苏教版版高中化学专题3微粒间作用力与物质性质第一单元金属键金属晶体第1课时学案选修3.docx
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苏教版版高中化学专题3微粒间作用力与物质性质第一单元金属键金属晶体第1课时学案选修3
第一单元 金属键 金属晶体
第1课时 金属键与金属特性
[学习目标定位] 认识金属键,能用金属键理论解释金属的一些物理特性,会正确分析金属键的强弱。
一、金属键
1.概念:
指金属离子与自由电子之间强烈的相互作用。
2.成键微粒:
是金属阳离子和自由电子。
3.特征:
没有方向性和饱和性。
4.存在:
存在于金属单质和合金中。
金属键的实质:
金属离子与自由电子之间强烈的相互作用。
例1 下列关于金属键的叙述中,不正确的是( )
A.金属元素在化合物中一定显正价
B.金属键没有饱和性和方向性
C.金属键是金属原子和自由电子间的相互作用
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 C
解析 金属元素原子的最外层电子数一般较少,原子核对电子的吸引能力较小,易失去电子显正价,A正确;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,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,B、D正确,C错误。
例2 下列物质中只含有阳离子的物质是( )
A.氯化钠B.金刚石
C.金属铝D.氯气
答案 C
解析 氯化钠是离子化合物,既含阳离子又含阴离子;金属铝中含有阳离子和自由电子;金刚石由原子组成,氯气由分子组成,都不含阳离子,故C正确。
理解感悟
某物质有阳离子,但不一定有阴离子;而有阴离子时,则一定有阳离子。
二、金属的物理性质
1.金属晶体物理特性分析
(1)良好的延展性:
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)良好的导电性:
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离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。
2.金属键的强弱影响金属晶体的硬度和熔、沸点
(1)金属的原子化热:
指1mol金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的能量。
金属的原子化热可以用来衡量金属键的强弱。
(2)金属晶体熔点的变化规律
①金属的原子化热越大,金属键越强,金属晶体的熔点越高。
如K<Na<Mg<Al,Li>Na>K>Rb。
②金属晶体熔点差别很大,如汞常温为液体,熔点很低(-38.9℃),而铁等金属熔点很高(1535℃)。
(1)绝大多数金属熔、沸点较高,硬度较大;具有金属光泽,具有良好的导电性、导热性和延展性。
(2)金属元素的原子半径(或阳离子半径)越小、单位体积内自由电子的数目(或阳离子所带电荷)越多,金属键越强,金属单质的熔、沸点越高,硬度越大。
例3 某新型“防盗玻璃”为多层结构,每层中间嵌有极细的金属线。
当玻璃被击碎时,与金属线相连的警报系统就会立即报警,“防盗玻璃”能报警是利用了金属的( )
A.延展性B.导电性
C.弹性D.导热性
答案 B
解析 新型“防盗玻璃”为多层结构,每层中间嵌有极细的金属线。
当玻璃被击碎时,与金属线相连的警报系统就会立即报警,说明当玻璃被击碎时,形成闭合回路,利用了金属的导电性,故选B。
例4 下列各组金属熔、沸点的高低顺序,排列正确的是( )
A.Mg>Al>CaB.Al>Na>Li
C.Al>Mg>CaD.Mg>Ba>Al
答案 C
解析 阳离子电荷数:
Al3+>Mg2+=Ca2+=Ba2+>Li+=Na+,阳离子半径:
r(Ba2+)>r(Ca2+)>r(Na+)>
r(Mg2+)>r(Al3+)>r(Li+),故C正确。
金属键的形成
1.金属键的形成是通过( )
A.金属原子与自由电子之间的相互作用
B.金属离子与自由电子之间强烈的相互作用
C.自由电子之间的相互作用
D.金属离子之间的相互作用
答案 B
解析 金属键的形成是通过金属离子与自由电子之间强烈的相互作用,故选B。
2.下列关于金属晶体导电的叙述中,正确的是( )
A.金属晶体内的电子在外加电场条件下可以发生自由移动
B.在外加电场作用下,金属晶体内的金属阳离子相对滑动
C.在外加电场作用下,自由电子在金属晶体内发生定向移动
D.温度越高导电性越强
答案 C
解析 金属导电的原理是:
在外加电场作用下自由电子发生定向移动,故A、B项错误;金属的导电性与温度成反比,即温度越高,导电性越弱,故D项错误。
3.下列性质体现了金属通性的是( )
A.铁能够被磁铁磁化
B.铝在常温下不溶于浓硝酸
C.铜有良好的延展性、导热性和导电性
D.钠与水剧烈反应放出氢气
答案 C
解析 金属通性指的是金属的某些共有的性质,如“不透明、有金属光泽、有延展性、导热性、导电性”等。
4.下列说法错误的是( )
A.钠的硬度大于铝
B.铝的熔、沸点高于钙
C.镁的硬度大于钾
D.钙的熔、沸点高于钾
答案 A
5.
(1)金属导电靠________,电解质溶液导电靠________。
(2)影响金属键强弱的因素有________、________、金属晶体中金属原子的堆积方式等。
一般说来,金属键越强,则金属的熔点________,硬度________。
答案
(1)自由电子 自由离子
(2)金属原子半径大小 单位体积内自由电子的数目 越高 越大
解析
(1)金属能导电是金属中的自由电子在外加电场的作用下发生定向移动,且导电能力随温度升高而减弱,电解质溶液的导电过程实际上是阴、阳离子定向移动的过程。
(2)金属键与金属原子的半径、单位体积内自由电子的数目有关,一般情况下,金属原子半径越小,单位体积内自由电子数越多,金属键越强,则金属的熔、沸点越高,硬度越大。
[对点训练]
题组一 金属键及其影响因素
1.金属键的实质是( )
A.金属离子之间的相互作用
B.金属原子之间的相互作用
C.金属离子与自由电子间的相互作用
D.金属原子与自由电子间的相互作用
答案 C
解析 金属键是金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属离子与自由电子之间强烈的相互作用。
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 金属键没有方向性和饱和性;金属键中的自由电子属于整块金属;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;金属的性质及固体的形成都与金属键强弱有关。
题组二 金属的物理特性
3.金属的下列性质中,不能用金属键理论加以解释的是( )
A.易导电B.易导热
C.有延展性D.易锈蚀
答案 D
解析 金属键理论只能解释金属的导电性、导热性、延展性、硬度、熔点等物理性质,是否容易生锈是金属的化学性质,只能用金属的原子结构加以解释。
4.金属能导电的原因是( )
A.金属晶体中的金属阳离子与自由电子间的作用较弱
B.金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动
C.金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动
D.金属晶体在外加电场作用下可失去电子
答案 B
解析 根据电子气理论,价电子是属于整个晶体的,在外加电场作用下,发生定向移动从而导电,B项正确。
5.金属具有延展性的原因是( )
A.金属原子半径都较大,价电子较少
B.金属受外力作用变形时,金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈作用
C.金属中大量自由电子受外力作用时,运动速度加快
D.自由电子受外力作用时能迅速传递能量
答案 B
解析 金属晶体具有良好的导电性、导热性、延展性等,其原因都与遍布晶体的“自由电子”有关。
金属具有延展性是原子层相对滑动,但金属阳离子与自由电子形成的化学键没有被破坏,故金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈作用。
6.在金属中,自由电子与金属离子或金属原子的碰撞有能量传递,可以用此来解释的金属的物理性质是( )
A.延展性B.导电性
C.导热性D.硬度
答案 C
解析 金属晶体中,自由电子获得能量后,在与金属离子或金属原子的碰撞过程中实现了能量传递,把能量从温度高的区域传到温度低的区域,体现了金属的导热性。
7.金属具有的通性是( )
①具有良好的导电性 ②具有良好的导热性 ③具有延展性 ④都具有较高的熔点 ⑤都是固体 ⑥都具有很大的硬度
A.①②③B.②④⑥
C.④⑤⑥D.①③⑤
答案 A
解析 金属并不一定具有较高的熔点,如汞在常温下是液态,钠、钾等的硬度都不大,所以④⑤⑥均错误。
题组三 由金属键的强弱比较判断金属的熔、沸点
8.下列晶体中,金属阳离子与自由电子间的作用最强的是( )
A.NaB.Mg
C.AlD.K
答案 C
解析 影响金属键强弱的主要因素有金属原子的半径、单位体积内自由电子的数目等。
一般而言,金属原子的半径越小、单位体积内自由电子的数目越多,金属键就越强,金属阳离子与自由电子间的作用就越强。
Na、Mg、Al均位于第3周期,原子半径逐渐减小,价电子数目逐渐增多,所以金属键逐渐增强,其中Al的金属键最强,Na的金属键最弱,而K和Na位于同一主族,且K的半径比Na大,故K的金属键比钠弱。
9.铝钠合金有着广泛的应用,现有三种晶体:
①铝、②钠、③铝钠合金,它们的熔点从低到高的顺序是( )
A.①②③B.②①③
C.③②①D.③①②
答案 C
解析 三种晶体中,一般合金的熔点低于各组成金属单质的熔点,而铝与钠比较,钠的熔、沸点较低,故答案为C。
10.要使金属熔化必须破坏其中的金属键,而原子化热是比较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、沸点从Li到Cs是逐渐增大的
答案 C
解析 镁离子比铝离子的半径大而所带的电荷少,所以金属镁比金属铝的金属键弱,硬度小;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点和沸点高;因镁离子的半径小而所带电荷多,使金属镁比金属钠的金属键强,原子化热比钠大;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。
[综合强化]
11.物质的性质决定了物质的用途,下面列出了金属的几种性质:
①导热性、②导电性、③还原性、④延展性、⑤具有金属光泽。
请在下面金属用途后的横线上填上金属主要性质对应的序号。
(每空限选一个)
(1)用铝锭制成包装用的铝箔________。
(2)用铝制成的高压铝锅________。
(3)用铁粉回收照相业废液中的银________。
(4)电信业中大量使用的铜丝、金属电缆________。
答案
(1)④
(2)① (3)③ (4)②
解析
(1)用铝箔做包装品材料利用了铝的延展性,故答案为④。
(2)用铝制成的高压铝锅利用了铝的导热性,故答案为①。
(3)用铁粉回收照相业废液中的银利用了铁的还原性,故答案为③。
(4)用铜丝、金属做电缆利用了金属的导电性,故答案为②。
12.工业上生产Na、Ca、Mg都是电解其熔融态的氯化物,但钾不能用电解熔融KCl的方法制得,因为金属钾易溶于熔融态的KCl中而产生危险,难以得到钾,且降低电解效率。
现在生产金属钾是用金属钠和熔化的KCl反应来制取,有关数据如下:
熔点(℃)
沸点(℃)
密度(g·cm-3)
Na
97.8
883
0.97
K
63.7
774
0.86
NaCl
801
1413
2.165
KCl
770
1500升华
1.984
工业上生产金属钾的化学方程式和条件是
KCl+Na
NaCl+K
(1)工业上制金属钾主要应用什么原理使反应变为现实?
(2)工业上制金属钾时主要运用了上表所列的哪些物理常数,并说明原因。
答案
(1)应用平衡移动原理,钾蒸气逸出,使生成物浓度减小,平衡不断向右移动,从而获得金属钾。
(2)运用钾、钠、氯化钾、氯化钠的熔点和沸点数据。
工业上生产钾时温度是关键,850℃时NaCl、KCl、Na皆为熔融状态,而钾为蒸气,所以利用了钾、钠、氯化钠、氯化钾的熔点和沸点差异来制取金属钾。
13.根据你的生活经验和下表所提供的信息,分析并回答下列问题。
物理性质
物理性质比较
导电性(以银为100)
银
铜
金
铝
锌
铁
100
99
74
61
27
17
密度/g·cm-3
金
铅
银
铜
铁
锌
铝
19.3
11.3
10.5
8.92
7.86
7.14
2.7
熔点/℃
钨
铁
铜
金
银
铝
锡
3410
1535
1083
1064
962
660
232
硬度(以金刚石为10)
铬
铁
银
铜
金
铝
铅
9
4~5
2.5~4
2.5~3
2.5~3
2~2.9
1.5
(1)为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制?
(2)银的导电性比铜好,为什么导线一般用铜制而不用银制?
(3)为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制?
(4)上述哪种物理性质与自由电子关系最为密切?
答案
(1)因为铁的硬度比铅大,且铅有毒,故常用铁而不用铅制作菜刀、锤子等。
(2)银和铜的导电性相近,但银比铜贵得多,且电线用量大,所以用铜不用银。
(3)因为钨的熔点很高(3410℃),而锡的熔点(232℃)太低,通电时锡就熔化了,所以用钨丝而不用锡丝制灯泡的灯丝。
(4)导电性。
解析 在确定金属的用途时,要考虑其硬度、熔点、导电性等多种性质,有时还要考虑价格、资源、是否便利、是否有毒、是否利于回收等因素。
正确解答本题还要会读题,充分利用题中所给信息进行比较解题。
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