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专题3　微粒间作用力与物质性质
第一单元　金属键　金属晶体
课程标准 核心素养目标
1.能描述金属晶体中金属键的成键特征。
2．能用金属键理论解释金属的典型性质。
3．能借助模型说明常见金属晶体中晶胞的构成。
4．能举例说明合金的优越性能。 1.宏观辨识与微观探析：金属晶体的结构特点，比较金属晶体性质的差异。
2．证据推理与模型认知：能说明金属晶体中的微粒及其微粒间的相互作用，认识简单的晶胞。
一、金属键与金属特性
1．金属键
(1)概念
金属原子失去_____________________ 形成的__________与__________之间存在着强烈的相互作用。
(2)形成
金属原子失去______________________形成的____________与“脱落”下的自由电子相互作用。
部分或全部外围电子
金属离子
自由电子
部分或全部外围电子
金属离子
2．金属特性
(1)导电性
在外电场作用下，自由电子在金属内部会发生____________，从而形成电流。温度升高，金属的导电性______。
(2)导热性
金属受热时，____________与金属离子(或金属原子)碰撞频率增加，____________把能量传给____________(或金属原子)，从而把能量从温度高的区域传到温度低的区域。
定向移动
减弱
自由电子
自由电子
金属离子
(3)延展性
金属键没有______性，在外力作用下，金属原子之间发生相对滑动，各层金属原子之间仍然保持_________的作用，不会断裂。
方向
金属键
3．金属键的强弱
(1)原子化热
金属键的强弱可以用金属的原子化热来衡量。金属的原子化热是指_________金属固体完全气化成相互远离的气态原子时______的能量。
1 mol
吸收
(2)影响因素
金属键的强弱与金属元素的____________、单位体积内____________ _________有关。一般而言，金属元素的____________越小、单位体积内_____________________越多，金属键越强。
(3)与金属的物理性质的关系
金属键越强，金属晶体的硬度______，熔、沸点______。
原子半径
自由电子的
数目
原子半径
自由电子的数目
越大
越高
二、金属晶体
1．晶体：具有__________________的固体物质。通常条件下，大多数金属单质也是晶体。在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，彼此相切、紧密堆积成晶体。
2．晶胞：能够反映________________________________。相邻晶胞之间没有任何间隙，并置排列，金属晶体是晶胞在空间连续重复延伸而形成的。
3．金属原子在平面内的两种排列方式：____________(一个原子周围有4个原子)和_________(一个原子周围有6个原子)。
规则几何外形
晶体结构特征的基本重复单位
非密置层
密置层
8
4
2
完全
5．合金的组成和性质
(1)合金：把两种或两种以上的______(或__________________)熔合而成的具有金属特性的物质。
(2)合金的性能：比它的各成分金属具有许多良好的物理的、化学的、机械的性能。通常，多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点___，而强度和硬度比它的各成分金属___。
金属
金属与非金属
低
大
◆拓展延伸
◆名师点拨
电解质导电和金属导电的区别
物质类别 电解质 金属晶体
导电时的状态 水溶液或熔融状态下 晶体状态
导电粒子 自由移动的离子 自由电子
导电时发生的变化 化学变化 物理变化
导电能力随温度的变化 温度升高，导电能力增强 温度升高，导电能力减弱
◆名师点拨
图示金属原子的排列方式
等径圆球的平面(层)排列方式有两种，即密置层和非密置层。
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)金属键是金属离子与自由电子之间的吸引力 (　　　)
(2)任何固体中，含有阳离子时，一定含有阴离子 (　　　)
(3)金属单质中，金属键越强，金属的还原性越弱 (　　　)
(4)熔、沸点：Li>Na>K>Rb，硬度：Na×
×
√
√
探究一__金属键与金属特性的关系
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。它主要是镍钛合金材料。
[问题设计]
(1)记忆合金是否具有一定的导热性？为什么？
提示：具有。因为记忆合金中也存在金属阳离子和自由电子，二者相互碰撞可以传递热量。
(2)根据图示可知，记忆金属在医学上有何应用？
提示：镍钛合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。例如，血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。(答案合理即可)
(3)金属或合金的性质与金属的结构有关，结合下表信息回答问题。
①表格中金属的原子化热大小关系怎样排序？
提示：金属的原子化热大小关系为Na②表格中金属的熔点从高到低的顺序怎样排列？
提示：金属的熔点由高到低的顺序为Cr> Al>Mg> Na。
③通过分析表格数据，总结决定金属熔点高低的因素是什么？
提示：决定金属熔点高低的因素是金属键的强弱，金属键越强，金属的熔点越高。金属元素的原子半径越小、单位体积内自由电子数目(或金属离子的电荷数)越多，金属键越强。
1．金属键
金属键的特征
金属键无方向性和饱和性。金属晶体中的自由电子不专属于某一个或某几个特定的金属离子，而是几乎均匀地分布在整块晶体中，把所有金属原子维系在一起，所以金属键没有方向性和饱和性。
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、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。
①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。
②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。
③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。
④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。
[名师总结]
【例1】 (2023·福建福州高二质检) 关于金属键的叙述错误的是 (　　)
A．金属键没有方向性和饱和性
B．金属键是金属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
解析：
金属键是金属离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用，包括静电吸引作用和静电排斥作用。
1．(2023·江苏镇江高二质检)下列关于金属单质的叙述正确的是 (　　)
A．常温下，金属单质都以固体形式存在
B．金属键在一定外力作用下，不因形变而消失
C．钙的熔、沸点低于钾的
D．温度越高，金属的导电性越好
B
解析：
常温下，金属单质汞以液体形式存在，A错误；原子半径：CaK，金属原子半径越小、自由电子的数目越多，金属键越强，金属的熔、沸点越高，故钙的熔、沸点高于钾的，C错误；温度越高，自由电子能量越高，难以束缚，金属的导电性越差，D错误。
探究二__金属晶体

银手镯质软， 弯曲程度很大但不易折断。说一说金属晶体的原子是如何排列的呢？
[问题设计]
(1)金属原子的密堆积是什么意思？
提示：微粒之间的作用力使微粒间尽可能地相互接近，使它们占有最小的空间。
(2)金属晶体中原子的配位数是什么？
提示：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数。
(3)晶体中原子的空间利用率是什么？
提示：晶体的空间被微粒占满的体积百分数，用它来表示紧密堆积的程度。
(4)红砷镍矿(NiAs)是常见的镍矿之一，是一种六方晶体(底面为60°和120°的菱形)，其晶胞如图所示，图中深色小球为Ni，浅色大球为As。已知NiAs的晶胞边长分别为a pm和c pm，阿伏加德罗常数的值为NA。
①红砷镍矿晶胞所含的镍、砷原子数分别是多少？
③一个红砷镍矿晶胞的体积是多少？
④红砷镍矿的密度如何表示？
1．同层等径圆球的密堆积方式

采用密置层排列能够降低体系的能量。
2．多层等径圆球的密堆积方式
第一层：密置层排列。
第二层：将球对准1、3、5位(或2、4、6位)。
A层与B层平行错开，使B层每个球的球心恰好对应于A层中相邻三个球所围成的空隙的中心，使两层紧密接触，每一个球与另一层的三个球相接触，达到最密堆积，称为密置双层。
在密置双层的基础上再堆积第三层C时有两种排列方式：第一种排列是C层的圆球球心与A层的圆球球心相对应，C层相当于A层。于是每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式。
第二种排列是第三层C层圆球球心的位置，
既与A层圆球球心的位置错开，也与B层圆球球
心的位置错开。
3．非密置层在三维空间的堆积
4．金属密堆积常见的堆积方式
(1)面心立方堆积

面心立方密堆积方式的金属晶体：Ca、Al、Pb、Pt、Au、Ag、Cu。
(2)体心立方堆积

体心立方密堆积方式的金属晶体：Li、Na、K、Ba、W、Fe。
(3)六方堆积
　
六方密堆积方式的金属晶体：Mg、Zn、Ti。
[名师总结]
B
解析：
2．(2023·福建漳州高二质检) (1)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表，由荷兰菲利浦实验室首先研制出来。它的最大优点是容易活化，其晶胞结构如图所示。它的化学式为________。
(2)镁系合金是最早问世的合金之一，经X射线衍射实验分析得，镁铜合金为面心立方结构，镁镍合金为六方堆积。镁系合金的优点是价格较低，缺点是要加热到250 ℃以上时才释放出氢气。下列有关说法不正确的是______(填标号)。
(3)《X射线金相学》中记载关于铜与金可形成两种有序的金属互化物，其结构如图。下列有关说法正确的是________(填标号)。
解析：
(1)根据晶胞结构图可知，面心上的原子为2个晶胞所共有，顶点上的原子为6个晶胞所共有，棱上的原子为3个晶胞所共有，内部的原子为整个晶胞所共有，所以晶胞中La原子有3个，Ni原子有15个，则镧系合金的化学式为LaNi5。
(2)铜是面心立方堆积结构(如图所示)，而A项中的图为六方堆积结构，A错误；钛和镁晶体是按“ABAB…”的方式堆积，B正确；面心立方堆积和六方堆积的配位数均为12，空间利用率均为74%，C、D正确。
解析：
1．下列关于金属晶体的叙述正确的是 (　　)
A．用铂金做首饰不能用金属键理论解释
B．固态和熔融时易导电，熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体
C．Al、Na、Mg的熔点逐渐升高
D．温度越高，金属的导电性越好
B　
解析：
用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性，能用金属键理论解释，A错误；金属晶体在固态和熔融时能导电，其熔点差异很大，故题设条件下的晶体可能是金属晶体，B正确；一般来说，金属中单位体积内自由电子的数目越多，金属元素的原子半径越小，金属键越强，故金属键的强弱顺序为Al>Mg>Na，其熔点的高低顺序为Al>Mg>Na，C错误；金属的导电性随温度的升高而降低，温度越高，其导电性越差，D错误。
2．下列叙述不正确的是 (　　)
A．金属键无方向性和饱和性，原子配位数较高
B．晶体尽量采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定
C．因为共价键有饱和性和方向性，所以共价晶体不遵循“紧密堆积”原理
D．金属铜和镁均以“ABAB…”方式堆积
D　
解析：
Mg以“ABAB…”方式堆积，但Cu以“ABCABC…”方式堆积。
3．钠钾合金在通常状况下呈液态，可用作快中子反应堆的热交换剂。以下是对钠钾合金具有导热性的主要原因的分析，其中正确的是 (　　)
A.钠钾合金的熔点很低
B．钠、钾原子的电离能都很小
C．钠钾合金中有自由电子
D．钠钾合金中有金属离子
C　
解析：
本题考查合金的性质与用途。钠钾合金以金属键相结合，其导热原理跟金属晶体相同。
4．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方堆积、面心立方堆积和体心立方堆积，如图a、b、c分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数比为 (　　)

A．3∶2∶1　　　　　 B．11∶8∶4
C．9∶8∶4 D．21∶4∶9
A　
解析：
5．如下图所示为金属原子的四种基本堆积模型，请回答以下问题：
(1)以上原子堆积方式中，空间利用率最低的是________(在图中选择，填字母)，由非密置层互相错位堆积而成的是________。
(2)金属铜的晶胞模型是________，每个晶胞含有__________个Cu原子，每个Cu原子周围有________个紧邻的Cu原子。
答案：(1)A　B　(2)C　4　12
解析：

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