第3节 金属晶体
第一课时 金属键与金属晶体的性质
学习目标：1.了解金属键的含义——“电子气”理论，能用电子气理论解释金属具有导电、导热、延展性的原因。2.理解金属键的概念，能用金属键理论解释金属的物理性质。
[知识回顾]
1．金属单质的物理性质有哪些通性？
答：具有金属光泽，有导电性、导热性和延展性。
2．两种或两种以上的金属(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。合金的熔点比各成分金属的都低。硬度比成分金属大。
[要点梳理] 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。
(2)成键微粒：金属阳离子和自由电子。 (3)成键的条件：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。
2．金属晶体
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。
3．金属键的强度差别很大，例如，金属钠的熔点较低，硬度较小，而钨是熔点最高的金属，这是由于形成的金属键强弱不同的缘故。一般来说，金属的原子半径越小，金属键越强，金属的价电子数越多，金属键越强。
4．金属材料有良好的延展性，由于金属键没有方向性，当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层发生相对滑动而不会破坏金属键；金属材料有良好的导电性是由于金属晶体中的自由电子可以在外加电场作用下发生定向移动；金属的热导率随温度升高而降低是由于在热的作用下，自由电子与金属原子频繁碰撞，阻碍了自由电子对能量的传递。
知识点一 金属键
1．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．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。
5．金属键强弱的比较方法
晶体的熔、沸点高低主要是由组成晶体的粒子间的相互作用大小决定的，包括化学键和分子间作用力。而影响金属晶体熔、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。例如，对Na、Mg、Al而言，由于价电子数：Al>Mg>Na，原子半径：Na>Mg>Al，故相互作用由强到弱的顺序是Al>Mg>Na，故熔点：Na A族中，Li、Na、K、Rb、Cs的价电子数均为1，但原子半径由Li至Cs依次递增，故熔点依次递减(180.5℃>97.81℃>63.65℃>38.89℃> 28.40℃)。 [问题探究] 导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中电子气中的自由电子担当什么角色？ [答案] 金属容易导热，是由于电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 [名师归要] 1．金属晶体在受外力作用下，各层之间发生相对滑动，但金属键并没有被破坏。 2．金属晶体中只有金属阳离子，无阴离子。 3．原子晶体的熔点不一定都比金属晶体的高，如金属钨的熔点就高于一般的原子晶体。 4．分子晶体的熔点不一定都比金属晶体的低，如汞常温下是液体，熔点很低。 金属键的强度差别很大，导致金属的熔、沸点和硬度的差别很大。如常温下汞为液态而钨的熔点高达3410℃，钠的硬度小?可以用小刀切割?而铬的硬度很大?以金刚石为10，则钠的硬度是0.4，铬的硬度 是9?。 1．要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键与金属阳离子所带电荷数的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是( ) A．金属镁的熔点大于金属铝的 B．碱金属单质的熔沸点从Li到Cs是逐渐增大的 C．金属铝的硬度大于金属钠的 D．金属镁的硬度小于金属钙的 [解析] 影响金属晶体熔沸点的是金属键。镁离子比铝离子的半径大而所带的电荷数少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔沸点和硬度都小；从Li到Cs，离子的半径是逐渐增大的，所带电荷数相同，金属键逐渐减弱，熔沸点和硬度都逐渐减小；因离子的半径小而所带电荷数多，使金属铝比金属钠的金属键强，所以金属铝比金属钠的熔沸点和硬度都大；因离子的半径小而所带电荷数相同，使金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔沸点和硬度都大。 [答案] C 2．物质结构理论指出：金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用，叫金属键。金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。根据研究表明，一般来说，金属原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强。由此判断下列说法错误的是( ) A．镁的硬度大于铝 B．镁的熔、沸点高于钙
高中化学 人教版选修3 第3章第3节 金属晶体 教学设计、教案、学案
