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第三章 晶体结构与性质
课时3 金属晶体
［知识梳理］
一、金属键
1. 电子气理论：该理论认为金属原子脱落下来的__________形成遍布整块晶体的“__________”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。
2. 金属键：____________与___________之间的作用。强弱取决于_______________的大小和___________多少。__________越多，________________越小，金属键越强。
3. 在金属晶体中，金属离子以________相互结合。构成粒子是________和________。金属晶体熔点、沸点、硬度的大小主要看金属键的强弱，金属键越强，金属晶体的熔点、沸点、硬度就越______。如熔点：Na____Mg____Al；LI____Na____K____Rb____Cs。
二、金属的通性
1. 由于金属晶体中存在大量的自由电子和金属离子(或原子)排列很紧密，使金属具有很多共同的性质。
(1) 状态：通常情况下，除________外都是固体。
(2) 金属光泽：多数金属具有光泽。但除Mg、Al、 Cu、Au在粉末状态有光泽外，其他金属在块状时才表现出来。
(3) 易导电、导热：由于金属晶体中____________的运动，使金属易导电、导热。
(4) 延展性
(5) 熔点及硬度：由金属晶体中金属离子跟自由电子间的作用强弱决定。
(6) 金属除有共同的物理性质外，还具有各自的特性：
① 颜色：绝大多数金属都是________色，有少数金属具有颜色。如：Au呈金黄色，Cu呈紫红色，Cs为银白略带金色。
② 密度：与原子半径、原子相对质量、晶体质点排列的紧密程度有关。最重的为锇(Os)，铂(Pt)，最轻的为________。
③ 熔点：最高的为________，最低的为________。
④ 硬度：最硬的金属为________，最软的金属为铯(Cs)，可用小刀切割。
⑤ 导电性：导电性能强的为银(Ag)，金(Au)，铜 (Cu)等，导电性能差的为汞(Hg)。
⑥ 延展性：延展性最好的为金(Au)，铝(Al)。
三．合金
两种和两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，叫做合金，合金属于混合物，对应的固体为金属晶体。合金的特点①仍保留金属的____________，但____________改变很大；②________比各成份金属的都低；③强度、硬度比成分金属______；④有的抗腐蚀能力强；⑤导电性比成分金属_____。
四、金属晶体的原子堆积模型
1. 非密置层和密置层：金属原子平面放置，原子横竖对齐排列，所得配位数为_____的堆积方式为非密置层；原子交错排列，所得配位数为_____的堆积方式为密置层。
2. 金属晶体的四种堆积方式
堆积方式 典型代表 配位数 平面放置方式 空间利用率 晶胞
简单立方 Po 52%
钾型 Na、K、Fe 68%
镁型 Mg、Zn、Ti 74%
铜型 Cu、Ag、Au 74%
［直击高考］
高考要求：①知道金属键的涵义；②影响金属键强弱的主要因素；③能用金属键理论解释金属的一些物理性质；④能列举基本堆积模型及对应的晶胞中金属原子的数目。
［典例诠释］
例1 铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。试从物理性质和化学性质的角度分析：为什么铜常用于制造货币？(铜的熔点是1 183.4℃，铁的熔点是1 534.8℃。)
分析 能长期使用，一说明便于炼制；二说明其稳定。
全解 铜和铁相比，铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀；铜的熔点不是很高，容易冶炼成型。
解后思 存在就有其合理的一面，而分析其为什么存在，原因是什么，这就是本题所需思考和解决的问题。
例2 已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜的相对原子质量为63.54，密度为8.936g/cm3，试求：
（1）图中正方形边长a
（2）铜的金属半径 r
分析 因为 ρ==，Vm即为1mol物质在该条件下的体积，就要知道NA个铜原子体积和是多少，所以首先要求算出晶胞中铜原子的数目和晶胞体积的多少。
全解 晶胞中铜原子的数目=8×+6×=4；因为铜晶胞是面心立方堆积，2a2=(4r)2 ，a=2r。a3××NA=，得a=cm。r=a=cm。
解后思 本题求算的三个要求：一是密度、体积和摩尔质量三者之间的关系；二是晶胞中粒子的个数；三是晶胞边长与粒子半径的关系。
［实战训练］
1. 在常温常压下，下列物质中，属于金属晶体的是 ( )
A. 铂 B. 汞 C. 石英 D. 金刚石
2． 下列晶体中金属阳离子和自由电子作用最强的是 ( )
A. Na B. Mg C. Al D. K
3. 金属晶体的形成是因为晶体中存在 ( )
A. 金属离子间的相互作用
B. 金属原子间的相互作用
C. 金属离子与自由电子间的相互作用
D. 金属原子与自由电子间的相互作用
4. 下列说法中正确的是 ( )
A. 金属键的形成是因为金属离子与自由电子之间的相互作用
B. 金属晶体的熔沸点一定比原子晶体的低
C. 金属晶体中金属离子电荷数越多，离子半径越小，金属键就越弱
D. 金属晶体中金属键的强弱与金属原子和自由电子无关
5. 下列叙述正确的是 （ ）
A. 任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子
B．原子晶体中只含有共价键
C. 离子晶体中只含有离子键，不含有共价键
D．分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键
6. 下列有关金属元素特征的叙述中正确的是 ( )
A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性
B．金属元素在化合物中一定显正价
C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同
D．金属单质的熔点总是高于分子晶体
7. 2000年5月，在香港拍卖会上，保利集团花费3 000多万港币购回火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首。普通铜器时间较长容易出现铜绿，其主要成分是［Cu2(OH)2CO3］。这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去依然熠熠生辉，不生锈。下列对其原因的分析，最可能的是 ( )
A. 它们的表面都镀上了一层耐腐蚀的黄金
B. 环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去
C. 铜的金属活动性比氢小，因此不易被氧化
D. 它们是含一定比例金、银、锌的铜合金
8. 由锌、铁、铝、镁四种金属中的两种或多种组成的混合物10g，与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下为11.2L，则混合物中一定含有的金属是 ( )
A. 锌 B. 铁 C. 铝 D. 镁
9. Na、Mg、Al、K、Hg五种金属中，熔点由低到高的顺序是______________________，金属活动性顺序是____________________。碱金属Li、Na、K、Rb、Cs的硬度由大到小的顺序是______________________，其原因是________________________________。
10. 金属晶体中金属原子的堆积模式有_________、_________、________、________四种，其中空间利用率最低的是_______________堆积模式。
11. 根据几种金属堆积模式的晶胞的结构，填写下表：
堆积模式 简单立方 体心立方(K型) 面心立方(Cu型)
晶胞结构
每个晶胞实际占有的原子数
12. 为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？
13. 已知金属钨的原子呈钾型堆积，即体心立方堆积。实验测得金属钨的密度为ρg/cm3，其相对原子质量为M，NA表示阿伏加德罗常数的值，计算：
(1) 钨晶体的晶胞边长a=_________cm。
(2) 钨的原子半径r=__________cm。
(3) 钨晶体的空间利用率为_______________(用含π的代数式表示)
备用题
1．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相互作用较弱
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
2. 金属具有延展性的原因是 ( )
A．金属原子半径都较大，价电子较小
B．金属受外力作用变形时，金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈作用
C．金属中大量自由电子受外力作用时，运动速度加快
D．自由电子受外力作用时能迅速传递能量
3. 下列有关金属氧化物的叙述正确的是 ( )
A. 一定是碱性氧化物 B. 可能是酸性氧化物
C. 一定是离子化合物 D. 一定能被碳还原
4. 关于ⅠA族和ⅡA族元素的下列说法中正确的是 ( )
A．同一周期中，ⅠA族单质的熔点比ⅡA族的高
B．浓度都是0.01mol·L－1时，氢氧化钾溶液的pH比氢氧化钡的小
C．氧化钠的熔点比氧化镁的高
D．加热时碳酸钠比碳酸镁易分解
5. 金属晶体的“电子气理论‘可以用来解释金属材料具有良好的延展性。金属受外力作用时，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的__________作用，所以金属都具有良好的延展性。但向金属原子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细小而坚硬的______________一样，会使这种金属的___________甚至________发生改变，这也是对材料形成合金以后性能发生改变的一种粗浅的解释。
6. 某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中可以划出一块正立方体的结构单元，金属原子处于正立方体的八个顶点和六个侧面上，试计算这类金属晶体中原子的空间利用率。
课时4 金属晶体
1. A 2. C 3. C 4. A 5. B 6. B 7. D 8. C 9. HgNa>K>Rb>Cs 价电子数相同，半径越小，金属键越强。 10. 简单立方 钾型 镁型 铜型 简单立方 11. 1 2 4 12. 碱金属单质常温下是金属晶体，价电子数相同，半径越大，金属键越弱，熔沸点越低；卤素单质的晶体是分子晶体，分子间为范德华力，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高。 13.(1) (2) (3)
备用题
1. B 2. B 3. B 4. B 5. 相对滑动 排列方式 润滑剂 砂土或碎石 延展性 硬度 6.
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