金属晶体-课件.pptx

1、精品课件第三章 晶体结构与性质新人教版 金属晶体金属晶体特级教师优秀课件精选教学目标教学目标知道金属键的涵义和金属晶体的结构特点。熟知金属晶体的原子堆积模型的分类及结构特点。能用电子气理论解释金属的一些物理性质。教学重点教学重点教学难点教学难点金属键的涵义；用“电子气理论”解释金属的一些物理性质；金属晶体的4种基本堆积模型。金属晶体的4种基本堆积模型。知识回顾知识回顾我们已经学习了分子晶体和原子晶体，来简要复习一下它们：分子不导电，个别为半导体很大很高共价键原子固体和熔融态都不导电，部分溶于水导电较小较低分子间作用力这节课我们来学习金属晶体，你能总结出金属的通性吗？知识回顾知识回顾金属共同的物

2、理性质：容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。Au CuAg知识回顾知识回顾为什么金属会有一些共同的性质？为什么金属的物理性质与分子晶体、原子晶体的有非常明显的区别？电子气理论电子气理论这是由金属晶体的结构所决定的。在金属晶体中，原子之间以_相互结合。描述金属键本质最简单的理论是电子气理论。何为电子气理论？金属键电子气理论电子气理论电子气理论：金属原子的最外层电子数较_，容易_电子成为金属离子，金属原子释放出的价电子不专门属于某个特定的金属离子，而为许多金属离子所共有，并在整个金属中_，这些电子又称为_。少 自由电子自由运动失去电子气理论电子气理论自由电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块

3、金属的“电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。金属晶体跟原子晶体一样，可以看成是一种“巨分子”。电子气理论电子气理论金属原子堆积成金属晶体，自由电子在整个晶体中运动：金属晶体与金属键金属晶体与金属键小结：金属键特征：_方向性和饱和性。金属键存在：_和_中。成键微粒：_和_。金属晶体：通过_结合形成的_晶体。金属键：_和_之间_的相互作用。金属离子没有合金金属单质自由电子金属阳离子单质金属键强烈自由电子金属晶体与金属键金属晶体与金属键含阳离子的晶体中一定含有阴离子吗？晶体中有阳离子不一定有阴离子，如金属晶体中只有阳离子和自由电子，没有阴离子，但有阴离子时，一定有阳离子。金属的物

4、理性质金属的物理性质金属键的强弱取决于什么？各种金属键的强度差别很大。例如金属钠熔点较低、硬度较小，而钨是熔点最高、硬度最大的金属。金属键越强，金属的熔沸点_，硬度一般也_。金属阳离子半径越_，离子所带电荷数越_，自由电子越_，金属键越强。金属阳离子半径和离子所带电荷数。小 越大越高多多金属的物理性质金属的物理性质已知碱金属元素的熔沸点随原子序数增大而递减，试用金属键理论加以解释。碱金属阳离子所带电荷数相同，从上到下，离子半径依次增大，则单质中所形成的金属键依次减弱，故碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减。金属的物理性质金属的物理性质试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小？同周期元素，

5、从左到右，离子所带电荷数依次增多，且离子半径依次减小，则单质中所形成的金属键依次增强，故钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小顺序是：钠镁铝。金属的物理性质金属的物理性质电子气理论可以解释金属的一些特殊物理性质，例如延展性：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（如下图），而且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，所以金属都有良好的延展性。金属的物理性质金属的物理性质当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子时，就像在滚珠之间掺入了细小而坚硬的沙土或碎石一样，会使这种金属的延展性甚至硬度发生改变，这也是对金属材料形成合金后性能发生

6、改变的一种粗浅解释。金属的物理性质金属的物理性质电子气理论还可以解释导电性：温度越高，自由电子的无规则运动越_，金属导电性越_。在金属晶体中，电子气（自由电子）的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下，自由电子定向运动形成电流，所以金属容易导电。不同的金属导电能力不同，导电性最强的三种金属是：Ag、Cu、Al。剧烈 差金属的物理性质金属的物理性质电解质在熔化状态或溶于水能导电，这与金属导电的本质是否相同？水溶液或熔融状态下 减弱物理变化自由电子晶体状态增强化学变化自由移动的离子金属的物理性质金属的物理性质此外，电子气理论还可以解释金属的导热性：温度越高，金属的导热性越_。电子气在运动时经常

7、与金属离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的电子气能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。电子气在热的作用下与金属原子频繁碰撞，从而把能量从温度高的部分传到温度低的部分，使整块金属达到相同的温度。差金属的物理性质金属的物理性质金属晶体的结构与金属性质的内在联系：金属的物理性质金属的物理性质金属的导电性、导热性、延展性都与金属键有关，金属在反应中易失去电子与金属键有关吗？金属易失电子是由原子结构决定的，与金属键无关。金属的物理性质金属的物理性质你知道金属为什么一般都有光泽和颜色吗？当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出

8、去，所以成黑色。由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。金属的物理性质金属的物理性质你知道几个金属之最？硬度最大的金属铬（9.0）硬度最小的金属铯（0.2）密度最大的金属锇（22.57 g/cm）密度最小的金属锂（0.53 g/cm）熔点最高的金属钨（3410）熔点最低的金属汞（-38.87）金属的物理性质金属的物理性质延性最好的金属铂（铂丝直径：1/5000 mm）最稳定的金属金最活泼的金属铯展性最好的金属金（金箔厚：1/10000 mm）密置层与非密置层

9、密置层与非密置层金属晶体有什么结构特征呢？空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积百分数，用它来表示紧密堆积的程度。配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数。紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。在学习金属晶体的原子堆积模型之前，先了解几个概念：密置层与非密置层密置层与非密置层金属晶体中的原子可以看成直径相等的小球。假设从盒子中取出4组小球（3个排成一条直线的）：将小球放置在平面上，排成4排，使球面紧密接触，有哪些排列方式？密置层与非密置层密置层与非密置层因此，二维平面上金属原子紧密排列有两种方式：1234配位数为4 空隙最小，密置层空隙较大，非密置层 配

10、位数为6123456密置层与非密置层密置层与非密置层空隙的类型：3个小球形成一个三角形空隙，有2种空隙。4个小球形成一个四边形空隙，此空隙只有1种。简单立方堆积简单立方堆积金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成。先将两组小球以非密置层的排列方式排列在一个平面上：第二层小球的球心正对着第一层小球形成的空穴第二层小球的球心正对着第一层小球的球心在其上方再堆积一层非密置层排列的小球，使相邻层上的小球紧密接触，有哪些堆积方式？简单立方堆积简单立方堆积因此非密置层在空间有2种堆积方式。我们先看第一种：简单立方堆积。每个晶胞含原子：简单立方晶胞简单立方堆积简单立方堆积配位数为6：同层4个，上下层各1个

11、1234123456简单立方堆积简单立方堆积空间利用率约为52.3%：这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋(Po)采取这种方式。首先看金属原子半径r与立方体边长a的关系：_。a=2r体心立方堆积体心立方堆积再看第二种非密置层堆积方式：体心立方堆积。体心立方晶胞每个晶胞含原子：上下层各4个配位数为812345687空间利用率约为68.0%：体心立方堆积体心立方堆积这种堆积方式的空间利用率较高，许多金属例如碱金属钾采取。首先看金属原子半径r与立方体边长a、体对角线长b的关系：_。六方最密堆积六方最密堆积金属原子密置层的堆积方式有几种呢？关键是第三层，对第一二层来说，第三层可有两种最紧密堆积方式

12、。第二层对第一层来讲最紧密的，堆积方式是将球对准1、3、5位。（或对准 2、4、6 位，其情形是一样的）六方最密堆积六方最密堆积第一种是将第三层的球对准第一层的球：下图是此种六方紧密堆积的前视图：注意堆积方式的周期性、稳定性。每两层形成一个周期，即ABAB方式，形成六方最密堆积（镁型）。六方最密堆积六方最密堆积六方密堆积的配位数为12：同层6个，上下层各3个每个晶胞含原子：1个晶胞，形状为平行六面体六方最密堆积六方最密堆积如下图、图，六方晶胞中，DOAB为_，正四面体的高为_。六方晶胞的空间利用率为74%。（计算过程较复杂，不作要求）图正四面体 DG面心立方最密堆积面心立方最密堆积然后我们再看

13、第二种密置层堆积方式，即将第三层的球对准第一层的2、4、6位置：下图是面心立方最密堆积前视图：每三层形成一个周期，即ABCABC方式，形成面心立方最密堆积（铜型）。面心立方最密堆积面心立方最密堆积面心立方密堆积的配位数也为12：同层6个，上下层各3个面心立方最密堆积面心立方最密堆积面心立方密堆积的晶胞如何划分？每个晶胞含原子：面心立方最密堆积面心立方最密堆积求面心立方晶胞的空间利用率：首先看金属原子半径r与立方体边长a的关系：_。堆积模型小结堆积模型小结金属晶体的四种堆积模型对比：简单立方堆积 面心立方堆积六方最密堆积体心立方堆积钋型 铜型镁型钾型堆积模型小结堆积模型小结堆积模型小结堆积模型小

14、结为什么金属晶体绝大多数采用密堆积方式？这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性和饱和性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。练习练习金属的下列性质中，不能用金属的电子气理论加以解释的是（）。B.易导热A.易导电C.有延展性D.易锈蚀练习练习金属晶体的形成是因为晶体中存在（）。A.金属离子间的相互作用B.金属原子间的相互作用C.金属离子与自由电子间的相互作用D.自由电子间的相互作用练习练习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的作用下可发生定向移动C.金属晶体中的

15、金属阳离子在外加电场的作用下可发生定向移动D.金属晶体在外加电场的作用下可失去电子练习练习什么是电子气理论？它怎样定性地解释金属晶体的延展性、导电性和导热性？练习练习有三种固态物质：Cu、Si、Ne，下列三种有关性质的叙述各适用于哪种物质？（1）由分子间作用力结合而成，熔点很低；（2）固体易导电，熔点在1000左右；（3）由共价键结合成的网状晶体，熔点很高。拓展练习拓展练习金属晶体的形成是因为晶体中存在（）。D.金属原子与自由电子间的相互作用C.金属离子与自由电子间的相互作用B.金属原子间的相互作用A.金属离子间的相互作用C金属能导电的原因是（）。拓展练习拓展练习D金属晶体在外加电场作用下可失

16、去电子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A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱B拓展练习拓展练习下列关于金属键的叙述中，不正确的是()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拓展练习拓展练习下列说法

17、正确的是()D.金属镁的硬度小于金属钙C.金属镁的熔点大于金属钠B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的A.金属镁的硬度大于金属铝C拓展练习拓展练习物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。且研究表明，一般来说，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是()D.熔点：CaKC.硬度：MgKB.熔点：MgCaA.硬度：MgAlA拓展练习拓展练习下列关于金属晶体的叙述正确的是()A常温下，金属单质都以金属晶体形式存在B金属晶体的熔点都很高，硬度都很大C钙的熔点、沸点高于钾D温度越高，金属的导电性越好C拓展练习拓展练习按下列四种有关性质的叙述

18、，可能属于金属晶体的是()A由分子间作用力结合而成，熔点低B固体或熔融后易导电，熔点在1000 左右C由共价键结合成网状结构，熔点高D固体和熔融状态不导电，但溶于水后可能导电B拓展练习拓展练习下列有关金属键的叙述错误的是()A金属键没有饱和性和方向性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 B拓展练习拓展练习金属晶体堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因()A金属原子的价电子数少 B金属晶体中有“自由电子”C金属原子的原子半径大 D金属键没有饱和性和方向性D拓展练习拓展练习下列关于金属及金属键的说法

19、正确的是()A.金属键具有方向性与饱和性B.金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用C.金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子D.金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光B拓展练习拓展练习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（）A.为简单立方堆积，为六方最密堆积，为体心立方堆积，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：6，8，8，12D.空间利用率的大小关系为：B拓展练习拓展练习对图中某晶体结构的模型进行分析，有关说法正确的是()A该种堆积方式为六方最密堆积B该种堆积方式称为体心立方堆积C该种堆积方式

20、称为面心立方堆积D金属Mg就属于此种最密堆积方式C拓展练习拓展练习关于钾型晶体(如图)的结构的叙述中正确的是()A是密置层的一种堆积方式 B晶胞是六棱柱C每个晶胞内含2个原子 D每个晶胞内含6个原子C拓展练习拓展练习拓展练习拓展练习(1)Cu2O在稀硫酸中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如下图所示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近的铜原子数目为_。(2)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为_。列式表示Al单质的密度1212拓展练习拓展练习回答下列问题：(1)图甲所示为二维平面晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是_(填序号)。b拓展练习拓展练习(2)图乙为

21、金属铜的一个晶胞，请完成以下各题。该晶胞“实际”拥有的铜原子数是_个。该晶胞称为_(填序号)。A.六方晶胞B.体心立方晶胞C.面心立方晶胞 4C此晶胞中立方体的边长为a cm，Cu的相对原子质量为64，金拓展练习拓展练习(3)1 183 K以下纯铁晶体的基本结构单元如图1所示，1 183 K以上转变为图2所示的基本结构单元，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。铁原子的简化电子排布式为_；铁晶体中铁原子以_键相互结合。金属拓展练习拓展练习图1和图2中，铁原子的配位数之比为_。纯铁晶体在晶型转变前后，两者基本结构单元的边长之比为23(1183 K以下与1183 K以上之比)_。拓展练习拓展练习转

22、变温度前后两者的密度之比为(1183 K以下与1183 K以上 之比)_。4金属晶体与金属键金属晶体与金属键1.金属键：_和_之间强烈的相互作用。金属晶体：通过_结合形成的单质晶体。4.金属阳离子半径越_，离子所带电荷数越_，自由电子越_，金属键越强。3.金属键_方向性和饱和性。2.描述金属键本质最简单的理论是_。金属离子 多多小没有电子气理论金属键自由电子金属晶体与金属键金属晶体与金属键5.金属键越强，金属的熔沸点_，硬度一般也_。6.电子气理论可以解释如下性质：自由电子在外加电场作用下定向移动 晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用自由电子与金属离子碰撞传递热量越高 越大金属原子的堆积模型金属原子的堆积模型1.金属原子的二维排列有_和_两种方式。4.密置层原子在三维有_和_两种堆积方式。3.非密置层原子在三维有_和_两种堆积方式。2.非密置层的配位数为_，密置层的配位数为_。非密置层 面心立方密堆积六方密堆积体心立方简单立方64密置层金属原子的堆积模型金属原子的堆积模型Po（钋）CuMgK4221612128