高中化学选择性必修二 第3章　第3节　第1课时　金属键与金属晶体

第三节　金属晶体与离子晶体

第1课时　金属键与金属晶体

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”，被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。

二、金属晶体

1．通过金属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。

1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)

(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。  (√)

2．下列有关金属键的叙述中，错误的是(　　)

A．金属键没有饱和性和方向性

B．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用

C．金属键中的电子属于整块金属

D．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关

B　[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，故金属键无饱和性和方向性；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈作用，既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也存在金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用；金属键中的电子属于整块金属；金属的性质及固体的形成都与金属键的强弱有关。]

3．根据物质的性质，判断下列晶体类型：

(1)SiI4：熔点120.5 ℃，沸点271.5 ℃，易水解________。

(2)硼：熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大________。

(3)硒：熔点217 ℃，沸点685 ℃，溶于氯仿________。

(4)锑：熔点630.74 ℃，沸点1 750 ℃，导电________。

[答案]　(1)分子晶体　(2)共价晶体　(3)分子晶体　(4)金属晶体

金属键是化学键的一种，主要在金属中存在。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电作用组合而成。金属键有金属的很多特性。例如：一般金属的熔点、沸点随金属键的强度而升高。其强弱通常与金属离子半径成逆相关，与金属内部自由电子密度成正相关。

(1)含有阳离子的晶体中一定含有阴离子吗？

提示：不一定。如金属晶体中只有阳离子和自由电子，没有阴离子，但有阴离子时，一定有阳离子。

(2)金属键强弱的影响因素有哪些？

提示：由于金属键是产生在自由电子(带负电)和金属阳离子(带正电)之间的电性作用，所以金属阳离子电荷越多，半径越小，则金属键越强。由于堆积方式影响空间利用率，所以它也是金属键强弱的影响因素之一。

1．金属键

(1)金属键的特征

金属键无方向性和饱和性。

晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子，而几乎是均匀地分布在整块晶体中，因此晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间“弥漫”的电性作用，这就是金属键，因此金属键没有方向性和饱和性。

(2)金属键的强弱比较

一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。

(3)金属键对物质性质的影响

①金属键越强，晶体的熔、沸点越高。

②金属键越强，晶体的硬度越大。

2．金属晶体的性质

(1)金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。

(2)熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。

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、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。

④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。

3．金属晶体物理特性分析

(1)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，金属发生形变但不会断裂，故金属晶体具有良好的延展性。

(2)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。

(3)金属的导热性是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。

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．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．金属镁的硬度大于金属铝

B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的

C．金属镁的熔点大于金属钠

D．金属镁的硬度小于金属钙

C　[镁离子比铝离子的半径大且所带的电荷少，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，所带电荷相同，金属键逐渐减弱，熔、沸点和硬度都逐渐减小；因镁离子的半径小且所带电荷多，使金属镁比金属钠的金属键强，所以金属镁比金属钠的熔、沸点和硬度都大；因镁离子的半径小而所带电荷相同，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。]

1．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。]

2．下列关于金属键的叙述中，不正确的是(　　)

A．金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的粒子间的强烈相互作用，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

B　[从基本构成粒子的性质看，金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，特征都是无方向性和饱和性；自由电子是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。]

3．下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＞Ca B．Al＞Na＞Li

C．Al＞Mg＞Ca D．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. (1)金属导电靠________，电解质溶液导电靠________。

(2)根据下列叙述，判断一定为金属晶体的是________(填字母)。

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结构，熔点很高

C．固体有良好的导电性、导热性和延展性

[解析]　(1)金属导电靠的是金属晶体中的自由电子，电解质溶液导电靠的是电解质在溶液中电离出来的自由移动的离子。(2)由分子间作用力形成的熔点很低的晶体是分子晶体，故A项错误；由共价键结合形成网状结构的熔点很高的晶体是共价晶体，故B项错误；金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性，故C项正确。

[答案]　 (1)自由电子　自由移动的离子　(2) C