【同步讲义】高中化学（人教版2019）选修第二册--第13讲：金属键与金属晶体 讲义

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 知识点一：  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：              和          。3．成键条件：          或     。4．成键本质电子气理论：金属原子脱落下来的        形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把                        维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。【答案】金属阳离子  自由电子  金属单质  合金   价电子  所有的金属原子  【即学即练1】1．金属键的实质是A．金属阳离子和自由电子之间的相互排斥B．阴、阳离子之间的相互作用C．金属阳离子和自由电子之间的相互吸引D．金属阳离子和自由电子之间的相互作用【答案】D【解析】金属晶体中存在金属阳离子和自由电子之间的吸引作用，金属阳离子之间的排斥作用、自由电子之间的排斥作用，故选：D。2．下列有关金属键的叙述错误的是A．金属键没有饱和性和方向性B．金属键中的自由电子属于整块金属C．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关D．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【答案】D【解析】A．金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用，自由电子为整个金属的所有阳离子所共有，所以金属键没有方向性和饱和性，故A正确；B．自由电子在金属中自由运动，为整个金属的所有阳离子所共有，属于整块金属，故B正确；C．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关，故C正确；D． 金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用，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，故D错误；故答案选D。知识点二： 二、金属晶体1．通过金属阳离子与            之间的较强作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。【答案】自由电子2．用电子气理论解释金属的物理性质微点拨【即学即练2】1．下列关于金属晶体的叙述正确的是A．用铂金做首饰不能用金属键理论解释B．固态和熔融时易导电，熔点在1000℃左右的晶体可能是金属晶体C．Al、Na、Mg的熔点逐渐升高D．温度越高，金属的导电性越好【答案】B【解析】A．用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性，能用金属键理论解释，A错误；B．金属晶体在固态和熔融时能导电，其熔点差异很大，故题设条件下的晶体可能是金属晶体，B正确；C．一般来说，金属中单位体积内自由电子的数目越多，金属元素的原子半径越小，金属键越强，故金属键的强弱顺序为Al>Mg>Na，其熔点的高低顺序为Al>Mg>Na，C错误；D．金属的导电性随温度的升高而降低，温度越高，其导电性越差，D错误；故选：B。2．要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔点的高低和硬度的大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱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．金属镁的熔点大于金属铝 B．碱金属的熔点从到是逐渐增大的C．金属铝的硬度大于金属钠 D．金属钙的硬度小于金属钡【答案】C【解析】A．镁离子的半径比铝离子大且所带电荷数少，所以金属镁的金属键比金属铝弱，熔点和硬度都小，A错误；B．从到，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，熔点和硬度都逐渐减小，B错误；C．因离子的半径小而所带电荷数多，故金属铝的金属键比金属钠强，所以金属铝的熔点和硬度比金属钠都大，C正确；D．钙离子的半径比钡离子小而所带电荷数相同，则金属钙的金属键比金属钡强，所以金属钙的熔点和硬度比金属钡都大，D错误；故选C。  1．合金是什么？合金中存在金属键吗？【细剖精析】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。2．记忆合金是否具有一定的导热性？为什么？【细剖精析】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。3．记忆金属在医学上有何应用？【细剖精析】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)。4．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？【细剖精析】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。5．金属导电与电解质溶液导电有什么不同？【细剖精析】金属导电的微粒是电子，离子晶体熔融状态下或溶于水后导电的微粒是阳离子和阴离子；金属导电过程不生成新物质，属物理变化，而电解质导电的同时要在阴、阳两极生成新物质，属于化学变化，故两者导电的本质是不同的。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：金属晶体微观结构与其物理性质的关系3．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。4．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。 题组A  基础过关练1．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微粒间强烈的相互作用，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．金属键是金属阳离子和“自由电子”间的相互作用，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【答案】B【解析】A．从基本构成微粒的性质看， 金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用，所以金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，A正确；B．金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用，自由电子为整个金属的所有阳离子所共有，所以金属键没有方向性和饱和性；而共价键有方向性和饱和性，B错误；C．金属中自由电子为整个金属的所有阳离子所共有，所以金属键没有方向性和饱和性，C正确；D．自由电子在金属中自由运动，为整个金属的所有阳离子所共有，所以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，D正确；故合理选项是B。2．金属的下列性质中，不能用金属键解释的是A．易传热 B．加工易变性但不碎C．易锈蚀 D．有特殊的金属光泽【答案】C【解析】A．金属晶体的导热是由于晶体内部，自由电子与金属阳离子的碰撞，能用金属晶体结构，即能用金属键理论解释加以解释，故A正确；B．金属有延展性，加工易变形，发生形变时，自由电子仍然可以在金属于离子之间流动，使金属不会断裂破碎，能用金属晶体结构，即能用金属键理论解释加以解释，故B正确；C．金属易锈蚀与金属晶体结构无关、与化学性质有关，金属的化学性质比较活泼，容易被空气中的氧气所氧化，故金属易锈蚀不能用金属晶体结构加以解释，故C错误；D．自由电子很容易被激发，所以它们可以吸收许多光并发射各种可见光，所以大部分金属为银白色，能用金属晶体结构加以解释，即能用金属键理论解释加以解释，故D正确；故选C。3．下图是金属晶体内部的电子气理论示意图。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，金属中各原子层间会出现相对滑动，但自由电子可以起到润滑剂的作用，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【答案】C【解析】A．金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动，故A错误；B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属阳离子发生碰撞，从而发生热的传导，故B错误；C．金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属中各原子层间会出现相对滑动，而自由电子起到润滑剂的作用，使得金属不会断裂，故C正确；D．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，故D错误；综上所述，答案为C。4．下列叙述正确的是A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，这是由于金属原子之间有较强的作用B．通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流C．金属是借助自由电子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分D．金属的导电性随温度的升高而减弱【答案】D【解析】A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，这是因为金属晶体中各层会发生相对滑动， A错误；B．金属里的自由电子要在外电场作用下才能发生定向移动产生电流，B错误；C．金属的导热性是由于自由电子碰撞金属原子将能量进行传递，C错误；D．受热的自由电子的能量增大，无规则运动加剧，影响自由电子的定向移动，导电能力减弱，D正确；故选D。5．金属的下列性质与金属键无关的是A．金属有金属光泽B．金属易导电C．金属具有较强的还原性D．金属具有良好的延展性【答案】C【解析】金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用形成金属键，金属的导电性、导热性、延展性及其具有金属光泽等均与金属键有关，金属的还原性与金属键无关，答案选C。6．下列关于金属性质的说法不正确的是A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与电子气理论没有关系B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中的自由电子可在整块晶体中运动，在外加电场的作用下，自由电子发生定向移动形成了电流C．金属具有良好的导热性，是因为金属部分受热后，该区域的自由电子的能量增加，运动速率加快，自由电子通过与金属阳离子发生频繁碰撞，传递了能量D．金属晶体具有良好的延展性，是因为当金属受到外力作用时，金属晶体中的各原子层可以发生相对滑动而不改变原来的排列方式，也不破坏金属键【答案】A【解析】A．金属一般具有银白色光译，与电子气理论密切相关。由于大多数金属原子以最紧密堆积方式排列，内部存在自由电子，所以当光线投射到它的表面时，自由电子可以吸收可见光，然后又把各种波长的光大部分再反射出来，这就使绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽，A错误；B．金属具有良好的导电性原因是金属晶体中的自由电子可在整块晶体中运动，在外加电场的作用下，自由电子发生定向移动形成了电流，B正确；C．金属具有良好的导热性的原因是金属部分受热后，该区域的自由电子的能量增加，运动速率加快，自由电子通过与金属阳离子发生频繁碰撞，传递了能量，C正确；D．金属晶体具有良好的延展性原因是当金属受到外力作用时，金属晶体中的各原子层可以发生相对滑动而不改变原来的排列方式，也不破坏金属键，D正确；故选A。7．金属钠、镁、铝的熔点高低顺序正确的是A．Na>Mg>Al B．Al>Mg>NaC．Mg>Al>Na D．Na>Al>Mg【答案】B【解析】金属阳离子半径越小，离子所带电荷数越多，金属阳离子与“自由电子”的作用力越大，金属键越强。、、的电荷数逐渐增多，半径逐渐减小，故钠、镁、铝的熔点逐渐升高。故选B。8．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列叙述错误的是A．晶体中原子的配位数分别为：①6，②8，③12，④12B．③为六方堆积C．晶胞中含有的原子数分别为：③2，④4D．金属晶体是一种“巨分子”，可能存在分子间作用力【答案】D【分析】由金属晶体的晶胞结构图可知，①为简单立方堆积，②为体心立方堆积，③为六方堆积，④为面心立方堆积。【解析】A．根据晶胞结构可知，晶体中原子的配位数分别为：①6，②8，③12，④12，A项正确；B．依据上述分析可知，③为六方堆积，B项正确；C．晶胞中含有的原子数分别为：③为2，④为，C项正确；D．金属晶体是一种“巨分子”，存在金属阳离子和自由电子之间的相互作用，不存在分子间作用力，D项错误。答案选D。9．对图中某金属晶体结构的模型进行分析，判断下列有关说法正确的是A．该种堆积方式称为六方堆积 B．该种堆积方式称为体心立方堆积C．该种堆积方式称为面心立方堆积 D．金属就属于此种堆积方式【答案】C【解析】A.由题图知该堆积方式为面心立方堆积，A错误；B.由题图知该堆积方式为面心立方堆积，B错误；C.由题图知该堆积方式为面心立方堆积，C正确；D.的堆积模型为六方堆积，D错误；故选C。10．金属晶体的堆积方式和配位数关系正确的是A．简单立方堆积 B．体心立方堆积C．六方堆积 D．面心立方堆积-12【答案】D【解析】A.简单立方堆积（如）配位数为6，A错误；B.体心立方堆积，如钾、钠和铁，配位数为8，B错误；C.六方堆积，如镁、锌、钛，配位数为12，C错误；D.为面心立方堆积，配位数为12，D正确；故选D。题组B  能力提升练1．下列有关金属键的叙述正确的是A．金属键有饱和性和方向性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．金属键中的自由电子属于整块金属D．金属的性质和金属固体的形成都与金属键无关【答案】C【解析】A．金属键不是存在于相邻原子之间的作用力，而是属于整块金属，因此没有方向性和饱和性，故A错误；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作用，包括吸引和排斥作用，故B错误；C．金属中的电子可以在整块金属中自由移动，金属键中的自由电子属于整块金属，故C正确；D．金属键的强弱决定金属的熔沸点等物理性质，故D错误；正确答案是C。2．物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。且研究表明，一般来说，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是A．硬度：Mg＞Al B．熔、沸点：Mg＞CaC．硬度：Mg＞K D．熔、沸点：Ca＞K【答案】A【分析】根据题目信息可知金属键越强，其金属的硬度越大，熔沸点越高，一般来说，金属离子半径越小，价电子数越多，金属键越强。【解析】A、Mg、Al的电子层数相同，核电荷数大的离子半径小，价电子数Al＞Mg，离子半径A13+＜Mg2+，所以金属键Al＞Mg，故Al的硬度大于Mg，A错误；B、Mg、Ca价电子数相同，Ca的电子层数多，离子半径Ca2+＞Mg2+，所以金属键Mg＞Ca，故熔点Mg＞Ca，B正确；C、离子半径Mg2+＜Na+＜K+，所以金属键Mg＞K，故硬度Mg＞K，C正确；D、Ca、K位于同一周期，价电子数Ca＞K，离子半径K+＞Ca2+，金属键Ca＞K，故熔点Ca＞K，D正确；故选A。3．金属材料具有良好的延展性的原因是A．金属原子半径都较大，价电子数较少B．金属受外力作用变形时，金属中各原子层会发生相对滑动C．金属中大量自由电子受外力作用时，运动速率加快D．自由电子受外力作用时能迅速传递能量【答案】B【解析】A．金属原子价电子数较少，容易失去电子，不能说明金属有延展性，A错误；B．金属受外力作用时，金属原子层之间会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，故金属有良好的延展性，B正确；C．金属的延展性与原子层的相对滑动有关，与电子的运动无关，C错误；D．自由电子传递能量与金属延展性无关，可以影响金属的导热性，D错误。答案选B。4．要使金属熔化必须破坏其中的金属键，而原子化热是衡量金属键强弱的依据之一。下列说法正确的是A．金属镁的硬度大于金属铝B．金属镁的熔点低于金属钙C．金属镁的原子化热大于金属钠的原子化热D．碱金属单质的熔点从到是逐渐升高的【答案】C【解析】A．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，硬度小，A错误；B．因镁离子的半径小而所带电荷数与钙离子相同，使金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔点高，B错误；C．因镁离子的半径小而所带电荷数多，使金属镁比金属钠的金属键强，原子化热比钠大，C正确；D．碱金属单质从到，其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，熔点逐渐降低，D错误；故选C。5．下列说法正确的是A．金属晶体具有良好的延展性与金属键无关B．价电子数越多的金属原子，对应元素的金属性越强C．、、的熔点逐渐降低D．含有金属元素的离子不一定是阳离子【答案】D【解析】A．金属晶体具有良好的延展性是由于各原子层发生相对滑动，但金属键未被破坏，与金属键有关，故A错误；B．价电子数多的金属原子，对应元素的金属性不一定强，如的价电子数比多，但的金属性却没有强，故B错误；C．、、的价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故C错误；D．含有金属元素的离子不一定是阳离子，如是阴离子，故D正确；选D。6．下列叙述错误的是A．构成金属的粒子是金属阳离子和自由电子B．金属晶体内部都有自由电子C．金属晶体内自由电子分布不均匀，专属于某个特定的金属离子D．同一类晶体间熔点(或沸点)相差最大的是金属晶体【答案】C【解析】A．金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，A正确；B．金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，则金属晶体内部都有自由电子，B正确；C．自由电子几乎均匀分布在金属晶体内，不专属于某一个或几个特定的金属离子，C错误；D．由于金属键的强度差别很大，不同金属晶体的熔、沸点相差较大，D正确；答案为C。7．依据“电子气”理论的金属键模型，下列对于金属导电性随温度变化的解释，正确的是A．温度升高，自由电子的动能变大，以致金属导电性增强B．温度升高，阳离子的动能变大，阻碍自由电子的运动，以致金属导电性减弱C．温度升高，自由电子互相碰撞的次数增加，以致金属导电性减弱D．温度升高，阳离子的动能变大，自由电子与阳离子间的吸引力变小，以致金属的导电性增强【答案】B【解析】温度升高，自由电子和金属阳离子的动能均增加，金属阳离子对自由电子的阻碍作用增大，所以金属导电性减弱，综上所述，B项正确。8．如图为金属镉的堆积方式，下列说法正确的是（    ）A．此堆积方式属于体心立方堆积B．此堆积方式为六方堆积C．配位数（一个金属原子周围紧邻的金属原子的数目）为8D．镉的堆积方式与铜的堆积方式相同【答案】B【解析】A．据题图可看出，镉的堆积方式为六方堆积，A项错误；B．据题图可看出，镉的堆积方式为六方堆积，B项正确；C．一个金属原子周围紧邻的金属原子数目为12个，故配位数为12，C项错误；D．铜的堆积方式为面心立方堆积，镉的堆积方式与铜的堆积方式不相同，D项错误；答案选B。9．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是 A．①为简单立方堆积；②、③为体心立方堆积；④为面心立方最密堆积B．每个晶胞含有的原子数分别为：①1个，②2个，③2个，④4个C．晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③8，④12D．空间利用率的大小关系为：①＜②＜③＜④【答案】B【解析】A．由金属晶体的晶胞结构图可知：①为简单立方堆积；②为体心立方堆积；③为六方最密堆积；④为面心立方最密堆积，A错误；B．顶点为8个晶胞共用；面为2个晶胞共用；晶胞体内原子为1个晶胞单独占有。晶胞①中原子个数=8×=1；晶胞②中原子个数=1+8×=2；晶胞③中原子个数=1+8×=2，晶胞④中原子个数=8×+6×=4，B正确；C．①为简单立方堆积，配位数为6；②为体心立方堆积，配位数为8；③为六方最密堆积，配位数为12；④为面心立方最密堆积，配位数为12，C错误；D．六方最密堆积与面心立方最密堆积的空间利用率相等，简单立方堆积、体心立方堆积不是最密堆积，空间利用率比六方最密堆积和面心立方最密堆积的小；体心立方堆积空间利用率比简单立方堆积的高，故空间利用率的大小关系为：①＜②＜③=④，D错误；故合理选项是B。10．金晶体采取面心立方最密堆积。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。则下列说法正确的是A．金晶体每个晶胞中含有2个金原子B．金属键无方向性，金属原子尽可能采取紧密堆积C．一个晶胞的体积是D．金晶体的密度是2【答案】B【解析】A．Au原子处于立方体的顶点与面心上，故晶胞中含有的Au原子数目为，A选项错误，A错误；B．金属晶体中，由于电子的自由运动，金属键没有固定度的方向，因而金属键无方向性，金属原子采取紧密堆积，B正确；C．在立方体的各个面的对角线上有3个金原子，金原子的直径为d，故面对角线长度为2d，晶胞棱长为，故晶胞的体积为，C错误；D．晶胞中含有4个原子，故4M晶胞的质量为，晶胞的体积为，故晶胞的密度为，D错误；故选B。