人教版化学选修三第三章第三节

4
3
无
有一个2p电子
4
3
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正四面体空间网状结构 平面六边形层状结构
晶体结构 物理性质 最小碳环
高熔点、高硬度、不导电
熔点比金刚石还高、 质软、滑腻、易导电
六元环、不共面
六元环、共面
【练习1】结合金属晶体的结构和性质，回答以下 问题：
(1)已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu、 Mg、Zn、Au。 其堆积方式为：
能充分利用空间的原因是( D )
A．金属原子的价电子数少 B．金属晶体中有自由电子 C．金属原子的原子半径大 D．金属键没有饱和性和方向性
高温下热运动剧烈，电子的定向移动程度减弱， 所以，随着温度的升高，金属的导电性减弱。
(2)导热性——自由电子与金属原子发生碰撞后 的能量变换
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。 (3)延展性——离子层位置改变而与电子气的作用 保持
【练习4】下列性质能说明石墨具有分子晶体的性
质是( C )
A．晶体能导电
B．熔点高
C．硬度小
D．燃烧产物是CO2
【练习5】下列有关金属晶体的说法中不正确的是
(D)
A．金属晶体是一种“巨分子” B．“电子气”为所有原子所共有 C．简单立方堆积的空间利用率最低 D．体心立方堆积的空间利用率最高
【练习6】金属晶体堆积密度大，原子配位数高，
①简单立方堆积的是__P_o__________； ②体心立方堆积的是_N__a_、__K__、__F__e_； ③六方最密堆积的是_M__g_、___Z_n_____； ④面心立方最密堆积的是_C__u_、__A__u_。 (2)根据下列叙述，判断一定为金属晶体的是_C__。
A．由分子间作用力形成，熔点很低 B．由共价键结合形成网状晶体，熔点很高 C．固体有良好的导电性、导热性和延展性
【练习1】金属的下列性质中，不能用晶体结构加
以解释的是( D )
A．易导电 B．易导热 C．有延展性 D．易锈蚀
【练习2】某物质熔融状态可导电，固态可导电， 将其投入水中，水溶液也可导电，则可推测该物
质可能是( A )
A．金属 B．非金属 C．可溶性碱 D．可溶性盐
【练习3】下列关于金属键的叙述中，不正确的是
二、金属晶体
1、构成微粒 (无阴离子)
在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相互结 合，构成金属晶体的粒子是金属阳离子和自由电 子。
2、金属晶体的物理通性
(1)导电性——自由电子定向移动形成电流 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、金属晶体的基本堆积模型
(1)二维空间模型 ①非密置层：配位数为4 ②密置层：配位数为6
(2)三维空间模型 ①非密置层在三维空间堆积 a．简单立方堆积 相邻非密置层原子的原子核在同一条直线上的 堆积，只有金属钋(Po)采用这种堆积方式，其 空间利用率太低。
配位数为6
简单立方堆积的空间占有率 原子半径为r
b．面心立方最密堆积——铜型(Cu、Ag、Au) 如图所示，按ABCABCABC……的方式堆积。
A C B
A
C B A
12
6
3
54
配位数为12 立方面心最密堆积的空间占有率
金属晶体的基本堆积模型
堆积模型
典型 代表
空间 利用率
配位数
晶胞
简单立方堆积 Po(钋) 52% 6
非密
置层 体心立方堆积 Na、K、 Fe
大多数金属具有较好的延展性，与金属离子和自 由电子之间的较强作用有关。当金属受到外力时 ，晶体中的各离子层就会发生相对滑动，由于金 属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性， 受到外力后，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)颜色/光泽——自由电子吸收所有频率的光释 放一定频率的光
(2)具有金属晶体属性 在同一平面内的碳原子还各剩下一个p轨道，所有 的p轨道相互重叠，电子比较自由，相当于金属晶 体中的自由电子，而石墨能导热和导电，这正属 于金属晶体的特征。
(3)具有分子晶体属性 石墨晶体中层与层之间相隔335 pm，距离较大， 层间是以范德华力结合起来的，即层与层之间属 于分子晶体。但是，由于同一平面层上的碳原子 间的结合力很强，键很难被破坏，所以石墨的熔 点也很高，化学性质也很稳定。
68%
8
密置
六方最密堆积
Mg、Zn、 Ti
74%
12
层
面心立方最密 堆积
Cu、Ag、 Au
74%
12
石墨
1、石墨的“多性”
(1)具有原子晶体属性 在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价
键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个碳原
子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六 边形的环，伸展成层状结构，这里C－C键的键长 均为142 pm，这正好属于原子晶体的键长范围， 因此对于同一层来说，它是原子晶体。
※金属熔沸点高低的比较 (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，如汞常温为液体， 熔点很低(－38.9 ℃)，而铁等金属熔点很高(1535 ℃)。
(B)
A．金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性 电荷的微粒间的强烈相互作用，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．金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子 间的相互作用，故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
【练习2】(1)如图所示为二维平面晶体示意图，所表
示的化学式为AX3的是___②_____。
(2)如图是一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。
①该晶胞“实际”拥有的铜原子是____4____个。
②该晶胞称为____C____(填序号)。
A．立方晶胞
B．体心立方晶胞
C．面心立方晶胞 D．简单立方晶胞
③此晶胞立方体的边长为a cm, Cu的相对原子质量为
所以，石墨是原子晶体、金属 晶体、分子晶体的一种混合型 晶体。
2、石墨与金刚石的比较
晶体类型 构成微粒 微粒间的
作用力 碳原子的 杂化方式 碳原子成键数 碳原子有无 剩余价电子
配位数
晶体结构特征
金刚石 原子晶体 碳原子
C－C共价键
石墨 混合晶体 碳原子
C－C共价键、分子间 作用力
sp3杂化
sp2杂化
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，金属能反射照射到其表面的光 而具有光泽。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、金属键的本质——电子气理论：金属原子对 外围电子的束缚力不强，从金属原子脱落下来的 价电子形成遍布整块晶体的“电子气”。正是由 于“自由电子”在整个金属固体中不停地运动， 被所有的金属原子所共用，从而把所有金属原子 维系在一起，使得体系的能量大大降低。
3、金属键的特征：没有方向性和饱和性。 4、金属键对物质性质的影响： (1)金属键越强，晶体熔、沸点越高，晶体硬度越 大。 (2)金属键的强弱不仅影响金属的物理性质，也可 以影响金属的化学性质。
第三章 晶体的结构与性质 第三节 金属晶体 第2课时
三、金属晶体的原子堆积模型
1、几个概念
配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻且距离相 等的微粒个数。
空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积百分 数用来表示紧密堆积程度 。
※原子的空间利用率的计算方法 (1)首先把堆积方式抽象成晶胞模型。 (2)均摊法计算晶胞的微粒个数，计算微粒所占的 体积。 (3)计算晶胞的总体积。 (4)空间利用率等于微粒总体积比晶胞总体积。
64，金属铜的密度为ρ g·cm－3，则阿伏加德罗常数为
___2_5_6__/(_ρ_∙a__3)_m__o_l－__1___(用a、ρ表示)。
【练习3】石墨晶体如图所示，关于石墨晶体的说
法正确的是( CD)
A．平均每一个正六边形所占有的碳原子数为6个 B．由于石墨晶体层与层之间的作用力为分子间作 用力，故石墨的熔点较低 C．石墨晶体在熔化时既破坏了层与层之间的分子 间作用力，也破坏了层中碳原子之间的共价键 D．石墨能导电的原因是石墨晶体中有未参与杂化 的2p电子，在整个碳原子平面中可自由移动
第三章 晶体的结构与性质 第三节 金属晶体 第1课时
一、金属键
1、金属键
(1)概念：金属原子脱落下来的价电子形成遍布 整块晶体的“电子气”被所有原子所共有，从 而把所有金属原子维系在一起。
金属键的定义：金属阳离子与自由电子之间的 强烈的相互作用叫金属键。
(2)成键微粒：金属阳离子和自由电子。
(3)成键条件：金属单质或合金。 (4)应用：“电子气”理论能很好地解释金属 材料良好的延展性、导电性、导热性。
正方体边长为a =2r
b．体心立方堆积——钾型 将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴 中，并使非密置层的原子稍稍分离。其空间的利 用率比简单立方堆积高，属于钾型的主要有碱金 属等。
配位数为8
体心立方堆积的空间占有率
原子半径为r
c2=b2+a2 b2=a2+a2
(4r)2=3a2
体对角线长为c=4r 面对角线长为b 棱线长为a
②密置层在三维空间堆积 a．六方最密堆积——镁型(Mg、Zn、Ti) 如图所示，按ABABABAB……的方式堆积。
A
12
B
6
3
54
A
B
A
配位数为12
六方最密堆积的晶胞
六方最密堆积的空间占有率
原子半径为r
上下面为菱形，边长
为半径的2倍(a=2r)
高(h)为2倍 正四面体的高 2
6 2r 3
空间占有率=
5、金属键强弱的比较方法： 影响金属晶体熔、沸点的是金属离子和自由电子 之间的作用力，金属键的大小要从离子半径和离 子所带的电荷两个方面结合起来分析。
金属原子半径越小，单位体积内自由移动的电子 数目越大，金属键越强。金属键越强，金属晶体 的熔、沸点越高，硬度越大。
一般说来，金属原子半径越小，价电子数越多， 则金属键越强。