高中化学选修三（人教版 课件）-第三章　晶体结构与性质 3.3.pptx

1、第三节第三节 金属晶体金属晶体 目标导航 预习导引 1.了解金属键的定义,能解释金属的物理性质。 2.了解金属晶体原子堆积的四种模型。 3.掌握四种金属晶体堆积模型中原子个数的求算方法 1.理解金属键的概念,能用电子气理论解释金属具有导电、 导热、延展性的原因。 2.掌握金属晶体的四种基本堆积模型,空间利用率和配位数 的简单计算。 3.对四种模型中原子的个数进行求算 目标导航 预习导引 一 二 三 一、金属键一、金属键 1.定义:金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子 气”,被所有原子共有,从而把所有的金属原子维系在一起。 2.成键微粒是:金属阳离子和自由电子。 3.应用:“电子气”

2、理论能很好地解释金属材料良好的延展性、导 电性、导热性。 目标导航 预习导引 一 二 三 电解质在熔融状态或溶于水时能导电,这与金属导电的本质是否 相同? 答案:金属导电依靠的是自由电子,电解质熔融或溶于水后导电 依靠的是自由移动的阳、阴离子。金属导电过程不会生成新物质, 属物理变化;而电解质导电的同时要在阴、阳两极生成新物质,属 化学变化,二者的导电本质是不同的。另外金属的导电能力随温度 的升高而减弱,而电解质溶液或熔融状态的电解质的导电能力随温 度的升高而增强。 目标导航 预习导引 一 二 三 二、金属晶体的原子堆积模型二、金属晶体的原子堆积模型 1.二维空间模型 金属原子的二维平面放置有

3、非密置层和密置层两种,其配位数分 别为4、6。 2.三维空间模型 (1)简单立方堆积 相邻非密置层原子的原子核在一条直线上堆积,形成的晶胞是一 个立方体,每个晶胞含1个原子。这种堆积方式空间利用率低,只有 金属钋是这种堆积方式。 目标导航 预习导引 一 二 三 (2)体心立方堆积 它是另一种非密置层堆积方式,将上层金属填入下层金属原子形 成的凹穴中。这种堆积方式比简单立方堆积空间利用率高。如碱 金属就是这种堆积方式。 (3)六方最密堆积和面心立方最密堆积 密置层原子按照体心立方堆积的方式堆积时,如果按照 ABABABAB的方式堆积时为六方最密堆积,如果按照 ABCABCABC的方式堆积时为面心

4、立方最密堆积。这两种堆 积方式都是金属的最密堆积,配位数均为12,空间利用率均为74%, 但两者得到的晶胞不同。 目标导航 预习导引 一 二 三 晶体的构成粒子采取密堆积有何意义? 答案:晶体的构成粒子采取密堆积的形式形成晶体可以提高空间 利用率,降低体系能量,整个体系的能量越低,所形成的晶体就越稳 定,这是由自然规律所决定的。 目标导航 预习导引 一 二 三 三、石墨三、石墨 1.结构特点层状结构 (1)同层内,碳原子采用sp2杂化,以共价键相结合形成正六边形平 面网状结构。所有碳原子的2p轨道平行且相互重叠,p电子可在整 个平面中运动。 (2)层与层之间以范德华力相结合。 2.晶体类型 石

5、墨晶体中,既有共价键,又有金属键和范德华力,属于混合晶体。 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 一、金属通性一、金属通性 金属共同的物理性质:容易导电、导热、有延展性等。 1.导电性:金属内部的原子之间的“电子气”的流动是无方向性的, 在外加电场的作用下,电子气在电场中定向移动形成电流。 2.导热性:电子气中的自由电子在热的作用下与金属阳离子频繁 碰撞,把能量从温度高的部分传到温度低的部分,从而使整块金属 达到相同的温度。 3.延展性:当金属受到外力作用时,晶体中的各原子层就会发生相 对滑动,但不会改变原来的排列方式,弥漫在金属原子间的电子气 可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用

6、,所以在各原子层之间 发生相对滑动以后,仍可保持这种相互作用,因而即使在外力作用 下,发生形变也不易断裂。 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 4.熔、沸点:金属键的强弱与金属阳离子半径、金属阳离子所带 电荷有关。金属阳离子半径越小,离子所带的电荷越多,则金属键 越强,金属的熔、沸点越高,硬度越大。同周期的金属单质,从左到 右熔、沸点升高,硬度增大;同主族的金属单质,从上至下熔、沸点 降低,硬度减小。 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 试分析比较金属键和共价键、离子键的异同点。 答案:(1)相同点:三种化学键都是微粒间的电性作用。 (2)不同点:共价键是相邻两原子间的

7、共用电子对的相互作用;离 子键是原子得失电子形成阴、阳离子,阴、阳离子间产生静电作用; 金属键是金属离子与自由电子的静电引力、金属离子之间的电性 斥力的综合作用。 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 金属的下列性质中,不能用金属晶体结构加以解释的是( ) A.易导电 B.易导热 C.有延展性 D.易锈蚀 解析:金属晶体内的自由电子和金属阳离子的作用使得金属具有 导电性、导热性、延展性,而部分金属的易锈蚀是因为这些金属较 活泼而易被空气氧化所致。 答案:D 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 关于金属性质和原因的描述不正确的是( ) (导学号52700046) A.金属一

8、般具有银白色光泽,是物理性质,与金属键没有关系 B.金属具有良好的导电性,是因为在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便 形成了电流,所以金属易导电 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,传递了能量 D.金属晶体具有良好的延展性,是因为金属晶体中的原子层可以 滑动而不破坏金属键 一 二 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 解析:金属具有金属光泽是金属中的自由电子吸收了可见光,又 把各种波长的光大部分再反射出来,因而金属一般显银白色光泽; 金属导电性是在外加电场作用下,“电子气”

9、中的电子定向移动形成 电流;导热性是自由电子受热后,与金属离子发生碰撞,传递了能量; 良好的延展性是因为金属晶体中的原子层发生滑动,但金属键未被 破坏。 答案:A 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 二、金属晶体的原子堆积模型二、金属晶体的原子堆积模型 堆积模型 采纳这种堆积的典 型代表 空间利用率 配位数 晶胞 简单立 方堆积 Po 52% 6 体心立 方堆积 Na、K、Fe 68% 8 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 堆积模型 采纳这种堆积的典 型代表 空间利用率 配位数 晶胞 六方最 密堆积 Mg、Zn、Ti 74% 12 面心立方 最密堆积 Cu、Ag、Au 74% 12 一

10、二 知识精要 典题例解 迁移应用 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 【例2】 结合金属晶体的结构和性质,回答以下问题: (1)已知下列金属晶体:Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au。 其堆积方式为: 简单立方堆积的是 ; 体心立方堆积的是 ; 六方最密堆积的是 ; 面心立方最密堆积的是 。 (2)根据下列叙述,判断一定为金属晶体的是 。 A.由分子间作用力形成,熔点很低 B.由共价键结合形成网状晶体,熔点很高 C.固体有良好的导电性、导热性和延展性 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 解析:(1)简单立方堆积的空间利用率太低,只有金属Po采取这种 方式。体心立方堆积是上层金属原子

11、填入下层的金属原子形成的 凹穴中,这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积的高,多数金 属是这种堆积方式。六方最密堆积按ABAB方式堆积,面心立 方最密堆积按ABCABC方式堆积,采取六方最密堆积的常见金 属为Mg、Zn、Ti,采取面心立方最密堆积的常见金属为Cu、Ag、 Au。 (2)A项属于分子晶体的特点;B项属于原子晶体的特点;而C项是 金属的通性。 答案:(1)Po Na、K、Fe Mg、Zn Cu、Au (2)C 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示,有关说法正确 的是( ) (导学号52700047) A.为简单立方堆积 为六方最密堆积 为

12、体心立方堆积 为面心立方最密堆积 B.每个晶胞含有的原子数分别为1个 2个 2个 4个 C.晶胞中原子的配位数分别为6 8 8 12 D.空间利用率的大小关系为 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 解析:为简单立方堆积,为体心立方堆积,为六方最密堆积, 为面心立方最密堆积,A项错误;每个晶胞中含有的原子数分别为: ,B项正确;晶胞中 原子的配位数应为12,其他判断正确,C项不正确;四种晶体的空间 利用率分别为52%、68%、74%、74%,所以D项不正确。 答案:B 8 1 8=1,8 1 8+1=2,8 1 8+1=2,8 1 8+6 1 2=4 案例探究 方法总结 原子空间利用率的计算方

13、法 金属晶体的堆积方式、空间利用率和配位数关系正确的是( ) A.钋Po简单立方堆积52%6 B.钠Na体心立方堆积74%12 C.锌Zn六方最密堆积68%8 D.银Ag面心立方最密堆积68%12 解析:利用堆积方式来推导空间利用率和配位数。B项,体心立方堆 积的空间利用率为68%,配位数为8;C项,Zn为六方最密堆积,空间利 用率为74%,配位数为12;D项,Ag为面心立方最密堆积,空间利用率 为74%,配位数为12;A项,堆积方式、空间利用率和配位数均正确。 答案:A 案例探究 方法总结 1.首先把堆积方式抽象成晶胞模型。 2.均摊法计算晶胞的微粒个数,计算微粒所占的体积。 3.计算晶胞的总体积。 4.空间利用率等于微粒总体积比晶胞总体积。