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第三节　金属晶体与离子晶体
基础课时16　金属晶体
学习目标　1.知道金属键的特点与金属某些性质的关系。2.认识金属晶体中的微粒种类及微粒间的相互作用。
金属键与金属晶体
(一)知识梳理
1.金属键
(1)概念：金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用称金属键。
(2)成键粒子：金属阳离子和自由电子。
(3)本质：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。这一理论称为“电子气理论”。
(4)金属键的特征：金属键无方向性和饱和性。
2.金属晶体
(1)概念：金属阳离子与自由电子(“电子气”)之间通过金属键形成的晶体叫做金属晶体。
(2)通性：金属晶体有优良的导电性、导热性和延展性。
(3)用“电子气理论”解释金属的性质
(4)存在：金属晶体中，除了纯金属，还有大量的合金。
(二)互动探究
记忆金属又叫形状记忆合金。20世纪70年代，世界材料科学中出现了一种具有“记忆”形状功能的合金。记忆合金是一种颇为特别的金属条，它极易被弯曲，我们把它放进盛着热水的玻璃缸内，金属条伸直；将它放入冷水里，金属条则恢复了原状。这些都是由一种有记忆力的金属做成的，它的微观结构有两种相对稳定的状态，在高温下这种合金可以被变成任何你想要的形状，在较低的温度下合金可以被拉伸，但若对它重新加热，它会记起它原来的形状，而变回去。这种材料就叫做记忆金属(memory metal)。它主要是镍钛合金材料。
一些常见的记忆金属制品
【问题讨论】
问题1　合金属于什么晶体？构成粒子是什么？
提示　金属晶体；构成粒子为金属阳离子和自由电子。
问题2　材料中提到“合金成分缺乏均匀性”，合金的延展性比纯金属差，硬度比纯金属大，原因是什么？
提示　合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，相当于滚珠之间掺入了细小坚硬的砂子或碎石，所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱，硬度比纯金属大。
问题3　金属在常温下都是晶体吗？金属晶体的性质与哪些因素有关？
提示　不是，如汞。金属键和金属原子的堆积方式决定金属的性质。
问题4　合金的熔点与相应的成分金属的熔点有何关系？
提示　合金的熔点一般低于任何一种成分金属的熔点。
问题5　根据规律判断下列金属的熔点高低？
①Li、Na、K、Rb、Cs；②Na、Mg、Al
提示　Li>Na>K>Rb>Cs，Na【探究归纳】
1.金属键
(1)金属键的强弱比较
一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。
(2)金属键的强弱和对金属性质的影响
金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。金属键强度差别较大，如金属钠的熔点较低、硬度较小，而钨是熔点最高的金属、铬是硬度最大的金属。
2.金属晶体的性质
(1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。
(2)熔点：金属键越强，熔点越高。
①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔点升高。
②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔点降低。
③合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低。
④金属晶体熔点差别很大，如钠的熔点为97.8 ℃，而铁的熔点则高达1 535 ℃。
(3)硬度：金属键越强，晶体的硬度越大。
3.金属晶体物理特性分析
(1)良好的延展性。
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，金属发生形变但不会断裂，故金属晶体具有良好的延展性。
(2)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。
(3)金属的导热性是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。
1.下列关于金属晶体的叙述不正确的是(　　)
A.常温下，金属单质不全部以金属晶体形式存在
B.金属键在一定外力作用下，会因形变而消失
C.钙的溶、沸点高于钾
D.温度越高，金属的导电性越弱
答案　B
解析　常温下，Hg为液态，故A正确；金属键无方向性，故金属键在一定范围内不会因形变而消失，故B错误；钙的金属键强于钾，故熔、沸点高于钾，故C正确；温度升高，自由电子的能量增大，无规则运动加快，影响了自由电子的定向移动，金属的导电性减弱，故D正确。
2.(2023·宝山区高二检测)金属的下列性质中，不能用金属键解释的是(　　)
A.易传热 B.加工易变性但不碎
C.易锈蚀 D.有特殊的金属光泽
答案　C
解析　金属晶体易传热是由于晶体内部，自由电子与金属原子的碰撞，即能用金属键解释，故A正确；金属有延展性，加工易变形，发生形变时，自由电子仍然可以在金属阳离子之间流动，使金属不会断裂破碎，即能用金属键解释，故B正确；金属易锈蚀与金属晶体结构无关，与化学性质有关，金属的化学性质比较活泼，容易被空气中的氧气氧化，故金属易锈蚀不能用金属键解释，故C错误；自由电子很容易被激发，所以它们可以吸收许多光并发射各种可见光，所以大部分金属为银白色，即能用金属键解释，故D正确。
3.(2023·徐州高二检测)我国的超级钢研究居于世界领先地位。某种超级钢中除Fe外，还含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%。下列说法中错误的是(　　)
A.上述五种元素中，有两种位于周期表的p区
B.超级钢的晶体一定是金属晶体
C.X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构
D.超级钢中存在金属键和离子键
答案　D
解析　上述五种元素中，Fe价层电子排布式为3d64s2，Mn价层电子排布式为3d54s2，V价层电子排布式为3d34s2，这三种元素位于d区；C价层电子排布式为2s22p2，Al价层电子排布式为3s23p1，这两种元素位于p区，故A正确；超级钢的晶体符合金属晶体结构特点，因此为金属晶体，故B正确；X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构，故C正确；超级钢是金属晶体，因此存在金属键，不存在离子键，故D错误。
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)金属键的概念及特征
1.下列叙述正确的是(　　)
A.任何晶体中，若含有阳离子，就一定含有阴离子
B.金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互作用
C.价电子数越多，金属元素的金属性越强
D.含有金属元素的离子不一定是阳离子
答案　D
解析　金属晶体中虽存在阳离子，但没有阴离子，A错误；金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子与自由电子之间的相互作用，B错误；价电子数多的金属元素的金属性不一定强，如Fe的价电子数比Na多，但Fe的金属性却没有Na的强，C错误；含有金属元素的离子不一定是阳离子，如[Al(OH)4]－是阴离子，D正确。
2.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强烈的相互作用，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.金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用，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
答案　B
解析　从基本构成微粒的性质看， 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，所以金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，A正确；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用，自由电子为整个金属的所有阳离子所共有，所以金属键没有方向性和饱和性；而共价键有方向性和饱和性，B错误，C正确；自由电子在金属中自由运动，为整个金属的所有阳离子所共有，所以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，D正确。
3.下列叙述正确的是(　　)
A.金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，这是由于金属原子之间有较强的作用
B.通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流
C.金属是借助自由电子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分
D.金属的导电性随温度的升高而减弱
答案　D
解析　金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，这是因为金属晶体中各层会发生相对滑动， A错误；金属里的自由电子要在外电场作用下才能发生定向移动产生电流，B错误；C.金属的导热性是由于自由电子碰撞金属原子将能量进行传递，C错误；受热的自由电子的能量增大，无规则运动加剧，影响自由电子的定向移动，导电能力减弱，D正确。
4.金属的下列性质与金属键无关的是(　　)
A.金属有金属光泽
B.金属易导电
C.金属具有较强的还原性
D.金属具有良好的延展性
答案　C
解析　金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用形成金属键，金属的导电性、导热性、延展性及其具有金属光泽等均与金属键有关，金属的还原性与金属键无关，答案选C。
5.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＞Al B.熔、沸点：Mg＞Ca
C.硬度：Mg＞K D.熔、沸点：Ca＞K
答案　A
解析　Mg、Al的电子层数相同，核电荷数大的离子半径小，价电子数Al＞Mg，离子半径A13＋＜Mg2＋，所以金属键Al＞Mg，故Al的硬度大于Mg，A错误；Mg、Ca价电子数相同，Ca的电子层数多，离子半径Ca2＋＞Mg2＋，所以金属键Mg＞Ca，故熔点Mg＞Ca，B正确；离子半径Mg2＋＜Na＋＜K＋，所以金属键Mg＞K，故硬度Mg＞K，C正确；Ca、K位于同一周期，价电子数Ca＞K，离子半径K＋＞Ca2＋，金属键Ca＞K，故熔点Ca＞K，D正确。
(二)金属晶体
6.金属钠晶体为体心立方晶胞(如图)，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)。已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钠原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为(　　)
A. B.
C. D.
答案　C
解析　1个钠晶胞中实际含有2个钠原子，晶胞边长为，则ρ＝，计算可得r＝。
7.(2023·福州高二检测)金晶体的晶胞如图所示。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，在立方体的各个面的对角线上，3个金原子彼此两两相切，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是(　　)
A.金晶体每个晶胞中含有4个金原子
B.金属键无方向性，金属原子尽可能采取密堆积
C.一个晶胞的体积是16d3
D.金晶体的密度是
答案　C
解析　金原子处于顶角与面心上，晶胞中含有的金原子数目为8×＋6×＝4，故A正确；金属晶体中，金属键无方向性，金属原子采取密堆积，故B正确；在立方体的各个面的对角线上3个金原子彼此两两相切，金原子的直径为d，故面对角线长度为2d，棱长为×2d＝d，故晶胞的体积为(d)3＝2d3，故C错误；晶胞中含有4个原子，故晶胞质量为，晶胞的体积为2d3，故晶胞密度为＝，故D正确。
8.(2023·武汉高二检测)钾的化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：
(1)原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置，金属钾是体心立方晶系，其构型如图。其中原子坐标参数A(0，0，0)、B(1，0，0)，则C处原子的坐标参数为____________。
(2)钾晶体的晶胞参数为a pm。假定金属钾原子为等径的刚性小球且处于体对角线上的三个球相切，则钾原子的半径为____________pm，晶体钾的密度计算式是____________g·cm－3。
答案　(1)(，，)
(2)　
解析　(1)C处原子位于体心处，则C处原子的坐标参数为(，，)。(2)钾晶体的晶胞参数为a pm，则体对角线是a pm，所以钾原子的半径为a pm。晶胞中含有钾原子的个数8×＋1＝2，所以晶体钾的密度计算式是 g·cm－3。
B级　素养培优练
9.(2023·抚顺高二期末)3种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，其配位数(即一个原子周围最邻近且等距离的原子数)分别为(　　)
A.6、6、8 B.6、8、8
C.6、6、12 D.6、8、12
答案　D
解析　①该晶胞是简单立方堆积，离顶角原子距离最近且等距离的原子处在该原子的上下、左右、前后共6个，故配位数为6；②该晶胞是体心立方堆积，离体心原子距离最近且等距离的原子处在晶胞的8个顶角，故配位数为8；③该晶胞是面心立方最密堆积，离顶角原子距离最近且等距离的原子处在相邻的面心上，一个晶胞中有3个等距离的原子，顶角原子周边可以堆积8个相同的晶胞，周边等距离的原子共3×8个，由于面心原子被两个晶胞均分，计算两次，故离顶角原子等距的原子有3×8÷2＝12个，故配位数为12。
10.单质铁的一种晶体如甲、乙所示，若按甲虚线方向切乙得到的图应为(　　)
答案　A
解析　乙切割后得到的图形如图，1、3、9、7四点构成一个矩形，相邻边长不等，所以这四点构成的图形为长方形，该矩形中每个顶点、每条棱中心、长方形中心上各有一个Fe原子，原来每个小立方体体心上的Fe原子分别位于四点组成的小正方形的中心，所以得到的图形如A。
11.(2023·湖北高二校联考)磁性形状记忆材料Cu－Mn－Al合金的晶胞如图所示，Mn、Al位于Cu形成的立方体体心。下列说法正确的是(　　)
A.Mn和Cu均位于元素周期表d区
B.该合金的化学式为AlMnCu
C.与Cu距离最近且相等的Cu有6个
D.温度升高该合金电导率升高
答案　C
解析　Cu位于ds区，A项错误；该晶胞内Cu：8×＋12×＋6×＋1＝8个，Mn有4个，Al有4个，该合金的化学式为AlMnCu2，B项错误；由晶胞知，与Cu距离最近且相等的Cu有6个，C项正确；D.温度升高，自由电子与金属原子碰撞频率增大导致电导率降低，D项错误。
12.(2024·广西统考模拟)某镁镍合金储氢后所得晶体的立方晶胞如图1(为便于观察，省略了2个图2的结构)，晶胞边长为a pm。下列说法正确的是(　　)
A.晶体的化学式为Mg2NiH6
B.晶胞中与1个Mg配位的Ni有6个
C.晶胞中2个Ni之间的最近距离为a pm
D.镁镍合金中Mg、Ni通过离子键结合
答案　A
解析　Ni位于顶角和面心，根据均摊法，Ni的个数为8×＋6×＝4，每个Ni原子周围有6个H，因此H有24个，Mg都在体内，因此Mg有8个，晶体的化学式为Mg2NiH6，A正确；由图像可知，Mg周围距离最近且相等的Ni有4个，因此晶胞中与1个Mg配位的Ni有4个，B错误；由图像可知，晶胞中最近的2个Ni位于面的中心和顶角上，距离为面对角线的一半，即a pm，C错误；Mg、Ni均为金属，合金中Mg、Ni通过金属键结合，D错误。
13.(2023·重庆高二校联考)钛、铬、铁、镍、铜、硼等元素及其化合物在工业上有重要用途。
(1)钛铁合金是铁系储氢合金的代表，该合金具有放氢温度低、价格适中等优点。
①Ti的基态原子价电子排布式为____________。
②Fe的基态原子共有________种不同能级的电子。
③Ti(BH4)3也是一种储氢材料，可由TiCl4和LiBH4反应制得。LiBH4由Li＋和BH构成，BH的立体结构是____________。
(2)制备CrO2Cl2的反应为K2Cr2O7＋3CCl4===2KCl＋2CrO2Cl2＋3COCl2↑。
①上述化学方程式中非金属元素电负性由大到小的顺序是________(用元素符号表示)。
②ClO2分子中所有原子均满足8电子构型，COCl2的结构式为________，分子中σ键和π键的个数比为________，中心原子的杂化方式为________。
(3)某铜镍合金的立方晶胞结构如图所示。
①该晶体的化学式为________。
②已知该晶胞的摩尔质量为M g·mol－1，密度为d g·cm－3。设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的棱长是____________cm(用含M、d、NA的代数式表示)。
答案　(1)①3d24s2　②7　③正四面体
(2)①O>Cl>C　②　3∶1　sp2
(3)①Cu3Ni　②
解析　(1)①Ti为22号元素，属于过渡元素，价电子包括最外层电子和次外层d能级上的电子，即Ti的价电子排布式为3d24s2 ；②铁元素属于26号元素，电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，共有7种不同能级的电子；③BH中，价层电子对数为4＋＝4，杂化类型为sp3，为正四面体；(2)①非金属是O、C、Cl，同周期从左向右电负性增大，根据HClO中化合价，推出O的电负性大于Cl，根据CCl4中化合价，Cl的电负性大于C，即电负性由大到小的规律是O>Cl>C；②COCl2所有原子满足8电子稳定结构，即COCl2的结构式为，成键原子间只能形成一个σ键，双键之间有1个π键，因此σ键和π键数目的比值为3∶1；C有3个σ键，无孤电子对，价层电子对数为3，杂化类型为sp2；(3)①Ni的个数为8×＝1，Cu的个数为6×＝3，该晶体的化学式为Cu3Ni；②晶胞的质量为g，根据密度的定义，晶胞的体积为V＝＝ ，则该晶体的棱长cm。第三节　金属晶体与离子晶体
基础课时16　金属晶体
学习目标　1.知道金属键的特点与金属某些性质的关系。2.认识金属晶体中的微粒种类及微粒间的相互作用。
金属键与金属晶体
(一)知识梳理
1.金属键
(1)概念:金属阳离子和　　　　　　　　之间存在的强烈的相互作用称金属键。
(2)成键粒子:金属阳离子和　　　　　　。
(3)本质:金属原子脱落下来的　　　　　　形成遍布整块晶体的“　　　　　　”,被所有原子所共用,从而把所有的　　　　　　维系在一起。这一理论称为“电子气理论”。
(4)金属键的特征:金属键无方向性和饱和性。
2.金属晶体
(1)概念:金属阳离子与自由电子(“电子气”)之间通过　　　　　　形成的晶体叫做金属晶体。
(2)通性:金属晶体有优良的　　　　　　性、　　　　　　性和　　　　　　性。
(3)用“电子气理论”解释金属的性质
(4)存在:金属晶体中,除了纯金属,还有大量的合金。
(二)互动探究
记忆金属又叫形状记忆合金。20世纪70年代,世界材料科学中出现了一种具有“记忆”形状功能的合金。记忆合金是一种颇为特别的金属条,它极易被弯曲,我们把它放进盛着热水的玻璃缸内,金属条伸直;将它放入冷水里,金属条则恢复了原状。这些都是由一种有记忆力的金属做成的,它的微观结构有两种相对稳定的状态,在高温下这种合金可以被变成任何你想要的形状,在较低的温度下合金可以被拉伸,但若对它重新加热,它会记起它原来的形状,而变回去。这种材料就叫做记忆金属(memory metal)。它主要是镍钛合金材料。
一些常见的记忆金属制品
【问题讨论】
问题1　合金属于什么晶体 构成粒子是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题2　材料中提到“合金成分缺乏均匀性”,合金的延展性比纯金属差,硬度比纯金属大,原因是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题3　金属在常温下都是晶体吗 金属晶体的性质与哪些因素有关
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题4　合金的熔点与相应的成分金属的熔点有何关系
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
问题5　根据规律判断下列金属的熔点高低
①Li、Na、K、Rb、Cs;②Na、Mg、Al
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究归纳】
1.金属键
(1)金属键的强弱比较
一般来说,金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大,价电子数越少,金属键越弱;原子半径越小,价电子数越多,金属键越强。
(2)金属键的强弱和对金属性质的影响
金属键越强,金属的熔、沸点越高,硬度越大。金属键强度差别较大,如金属钠的熔点较低、硬度较小,而钨是熔点最高的金属、铬是硬度最大的金属。
2.金属晶体的性质
(1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。
(2)熔点:金属键越强,熔点越高。
①同周期金属单质,从左到右(如Na、Mg、Al)熔点升高。
②同主族金属单质,从上到下(如碱金属)熔点降低。
③合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低。
④金属晶体熔点差别很大,如钠的熔点为97.8 ℃,而铁的熔点则高达1 535 ℃。
(3)硬度:金属键越强,晶体的硬度越大。
3.金属晶体物理特性分析
(1)良好的延展性。
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,金属发生形变但不会断裂,故金属晶体具有良好的延展性。
(2)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。
(3)金属的导热性是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。
1.下列关于金属晶体的叙述不正确的是 (　　)
A.常温下,金属单质不全部以金属晶体形式存在
B.金属键在一定外力作用下,会因形变而消失
C.钙的溶、沸点高于钾
D.温度越高,金属的导电性越弱
2.(2023·宝山区高二检测)金属的下列性质中,不能用金属键解释的是 (　　)
A.易传热 B.加工易变性但不碎
C.易锈蚀 D.有特殊的金属光泽
3.(2023·徐州高二检测)我国的超级钢研究居于世界领先地位。某种超级钢中除Fe外,还含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%。下列说法中错误的是 (　　)
A.上述五种元素中,有两种位于周期表的p区
B.超级钢的晶体一定是金属晶体
C.X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构
D.超级钢中存在金属键和离子键
:课后完成　第三章　基础课时16(共45张PPT)
第三节　金属晶体与离子晶体
基础课时 金属晶体
16
第三章
晶体结构与性质
1.知道金属键的特点与金属某些性质的关系。
2.认识金属晶体中的微粒种类及微粒间的相互作用。
学习目标
金属键与金属晶体
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CONTENTS
课后巩固训练
金属键与金属晶体
对点训练
(一)知识梳理
1.金属键
(1)概念：金属阳离子和__________之间存在的强烈的相互作用称金属键。
(2)成键粒子：金属阳离子和__________。
(3)本质：金属原子脱落下来的________形成遍布整块晶体的“________”，被所有原子所共用，从而把所有的__________维系在一起。这一理论称为“电子气理论”。
(4)金属键的特征：金属键无方向性和饱和性。
自由电子
自由电子
价电子
电子气
金属原子
2.金属晶体
(1)概念：金属阳离子与自由电子(“电子气”)之间通过________形成的晶体叫做金属晶体。
(2)通性：金属晶体有优良的______性、______性和______性。
金属键
导电
导热
延展
(4)存在：金属晶体中，除了纯金属，还有大量的合金。
(3)用“电子气理论”解释金属的性质
(二)互动探究
记忆金属又叫形状记忆合金。20世纪70年代，世界材料科学中出现了一种具有“记忆”形状功能的合金。记忆合金是一种颇为特别的金属条，它极易被弯曲，我们把它放进盛着热水的玻璃缸内，金属条伸直；将它放入冷水里，金属条则恢复了原状。这些都是由一种有记忆力的金属做成的，它的微观结构有两种相对稳定的状态，在高温下这种合金可以被变成任何你想要的形状，在较低的温度下合金可以被拉伸，但若对它重新加热，它会记起它原来的形状，而变回去。这种材料就叫做记忆金属(memory metal)。它主要是镍钛合金材料。
一些常见的记忆金属制品
【问题讨论】
问题1　合金属于什么晶体？构成粒子是什么？
提示　金属晶体；构成粒子为金属阳离子和自由电子。
问题2　材料中提到“合金成分缺乏均匀性”，合金的延展性比纯金属差，硬度比纯金属大，原因是什么？
提示　合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，相当于滚珠之间掺入了细小坚硬的砂子或碎石，所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱，硬度比纯金属大。
问题3　金属在常温下都是晶体吗？金属晶体的性质与哪些因素有关？
提示　不是，如汞。金属键和金属原子的堆积方式决定金属的性质。
问题4　合金的熔点与相应的成分金属的熔点有何关系？
提示　合金的熔点一般低于任何一种成分金属的熔点。
问题5　根据规律判断下列金属的熔点高低？
①Li、Na、K、Rb、Cs；②Na、Mg、Al
提示　Li>Na>K>Rb>Cs，Na【探究归纳】
1.金属键
(1)金属键的强弱比较
一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。
(2)金属键的强弱和对金属性质的影响
金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。金属键强度差别较大，如金属钠的熔点较低、硬度较小，而钨是熔点最高的金属、铬是硬度最大的金属。
2.金属晶体的性质
(1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。
(2)熔点：金属键越强，熔点越高。
①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔点升高。
②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔点降低。
③合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低。
④金属晶体熔点差别很大，如钠的熔点为97.8 ℃，而铁的熔点则高达1 535 ℃。
(3)硬度：金属键越强，晶体的硬度越大。
3.金属晶体物理特性分析
(1)良好的延展性。
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，金属发生形变但不会断裂，故金属晶体具有良好的延展性。
(2)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。
(3)金属的导热性是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。
1.下列关于金属晶体的叙述不正确的是(　　)
A.常温下，金属单质不全部以金属晶体形式存在
B.金属键在一定外力作用下，会因形变而消失
C.钙的溶、沸点高于钾
D.温度越高，金属的导电性越弱
解析　常温下，Hg为液态，故A正确；金属键无方向性，故金属键在一定范围内不会因形变而消失，故B错误；钙的金属键强于钾，故熔、沸点高于钾，故C正确；温度升高，自由电子的能量增大，无规则运动加快，影响了自由电子的定向移动，金属的导电性减弱，故D正确。
B
2.(2023·宝山区高二检测)金属的下列性质中，不能用金属键解释的是(　　)
A.易传热 B.加工易变性但不碎
C.易锈蚀 D.有特殊的金属光泽
解析　金属晶体易传热是由于晶体内部，自由电子与金属原子的碰撞，即能用金属键解释，故A正确；金属有延展性，加工易变形，发生形变时，自由电子仍然可以在金属阳离子之间流动，使金属不会断裂破碎，即能用金属键解释，故B正确；金属易锈蚀与金属晶体结构无关，与化学性质有关，金属的化学性质比较活泼，容易被空气中的氧气氧化，故金属易锈蚀不能用金属键解释，故C错误；自由电子很容易被激发，所以它们可以吸收许多光并发射各种可见光，所以大部分金属为银白色，即能用金属键解释，故D正确。
C
3.(2023·徐州高二检测)我国的超级钢研究居于世界领先地位。某种超级钢中除Fe外，还含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%。下列说法中错误的是(　　)
A.上述五种元素中，有两种位于周期表的p区
B.超级钢的晶体一定是金属晶体
C.X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构
D.超级钢中存在金属键和离子键
D
解析　上述五种元素中，Fe价层电子排布式为3d64s2，Mn价层电子排布式为3d54s2，V价层电子排布式为3d34s2，这三种元素位于d区；C价层电子排布式为2s22p2，Al价层电子排布式为3s23p1，这两种元素位于p区，故A正确；超级钢的晶体符合金属晶体结构特点，因此为金属晶体，故B正确；X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构，故C正确；超级钢是金属晶体，因此存在金属键，不存在离子键，故D错误。
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
(一)金属键的概念及特征
1.下列叙述正确的是(　　)
A.任何晶体中，若含有阳离子，就一定含有阴离子
B.金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互作用
C.价电子数越多，金属元素的金属性越强
D.含有金属元素的离子不一定是阳离子
D
解析　金属晶体中虽存在阳离子，但没有阴离子，A错误；金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子与自由电子之间的相互作用，B错误；价电子数多的金属元素的金属性不一定强，如Fe的价电子数比Na多，但Fe的金属性却没有Na的强，C错误；含有金属元素的离子不一定是阳离子，如[Al(OH)4]－是阴离子，D正确。
2.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强烈的相互作用，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.金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用，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
B
解析　从基本构成微粒的性质看， 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，所以金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，A正确；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用，自由电子为整个金属的所有阳离子所共有，所以金属键没有方向性和饱和性；而共价键有方向性和饱和性，B错误，C正确；自由电子在金属中自由运动，为整个金属的所有阳离子所共有，所以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，D正确。
3.下列叙述正确的是(　　)
A.金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，这是由于金属原子之间有较强的作用
B.通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流
C.金属是借助自由电子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分
D.金属的导电性随温度的升高而减弱
D
解析　金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，这是因为金属晶体中各层会发生相对滑动， A错误；金属里的自由电子要在外电场作用下才能发生定向移动产生电流，B错误；C.金属的导热性是由于自由电子碰撞金属原子将能量进行传递，C错误；受热的自由电子的能量增大，无规则运动加剧，影响自由电子的定向移动，导电能力减弱，D正确。
4.金属的下列性质与金属键无关的是(　　)
A.金属有金属光泽
B.金属易导电
C.金属具有较强的还原性
D.金属具有良好的延展性
解析　金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用形成金属键，金属的导电性、导热性、延展性及其具有金属光泽等均与金属键有关，金属的还原性与金属键无关，答案选C。
C
5.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＞Al B.熔、沸点：Mg＞Ca
C.硬度：Mg＞K D.熔、沸点：Ca＞K
A
解析　Mg、Al的电子层数相同，核电荷数大的离子半径小，价电子数Al＞Mg，离子半径A13＋＜Mg2＋，所以金属键Al＞Mg，故Al的硬度大于Mg，A错误；Mg、Ca价电子数相同，Ca的电子层数多，离子半径Ca2＋＞Mg2＋，所以金属键Mg＞Ca，故熔点Mg＞Ca，B正确；离子半径Mg2＋＜Na＋＜K＋，所以金属键Mg＞K，故硬度Mg＞K，C正确；Ca、K位于同一周期，价电子数Ca＞K，离子半径K＋＞Ca2＋，金属键Ca＞K，故熔点Ca＞K，D正确。
(二)金属晶体
6.金属钠晶体为体心立方晶胞(如图)，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)。 已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钠原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为(　　)
C
7.(2023·福州高二检测)金晶体的晶胞如图所示。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，在立方体的各个面的对角线上，3个金原子彼此两两相切，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是(　　)
C
8.(2023·武汉高二检测)钾的化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：
(1)原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置，
金属钾是体心立方晶系，其构型如图。其中原子坐标
参数A(0，0，0)、B(1，0，0)，则C处原子的坐标参数
为____________。
(2)钾晶体的晶胞参数为a pm。假定金属钾原子为等径的刚性小球且处于体对角线上的三个球相切，则钾原子的半径为____________pm，晶体钾的密度计算式是_____________________g·cm－3。
B级　素养培优练
9.(2023·抚顺高二期末)3种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，其配位数(即一个原子周围最邻近且等距离的原子数)分别为(　　)
A.6、6、8 B.6、8、8 C.6、6、12 D.6、8、12
D
解析　①该晶胞是简单立方堆积，离顶角原子距离最近且等距离的原子处在该原子的上下、左右、前后共6个，故配位数为6；②该晶胞是体心立方堆积，离体心原子距离最近且等距离的原子处在晶胞的8个顶角，故配位数为8；③该晶胞是面心立方最密堆积，离顶角原子距离最近且等距离的原子处在相邻的面心上，一个晶胞中有3个等距离的原子，顶角原子周边可以堆积8个相同的晶胞，周边等距离的原子共3×8个，由于面心原子被两个晶胞均分，计算两次，故离顶角原子等距的原子有3×8÷2＝12个，故配位数为12。
10.单质铁的一种晶体如甲、乙所示，若按甲虚线方向切乙得到的图应为(　　)
A
11.(2023·湖北高二校联考)磁性形状记忆材料Cu－Mn－Al合金的晶胞如图所示，Mn、Al位于Cu形成的立方体体心。下列说法正确的是(　　)
A.Mn和Cu均位于元素周期表d区
B.该合金的化学式为AlMnCu
C.与Cu距离最近且相等的Cu有6个
D.温度升高该合金电导率升高
C
12.(2024·广西统考模拟)某镁镍合金储氢后所得晶体的立方晶胞如图1(为便于观察，省略了2个图2的结构)，晶胞边长为a pm。下列说法正确的是(　　)
A.晶体的化学式为Mg2NiH6
B.晶胞中与1个Mg配位的Ni有6个
C.晶胞中2个Ni之间的最近距离为a pm
D.镁镍合金中Mg、Ni通过离子键结合
A
13.(2023·重庆高二校联考)钛、铬、铁、镍、铜、硼等元素及其化合物在工业上有重要用途。
3d24s2
7
正四面体
(2)制备CrO2Cl2的反应为K2Cr2O7＋3CCl4===2KCl＋2CrO2Cl2＋3COCl2↑。
①上述化学方程式中非金属元素电负性由大到小的顺序是________(用元素符号表示)。
②ClO2分子中所有原子均满足8电子构型，COCl2的结构式为________，分子中σ键和π键的个数比为________，中心原子的杂化方式为________。
(3)某铜镍合金的立方晶胞结构如图所示。
①该晶体的化学式为________。
②已知该晶胞的摩尔质量为M g·mol－1，密度为d g·cm－3。设NA为阿伏加德罗常
数的值，则该晶胞的棱长是____________cm(用含M、d、NA的代数式表示)。
O>Cl>C
3∶1
sp2
Cu3Ni

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