3-1-1-金属键与金属特性(教师版).docx

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 金属键与金属特性

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1．能描述金属键的成键特征。
2．能用金属键理论解释金属的典型性质。

知识精讲

知识点01 金属键
1．金属键的概念
金属离子与自由电子之间强烈的相互作用。
2．金属键的形成
(1)金属原子失去部分或全部外围电子形成的金属离子与“脱落”下的自由电子之间存在强烈的相互作用。
(2) 成键微粒：金属离子和自由电子
3．金属键的特点
金属键没有方向性和饱和性。金属中的电子在整个晶体内运动，属于整块金属。
【即学即练1】关于金属键的叙述错误的是(　　)
A．金属键没有方向性和饱和性
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
答案：B
解析：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。
知识点02 金属的特性
1．导电性
通常情况，金属内部自由电子的运动无固定的方向性，在外加电场作用下，自由电子发生定向移动形成电流。
温度升高，金属阳离子的振动频率加大，阻碍了电子的定向移动，金属的导电性减弱。
2．导热性
金属受热时，自由电子与金属离子碰撞频率增加，自由电子把能量传给金属离子，从而把能量从温度高的区域传到温度低的区域。
3．延展性
金属键没有方向性，在外力作用下，金属原子间发生相对滑动时，各层金属原子间仍然保持金属键的作用，不会断裂。
【即学即练2】下列关于金属单质的叙述正确的是(　　)
A．常温下，金属单质都以固体形式存在
B．金属键在一定外力作用下，不因形变而消失
C．钙的熔、沸点低于钾
D．温度越高，金属的导电性越好
答案：B
解析：常温下，Hg为液态，A错；因为金属键无方向性，故金属键在一定范围内不因形变而消失，B正确；钙的金属键强于钾，故熔、沸点高于钾，C错；温度升高，金属的导电性减弱，D错。故选B。
【即学即练3】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。
(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)用铝锭制成包装用的铝箔利用了铝的延展性。
(2)用铝制成的高压铝锅利用了铝的导热性。
(3)用铁粉回收照相业废液中的银利用了铁的还原性。
(4)用铜丝、金属作电缆利用了金属的导电性。
知识点03 金属键的强弱与金属的物理性质的关系
1．原子化热
金属键的强弱可以用金属的原子化热来衡量。
金属的原子化热是指1mol金属固体完全气化成相互远离的气态原子时吸收的热量。
2．影响金属键强弱的因素
（1）金属原子半径越小，金属键越强。
（2）单位体积内自由电子的数目越多，金属键越强。
3．金属键的强弱与金属的物理性质的关系
金属键越强，金属晶体的硬度越大，熔、沸点越高。
【即学即练4】在金属晶体中，如果金属原子的价电子数越多，原子半径越小，自由电子与金属阳离子间的作用力越大，金属的熔、沸点越高。判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中正确的是(　　)
A．Mg>Al>Ca B．Al>Na>Li C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>Al
答案：C
解析：电荷数Al3＋>Mg2＋＝Ca2＋＝Ba2＋>Li＋＝Na＋，金属阳离子半径：r(Ba2＋)>r(Ca2＋)>r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)>r(Li＋)，则C正确；A中熔、沸点Al>Mg，B中熔、沸点Li>Na，D中熔、沸点Al>Mg>Ba。故选C。

能力拓展

考法01 金属键的形成
1．金属键
（1）成键微粒：金属阳离子和自由电子。
（2）存在：在金属单质和合金中都存在金属键。
2．金属键的本质和特点
金属键的本质是一种电性作用，即金属阳离子和自由电子之间的静电作用。金属键的特征是没有方向性和饱和性，金属中的电子在整个晶体内运动，属于整块金属。
【典例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，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强烈的相互作用，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
答案：B
解析：从基本构成微粒的性质看，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，金属键无方向性和饱和性。
考法02 金属键强弱与金属的物理性质
1．影响金属键强弱的因素
金属的原子半径和单位体积内自由电子数目的多少及金属阳离子所带电荷的多少。
（1）金属键的强弱差别较大。如钠、钾的熔、沸点低，存在的金属键较弱；铬的硬度大，熔、沸点高，存在的金属键较强。
（2）同一周期，从左到右，金属元素的原子半径逐渐减小，价电子数逐渐增多，单位体积内自由电子数逐渐增多，金属键逐渐增强，金属的熔、沸点逐渐升高，硬度逐渐增大。
（3）同一主族，从上到下，金属元素原子的价电子数不变，原子半径逐渐增大，单位体积内自由电子数逐渐减少，金属键逐渐减弱，金属的熔、沸点逐渐降低，硬度逐渐减小。
2．金属键的强弱与金属的物理性质的关系
（1）金属的延展性、导电性、导热性、熔沸点等均与金属键有关。金属键越强，金属的熔、沸点越高。
同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。
同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔沸点降低。
一般来说，合金的熔沸点比其各成分金属的熔沸点低。
（2）金属导电性与电解质导电性的区别
金属导电的微粒是自由电子，电解质溶液导电的微粒是自由移动的阳离子和阴离子；前者导电过程中不生成新物质，为物理变化，后者导电过程中有新物质生成，为化学变化。因而，二者导电的本质不同。
【典例2】下列有关金属的叙述正确的是(　　)
A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，是由于金属离子之间有较强的作用
B．通常情况下，金属中的自由电子会发生定向移动，而形成电流
C．金属是借助金属离子的运动，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降低
答案：D
解析：金属受外力作用时变形而不易折断是因为金属晶体中各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，故A项不正确；自由电子要在外电场作用下才能发生定向移动形成电流，B项不正确；金属的导热性是由于自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞将能量进行传递，故C项不正确。温度升高，金属离子振动频率加大，阻碍了电子的移动，电阻增大，导电性减弱，故D项正确。故选D。
分层提分

题组A 基础过关练
1．下列有关金属元素的特性，叙述正确的是(　　)
A．金属元素的原子具有还原性，离子只具有氧化性
B．金属元素在化合物中一般显正价
C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同
D．金属元素的单质在常温下均为金属晶体
答案：B
解析：变价金属的中间价态离子既有还原性又有氧化性，所以A项错误；金属元素在化合物中一般显正价，所以B项正确；同种金属元素在不同化合物中的化合价可以相同，也可以不同，所以C项错误；汞在常温下为液体，此时不属于晶体，所以D项错误。
2．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：电子是属于整个晶体的，在外加电场作用下，发生了定向移动从而导电，故B项正确；有的金属中金属键较强，但依然导电，故A项错误；金属导电是靠自由电子的定向移动，而不是金属阳离子发生定向移动，故C项错误；金属导电是物理变化，而不是失去电子的化学变化，故D项错误。
3．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。
4．下列生活中的问题，不能用金属键理论知识解释的是
A．用铁制品做炊具 B．铁易生锈
C．用铂金做首饰 D．金属铝制成导线
答案：B
解析：A．用铁制品做炊具是利用了金属的导热性，金属容易导热是因为自由电子在运动时经常与金属离子碰撞而引起热传递进行能量交换，能用金属键理论解释，故A不符合题意；B．日常生活中的铁易生锈是因为日常使用的铁是合金，其中含有碳，易发生电化学腐蚀，与金属键无关，故B符合题意；C．用铂金做首饰是因为有金属光泽，金属有金属光泽是因为自由电子能够吸收可见光，能用金属键理论解释，故C不符合题意；D．金属铝制成导线是利用金属的导电性，金属中存在金属阳离子和自由移动的电子，当给金属通电时，自由电子发生定向移动产生电流而导电，能用金属键理论解释，故D不符合题意；答案选B。
5．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
答案：B
解析：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。
6．物质结构理论指出：金属晶体中金属离子与“自由电子”之间存在的强的相互作用叫金属键。金属键越强，金属的硬度越大，熔、沸点越高，且据研究表明，一般来说，金属原子半径越小，价电子数目越多，则金属键越强。由此判断下列说法错误的是(　　)
A．镁的硬度小于铝 B．镁的熔、沸点低于钙
C．镁的硬度大于钾 D．钙的熔、沸点高于钾
答案：B
7．关于金属性质和原因的描述不正确的是(　　)
A．金属具有金属光泽是因为金属中的自由电子吸收了可见光，又把部分能量以光的形式释放出来
B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动形成电流
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，传递能量
D．金属具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以通过破坏金属键以达到相对滑动
答案：D
解析：金属一般具有银白色光泽是由于金属键中的自由电子在吸收可见光以后，发生跃迁，成为高能态，然后又会回到低能态，把多余的能量以可见光的形式释放出来，故A正确；金属内部有自由电子，当有外加电压时电子定向移动，故B正确；金属自由电子受热后运动速率增大，与金属离子碰撞频率增大，传递了能量，故金属有良好的导热性，故C正确；当金属晶体受到外力作用时，金属原子间滑动而不断裂金属键，所以表现出良好的延展性，故D错误。

题组B 能力提升练
1．在金属晶体中，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，金属的熔、沸点越高。由此判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中不正确的是(　　)
A．Al>Mg>Ba B．Al>Na>Li C．Al>Mg>Ca D．Al>Mg>Na
答案：B
解析：电荷数：Al3＋>Mg2＋＝Ca2＋＝Ba2＋>Li＋＝Na＋；而金属原子半径：r(Ba)>r(Ca)>r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Li)，则A、C、D正确。B中Li>Na，Al>Na，符合题意。
2．金属钾、铜的部分结构和性质的数据如表所示，则下列说法错误的是(　　)

金属
K
Cu
原子外围电子排布
4s1
3d104s1
原子半径/pm
255
128
原子化热/kJ·mol－1
90.0
339.3
熔点/℃
63.4
1 083
A．单位体积内自由电子数目：K<Cu
B．金属键强弱顺序为K<Cu
C．金属的硬度大小顺序为K<Cu
D．两者最外层电子数目相等，因此其金属键的强弱取决于原子半径大小
答案：D
解析：决定金属键强弱的因素是单位体积内自由电子数目和原子半径的大小，金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大；金属单位体积内自由电子的数目则取决于金属的外围电子数目，而不是金属的最外层电子数目。
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
答案：C
解析：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．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下列哪种化学键？(　　)
A．共价键　　　　 B．金属键 C．离子键
(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。下列说法中一定错误的有哪些？(　　)
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
(3)铜为金属晶体，具有延展性，金属晶体具有延展性的原因为下列哪一个？(　　)
A．金属键很微弱
B．金属键没有饱和性
C．密堆积层的阳离子容易发生滑动，但不会破坏密堆积的排列方式，也不会破坏金属键
D．金属阳离子之间存在斥力
答案：（1）B （2）A （3）C
解析：（1）铜合金属于金属晶体，含有金属键。
（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。
（3）当金属受到外力作用时，金属内原子层之间容易发生相对位移，金属发生形变而不易断裂。