人教版高中化學(xué)選修3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 金屬晶體-“江南聯(lián)賽”一等獎(jiǎng)

第三節(jié)金屬晶體第一頁，共四十八頁。金屬及制品在生活中的應(yīng)用第二頁，共四十八頁。一、金屬晶體1、金屬鍵金屬離子與自由電子之間強(qiáng)烈的相互作用①定義②本質(zhì)電子氣理論金屬原子的價(jià)電子發(fā)生脫落，形成金屬陽離子和自由電子自由電子被所有原子所共用從而把所有的金屬原子維系在一起無飽和性無方向性第三頁，共四十八頁。2、金屬晶體

(1)定義：金屬離子與自由電子通過金屬鍵結(jié)合而成的晶體叫做金屬晶體（3）粒子間的作用力：金屬鍵（2）構(gòu)成金屬晶體的粒子：金屬離子、自由電子常見金屬晶體：金屬、合金第四頁，共四十八頁。3、金屬性質(zhì)與電子氣理論①金屬導(dǎo)電性電子氣的運(yùn)動(dòng)是沒有一定方向的，但在外加電場(chǎng)的條件下，自由電子定向運(yùn)動(dòng)形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電第五頁，共四十八頁。②金屬的導(dǎo)熱性自由電子在運(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。高溫下熱運(yùn)動(dòng)劇烈，因此電子的定向移動(dòng)程度減弱，所以，隨著溫度的升高，金屬的導(dǎo)電性減弱第六頁，共四十八頁。③金屬的延展性金屬離子和自由電子間相互作用沒有方向性，在外力作用下各原子層就會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，但不會(huì)改變?cè)瓉淼呐帕蟹绞?，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(rùn)滑劑的作用第七頁，共四十八頁。金屬鍵的強(qiáng)弱與離子半徑、離子電荷有關(guān)④金屬的熔點(diǎn)、硬度金屬的熔點(diǎn)、硬度與金屬鍵的強(qiáng)弱有關(guān)離子半徑越小或離子所帶電荷越多，則金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔沸點(diǎn)越高、硬度越大。第八頁，共四十八頁。1．金屬的下列性質(zhì)中和金屬晶體無關(guān)的是（）A．良好的導(dǎo)電性B．反應(yīng)中易失電子C．良好的延展性D．良好的導(dǎo)熱性B第九頁，共四十八頁。3.要使金屬晶體熔化必須破壞其中的金屬鍵。金屬晶體熔、沸點(diǎn)高低和硬度大小一般取決于金屬鍵強(qiáng)弱，而金屬鍵與金屬陽離子所帶電荷的多少及半徑大小有關(guān)。由此判斷下列說法正確的是(

)A．金屬鎂的熔點(diǎn)大于金屬鋁B．堿金屬單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)從Li到Cs是逐漸增大的C．金屬鋁的硬度大于金屬鈉D．金屬鎂的硬度小于金屬鈣C第十頁，共四十八頁。二、金屬晶體的原子堆積模型1、幾個(gè)概念配位數(shù)：在晶體中與每個(gè)微粒緊密相鄰且距離相等的微粒個(gè)數(shù)空間利用率：晶體的空間被微粒占滿的體積百分?jǐn)?shù)用來表示緊密堆積程度金屬晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

等徑剛性圓球相切、高度有序緊密堆積。堆積越緊密，體系能量越低，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。第十一頁，共四十八頁。合作探究

三維空間里金屬晶體原子的堆積方式二維(平面)空間堆積：非密置層A14321362A5密置層配位數(shù)為4配位數(shù)為64第十二頁，共四十八頁。金屬的三維堆積方式有哪些呢問題1、將非密置層與非密置層進(jìn)行堆積，分析有幾種堆積方式？問題2、將密置層與密置層進(jìn)行最密堆積，分析有幾種堆積方式？？合作探究活動(dòng)：以小組為單位，針對(duì)問題1、2，利用提供的模型進(jìn)行堆積，并討論交流。第十三頁，共四十八頁。2、金屬的三維堆積方式①簡(jiǎn)單立方堆積唯一金屬——釙第十四頁，共四十八頁。簡(jiǎn)單立方堆積的配位數(shù)=6第十五頁，共四十八頁。簡(jiǎn)單立方堆積的空間占有率=52%球半徑為r正方體邊長(zhǎng)為a=2r第十六頁，共四十八頁。②體心立方堆積（鉀型）K、Na、Fe第十七頁，共四十八頁。體心立方堆積的配位數(shù)=8第十八頁，共四十八頁。體心立方堆積的空間占有率=68%體對(duì)角線長(zhǎng)為c面對(duì)角線長(zhǎng)為b棱線長(zhǎng)為a球半徑為rc2=b2+a2

b2=a2+a2

c=4r(4r)2=3a2第十九頁，共四十八頁。第二十頁，共四十八頁。

下圖是此種堆積的前視圖

配位數(shù)

。(同層

，上下層各

。)1263ABA③六方最密堆積（鎂型）Mg、Zn、Ti第二層對(duì)第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1，3，5位。第三層的球?qū)?zhǔn)第一層的球。于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即ABAB堆積方式第二十一頁，共四十八頁。六方最密堆積的晶胞第二十二頁，共四十八頁。六方最密堆積的晶胞第二十三頁，共四十八頁。六方最密堆積的空間占有率=74%上下面為菱形邊長(zhǎng)為半徑的2倍2r高為2倍正四面體的高第二十四頁，共四十八頁。第二十五頁，共四十八頁。123456123456第二層對(duì)第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1，3，5位。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。④面心立方最密堆積第二十六頁，共四十八頁。此種堆積的前視圖

第四層再排A，于是形成

ABCABC三層一個(gè)周期。

配位數(shù)

。(同層

，上下層各

)1263ABCA第二十七頁，共四十八頁。123456第二十八頁，共四十八頁。立方面心最密堆積的配位數(shù)=12第二十九頁，共四十八頁。立方面心最密堆積的空間占有率=74%第三十頁，共四十八頁。第三十一頁，共四十八頁。3.

關(guān)于鉀型晶體(如右圖所示)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(gè)晶胞內(nèi)含2個(gè)原子D.每個(gè)晶胞內(nèi)含6個(gè)原子活學(xué)活用C第三十二頁，共四十八頁。4.金晶體是面心立方體，立方體的每個(gè)面上5個(gè)金原子緊密堆砌(如圖，其余各面省略)，金原子半徑為Acm。求：(1)金屬體中最小的一個(gè)立方體含有_____個(gè)金原子。解析根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，金晶體中最小的一個(gè)立方體含有(8×1/8＋6×1/2)＝4個(gè)金原子。4第三十三頁，共四十八頁。(2)金的密度為_________g·cm－3。(用帶A計(jì)算式表示)第三十四頁，共四十八頁。(3)金原子空間占有率為___________。(Au的相對(duì)原子質(zhì)量為197，用帶A計(jì)算式表示)0.74或74%第三十五頁，共四十八頁。學(xué)習(xí)小結(jié)第三十六頁，共四十八頁。當(dāng)堂檢測(cè)1.金屬的下列性質(zhì)中和金屬晶體無關(guān)的是(

)A.良好的導(dǎo)電性

B.反應(yīng)中易失電子C.良好的延展性

D.良好的導(dǎo)熱性解析

A、C、D都是金屬共有的物理性質(zhì)，這些性質(zhì)都是由金屬晶體所決定的；金屬易失電子是由金屬原子的結(jié)構(gòu)決定的，所以和金屬晶體無關(guān)。1234B第三十七頁，共四十八頁。2.下列有關(guān)金屬晶體的說法中不正確的是(

)A.金屬晶體是一種“巨分子”B.“電子氣”為所有原子所共有C.簡(jiǎn)單立方堆積的空間利用率最低D.體心立方堆積的空間利用率最高1234第三十八頁，共四十八頁。解析根據(jù)金屬晶體的電子氣理論，選項(xiàng)A、B都是正確的；金屬晶體的堆積方式中空間利用率分別是簡(jiǎn)單立方堆積52%，體心立方堆積68%，面心立方最密堆積和六方最密堆積均為74%。因此簡(jiǎn)單立方堆積的空間利用率最低，六方最密堆積和面心立方最密堆積的空間利用率最高。答案

D1234第三十九頁，共四十八頁。3.結(jié)合金屬晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，回答以下問題：(1)已知下列金屬晶體：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au。①簡(jiǎn)單立方堆積的是_________________________________；②體心立方堆積的是_________________________________；③六方最密堆積的是_________________________________；④面心立方最密堆積是_______________________________。1234第四十頁，共四十八頁。解析簡(jiǎn)單立方堆積的空間利用率低，金屬Po采取這種方式。體心立方堆積是上層金屬原子填入下層金屬原子形成的凹穴中，這種堆積方式的空間利用率比簡(jiǎn)單立方堆積的高，多數(shù)金屬是這種堆積方式。六方最密堆積按ABAB……的方式堆積，面心立方最密堆積按ABCABC……的方式堆積，六方最密堆積常見金屬為Mg、Zn、Ti，面心立方最密堆積常見金屬為Cu、Ag、Au。答案

①Po

②Na、K、Fe

③Mg、Zn

④Cu、Au1234第四十一頁，共四十八頁。(2)根據(jù)下列敘述，判斷一定為金屬晶體的是_____(填序號(hào))。A.由分子間作用力形成，熔點(diǎn)很低B.由共價(jià)鍵結(jié)合形成網(wǎng)狀晶體，熔點(diǎn)很高C.固體有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性解析

A項(xiàng)屬于分子晶體；B項(xiàng)屬于原子晶體；而C項(xiàng)是金屬的通性。C1234第四十二頁，共四十八頁。(3)下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是_____(填序號(hào))。A.常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在B.金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈作用，在一定外力作用下，不因形變而消失C.鈣的熔、沸點(diǎn)高于鉀D.溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好1234第四十三頁，共四十八頁。解析常溫下，Hg為液態(tài)，A錯(cuò)；因?yàn)榻饘冁I無方向性，故金屬鍵在一定范圍內(nèi)不因形變而消失，B正確；鈣的金屬鍵強(qiáng)于鉀，故熔、沸點(diǎn)高于鉀，C正確；溫度升高，金屬的導(dǎo)電性減弱，D錯(cuò)。答案

BC1234第四十四頁，共四十八頁。12344.Al的晶體中原子的堆積方式如圖甲所示，其晶胞特征如圖乙所示，原子之間相互位置