人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体与离子晶体第1课时学案设计

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一、金属键
1．定义：在金属单质晶体中原子之间以金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。
2．成键粒子：金属阳离子和自由电子。
3．成键条件：金属单质或合金。
4．成键本质
电子气理论：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。
下列有关金属键的叙述错误的是( )
A．自由电子属于整块金属
B．金属的物理性质和金属固体的形成都与金属键有关
C．金属键没有饱和性和方向性
D．金属键是金属阳离子和自由电子间的强烈的静电吸引作用
D [自由电子属于整块金属，A项正确；金属的物理性质和金属固体的形成都与金属键有关，B项正确；金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起，所以金属键没有方向性和饱和性，C项正确；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用，既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也包括金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用，D项错误。]
二、金属晶体
1．通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。
2．用电子气理论解释金属的物理性质
微点拨：①温度越高，金属的导电能力越弱。②合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)常温下，金属单质都以金属晶体的形式存在。(×)
(2)金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失。(√)
(3)金属晶体的构成粒子为金属原子。(×)
(4)同主族金属元素自上而下，金属单质的熔点逐渐降低，体现金属键逐渐减弱。(√)
下列叙述正确的是( )
A．有阳离子的晶体一定有阴离子
B．有阳离子的晶体一定是化合物
C．金属晶体都具有较高的熔点和银白色的金属光泽
D．由单质组成且在固态时能导电的晶体不一定是金属晶体
D [金属晶体中有金属阳离子和自由电子，而无阴离子，A项错误；铁、铜、金等金属晶体内部存在金属阳离子，但它们都是单质，B项错误；有的金属晶体的熔点很高，如钨是熔点最高的金属，有的很低，如汞在常温下是液体；绝大多数金属都具有银白色金属光泽，但少数金属有特殊颜色，如Au呈金黄色，Cu呈红色，Cs略带金色等，C项错误；晶体硅能导电，但不是金属晶体，D项正确。]
记忆金属又叫形状记忆合金。20世纪70年代，世界材料科学中出现了一种具有“记忆”形状功能的合金。记忆合金是一种颇为特别的金属条，它极易被弯曲，我们把它放进盛着热水的玻璃缸内，金属条伸直；将它放入冷水里，金属条则恢复了原状。这些都是由一种有记忆力的金属做成的，它的微观结构有两种相对稳定的状态，在高温下这种合金可以被变成任何你想要的形状，在较低的温度下合金可以被拉伸，但若对它重新加热，它会记起它原来的形状，而变回去。这种材料就叫做记忆金属(memry metal)。它主要是镍钛合金材料。
一些常见的记忆金属制品
[问题1] 合金是什么？合金中存在金属键吗？
提示：合金就是由两种或两种以上的金属或者金属与非金属组成的具有金属特性的物质。合金中含有金属阳离子和自由电子，所以，含有金属键。
[问题2] 记忆合金是否具有一定的导热性？为什么？
提示：具有。因为记忆合金中也存在金属键，也存在金属阳离子和自由电子，所以二者相互碰撞可以传递热量。
[问题3] 根据图示可知，记忆金属在医学上有何应用？
提示：镍钛合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。(此答案合理即可)。
1．金属键强弱的影响因素
金属键的强弱取决于金属阳离子所带电荷及阳离子半径的大小。一般来说，金属阳离子所带电荷越多，阳离子半径越小，金属键就越强。
2．“电子气理论”对金属性质的解释
(1)金属的导电性
在金属晶体中，充满着带负电荷的“电子气”，“电子气”的运动是没有方向的，但在外加电场的作用下“电子气”会发生定向移动，从而形成电流，所以金属容易导电，如图所示：
(2)金属的导热性
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，使整块金属达到相同的温度。
(3)金属的延展性
当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，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润滑剂的作用，所以在各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下发生形变，也不易断裂，因此，金属都有良好的延展性。如图所示：
1．关于金属性质和原因的描述不正确的是( )
A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系
B．金属具有良好的导电性，是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外加电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流，所以金属易导电
C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量
D．金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键
A [金属一般具有银白色的金属光泽，与金属键密切相关。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，故A项错误；B、C、D项均正确。]
2．结合金属晶体的结构与性质，回答下列问题：
(1)根据下列叙述，判断晶体一定为金属晶体的是__________(填标号，下同)。
A．由分子间作用力形成的晶体，熔点较低
B．由共价键结合形成共价键三维骨架结构的晶体，熔点很高
C．固体有良好的导电性、导热性和延展性
(2)下列关于金属晶体的叙述正确的是__________。
A．常温下，金属单质都以金属晶体形式存在
B．金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用，在一定外力作用下，不会因形变而消失
C．温度越高，金属的导电性越好
[解析] (1)由分子间作用力形成的晶体，熔点较低，是分子晶体，A项不符合题意；由共价键结合形成共价键三维骨架结构的晶体，熔点很高，是共价晶体，B项不符合题意；固体有良好的导电性、导热性和延展性是金属晶体的性质，C项符合题意。(2)常温下，金属单质通常以金属晶体形式存在，但汞是特例，汞在常温下是液体，A项错误；金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用，在一定外力作用下，不会因形变而消失，这可以认为是电子气理论对金属具有良好延展性的解释，B项正确；温度升高，金属阳离子的振动频率和自由电子的无序运动增强，会使金属的电导性减弱，C项错误。
[答案] (1)C (2)B
金属晶体微观结构与其物理性质的关系
(1)金属晶体中有金属阳离子和自由电子，两者间的强烈相互作用形成金属键，金属键无方向性和饱和性，这些特点决定了金属晶体的物理性质，如导电性、导热性和延展性等。
(2)在不通电的情况下，金属晶体中的自由电子在整块金属中做无规则运动。在外加电场作用下，自由电子发生定向移动，形成电流。但金属阳离子只在一定范围内振动，而不会自由移动，温度升高，碰撞次数增多，电阻增大，金属导电能力变弱，这与电解质溶液导电是有区别的。
1．下列说法正确的是( )
A．金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子
B．在化学反应中金属单质都是还原剂，非金属单质都是氧化剂
C．某晶体中若含有阳离子则必含有阴离子
D．如果金属失去自由电子，金属晶体将不复存在
D [金属晶体由金属阳离子和自由电子构成，在外加电场作用下自由电子发生定向移动形成电流而导电，A项错误；有些非金属单质在化学反应中也可以作还原剂，如C、H2在其燃烧中都作还原剂等，B项错误；金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，C项错误；金属晶体是金属原子之间通过金属键结合形成的，而金属键是金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用，D项正确。]
2．金属的下列性质中和金属晶体的结构无关的是( )
A．良好的导电性B．反应中易失电子
C．良好的延展性D．良好的导热性
B [金属的物理性质是由金属晶体结构所决定的，A、C、D三项都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体结构所决定的。B项，金属易失电子是由金属原子的结构决定的，和晶体结构无关。]
3．如图是金属晶体内部电子气理论图
电子气理论可以用来解释金属的性质，其中正确的是( )
A．金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动
B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导
C．金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属阳离子各层间会出现相对滑动，但自由电子可以起到润滑的作用，使金属不会断裂
D．合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，使电子数目增多，所以合金的延展性比纯金属强，硬度比纯金属小
C [金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动，A项错误；金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属阳离子碰撞，从而发生热的传导，B项错误；合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，相当于填补了金属阳离子之间的空隙，所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱，硬度比纯金属大，D项错误。]
4．在金属晶体中，如果金属原子的价电子数越多，金属阳离子的半径越小，自由电子与金属阳离子间的作用力越大，金属的熔点越高。由此判断下列各组金属熔点的高低顺序，其中正确的是( )
A．Mg＞Al＞CaB．Al＞Na＞Li
C．Al＞Mg＞CaD．Mg＞Ba＞Al
C [金属原子的价电子数：Al＞Mg＝Ca＝Ba＞Li＝Na，金属阳离子的半径：r(Ba2＋)＞r(Ca2＋)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)＞r(Li＋)，则C正确。]
5．2005年7月4日北京时间下午1点50分，美国“深度撞击”号飞船释放的探测器以大约每小时3.67万公里的高速撞击坦普尔1号彗星。“深度撞击”号探测器的总重量为372公斤，分为飞越舱和撞击舱两部分，撞击舱重113公斤，主要是一块铜合金锥体。“深度撞击”使彗星表面的细粉状碎屑腾空而起。这些细粉状碎屑中含有水、二氧化碳和简单有机物。
(1)构成撞击舱的铜合金中含有的化学键是__________。
A．共价键B．金属键
C．离子键D．配位键
(2)“深度撞击”号探测器的撞击舱选用铜作主要材料，与铜的性质有密切关系。你认为下列说法中一定错误的是__________。
A．铜是较活泼金属，利用铜燃烧产生巨大的能量来引爆彗星
B．铜对撞击时的观测产生的干扰小，并且也不会留下残余物而妨碍未来的观测
C．铜合金中的化学键作用强，保证了可用其制造结构上足够“硬”的撞击器
D．铜有较好的稳定性，其合金的硬度较大，这些都是铜“入选”的理由
[解析] (1)本题考查金属晶体中的化学键——金属键。铜合金中含有的化学键为金属键。(2)用铜合金撞击彗星主要是因为铜稳定性好，合金密度适中、硬度较大，且对观测的干扰小，不留残余物。
[答案] (1)B (2)A
学 习 任 务
1．认识金属晶体的结构和性质。
2．能利用金属键、“电子气理论”解释金属的一些物理性质。
金属键对金属物理性质的影响