1、3.1 金屬鍵 金屬晶體知識回顧 通過必修課的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了金屬元素，以及它們的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，下面回顧一下金屬元素在元素周期表中的位置及原子結(jié)構(gòu)特征：目前元素周期表中排列的112種元素中，金屬元素有90種，約占4/5，非金屬元素有22種。金屬元素在周期表中位于左下方，大多數(shù)金屬元素原子最外層只有13個電子，某些金屬（Sn、Pb、Bi）等最外層雖然有45個電子，但它們的電子數(shù)較多，原子半徑較大，原子核對核外電子的吸引力較小，容易失去電子，在化學(xué)反應(yīng)中，金屬元素原子只能失去電子，不能得到電子，即金屬元素在化合物中只顯正價，不顯負(fù)價；金屬單質(zhì)只有還原性，沒有氧化性等。金屬制品在生產(chǎn)、生活

2、中隨處可見，在各個領(lǐng)域發(fā)揮著各式各樣的作用，如鋼鐵、鋁合金等。 鋁合金主要用于建筑業(yè)和包裝業(yè)；金和它的合金幾乎能達到各種電子元件對穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、韌性、延展性等的要求；銀在有機合成、能源開發(fā)、材料制造等方面的應(yīng)用越來越被重視；銅具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，在電氣和電子工業(yè)中主要用于制造電線、通迅電纜等；另外一些新的金屬材料相繼被開發(fā)出來并應(yīng)用于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和高科技領(lǐng)域。疏導(dǎo)引導(dǎo)知識點1：金屬鍵1.定義：金屬離子與自由電子之間的強烈的相互作用，稱為金屬鍵。2.形成過程：金屬原子的部分或全部外層（一般指最外層或次外層）電子因受原子核的束縛較弱，從原子上“脫落”下來，形成自由移動的電子，金屬原子失去電

3、子后形成金屬離子，這樣金屬離子與自由電子之間就存在強烈的相互作用。金屬鍵存在于金屬單質(zhì)或合金中。3.強弱的衡量標(biāo)準(zhǔn)：金屬的原子化熱是指1 mol金屬固體完全氣化成相互遠離的氣態(tài)原子時吸收的能量。4.影響因素：金屬元素的原子半徑及單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目；一般金屬元素的原子半徑越小，單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目越大，金屬鍵越強。5.對物理性質(zhì)的影響：通常，金屬鍵越強，金屬晶體的硬度越大，熔沸點越高。知識點2：金屬的物理性質(zhì)1.金屬都具有金屬光澤、導(dǎo)電性、延展性等，造成它們共性的原因是金屬晶體中的金屬鍵和金屬原子的堆砌方式。2.導(dǎo)電性：在外加電場作用下，金屬內(nèi)部自由電子的運動由雜亂無章變?yōu)槎ㄏ蜻\動，從

4、而形成電流；金屬導(dǎo)電的微粒是電子，離子晶體熔化或溶于水后導(dǎo)電的微粒是陽離子和陰離子；金屬導(dǎo)電過程不會生成新物質(zhì)，屬物理變化，而電解質(zhì)導(dǎo)電的同時要在陰陽兩極生成新物質(zhì)，屬化學(xué)變化，二者導(dǎo)電本質(zhì)是不同的。3.導(dǎo)熱性：金屬受熱時，自由電子與金屬離子的碰撞頻率加快，運動過程中把能量從溫度高的區(qū)域傳到溫度低的區(qū)域，使整塊金屬都達到同樣的溫度。導(dǎo)電性好的金屬導(dǎo)熱性也好，常見金屬導(dǎo)電導(dǎo)熱能力大小比較（由大到小順序）AgCuAuAlZnPtSnFePbHg。4.延展性：金屬有延展性，可以抽成細(xì)絲，例如最細(xì)的白金絲直徑不過mm。金屬又有展性，可以壓成薄片，例如最薄的金箔只有mm厚。當(dāng)金屬受到外力作用時，晶體中的

5、各原子層就會發(fā)生相對滑動，由于金屬離子與自由電子間的相互作用沒有方向性，滑動以后，各層之間仍保持著這種相互作用，不會導(dǎo)致斷裂，一般金屬具較好的延展性。注意有少數(shù)金屬，如銻、鋨、錳等性質(zhì)較脆，沒有延展性，延展性最好的金屬是金。知識點3：金屬晶體的結(jié)構(gòu)1.晶胞：能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位。晶體是晶胞按其周期性在空間重復(fù)排列而成的，晶胞一定是一個平行六面體，但其三條邊的長度不一定相等，也不一定相互垂直，晶胞的形狀和大小由具體晶體的結(jié)構(gòu)所決定。2.金屬原子的緊密堆積：緊密堆積的意思就是質(zhì)點之間的作用力，使質(zhì)點間盡可能地相互接近，使它們占有最小的空間。如果把金屬原子視為球體，則金屬晶體的緊密堆積

6、有三種方式并分別對應(yīng)著三種不同類型的晶胞。（1）六方堆積類型：常見金屬如鎂、鋅、鈦，配位數(shù)為12。（2）面心立方堆積類型：常見金屬如金、銀、銅、鋁，配位數(shù)為12。（3）體心立方堆積：常見金屬如鈉、鉀、鉻、鉬。3.晶胞中原子的個數(shù)（1）六方晶胞：在六方體頂點的金屬原子為6個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有，在體內(nèi)的金屬原子屬于該晶胞。六方晶胞中金屬原子數(shù)為：=6。（2）面心立方晶胞：在立方體頂點的金屬原子為8個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有。面心立方晶胞中金屬原子數(shù)為：=4。（3）體心立方晶胞：在立方體頂點的金屬原子為8個晶胞共有，處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。體心立方晶胞中金屬原子數(shù)為：

7、=2。知識點4：合金的組成和性質(zhì)1.合金：把兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。在日常生產(chǎn)和生活中，我們所見到的金屬制品大多數(shù)并不是由純的某種金屬制成的，例如，不銹鋼是鐵、鉻、鎳的合金；鋼是鐵和碳的合金等。2.形成合金金屬與合金性質(zhì)的關(guān)系（1）當(dāng)兩種金屬元素的電負(fù)性、化學(xué)性質(zhì)和原子半徑相差不大時，形成的合金稱為金屬固熔體，如銅、鎳、銀、金合金。這類合金的強度和硬度一般都比組成它的各成分金屬的強度和硬度大。（2）當(dāng)兩種金屬元素的電負(fù)性或原子大小相差較大時，形成的合金稱為金屬化合物，如Ag3Al、CuZn3合金。這類合金通常具有較高的熔點、較大的強度、較高的硬度和耐

8、磨性，但塑性和韌性較低。（3）原子半徑較小的氫、硼、碳、氮等非金屬元素滲入過渡金屬結(jié)構(gòu)的間隙中，稱為金屬間隙化合物或金屬間隙固熔體。這類合金具有很高的熔點和很大的硬度，這主要是填隙原子和金屬原子之間存在共價鍵之故。3.合金的性能：比它的成分金屬具有許多良好的物理的、化學(xué)的、機械的性能。通常，多數(shù)合金的熔點比它的成分金屬的熔點都低，而強度和硬度比它的成分金屬要大。例如：鐵暴露在空氣中容易銹蝕，而普通鋼中加入約15%的鉻和約0.5%的鎳形成的不銹鋼，能夠耐酸堿的腐蝕；金屬鋁很軟，而一定比例的鋁、銅、鎂熔合而成的硬鋁具有較大的硬度。規(guī)律總結(jié) （1）金屬晶體結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)關(guān)系（2）金屬熔、沸點比較 金

9、屬原子的價電子越多，原子半徑越小，金屬離子與自由電子作用力就越強，金屬鍵也越強，晶體的熔沸點就越高，反之，亦然。例如，熔沸點：NaMgAl?；顚W(xué)巧用1.物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論推出，金屬晶體中金屬離子與自由電子之間強烈的相互作用，叫金屬鍵。金屬鍵越強，其金屬的硬度越大，熔沸點越高，且據(jù)研究表明，一般來說金屬原子半徑越小，價電子數(shù)越多，則金屬鍵越強。由此判斷下列說法錯誤的是（ ）A.鎂的硬度大于鋁 B.鎂的熔沸點低于鈣C.鎂的硬度大于鉀 D.鈣的熔沸點高于鉀解析：由題知，鎂和鋁的電子層數(shù)相同，價電子數(shù)AlMg，離子半徑Al3+Mg2+，金屬鍵強弱MgCa,所以A、B合題意；用以上比較方法可推出：電荷數(shù)Mg2

10、+K+，離子半徑Mg2+Na+K+，所以金屬鍵MgK，硬度MgK，所以C不合題意；鈣和鉀元素位于同一周期，價荷數(shù)Ca2+K+，電子總數(shù)Ca2+K+，離子半徑K+Ca2+，金屬鍵CaK，熔點CaK，所以D不合題意。答案：AB2.金屬的下列性質(zhì)中，不能用金屬晶體結(jié)構(gòu)加以解釋的是（ ）A.易導(dǎo)電 B.易導(dǎo)熱 C.延展性 D.易銹蝕解析：備選答案A、B、C都是金屬共有的物理性質(zhì)，這些性質(zhì)都是由金屬晶體所決定的；D項中易銹蝕是因金屬易失電子，是由原子結(jié)構(gòu)決定的。答案：D3.金屬能導(dǎo)電的原因是（ ）A.金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間的相互作用較弱B.金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下發(fā)生定向移動C.金

11、屬晶體中的金屬陽離子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動D.金屬晶體在外加電場作用下可失去電子解析：金屬原子失去電子后變?yōu)榻饘匐x子，失去的電子稱為自由電子，自由電子可以在金屬晶體中自由移動，在外加電場的作用下，自由電子就會定向移動而形成電流。答案：B4.某物質(zhì)熔融狀態(tài)可導(dǎo)電，固態(tài)可導(dǎo)電，將其投入水中水溶液也可導(dǎo)電，則可推測該物質(zhì)可能是（ ）A.金屬 B.非金屬 C.可溶性堿 D.可溶性鹽解析：非金屬在熔融狀態(tài)不導(dǎo)電，所以B錯誤；可溶性堿、可溶性鹽屬于離子化合物，在固態(tài)時不導(dǎo)電，所以C、D也錯誤；符合條件的只有A，如鉀等。答案：A5.圖1所示晶體結(jié)構(gòu)是一種具有優(yōu)良的壓電功能的鐵片晶體材料的最小結(jié)構(gòu)單元

12、（晶胞），晶體內(nèi)與每個“Ti”緊鄰的氧原子數(shù)和這種晶體材料的化學(xué)式分別是（ ） 圖1 圖2A.8 BaTi8O12 B.8 BaTi4O9 C.6 BaTiO3 D.3 BaTi2O3解析：解答此類題目需先了解分割法。晶體均可切割成若干個相同的基本單元，這些基本單元中的點、邊（線）、面被若干個相同的基本單元共用，故每個基本單元只分割了幾分之一個點、邊、面。例如在圖2的立方體中，位于頂點的A粒子被8個相同的立方體共用；位于棱心的B粒子被4個相同的立方體共用；位于面心的C粒子被2個相同的立方體共用；位于體心的D粒子被1個立方體獨用。根據(jù)上述方法可知：TiBaO=8112=113，化學(xué)式為BaTiO

13、3；每個Ti固有6個O。答案：C6.2000年5月，保利集團在香港拍賣會上花費3 000多萬港幣購回在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首。普通銅器時間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是Cu2(OH)2CO3。這三種1760年銅鑄的國寶在240年后看上去仍然熠熠生輝，下列對其原因的分析，最可能的是（ ）A.它們的表層都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金B(yǎng).環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去C.銅的金屬活動性比氫小，因此不易氧化D.它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的銅合金解析：合金的性質(zhì)并不是各成分金屬的和，其性能應(yīng)優(yōu)于各成分金屬，我國在很早就掌握了制合金的方法，所以應(yīng)選D項。答案：D7.

14、鈉鉀合金（含鉀50%80%）可用作原子反應(yīng)堆的導(dǎo)熱劑，以下所述該合金的事實跟此項應(yīng)用無關(guān)的是（ ）A.熔點260.7 K B.具有很高的比熱 C.可作冷卻劑 D.能跟水劇烈反應(yīng)解析：鈉鉀合金在常溫下呈液態(tài)，所以A正確；能用作導(dǎo)熱劑，說明其比熱很高且易于傳熱，所以B、C正確，用作原子反應(yīng)堆的導(dǎo)熱劑，用的是鈉鉀合金的物理性質(zhì)，而不是化學(xué)性質(zhì)，所以D項錯誤。答案：D8.同類晶體物質(zhì)熔、沸點的變化是有規(guī)律的，試分析下列兩組物質(zhì)熔點規(guī)律性變化的原因：A組物質(zhì) NaCl KCl CsCl熔點（K） 1 074 1 049 918B組物質(zhì) Na Mg Al熔點（K） 317 923 933晶體熔點、沸點的高低，決定于組成晶體微粒間的作用力的大小。A組是_晶體，晶體微粒之間通過相連。B組晶體屬_晶體，價電子數(shù)由少到多的順序是_，粒子半徑由大到小的順序是_。由庫侖定律F=_可知，金屬鍵強度由小到大的順序為_。解析：A組為離子晶體，離子間通過離子鍵相連，強度可借助庫侖定律比較：F=，由于NaCl、KCl、CsCl中的陰