电子之间存在着强烈的相互作用叫金属键。(2)从原子结构的角度认识金属键的本质：金属原子的价电子比较少，有易失去价电子的性质。金属晶体中，每个金属原子都有机会失去价电子成为金属阳离子，每个金属阳离子都有机会结合价电子成为金属原子，这些价电子被许多金属原子或金属离子所共有，从而把所有的金属原子维系在一起。(3)存在：金属晶体中,包括金属单质及合金。(4)金属键强弱的比较：金属键的强度主要取决于金属阳离子半径和离子所带的电荷数。金属阳离子半径越大，离子所带的电荷数越少，则金属键越弱；金属阳离子半径越小，离子所带的电荷数越多，则金属键越强。2.金属晶体(1)金属晶体的结构与金属晶体性质的内在联系①金属晶体的结构与金属导电性的关系在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金属晶体的结构与金属导热性的关系金属容易导热，是由于自由电子在运动时与金属离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金属晶体的结构与金属延展性的关系大多数金属具有较好的延展性,是由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性。当金属受到外力时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动后，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金属晶体的结构与金属颜色的关系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。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)金属键强弱对金属晶体性质的影响金属键越强，金属晶体的熔、沸点就越高，硬度就越大。①同周期金属单质，从左到右，金属键逐渐增强,则熔、沸点逐渐升高,如Na、Mg、Al。②同主族金属单质，从上到下，金属键逐渐减弱，则熔、沸点逐渐降低，如碱金属。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、硬度差别很大，如汞常温为液体，熔点很低(－38.9℃)，而钨等金属熔点很高(3410℃)。即时应用1.(2012·长沙高二检测)下列关于金属性质和原因的描述不正确的是()A．金属一般具有银白色光泽,是物理性质，与金属键没有关系B．金属具有良好的导电性，是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流，所以金属易导电C．金属具有良好的导热性，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量D．金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键解析：选A。金属具有金属光泽是金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光再发射出来，因此金属一般显银白色。金属导电性正是由于金属原子之间共享了价电子,才使得金属晶体中有了自由移动的电子，也才能在外电场的作用下使电子作定向移动形成电流。C和D均正确。要点2金属晶体的原子堆积模型探究导引2直径相等的金属原子在二维平面里放置，除了非密置层和密置层两种方式外，还有第三种方式吗？提示：没有。探究导引3金属晶体采用密堆积的原因是什么？提示：由于金属键没有饱和性和方向性，金属原子能从各个方向互相靠近，从而导致金属晶体最常见的结构形式是堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间。要点归纳1.几个概念(1)紧密堆积：粒子之间的作用力使粒子尽可能地相互接近，使它们占有最小的空间。(2)空间利用率：空间被晶格质点占据的百分数。用来表示紧密堆积的程度。(3)配位数：在晶体中，一个原子或离子周围最邻近的原子或离子的数目。2.金属晶体的原子堆积模型堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数晶胞非密置层简单立方堆积Po(钋)52%6体心立方堆积(bcp)Na、K、Fe68%8堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数晶胞密置层六方最密堆积(hcp)Mg、Zn、Ti74%12面心立方最密堆积(ccp或fcc)Cu、Ag、Au74%12即时应用2.金属晶体的堆积方式、空间利用率和配位数关系正确的是()A．钋Po——简单立方堆积——52%——6B．钠Na——体心立方堆积——74%——12C．锌Zn——六方最密堆积——68%——8D．银Ag——面心立方最密堆积——68%——12解析：选A。B中体体心立方堆积的空间利用率为68%，配位数为8；C中Zn为六方最密堆积,空间利用率为74%，配位数为12；D中Ag为面心立方最密堆积，空间利用率为74%，配位数为12；A中堆积方式、空间利用率和配位数均正确。题型探究技法归纳题型1金属键及其对金属晶体性质的影响(2012·宁德高二期末考试)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。由此判断下列说法错误的是()例1A．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【思路点拨】解答本题时要注意以下两点:(1)金属晶体熔、沸点高低决定于金属键的强弱。(2)金属阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强。【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：Mg＜Al，Mg＝Ca，Mg＞K，K＜Ca；原子半径：Mg＞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【名师点睛】(1)金属晶体中只有阳离子，没有阴离子，带负电荷的是自由电子。(2)原子晶体的熔点不一定都比金属晶体的高;分子晶体的熔点不一定就比金属晶体的低。题型2金属晶体的原子堆积模型铝单质的晶胞结构如图甲所示，原子之间相对位置关系的平面图如图乙所示。例2若已知铝原子半径为d，NA表示阿伏加德罗常数，摩尔质量为M，则该晶体的密度可表示为________。【思路点拨】解答本题时要注意以下两点:(1)准确理解并记忆金属晶体的四种常见堆积方式；(2)明确金属晶体密度的计算方法。【解析】由图甲可知每个晶胞中含有的铝原子数为8×18＋6×12＝4。由图乙知晶胞的棱长为4d2＝22d。若该晶体的密度为ρ，则ρ×(22d)3＝4NA×M，ρ＝2M8d3NA。【答案】2M8d3NA【规律方法】利用均摊法计算金属晶体的密度(1)首先利用均摊法确定一个晶胞中平均含有的原子数目。(2)其次确定金属原子的半径和晶胞边长之间的关系。具体方法是：根据晶胞中金属原子的位置，灵活运用数学上立体几何的对角线(体对角线或面对角线)和边长的关系，将金属原子的半径和晶胞的边长放在同一个直角三角形中，通过解直角三角形即可。(3)计算金属晶体的密度首先求一个晶胞的质量：m＝NM/NA，N表示一个晶胞中平均含有的金属原子数，M表示金属的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数。然后求金属晶体的密度：密度p＝m/V，V表示一个晶胞的体积。课堂达标即时巩固混合晶体——石墨1.石墨的特殊晶体结构决定着石墨的特殊性质石墨是一种层状结构的晶体,在每一层内,碳原子呈sp2杂化，每个碳原子与相邻的三个碳原子以共价键结合,形成平面六元并环结构；石墨中的C—C共价键键能很大,所以熔点很高。热点示例思维拓展石墨晶体中，层与层之间没有化学键，是靠范德华力维系的，所以石墨质软、层间易滑动，有滑腻感。石墨晶体的二维结构内，每个碳原子有一个未参与杂化的2p电子，该电子的所有p轨道相互平行、相互重叠，而且都垂直于碳原子平面，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动，所以石墨具有导电性而且只能沿着石墨平面的方向。2.石墨晶体中，既有共价键，又有金属键，还有范德华力，不能简单地归属于其中任何一种晶体，因此石墨是一种混合晶体。