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3.3.1 金属晶体
新人教版 选择性必修2
物质结构与性质
学习目标
01.知道金属晶体的结构特点，能借助金属晶体模型说明金属晶体中粒子及粒子间的相互作用
02.能从金属原子结构的视角认识金属键的本质
03.能从“电子气理论”解析金属具有导电性、导热性和延展性的原因
观察金属的生长过程可知：金属具有较为规则的几何外形，是一种晶体，我们称其为金属晶体。
课堂探究
新课导入
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新知讲解
那么，金属晶体中的原子是通过什么作用结合在一起的？
金属键
金属键的本质是什么呢？
电子气理论
由于金属原子的最外层电子数较少，容易失去电子成为金属离子，金属脱落下来的价电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金属的“电子气”，从而把所有金属原子维系在一起。这些电子又称为自由电子。
金属晶体的电子气理论示意图
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新知讲解
金属键
金属
阳离子
自由
电子
金属键
(在金属晶体中，原子之间以金属键相互结合)
金属键的本质
金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用
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1. 定义：金属阳离子和自由电子之间强烈的相互作用。
2.金属键的特征
①自由电子不是专属于某个特定的金属阳离子， 而是在整块固态金属中自由移动。
②金属键既没有方向性，也没有饱和性。
3、存在：金属单质和合金
钠：熔点97.8℃，硬度较小
钨：熔点最高的金属(3410℃)
铬：硬度最大的金属
金属熔点、硬度差距如此巨大，是因为金属键的强弱程度不同。那金属键的强弱又如何判断呢？
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新知讲解
学习任务一 金属键
对比锂、钠、镁、铝、钾的原子结构和熔沸点的数据，分析金属的金属键强弱与哪些因素有关？
晶体 离子半径/pm 电荷数 熔点/℃ 沸点/℃
Li 76 1 180 1340
Na 102 1 97.72 883
K 138 1 63.65 759
Mg 72 2 651 1107
Al 53.5 3 660 2324
所带电荷数越多
半径越小
金属阳离子
熔沸点越高
金属键越强
4.金属键强弱判断
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ⅠA
ⅡA
Li
Na Mg
K
Rb
Cs
0
ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
Al
熔点升高
熔点降低
同主族元素，电荷数相同，从上到下离子半径逐渐增大，金属键逐渐减弱。
同周期元素，从左到右，离子半径依次减小，电荷数逐渐增多，金属键逐渐增强。
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学习任务二 金属晶体
2.构成粒子及粒子间的相互作用
3.金属晶体的类型
①绝大部分的金属单质（特例：汞在常温下呈液态、晶体锗、灰锡是原子晶体）
金属阳离子和自由电子
金属晶体
构成粒子
粒子间的作用力
金属键
1.定义：金属阳离子和自由电子通过金属键相互结合形成的晶体，叫做金属晶体。
②大量的合金：如以铁为主要成分的碳钢、锰钢、不锈钢等，以铜为主要成分的黄铜、青铜、白铜等。
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新知讲解
4、金属的晶体结构与物理性质
(1)熔、沸点规律
① 金属的熔、沸点取决于金属键的强弱，一般金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部金属键越强，晶体熔、沸点越高。
② 金属晶体的熔点差别较大，如 Hg 熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子和自由电子的作用力不同造成的。
③ 同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐升高；同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐降低。
④ 合金的熔点低于成分金属的熔点。
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新知讲解
【例1】下列变化需克服共价键的是( )
A．金刚石熔化
B．汞变成汞蒸气
C．碘升华
D．食盐溶于水
【答案】A
【详解】A．金刚石为共价晶体，只存在共价键，熔化时克服共价键，故A选；
B．汞受热变成汞蒸气，克服金属键，故B不选；
C．碘单质为分子晶体，碘升华不破坏化学键，克服分子间作用力，故C不选；
D．食盐为离子晶体，溶于水发生电离，克服离子键，故D不选；
故选：A。
课堂练习
练习1: 下列有关金属键的叙述中，错误的是(　　)
A．金属键没有饱和性和方向性
B．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用
C．金属键中的电子属于整块金属
D．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关
B
练习2: 要使金属熔化必须破坏其中的金属键。金属熔、沸点高低和硬度大小 一般取决于金属键的强弱。由此判断下列说法正确的是( )
A. 金属锂的熔点高于金属铍
B. 碱金属单质的熔、沸点从 Li 到 Cs是逐渐升高的
C. 金属镁的硬度小于金属钙
D. 金属铝的硬度大于金属钠
D
课堂练习
5.金属晶体的物理特性
特性1：有良好的延展性
特性2：导热性
特性3：导电性
特性4：有金属光泽和颜色
能导电的物质一定是金属吗？
不是。如石墨具有导电性，属于非金属。还有一大类能导电的有机高分子化合物（如聚乙炔），也不属于金属。
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思考讨论
如何用“电子气理论”解释金属的通性？
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回相对滑动，但排列方式不变，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，所以金属有良好的延展性。
课堂探究
新知讲解
【思考】将纯金属制备成合金后，硬度和延展性会发生什么变化呢？
当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，就像在滚珠之间掺入了细小而坚硬的砂土或碎石一样，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金的硬度变大，延展性变差。
一般来说，合金的熔点比其组分低、硬度比其组分大。
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新知讲解
如何用“电子气理论”解释金属的通性？
在金属晶体中，充满着带负电的“电子气”（自由电子），这些电子气的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下，自由电子定向运动形成电流，所以金属容易导电。
不同的金属导电能力不同，导电性最强的三中金属是：Ag、Cu、Al。
导电性
思考讨论
课堂探究
新知讲解
如何用“电子气理论”解释金属的通性？
当金属晶体的某一端在受热时，其附近内部的自由电子做剧烈的无序运动，从而与金属阳离子发生碰撞。在碰撞过程中，引起两者能量交换，能量高的自由电子将自己的能量传递给金属阳离子。
导热性
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思考讨论
金属晶体内部存在自由电子，当光线投射到金属表面时，自由电子吸收可见光，然后又把各种波长的光大部分再反射出来,这就使绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽。（某些金属因易吸收某些频率光而呈特殊颜色）
如何用“电子气理论”解释金属的通性？
金属光泽
金属在粉末状态时，金属原子的取向杂乱，排列不规则，吸收可见光后不能再反射出来，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色
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新知讲解
思考讨论
1、正误判断
(1)金属在常温下都是晶体( )
(2)金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用( )
(3)金属晶体在外力作用下，各层之间发生相对滑动，金属键被破坏( )
(4)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高，分子晶体的熔点一定比金属晶体的低( )
(5)金属晶体除了纯金属，还有大量的合金( )
(6)有机高分子化合物一定不能导电( )
(7)金属的电导率随温度的升高而降低( )
×
×
×
×
×
√
√
课堂练习
2．金属能导电的原因是（）
A．金属晶体中金属阳离子与自由电子间的作用较弱
B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动
C．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动
D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子
【答案】B
【详解】金属晶体内部是由金属阳离子和自由移动的电子构成的，在外加电场作用下自由电子定向移动，产生电流，这就是金属导电的原因。
课堂练习
3.下列关于金属及金属键的说法正确的是(　　)
A.金属键具有方向性和饱和性
B.金属键是金属阳离子与自由电子之间的相互作用
C.金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子
D.金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光
B
课堂练习
4．下列有关金属键的叙述中，错误的是(　　)
A．金属键没有饱和性和方向性
B．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用
C．金属键中的电子属于整块金属
D．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关
A
课堂练习
5.金属晶体的下列性质中,不能用金属晶体结构加以解释的是(　　)
A.易导电 B.易导热
C.有延展性 D.易锈蚀
D
课堂练习
6、下列四种有关性质的描述，可能是金属晶体的是（ ）
A、有分子间作用力结合而成，熔点很低
B、固体或熔融态易导电，熔点较高
C、由共价键结合成网状晶体，熔点很高
D、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于水后能导电
B
课堂练习
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