3《金屬晶體》學(xué)習(xí)(新人教版-選修3)

1、3金屬晶體。學(xué)習(xí)(新人教版-選修3)教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與能力1、了解金屬的性質(zhì)和形成原因2、掌握金屬鍵的本質(zhì)“電子氣理論”3、能用電子氣理論和金屬晶體的有關(guān)知識(shí)解釋金屬的性質(zhì)4、掌握金屬晶體的四種原子堆積模型教學(xué)重點(diǎn)：金屬具有共同物理性質(zhì)的解釋。金屬晶體內(nèi)原子的空間排列方式。金屬晶體內(nèi)原子的空間排列方式。教學(xué)難點(diǎn)：金屬鍵和電子氣理論。金屬晶體內(nèi)原子的空間排列方式Ti金屬樣品1、金屬鍵的定義：金屬離子和自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用，叫金屬鍵。（1）金屬鍵的成鍵微粒是金屬陽(yáng)離子和自由電子。（2）金屬鍵存在于金屬單質(zhì)和合金中。（3）金屬鍵沒(méi)有方向性也沒(méi)有飽和性。一、金屬的結(jié)構(gòu)2、金屬晶體的定義：通過(guò)金屬

2、離子與自由電子之間的較強(qiáng)的相互作用形成的晶體。 （1）在晶體中，不存在單個(gè)分子（2）金屬陽(yáng)離子被自由電子所包圍。 3、電子氣理論：經(jīng)典的金屬鍵理論叫做“電子氣理論”。它把金屬鍵形象地描繪成從金屬原子上“脫落”下來(lái)的大量自由電子形成可與氣體相比擬的帶負(fù)電的“電子氣”，金屬原子則“浸泡”在“電子氣”的“海洋”之中。二、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?！居懻?】 金屬為什么易導(dǎo)電？ 在金屬晶體中，存在著許多自由電子，這些自由電子的運(yùn)動(dòng)是沒(méi)有一定方向的，但在外加電場(chǎng)的條件下自由電子就會(huì)發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，因而形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電。晶體類(lèi)型離子晶體金屬晶體 導(dǎo)電時(shí)的狀態(tài)導(dǎo)電粒子

3、水溶液或熔融狀態(tài)下晶體狀態(tài)自由移動(dòng)的離子自由電子比較離子晶體、金屬晶體導(dǎo)電的區(qū)別：三、金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系1、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)電性的關(guān)系【討論2】金屬為什么易導(dǎo)熱？ 自由電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)，那個(gè)區(qū)域里的自由電子能量增加，運(yùn)動(dòng)速度加快，通過(guò)碰撞，把能量傳給金屬離子。 金屬容易導(dǎo)熱，是由于自由電子運(yùn)動(dòng)時(shí)與金屬離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。2、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)熱性的關(guān)系【討論3】金屬為什么具有較好的延展性？ 原子晶體受外力作用時(shí)，原子間的位移必然導(dǎo)致共價(jià)鍵的斷裂，因而難以鍛壓成型，

4、無(wú)延展性。而金屬晶體中由于金屬離子與自由電子間的相互作用沒(méi)有方向性，各原子層之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)以后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂。3、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬延展性的關(guān)系4、金屬晶體結(jié)構(gòu)具有金屬光澤和顏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。當(dāng)金屬成粉末狀時(shí)，金屬晶體的晶面取向雜亂、晶格排列不規(guī)則，吸收可見(jiàn)光后輻射不出去，所以成黑色?！究偨Y(jié)】金屬晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系導(dǎo)電性導(dǎo)熱性延展性金屬離子和自由電子自由電子在外加電場(chǎng)的作用下發(fā)

5、生定向移動(dòng)自由電子與金屬離子碰撞傳遞熱量晶體中各原子層相對(duì)滑動(dòng)仍保持相互作用5、影響金屬鍵強(qiáng)弱的因素： 金屬陽(yáng)離子所帶電荷越多、 離子半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)。一般情況下，金屬晶體熔點(diǎn)由金屬鍵強(qiáng)弱決定金屬陽(yáng)離子半徑越小，所帶電荷越多，自由電子越多， 金屬鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)就相應(yīng)越高，硬度也越大【思考4】已知堿金屬元素的熔沸點(diǎn)隨原子序數(shù)的增大 而遞減，試用金屬鍵理論加以解釋。同主族元素價(jià)電子數(shù)相同（陽(yáng)離子所帶電荷數(shù)相同），從上到下，原子（離子）半徑依次增大，則單質(zhì)中所形成金屬鍵依次減弱，故堿金屬元素的熔沸點(diǎn)隨原子序數(shù)的增大而遞減?！舅伎?】試判斷鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點(diǎn)和硬度的 大小。同周期元素，從左到右

6、，價(jià)電子數(shù)依次增大，原子（離子）半徑依次減弱，則單質(zhì)中所形成金屬鍵依次增強(qiáng)，故鈉、鎂、鋁三種金屬熔沸點(diǎn)和硬度的大小順序是：鈉鎂鋁。金屬晶體的形成是因?yàn)榫w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.金屬原子與自由電子間的相互作用金屬能導(dǎo)電的原因是（ ）A.金屬晶體中金屬陽(yáng)離子與自由電子間的 相互作用較弱 B金屬晶體中的自由電子在外加電場(chǎng)作用下可發(fā)生定向移動(dòng) C金屬晶體中的金屬陽(yáng)離子在外加電場(chǎng)作用下可發(fā)生定向移動(dòng) D金屬晶體在外加電場(chǎng)作用下可失去電子 練習(xí)CB下列敘述正確的是（ ）A.任何晶體中，若含有陽(yáng)離子也一定含有陰離子B原子晶體中只含

7、有共價(jià)鍵 C.離子晶體中只含有離子鍵，不含有共價(jià)鍵 D分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其他化學(xué)鍵為什么堿金屬單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下逐漸降低，而鹵素單質(zhì)的熔沸點(diǎn)從上到下卻升高？B練習(xí)金屬原子在二維空間（平面）上有二種排列方式二、金屬晶體的原子堆積模型 （a）非密置層（b）密置層 金屬晶體可以看成金屬原子在三維空間中堆積而成.那么,非密置層在三維空間里堆積有幾種方式？請(qǐng)比較不同方式堆積時(shí)金屬晶體的配位數(shù)、原子的空間利用率、晶胞的區(qū)別。配位數(shù)=4配位數(shù)=6思考與交流配位數(shù)：在晶體中，與每個(gè)微粒緊密相鄰的等距離微粒個(gè)數(shù)空間利用率：晶體的空間被微粒占滿(mǎn)的體積百分?jǐn)?shù)，它用來(lái)表示緊密堆積的程度晶胞的形狀是

8、什么？含幾個(gè)原子？1、簡(jiǎn)單立方堆積 Po 配位數(shù)：空間占有率：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：6152%2、體心立方堆積-鉀型金屬晶體的堆積方式體心立方堆積 非密置層的另一種堆積是將上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中（ IA，VB，VIB）配位數(shù)：空間占有率：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：868%2空間利用率計(jì)算例1：計(jì)算體心立方晶胞中金屬原子的空間利用率。 解：體心立方晶胞：中心有1個(gè)原子， 8個(gè)頂點(diǎn)各1個(gè)原子，每個(gè)原子被8個(gè) 晶胞共享。每個(gè)晶胞含有幾個(gè)原子:1 + 8 1/8 = 2 空間利用率計(jì)算設(shè)原子半徑為r 、晶胞邊長(zhǎng)為a ，根據(jù)勾股定理，得：2a 2 + a 2 = (4r) 2空間利用率 = 晶胞

9、含有原子的體積 / 晶胞體積 100% =123456 第二層對(duì)第一層來(lái)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 )123456AB， 關(guān)鍵是第三層。對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō)，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。思考：密置層的堆積方式有哪些？ 下圖是此種六方緊密堆積的前視圖ABABA 第一種是將第三層的球?qū)?zhǔn)第一層的球。123456 于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即 AB AB 堆積方式，形成六方緊密堆積。 配位數(shù) 。 ( 同層 ，上下層各 。 )12 63 第二種是將第三層的球?qū)?zhǔn)第一層的 2，4，6 位，不同于 AB 兩層的位置，這是 C 層。123456

10、123456123456123456此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC 第四層再排 A，于是形成 ABC ABC 三層一個(gè)周期。 得到面心立方堆積。 配位數(shù) 。( 同層 ， 上下層各 ) 126 3鎂型六方密堆積3、按密置層的堆積方式的第一種：六方密堆積配位數(shù)：空間占有率：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：1274%2鎂型六方密堆積（Be Mg B B B ）4、銅型面心立方按密置層的堆積方式的第二種：面心立方堆積面心立方 BCA配位數(shù)：空間占有率：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：銅型 面心立方BCA1274%4（B Pb Pd Pt ）例2：求面心立方晶胞的空間利用率.解：晶胞邊長(zhǎng)為a，原子半徑為r.由勾股定理： a 2 + a 2 = (4r)2 a = 2.83 r每個(gè)面心立方晶胞含原子數(shù)目： 8 1/8 + 6 = 4 = (4 4/3 r 3) / a 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100 % = 74 %空間利用率計(jì)算三、金屬晶體的結(jié)構(gòu)特征：在金屬晶體里，金屬陽(yáng)離子有規(guī)則地緊密堆積，自由電子幾乎均勻分布在整個(gè)晶體中，不專(zhuān)屬哪幾個(gè)特定的金屬離子，而是被許多金屬離子共有。四、金屬晶體的熔點(diǎn)變化規(guī)律：（1）金屬晶體熔點(diǎn)變化差別較大。如汞在常溫下是液體，熔點(diǎn)很低（38.9。C）。而鐵等金屬熔點(diǎn)很高（1535。C）。這是由于金屬晶體緊