1、專題專題3 3 微粒間作用力與物質性質微粒間作用力與物質性質 金屬元素在周期表中的位置及原子結構特征金屬元素在周期表中的位置及原子結構特征 金屬樣品金屬樣品 已學過的金屬知識已學過的金屬知識 金屬的分類金屬的分類 按密度分按密度分 重金屬：銅、鉛、鋅等重金屬：銅、鉛、鋅等 輕金屬：鋁、鎂等輕金屬：鋁、鎂等 冶金工業冶金工業 黑色金屬：鐵、鉻、錳黑色金屬：鐵、鉻、錳 有色金屬：除鐵、鉻、錳以外的金屬有色金屬：除鐵、鉻、錳以外的金屬 按儲量分按儲量分 常見金屬：鐵、鋁等常見金屬：鐵、鋁等 稀有金屬：稀有金屬：鋯、釩、鉬鋯、釩、鉬 4.5g/cm3 教科書教科書 P32 1.1.非金屬原子之間通過共

2、價鍵結合成單質或化合物，非金屬原子之間通過共價鍵結合成單質或化合物， 活潑金屬與活潑非金屬通過離子鍵結合形成了離子化活潑金屬與活潑非金屬通過離子鍵結合形成了離子化 合物。那么，金屬單質中金屬原子之間是采取怎樣的合物。那么，金屬單質中金屬原子之間是采取怎樣的 方式結合的呢？方式結合的呢？ 2.2.你能歸納出金屬的物理性質嗎你能歸納出金屬的物理性質嗎? ?你知道金屬為什么具你知道金屬為什么具 有這些物理性質嗎有這些物理性質嗎? ? 金屬鍵與金屬的特性金屬鍵與金屬的特性 大多數金屬單質都有較高的熔點，說明了什么？金大多數金屬單質都有較高的熔點，說明了什么？金 屬能導電又說明了什么？屬能導電又說明了什

3、么？ 說明金屬晶體中存在著強烈的相互作用說明金屬晶體中存在著強烈的相互作用;金屬具有導電金屬具有導電 性性,說明金屬晶體中存在著能夠自由流動的電子。說明金屬晶體中存在著能夠自由流動的電子。 課前自主學案課前自主學案 一、金屬鍵和金屬特性一、金屬鍵和金屬特性 1金屬鍵金屬鍵 (1)金屬陽離子和自由電子的形成金屬陽離子和自由電子的形成 金屬原子的部分或全部金屬原子的部分或全部_受原子核的束縛比受原子核的束縛比 較較_，在金屬晶體內部，它們可以從原子，在金屬晶體內部，它們可以從原子“_” 下來，形成自由流動的下來，形成自由流動的_。金屬原子失去部分或全。金屬原子失去部分或全 部部_形成形成_。 外圍

4、電子外圍電子 弱弱 脫落脫落 電子電子 外圍電子外圍電子金屬陽離子金屬陽離子 概念概念:_與與_之間強烈的相互作用稱之間強烈的相互作用稱 為金屬鍵。為金屬鍵。 金屬陽離子金屬陽離子自由電子自由電子 根據下表的數據，請你總結影響金屬鍵的因素根據下表的數據，請你總結影響金屬鍵的因素 金屬金屬Na MgAlCr 原子外圍電子排布原子外圍電子排布3s1 3s23s23p13d54s1 原子半徑原子半徑/pm186160143.1124.9 原子化熱原子化熱/kJmol-1108.4146.4326.4397.5 熔點熔點/97.56506601900 部分金屬的原子半徑、原子化熱和熔點部分金屬的原子半

5、徑、原子化熱和熔點 金屬的熔點、硬度與金屬鍵的強弱有關，金屬鍵的強弱又可金屬的熔點、硬度與金屬鍵的強弱有關，金屬鍵的強弱又可 以用原子化熱來衡量。原子化熱是指以用原子化熱來衡量。原子化熱是指1mol金屬固體完全氣化金屬固體完全氣化 成相互遠離的氣態原子時吸收的能量。成相互遠離的氣態原子時吸收的能量。 有的金屬軟如蠟有的金屬軟如蠟,有的金屬硬如鋼有的金屬硬如鋼;有的有的 金屬熔點低金屬熔點低,有的金屬熔點高有的金屬熔點高,為什么為什么? (2)影響金屬鍵強弱的因素影響金屬鍵強弱的因素 金屬元素的原子半徑金屬元素的原子半徑 單位體積內自由電子的數目單位體積內自由電子的數目 一般而言：一般而言： 金

6、屬元素的原子半徑越小，單位體積內自由電子金屬元素的原子半徑越小，單位體積內自由電子 數目越大，金屬鍵越強，金屬晶體的硬度越大，熔、數目越大，金屬鍵越強，金屬晶體的硬度越大，熔、 沸點越高。沸點越高。 如：如：NaMgAl金屬鍵大小順序金屬鍵大小順序 。 (3)金屬鍵對物質性質影響金屬鍵對物質性質影響 金屬鍵越強，金屬晶體的硬度越大，熔、沸點越高。金屬鍵越強，金屬晶體的硬度越大，熔、沸點越高。 如：如： 同一周期金屬原子半徑越來越小，單位體積內自由同一周期金屬原子半徑越來越小，單位體積內自由 電子數增加，故熔點越來越高，硬度越來越大；電子數增加，故熔點越來越高，硬度越來越大； 同一主族金屬原子半

7、徑越來越大，單位體積內自由同一主族金屬原子半徑越來越大，單位體積內自由 電子數減少，故熔點越來越低，硬度越來越小。電子數減少，故熔點越來越低，硬度越來越小。金金 屬晶體熔點差別很大屬晶體熔點差別很大 2. 2. 金屬的物理性質金屬的物理性質 具有金屬光澤具有金屬光澤, ,能導電能導電, ,導熱導熱, ,具有良好的延具有良好的延 展性展性, ,金屬的這些共性是有金屬晶體中的化學鍵金屬的這些共性是有金屬晶體中的化學鍵 和金屬原子的堆砌方式所導致的和金屬原子的堆砌方式所導致的 （1）導電性）導電性 （2）導熱性）導熱性 （3）延展性）延展性 （1）導電性）導電性 通常情況，金屬內部自由電子的運動無方

8、向性，在外通常情況，金屬內部自由電子的運動無方向性，在外 加電場作用下，自由電子在金屬內部將會發生加電場作用下，自由電子在金屬內部將會發生_ 運動，形成電流。所以金屬具有導電性。運動，形成電流。所以金屬具有導電性。 定向定向 (2)導熱性導熱性 金屬受熱時，金屬受熱時，_與與_碰撞頻率增碰撞頻率增 加，加，_把能量傳給把能量傳給_。從而把能。從而把能 量從溫度量從溫度_的區域傳到溫度的區域傳到溫度_的區域。的區域。 (3)延展性延展性 自由電子與金屬陽離子之間的作用沒有自由電子與金屬陽離子之間的作用沒有_。 在外力作用下，金屬原子間發生相對滑動時，各層在外力作用下，金屬原子間發生相對滑動時，各

9、層 金屬原子間保持金屬原子間保持_的作用，不會的作用，不會_。 金屬陽離子金屬陽離子自由電子自由電子 自由電子自由電子金屬陽離子金屬陽離子 高高低低 方向性方向性 金屬鍵金屬鍵 改變改變 金屬的延展性金屬的延展性 自由電子自由電子 +金屬離子金屬離子金屬原子金屬原子 錯位錯位 + + + + + + + + + + + + + + 4 4、金屬晶體結構具有金屬光澤和顏色、金屬晶體結構具有金屬光澤和顏色 由于自由電子可由于自由電子可吸收所有頻率的光吸收所有頻率的光，然后很快釋，然后很快釋 放出各種頻率的光放出各種頻率的光，因此絕大多數金屬具有銀白，因此絕大多數金屬具有銀白 色或鋼灰色光澤。而某些

10、金屬（如銅、金、銫、色或鋼灰色光澤。而某些金屬（如銅、金、銫、 鉛等）由于鉛等）由于較易吸收某些頻率的光而呈現較為特較易吸收某些頻率的光而呈現較為特 殊的顏色。殊的顏色。 當金屬成粉末狀時，金屬晶體的當金屬成粉末狀時，金屬晶體的晶面取向雜亂、晶面取向雜亂、 晶格排列不規則晶格排列不規則，吸收可見光后輻射不出去，所，吸收可見光后輻射不出去，所 以成黑色。以成黑色。 金屬的特點金屬的特點 常溫下，單質都是固體，汞常溫下，單質都是固體，汞(Hg)除外；除外； 大多數金屬呈銀白色，有金屬光澤，大多數金屬呈銀白色，有金屬光澤， 但但 金金(Au)色，銅色，銅(Cu)色，色， 鉍鉍(Bi) 色，鉛色，鉛(

11、Pb) 色。色。 黃黃 紅紅 微紅微紅 藍白藍白 總總 結結 金屬鍵的概念金屬鍵的概念 運用金屬鍵的知識解釋金屬的物理運用金屬鍵的知識解釋金屬的物理 性質的共性和個性性質的共性和個性 影響金屬鍵強弱的因素影響金屬鍵強弱的因素 1.下列有關金屬鍵的敘述錯誤的是下列有關金屬鍵的敘述錯誤的是 ( ) A. 金屬鍵沒有方向性金屬鍵沒有方向性 B. 金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的 強烈的靜電吸引作用強烈的靜電吸引作用 C. 金屬鍵中的電子屬于整塊金屬金屬鍵中的電子屬于整塊金屬 D. 金屬的性質和金屬固體的形成都與金屬鍵有金屬的性質和金屬固體的形成都與金屬鍵有

12、 關關 B 2. 金屬的下列性質與金屬鍵無關的是金屬的下列性質與金屬鍵無關的是( ) A. 金屬不透明并具有金屬光澤金屬不透明并具有金屬光澤 B. 金屬易導電、傳熱金屬易導電、傳熱 C. 金屬具有較強的還原性金屬具有較強的還原性 D. 金屬具有延展性金屬具有延展性 C 3. 金屬鍵的強弱與金屬金屬鍵的強弱與金屬價電子數價電子數的多少有關，價電子的多少有關，價電子 數越多金屬鍵越強；與金屬陽離子的數越多金屬鍵越強；與金屬陽離子的半徑大小半徑大小也有關，也有關， 金屬陽離子的半徑越大，金屬鍵越弱。據此判斷下列金屬陽離子的半徑越大，金屬鍵越弱。據此判斷下列 金屬熔點逐漸升高的是金屬熔點逐漸升高的是(

13、 ) A. Li Na K B. Na Mg Al C. Li Be Mg D. Li Na Mg B 黃鐵礦黃鐵礦 螢螢 石石 水晶水晶綠色魚眼石綠色魚眼石 金屬晶體金屬晶體 一、一、 晶體晶體 1 1、定義、定義 通過通過結晶過程結晶過程形成的具有形成的具有規則幾何外形規則幾何外形的的固體固體叫叫 晶體。晶體。 通常情況下，大多數金屬單質及其合金也是晶體。通常情況下，大多數金屬單質及其合金也是晶體。 閱讀教科書閱讀教科書P34 化學史話化學史話人類對晶體結構的認識人類對晶體結構的認識 （1）構成微粒）構成微粒金屬陽離子、自由電子金屬陽離子、自由電子 （2）微粒間作用）微粒間作用金屬鍵金屬鍵

14、 2、金屬晶體的堆積方式和對應的晶胞、金屬晶體的堆積方式和對應的晶胞 金屬晶體金屬晶體 晶胞：晶胞：從晶體中從晶體中“截取截取”出來具有代表性的最出來具有代表性的最 小部分。是能夠反映晶體結構特征的基本重復小部分。是能夠反映晶體結構特征的基本重復 單位。單位。 晶胞晶胞與與晶體晶體 磚塊磚塊與與墻墻 蜂室蜂室與與蜂巢蜂巢 在金屬晶體中，在金屬晶體中，由于金屬鍵沒有方向性，由于金屬鍵沒有方向性，金屬原子如同金屬原子如同 半徑相等的小球一樣，彼此相切、緊密堆積成晶體。金半徑相等的小球一樣，彼此相切、緊密堆積成晶體。金 屬晶體中金屬原子的緊密堆積是有一定規律的屬晶體中金屬原子的緊密堆積是有一定規律的

15、。 密堆積的定義密堆積的定義: 密堆積：密堆積：由無方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力由無方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力 等結合的晶體中，原子、離子或分子等微觀粒子總等結合的晶體中，原子、離子或分子等微觀粒子總 是趨向于相互配位數高，能充分利用空間的堆積密是趨向于相互配位數高，能充分利用空間的堆積密 度最大的那些結構。度最大的那些結構。 密堆積方式因充分利用了空間，而使體系的勢能盡密堆積方式因充分利用了空間，而使體系的勢能盡 可能降低，而結構穩定。可能降低，而結構穩定。 二維平面堆積方式二維平面堆積方式 I I 型型 II II 型型 行列對齊四球一空行列對齊四球一空 非最緊密排列非最緊密排列

16、 行列相錯三球一行列相錯三球一 空最緊密排列空最緊密排列 密置層密置層 非密置層非密置層 展示兩種排列方式并理解每一種方式的配位數及空間利展示兩種排列方式并理解每一種方式的配位數及空間利 用率。用率。 配位數配位數：一個原子緊密接觸的原子數：一個原子緊密接觸的原子數 非密置層非密置層 密置層密置層 2 13 4 21 36 4 5 金屬晶體 金屬原子自由電子 (2) 三維空間堆積方式三維空間堆積方式 . 簡單立方堆積簡單立方堆積 形成簡單形成簡單立方晶胞立方晶胞，配位數為，配位數為6 6，為，為非密置非密置堆積，空間利堆積，空間利 用率較低，為用率較低，為5252 ，金屬釙（，金屬釙（PoPo

17、）采取這種堆積方式。）采取這種堆積方式。 形成簡單形成簡單立方晶胞立方晶胞，空間利用率較低，為，空間利用率較低，為5252 ， 教科書教科書P36圖圖3-10 NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等等 . 體心立方堆積體心立方堆積 非密置層的另一種堆積非密置層的另一種堆積 是將上層金屬原子填入是將上層金屬原子填入 下層的金屬原子形成的下層的金屬原子形成的 凹穴中凹穴中 這是另一種這是另一種非密置非密置堆積方式，將上層金屬填入下層金堆積方式，將上層金屬填入下層金 屬原子形成的凹穴中屬原子形成的凹穴中, ,得到的是得到的是體心立方堆積體心立方堆積。其配。其配 位數為位數為8 8，空間利用率

18、為，空間利用率為68.02%68.02%。 體心立方堆積體心立方堆積 鉀型鉀型 配位數：配位數：8 空間占有率：空間占有率： 68.02% 第一層第一層 ： 密置堆積密置堆積 1 2 3 45 6 第二層第二層 :對第一層來講最緊密的堆積方式是將球對準對第一層來講最緊密的堆積方式是將球對準1 ，3，5 位。位。 ( 或對準或對準 2，4，6 位，其情形是一樣的位，其情形是一樣的 ) 1 2 3 45 6 AB ， 關鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有關鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有 兩種最緊密的堆積方式。兩種最緊密的堆積方式。 上圖是此種六方上圖是此種六方 堆積的前視圖堆積

19、的前視圖 A B A B A 第一種：第一種： 將第三層球對準第一層的球將第三層球對準第一層的球 1 2 3 45 6 于是每兩層形成一個于是每兩層形成一個 周期，即周期，即 AB AB 堆積方堆積方 式，形成六方堆積式，形成六方堆積。 III.六方堆積六方堆積鎂、鋅、鈦等鎂、鋅、鈦等 六方最密堆積分解圖六方最密堆積分解圖 配位數配位數 12 ( 同層同層 6，上下層各上下層各 3 ) （1）ABAB堆積方式堆積方式 （2）ABCABC堆積方式堆積方式 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 A B A B C A 1 2 3 4 5 6 C IV. 面心立方面心立方 （銅型銅型） 金

20、屬晶體的原子空間堆積模型金屬晶體的原子空間堆積模型4 4 此種立方緊密堆積的前視圖此種立方緊密堆積的前視圖 配位數配位數 12 12 ( ( 同層同層 6 6， 上下層各上下層各 3 3 ) ) 面心立方堆積面心立方堆積金、銀、銅、鉛等金、銀、銅、鉛等 B C A ABC ABC ABC ABC 形式的堆積，形式的堆積， 為什么是面心立方堆積？為什么是面心立方堆積？ 我們來加以說明。我們來加以說明。 紅紅、藍藍球是同種球是同種 原子，原子，使用兩種使用兩種 色球只是為了看色球只是為了看 清兩層的關系清兩層的關系 。 密置雙層密置雙層 A1型最密堆積型最密堆積: ABCABC A A1 1型第型

21、第3 3層球堆在層球堆在 正八面體空隙上正八面體空隙上 面心立方面心立方 B C A 面心立方最密堆積分解圖 堆積模型堆積模型 采納這種堆積采納這種堆積 的典型代表的典型代表 空間空間 利用率利用率 配位數配位數晶胞晶胞 非密非密 置層置層 簡單立簡單立 方堆積方堆積 Po(釙釙)52%6 體心立體心立 方堆積方堆積 Na、K、Cr、 Mo、W 68%8 2、金屬晶體的堆積方式和對應的晶胞、金屬晶體的堆積方式和對應的晶胞 堆積模型堆積模型 采納這種堆積采納這種堆積 的典型代表的典型代表 空間空間 利用率利用率 配位數配位數晶胞晶胞 密密 置置 層層 六方最六方最 密堆積密堆積 Mg、Zn、Ti

22、74%12 面心立面心立 方最密方最密 堆積堆積 Cu、Ag、Au Pb 74%12 2. 晶胞中金屬原子數目的計算晶胞中金屬原子數目的計算(平均值平均值) 頂點占頂點占1/8 棱上占棱上占1/4 面心占面心占1/2體心占體心占1 2.晶胞中微粒數的計算晶胞中微粒數的計算 在六方體頂點的微粒為在六方體頂點的微粒為6個晶胞共有，在面心的個晶胞共有，在面心的 為為2個晶胞共有，在體內的微粒全屬于該晶胞。個晶胞共有，在體內的微粒全屬于該晶胞。 微粒數為：微粒數為：121/6 + 21/2 + 3 = 6 在立方體頂點的微粒為在立方體頂點的微粒為8個晶胞共有，在面心的個晶胞共有，在面心的 為為2個晶胞

23、共有。個晶胞共有。 微粒數為：微粒數為：81/8 + 61/2 = 4 在立方體頂點的微粒為在立方體頂點的微粒為8個晶胞共享，處于體個晶胞共享，處于體 心的金屬原子全部屬于該晶胞。心的金屬原子全部屬于該晶胞。 微粒數為：微粒數為：81/8 + 1 = 2 長方體晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻：長方體晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻： 頂點頂點-1/8 棱棱-1/4 面心面心-1/2 體心體心-1 (1)(1)體心立方：體心立方： (2)(2)面心立方：面心立方： (3)(3)六方晶胞：六方晶胞： 合金合金 (1)定義：定義：把兩種或兩種以上的金屬把兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非或金屬與非

24、金屬金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質叫做合金。熔合而成的具有金屬特性的物質叫做合金。 例如，黃銅是銅和鋅的合金（含銅例如，黃銅是銅和鋅的合金（含銅67%、鋅、鋅33%）；）； 青銅是銅和錫的合金（含銅青銅是銅和錫的合金（含銅78%、錫、錫22%）；鋼和生）；鋼和生 鐵是鐵與非金屬碳的合金。故合金可以認為是具有金鐵是鐵與非金屬碳的合金。故合金可以認為是具有金 屬特性的多種元素的混合物。屬特性的多種元素的混合物。 (2) (2) 合金的特性合金的特性 合金的熔點比其成分中金屬合金的熔點比其成分中金屬 (低，低， 高，高， 介于兩種成分金屬的熔點之間；介于兩種成分金屬的熔點之間；) 具有比各成分金

25、屬更好的硬度、強度和機械具有比各成分金屬更好的硬度、強度和機械 加工性能。加工性能。 低低 教科書教科書P37 拓展視野拓展視野 1. 右圖是鈉晶體的晶胞結構，右圖是鈉晶體的晶胞結構， 則晶胞中的原子數是則晶胞中的原子數是 . 如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞，如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞， 則晶胞中的原子數是則晶胞中的原子數是 . 鈉晶體的晶胞鈉晶體的晶胞 練練 習習 8 1/8 +1=2 12 1/6+2 1/2 + 3 = 6 2. 最近發現一種由某金屬原子最近發現一種由某金屬原子M和非金屬原子和非金屬原子N構成構成 的氣態團簇分子，如圖所示頂角和面心的原子是的氣態團簇分子，如圖所示頂角和面心的

26、原子是M 原子，棱的中心和體心的原子是原子，棱的中心和體心的原子是N原子，它的化學式原子，它的化學式 為為( ) A BMN C D條件不夠，無法寫出化學式條件不夠，無法寫出化學式 44N M 1314N M C 練 習 3.合金有許多特點合金有許多特點,如鈉如鈉-鉀合金鉀合金 ( 含鉀含鉀50% 80%)為液為液 體，而鈉鉀的單質均為固體，據此推測生鐵、純鐵、體，而鈉鉀的單質均為固體，據此推測生鐵、純鐵、 碳三種物質中，熔點最低的是碳三種物質中，熔點最低的是 ( ) A. 生鐵生鐵 B. 純鐵純鐵 C. 碳碳 D. 無法確定無法確定 練 習 A 2. 2. 某些金屬晶體某些金屬晶體(Cu(Cu、AgAg、Au)Au)的原子按面心立方的原子按面心立方 的形式緊密堆積，即在晶體結構中可以劃出一塊正的形式緊密堆積，即在晶體結構中可以劃出一塊正