金屬晶體-課件

精品課件高中化學(xué)選擇性必修2第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)新人教版

金屬晶體特級教師優(yōu)秀課件精選教學(xué)目標(biāo)知道金屬鍵的涵義和金屬晶體的結(jié)構(gòu)特點。

熟知金屬晶體的原子堆積模型的分類及結(jié)構(gòu)特點。能用電子氣理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)。教學(xué)重點教學(xué)難點金屬鍵的涵義；用“電子氣理論”解釋金屬的一些物理性質(zhì)；金屬晶體的4種基本堆積模型。

金屬晶體的4種基本堆積模型。知識回顧我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了分子晶體和原子晶體，來簡要復(fù)習(xí)一下它們：分子不導(dǎo)電，個別為半導(dǎo)體很大很高共價鍵原子固體和熔融態(tài)都不導(dǎo)電，部分溶于水導(dǎo)電較小較低分子間作用力這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)金屬晶體，你能總結(jié)出金屬的通性嗎？知識回顧金屬共同的物理性質(zhì)：容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性、有金屬光澤等。Au

CuAg知識回顧為什么金屬會有一些共同的性質(zhì)？為什么金屬的物理性質(zhì)與分子晶體、原子晶體的有非常明顯的區(qū)別？電子氣理論這是由金屬晶體的結(jié)構(gòu)所決定的。在金屬晶體中，原子之間以_______相互結(jié)合。

描述金屬鍵本質(zhì)最簡單的理論是電子氣理論。何為電子氣理論？金屬鍵電子氣理論電子氣理論：金屬原子的最外層電子數(shù)較_____，容易_______電子成為金屬離子，金屬原子釋放出的價電子不專門屬于某個特定的金屬離子，而為許多金屬離子所共有，并在整個金屬中__________，這些電子又稱為___________。少

自由電子自由運動失去電子氣理論自由電子幾乎均勻分布在整個晶體中，像遍布整塊金屬的“電子氣”，金屬原子則“浸泡”在“電子氣”的“海洋”之中。

金屬晶體跟原子晶體一樣，可以看成是一種“巨分子”。電子氣理論金屬原子堆積成金屬晶體，自由電子在整個晶體中運動：金屬晶體與金屬鍵小結(jié)：

金屬鍵特征：______方向性和飽和性。金屬鍵存在：___________和_______中。成鍵微粒：_____________和__________。金屬晶體：通過_________結(jié)合形成的______晶體。金屬鍵：__________和__________之間______的相互作用。金屬離子沒有合金金屬單質(zhì)自由電子金屬陽離子單質(zhì)金屬鍵強烈自由電子金屬晶體與金屬鍵含陽離子的晶體中一定含有陰離子嗎？

晶體中有陽離子不一定有陰離子，如金屬晶體中只有陽離子和自由電子，沒有陰離子，但有陰離子時，一定有陽離子。金屬的物理性質(zhì)金屬鍵的強弱取決于什么？

各種金屬鍵的強度差別很大。例如金屬鈉熔點較低、硬度較小，而鎢是熔點最高、硬度最大的金屬。金屬鍵越強，金屬的熔沸點_______，硬度一般也_______。金屬陽離子半徑越_____，離子所帶電荷數(shù)越_____，自由電子越_____，金屬鍵越強。金屬陽離子半徑和離子所帶電荷數(shù)。小

越大越高多多金屬的物理性質(zhì)已知堿金屬元素的熔沸點隨原子序數(shù)增大而遞減，試用金屬鍵理論加以解釋。

堿金屬陽離子所帶電荷數(shù)相同，從上到下，離子半徑依次增大，則單質(zhì)中所形成的金屬鍵依次減弱，故堿金屬元素的熔沸點隨原子序數(shù)的增大而遞減。金屬的物理性質(zhì)試判斷鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點和硬度的大??？

同周期元素，從左到右，離子所帶電荷數(shù)依次增多，且離子半徑依次減小，則單質(zhì)中所形成的金屬鍵依次增強，故鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點和硬度的大小順序是：鈉<鎂<鋁。金屬的物理性質(zhì)電子氣理論可以解釋金屬的一些特殊物理性質(zhì)，例如延展性：

當(dāng)金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式（如下圖），而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，所以金屬都有良好的延展性。金屬的物理性質(zhì)當(dāng)向金屬晶體中摻入不同的金屬或非金屬原子時，就像在滾珠之間摻入了細(xì)小而堅硬的沙土或碎石一樣，會使這種金屬的延展性甚至硬度發(fā)生改變，這也是對金屬材料形成合金后性能發(fā)生改變的一種粗淺解釋。金屬的物理性質(zhì)電子氣理論還可以解釋導(dǎo)電性：

溫度越高，自由電子的無規(guī)則運動越______，金屬導(dǎo)電性越____。在金屬晶體中，電子氣（自由電子）的運動是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下，自由電子定向運動形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電。不同的金屬導(dǎo)電能力不同，導(dǎo)電性最強的三種金屬是：Ag、Cu、Al。劇烈

差金屬的物理性質(zhì)電解質(zhì)在熔化狀態(tài)或溶于水能導(dǎo)電，這與金屬導(dǎo)電的本質(zhì)是否相同？水溶液或熔融狀態(tài)下

減弱物理變化自由電子晶體狀態(tài)增強化學(xué)變化自由移動的離子金屬的物理性質(zhì)此外，電子氣理論還可以解釋金屬的導(dǎo)熱性：

溫度越高，金屬的導(dǎo)熱性越_____。電子氣在運動時經(jīng)常與金屬離子碰撞，引起兩者能量的交換。當(dāng)金屬某部分受熱時，那個區(qū)域里的電子氣能量增加，運動速度加快，通過碰撞，把能量傳給金屬離子。電子氣在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞，從而把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。差金屬的物理性質(zhì)金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系：金屬的物理性質(zhì)金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性都與金屬鍵有關(guān)，金屬在反應(yīng)中易失去電子與金屬鍵有關(guān)嗎？

金屬易失電子是由原子結(jié)構(gòu)決定的，與金屬鍵無關(guān)。金屬的物理性質(zhì)你知道金屬為什么一般都有光澤和顏色嗎？

當(dāng)金屬成粉末狀時，金屬晶體的晶面取向雜亂、晶格排列不規(guī)則，吸收可見光后輻射不出去，所以成黑色。由于自由電子可吸收所有頻率的光，然后很快釋放出各種頻率的光，因此絕大多數(shù)金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。而某些金屬（如銅、金、銫、鉛等）由于較易吸收某些頻率的光而呈現(xiàn)較為特殊的顏色。金屬的物理性質(zhì)你知道幾個金屬之最？

硬度最大的金屬——鉻（9.0）硬度最小的金屬——銫（0.2）密度最大的金屬——鋨（22.57g/cm3）密度最小的金屬——鋰（0.53g/cm3）熔點最高的金屬——鎢（3410℃）熔點最低的金屬——汞（-38.87℃）金屬的物理性質(zhì)延性最好的金屬——鉑（鉑絲直徑：1/5000mm）

最穩(wěn)定的金屬——金最活潑的金屬——銫展性最好的金屬——金（金箔厚：1/10000mm）密置層與非密置層金屬晶體有什么結(jié)構(gòu)特征呢？

空間利用率：晶體的空間被微粒占滿的體積百分?jǐn)?shù)，用它來表示緊密堆積的程度。配位數(shù)：在晶體中與每個微粒緊密相鄰的微粒個數(shù)。緊密堆積：微粒之間的作用力使微粒間盡可能的相互接近，使它們占有最小的空間。在學(xué)習(xí)金屬晶體的原子堆積模型之前，先了解幾個概念：密置層與非密置層金屬晶體中的原子可以看成直徑相等的小球。假設(shè)從盒子中取出4組小球（3個排成一條直線的）：

將小球放置在平面上，排成4排，使球面緊密接觸，有哪些排列方式？密置層與非密置層因此，二維平面上金屬原子緊密排列有兩種方式：1234配位數(shù)為4

空隙最小，密置層空隙較大，非密置層

配位數(shù)為6123456密置層與非密置層空隙的類型：

3個小球形成一個三角形空隙，有2種空隙。4個小球形成一個四邊形空隙，此空隙只有1種。簡單立方堆積金屬晶體可看成金屬原子在三維空間中堆積而成。先將兩組小球以非密置層的排列方式排列在一個平面上：

第二層小球的球心正對著第一層小球形成的空穴第二層小球的球心正對著第一層小球的球心在其上方再堆積一層非密置層排列的小球，使相鄰層上的小球緊密接觸，有哪些堆積方式？簡單立方堆積因此非密置層在空間有2種堆積方式。我們先看第一種：簡單立方堆積。每個晶胞含原子：簡單立方晶胞簡單立方堆積配位數(shù)為6：

同層4個，上下層各1個1234123456簡單立方堆積空間利用率約為52.3%：

這種堆積方式的空間利用率太低，只有金屬釙(Po)采取這種方式。首先看金屬原子半徑r與立方體邊長a的關(guān)系：_________。a=2r體心立方堆積再看第二種非密置層堆積方式：體心立方堆積。體心立方晶胞每個晶胞含原子：上下層各4個配位數(shù)為8

12345687空間利用率約為68.0%：

體心立方堆積這種堆積方式的空間利用率較高，許多金屬例如堿金屬鉀采取。首先看金屬原子半徑r與立方體邊長a、體對角線長b的關(guān)系：_________________。六方最密堆積金屬原子密置層的堆積方式有幾種呢？

關(guān)鍵是第三層，對第一二層來說，第三層可有兩種最緊密堆積方式。第二層對第一層來講最緊密的，堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1、3、5位。（或?qū)?zhǔn)2、4、6位，其情形是一樣的）六方最密堆積第一種是將第三層的球?qū)?zhǔn)第一層的球：

下圖是此種六方緊密堆積的前視圖：注意堆積方式的周期性、穩(wěn)定性。每兩層形成一個周期，即ABAB……方式，形成六方最密堆積（鎂型）。六方最密堆積六方密堆積的配位數(shù)為12：

同層6個，上下層各3個每個晶胞含原子：1個晶胞，形狀為平行六面體六方最密堆積如下圖Ⅰ、圖Ⅱ，六方晶胞中，DOAB為__________，正四面體的高為_____。

六方晶胞的空間利用率為74%。（計算過程較復(fù)雜，不作要求）圖Ⅰ正四面體

DG面心立方最密堆積然后我們再看第二種密置層堆積方式，即將第三層的球?qū)?zhǔn)第一層的2、4、6位置：

下圖是面心立方最密堆積前視圖：每三層形成一個周期，即ABCABC……方式，形成面心立方最密堆積（銅型）。面心立方最密堆積面心立方密堆積的配位數(shù)也為12：同層6個，上下層各3個

面心立方最密堆積面心立方密堆積的晶胞如何劃分？每個晶胞含原子：面心立方最密堆積求面心立方晶胞的空間利用率：

首先看金屬原子半徑r與立方體邊長a的關(guān)系：_________。堆積模型小結(jié)金屬晶體的四種堆積模型對比：簡單立方堆積

面心立方堆積六方最密堆積體心立方堆積釙型

銅型鎂型鉀型堆積模型小結(jié)堆積模型小結(jié)為什么金屬晶體絕大多數(shù)采用密堆積方式？

這是因為在金屬晶體中，金屬鍵沒有方向性和飽和性，因此都趨向于使金屬原子吸引更多的其他原子分布于周圍，并以密堆積方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。練習(xí)金屬的下列性質(zhì)中，不能用金屬的電子氣理論加以解釋的是（

）。B.易導(dǎo)熱A.易導(dǎo)電C.有延展性D.易銹蝕練習(xí)金屬晶體的形成是因為晶體中存在（

）。A.金屬離子間的相互作用B.金屬原子間的相互作用C.金屬離子與自由電子間的相互作用D.自由電子間的相互作用練習(xí)金屬能導(dǎo)電的原因是（

）。A.金屬晶體中的金屬陽離子與自由電子間的作用較弱B.金屬晶體中的自由電子在外加電場的作用下可發(fā)生定向移動C.金屬晶體中的金屬陽離子在外加電場的作用下可發(fā)生定向移動D.金屬晶體在外加電場的作用下可失去電子練習(xí)什么是電子氣理論？它怎樣定性地解釋金屬晶體的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性？練習(xí)有三種固態(tài)物質(zhì)：Cu、Si、Ne，下列三種有關(guān)性質(zhì)的敘述各適用于哪種物質(zhì)？（1）由分子間作用力結(jié)合而成，熔點很低；（2）固體易導(dǎo)電，熔點在1000℃左右；（3）由共價鍵結(jié)合成的網(wǎng)狀晶體，熔點很高。拓展練習(xí)金屬晶體的形成是因為晶體中存在（

）。

D.金屬原子與自由電子間的相互作用C.金屬離子與自由電子間的相互作用B.金屬原子間的相互作用A.金屬離子間的相互作用C金屬能導(dǎo)電的原因是（

）。拓展練習(xí)D．金屬晶體在外加電場作用下可失去電子C．金屬晶體中的金屬陽離子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動B．金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動A.金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間的相互作用較弱B拓展練習(xí)下列關(guān)于金屬鍵的敘述中，不正確的是()

D.構(gòu)成金屬鍵的自由電子在整個金屬內(nèi)部的三維空間中做自由運動C.金屬鍵是帶異性電荷的金屬陽離子和自由電子間的相互作用，故金屬鍵無飽和性和方向性B.金屬鍵可以看作是許多原子共用許多電子所形成的強烈的相互作用，所以與共價鍵類似，也有方向性和飽和性A.金屬鍵是金屬陽離子和自由電子這兩種帶異性電荷的微粒間的強烈相互作用，其實質(zhì)與離子鍵類似，也是一種電性作用B拓展練習(xí)下列說法正確的是()

D.金屬鎂的硬度小于金屬鈣C.金屬鎂的熔點大于金屬鈉B.堿金屬單質(zhì)的熔、沸點從Li到Cs是逐漸增大的A.金屬鎂的硬度大于金屬鋁C拓展練習(xí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論推出：金屬鍵越強，其金屬的硬度越大，熔、沸點越高。且研究表明，一般來說，金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，則金屬鍵越強，由此判斷下列說法錯誤的是()

D.熔點：Ca＞KC.硬度：Mg＞KB.熔點：Mg＞CaA.硬度：Mg＞AlA拓展練習(xí)下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是()A．常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在B．金屬晶體的熔點都很高，硬度都很大C．鈣的熔點、沸點高于鉀D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好C拓展練習(xí)按下列四種有關(guān)性質(zhì)的敘述，可能屬于金屬晶體的是()A．由分子間作用力結(jié)合而成，熔點低B．固體或熔融后易導(dǎo)電，熔點在1000℃左右C．由共價鍵結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，熔點高D．固體和熔融狀態(tài)不導(dǎo)電，但溶于水后可能導(dǎo)電B拓展練習(xí)下列有關(guān)金屬鍵的敘述錯誤的是()A．金屬鍵沒有飽和性和方向性B．金屬鍵是金屬陽離子和自由電子之間存在的強烈的靜電吸引作用C．金屬鍵中的電子屬于整塊金屬D．金屬的性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)

B拓展練習(xí)金屬晶體堆積密度大，原子配位數(shù)高，能充分利用空間的原因(

)A．金屬原子的價電子數(shù)少

B．金屬晶體中有“自由電子”C．金屬原子的原子半徑大

D．金屬鍵沒有飽和性和方向性D拓展練習(xí)下列關(guān)于金屬及金屬鍵的說法正確的是()A.金屬鍵具有方向性與飽和性B.金屬鍵是金屬陽離子與自由電子間的相互作用C.金屬導(dǎo)電是因為在外加電場作用下產(chǎn)生自由電子D.金屬具有光澤是因為金屬陽離子吸收并放出可見光B拓展練習(xí)有四種不同堆積方式的金屬晶體的晶胞如圖所示，有關(guān)說法正確的是（

）

A.①為簡單立方堆積，②為六方最密堆積，③為體心立方堆積，④為面心立方最密堆積B.每個晶胞含有的原子數(shù)分別為：①1個，②2個，③2個，④4個C.晶胞中原子的配位數(shù)分別為：①6，②8，③8，④12D.空間利用率的大小關(guān)系為：①<②<③<④B拓展練習(xí)對圖中某晶體結(jié)構(gòu)的模型進(jìn)行分析，有關(guān)說法正確的是()A．該種堆積方式為六方最密堆積B．該種堆積方式稱為體心立方堆積C．該種堆積方式稱為面心立方堆積D．金屬Mg就屬于此種最密堆積方式C拓展練習(xí)關(guān)于鉀型晶體(如圖)的結(jié)構(gòu)的敘述中正確的是()A．是密置層的一種堆積方式B．晶胞是六棱柱C．每個晶胞內(nèi)含2個原子D．每個晶胞內(nèi)含6個原子C拓展練習(xí)拓展練習(xí)(1)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。銅晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示，銅晶體中每個銅原子周圍距離最近的銅原子數(shù)目為_______。

(2)Al單質(zhì)為面心立方晶體，其晶胞參數(shù)a＝0.405nm，晶胞中鋁原子的配位數(shù)為____________。列式表示Al單質(zhì)的密度1212拓展練習(xí)回答下列問題：(1)圖甲所示為二維平面晶體示意圖，所表示的化學(xué)式為AX3的是____(填序號)。b拓展練習(xí)(2)圖乙為金屬銅的一個晶胞，請完成以下各題。①該晶胞“實際”擁有的銅原子數(shù)是___個。②該晶胞稱為________(填序號)。A.六方晶胞B.體心立方晶胞C.面心立方晶胞

4C③此晶胞中立方體的邊長為acm，Cu的相對原子質(zhì)量為64，金拓展練習(xí)(3)1183K以下純鐵晶體的基本結(jié)構(gòu)單元如圖1所示，1183K以上轉(zhuǎn)變?yōu)閳D2所示的基本結(jié)構(gòu)單元，在兩種晶體中最鄰近的鐵原子間距離相同。

①鐵原子的簡化電子排布式為_____________；鐵晶體