1、第三节第三节 金属晶体金属晶体物质结构与性质第三章第三节 第一课时第一课时教学目标教学目标 知识与能力知识与能力 1、了解金属的性质和形成原因 2、掌握金属键的本质“电子气理论”3、能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释金属的性质教学重点：教学重点：金属具有共同物理性质的解释。教学难点：教学难点：金属键和电子气理论。离子晶体、分子晶体、原子晶体结构离子晶体、分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较与性质关系的比较 晶体类型晶体类型分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体结结构构粒子间的作用力粒子间的作用力性性质质硬度硬度溶、沸点溶、沸点导电导电溶解性溶解性构成晶体粒子构成晶体粒子分子分子原子原子分子间作
2、用力分子间作用力共价键共价键结构、性质结构、性质较小较小较大较大较低较低很高很高固态和熔融状固态和熔融状态都不导电态都不导电不导电不导电相似相溶相似相溶难溶于常见溶剂难溶于常见溶剂复习提问复习提问金属样品金属样品 一一、金属共同的物理性质金属共同的物理性质容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。金属为什么具有这些共同性质呢金属为什么具有这些共同性质呢?二、金属的结构二、金属的结构（1）构成粒子：）构成粒子：（2）粒子间作用力：）粒子间作用力：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子金属离子和自由电子之间的较强作金属离子和自由电子之间的较强作用用 金属键（
3、电子气理论）金属键（电子气理论）金属晶体：金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体通过金属键作用形成的单质晶体金属键：金属键：金属离子与自由电子之间的较金属离子与自由电子之间的较强作用力。强作用力。（1）金属键强弱的判断的方法：金属阳离子所）金属键强弱的判断的方法：金属阳离子所带电荷数越多，半径越小，金属键越强。带电荷数越多，半径越小，金属键越强。（2）金属键没用方向性和饱和性。）金属键没用方向性和饱和性。（3）金属键的本质）金属键的本质“电子气理论电子气理论”【讨论讨论1 1】1 1、金属为什么易导电？、金属为什么易导电？2、金属导电与电解质在熔融状态下的导电，电解质、金属导电与电解质在熔融状
4、态下的导电，电解质溶液的导电有什么不同？溶液的导电有什么不同？三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系1、金属晶体结构与金属导电性的关系、金属晶体结构与金属导电性的关系 金属导电是有自由移动的电子，而电解质在融熔金属导电是有自由移动的电子，而电解质在融熔状态下和溶液中导电是有自由移动的离子。状态下和溶液中导电是有自由移动的离子。在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些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运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子自由电子就会就会发生定向运动发生定向运动，因而
5、形成电流，所以金属容易导电。，因而形成电流，所以金属容易导电。【讨论讨论2 2】1 1、金属为什么易导热？金属为什么易导热？2 2、金属晶体导热过程中粒子运动情况如何？、金属晶体导热过程中粒子运动情况如何？3 3、这些粒子通过什么方式传递热量？、这些粒子通过什么方式传递热量？4 4、热量传递的方向及最后整个金属晶体温度高低情况、热量传递的方向及最后整个金属晶体温度高低情况怎样？怎样？自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，引起两者能量自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度
6、加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分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，从而使整块金属达到相同的温度。到相同的温度。2、金属晶体结构与金属导热性的关系、金属晶体结构与金属导热性的关系【讨论讨论3 3】1 1、金属为什么具有较好的延展性？金属为什么具有较好的延展性？2 2、金属键在金属延展过程中是否发生断裂？、金属键在金属延展过程中是否发生断裂？3、金属晶体结构与金属延展性的关系、金属晶体结构与金
7、属延展性的关系 原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键的原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性。而金属晶体中由于金断裂，因而难以锻压成型，无延展性。而金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，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。力作用下，发生形变也不易断裂。【总结】金属晶体的结构与性质的关系 导电性导电性导热性导热性延展性延展性金属离金属离子和自子和自由电子由电子自由
8、电子在自由电子在外加电场的外加电场的作用下发生作用下发生定向移动定向移动自由电子自由电子与金属离与金属离子碰撞传子碰撞传递热量递热量晶体中各晶体中各原子层相原子层相对滑动仍对滑动仍保持相互保持相互作用作用4、金属晶体结构具有金属光泽、金属晶体结构具有金属光泽和颜色和颜色 由于自由电子可由于自由电子可吸收所有频率的光吸收所有频率的光，然后，然后很快释很快释放出各种频率的光放出各种频率的光，因此绝大多数，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色某些频率
9、的光而呈现较为特殊的颜色。当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向晶面取向杂乱、晶格排列不规则杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。射不出去，所以成黑色。四四.金属晶体熔点变化规律金属晶体熔点变化规律1、金属晶体熔点变化较大，、金属晶体熔点变化较大，与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子之间的金与金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子之间的金属键的强弱有密切关系属键的强弱有密切关系熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点最低的金属：汞（常温时成液态）熔点很高的金属：钨（熔点很高的金属：钨（3410）铁的熔点：铁的熔点：1535
10、 2、一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：、一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多，金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。但金属性越弱但金属性越弱如：如：K Na Mg Al Li Na K Rb Cs资资料料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属是-汞汞熔点最高的金属是熔点最高的金属是-钨钨密度最小的金属是密度最小的金属是-锂锂密度最大的金属是密度最大的金属是-锇锇硬度最小的金属是硬度最小的金属是-铯铯硬度最大的金属是硬度最大的金属是-铬铬
11、最活泼的金属是最活泼的金属是-铯铯最稳定的金属是最稳定的金属是-金金延性最好的金属是延性最好的金属是-铂铂展性最好的金属是展性最好的金属是-金金小结：三种晶体类型与性质的比较小结：三种晶体类型与性质的比较晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念相邻原子之间以共价相邻原子之间以共价键相结合而成具有空键相结合而成具有空间网状结构的晶体间网状结构的晶体分子间以范德分子间以范德华力相结合而华力相结合而成的晶体成的晶体通过金属键形成的通过金属键形成的晶体晶体作用力作用力共价键共价键范德华力范德华力金属键金属键构成微粒构成微粒原子原子分子分子金属阳离子和自由金属阳离子和自由
12、电子电子物物理理性性质质熔沸点熔沸点很高很高很低很低差别较大差别较大硬度硬度很大很大很小很小差别较大差别较大导电性导电性无（硅为半导体）无（硅为半导体）无无导体导体实例实例金刚石、二氧化硅、金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅晶体硅、碳化硅 Ar、S等等Au、Fe、Cu、钢、钢铁等铁等1.1.金属晶体的形成是因为晶体中存在（金属晶体的形成是因为晶体中存在（）A.A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用B B金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.C.金属离子与自由电子间的相互作用金属离子与自由电子间的相互作用 D.D.金属原子与自由电子间的相互作用金属原子与自由电子间的相互作用2.2.金
13、属能导电的原因是（金属能导电的原因是（）A.A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱相互作用较弱 B B金属晶体中的自由电子在外加电场作用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下可发生定向移动 C C金属晶体中的金属阳离子在外加电场作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用下可发生定向移动 D D金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子 练习练习CB3.3.下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子阴离子B B原子晶体
14、中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价离子晶体中只含有离子键，不含有共价键键 D D分子晶体中只存在分子间作用力，不含分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键有其他化学键4.4.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？高？B练习练习第三节第三节 金属晶体金属晶体物质结构与性质第三章第三节 第二课时第二课时教学目标教学目标 知识与能力知识与能力 1、掌握金属晶体的四种原子堆积模型 2、能找出金属晶体的四种基本堆积模型的配位数，能计算空间利用率
15、。4、教学重点：教学重点：金属晶体内原子的空间排列方式教学难点：教学难点：金属晶体内原子的空间排列方式及空间利用率的计算金属晶体的原子堆积模型金属晶体的原子堆积模型（1 1）几个概念）几个概念 紧密堆积紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽：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可能的相互接近，使它们占有最小的空间 配位数配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数微粒个数 空间利用率空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积：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百分数，用它来表示紧密堆积的程度金属原子在二维空间（平面）上有
16、二种排列方式金属原子在二维空间（平面）上有二种排列方式二、金属晶体的原子堆积模型二、金属晶体的原子堆积模型 （a a）非密置层）非密置层 （b b）密置层）密置层 金属晶体可以看成金属原子在三维金属晶体可以看成金属原子在三维空间中堆积而成空间中堆积而成.那么那么,非密置层在三维空间里堆积有非密置层在三维空间里堆积有几种方式？请比较不同方式堆积时金属晶体的配位几种方式？请比较不同方式堆积时金属晶体的配位数、原子的空间利用率、晶胞的区别。数、原子的空间利用率、晶胞的区别。配位数配位数=4 4配位数配位数=6 6思考与交流思考与交流简单立方堆积简单立方堆积1 1、简单立方堆积、简单立方堆积 Po 配
17、位数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：6 61 152%52%2、体心立方堆积体心立方堆积-钾型钾型金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式体心立方堆积体心立方堆积 非密置层的另一种堆积是将上层金属非密置层的另一种堆积是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中原子填入下层的金属原子形成的凹穴中（IA，VB，VIB）配位数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：868%2空间利用率计算例例1：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。解：体心立方晶胞：中心有1个原子，8个顶点各1个原子，每个
18、原子被8个 晶胞共享。每个晶胞含有几个原子:1+8 1/8=2 空间利用率计算空间利用率计算设原子半径为r、晶胞边长为a，根据勾股定理，得：2a 2 +a 2 =(4r)2a43rr16a322空间利用率 =晶胞含有原子的体积/晶胞体积 100%=%68%100a)a43(342ar3423333123456 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1 1，3 3，5 5 位。位。(或对准或对准 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的 )123456AB，关键是第三层。对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧关键是第三层。对
19、第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。密的堆积方式。下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将第三层的球对准第一第一种是将第三层的球对准第一层的球。层的球。123456 于是每两层形成一个周期，于是每两层形成一个周期，即即 AB AB 堆积方式，形成六堆积方式，形成六方紧密堆积方紧密堆积。配位数配位数 。(同层同层 ，上下层各上下层各 。)1212 6 63 3 第二种是将第三层的第二种是将第三层的球球对准第一层的对准第一层的 2 2，4 4，6 6 位位，不同于不同于 AB AB 两层两层的位置的位置，这是这是 C C 层。层。123456
20、123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。得到面心立方堆积得到面心立方堆积。配位数配位数 。(同层同层 ，上下层各上下层各 )12126 6 3 3镁型镁型六方密堆积六方密堆积3、配位数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：1212（同层同层6 6个，上下层各个，上下层各3 3个个）74%74%2 2镁型镁型六方密堆积六方密堆积（Be Mg B B B Be Mg B B B）4 4、铜型、铜型 面心立方面心立方 面心
21、立方面心立方 BCA配位数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：铜型铜型 面心立方面心立方 BCA1212（同层同层6 6个，上下层各个，上下层各3 3个个）74%74%4 4（B Pb Pd Pt）例2：求面心立方晶胞的空间利用率.解：晶胞边长为a，原子半径为r.由勾股定理：a 2+a 2 =(4r)2 a=2.83 r每个面心立方晶胞含原子数目：8 1/8+6 =4=(4 4/3 r 3)/a 3 =(4 4/3 r 3)/(2.83 r)3 100%=74%空间利用率计算三、金属晶体的结构特征三、金属晶体的结构特征：在金属晶体里，金属阳离子有规则地紧密堆积
22、，自由电子几乎均匀分布在整个晶体中，不专属哪几个特定的金属离子，而是被许多金属离子共有。四、金属晶体的熔点变化规律：四、金属晶体的熔点变化规律：（1）金属晶体熔点变化差别较大。如汞在常温下是液体，熔点很低（38.9。C）。而铁等金属熔点很高（1535。C）。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子与自由电子的静电作用力不同而造成的差别。（2）一般情况下（同类型的金属晶体），金属晶体的熔点由金属阳离子半径、所带的电荷数、自由电子的多少而定。阳离子半径越小，所带的电荷越多，自由电子越多，相互作用就越大，熔点就会越高。1 1、金属晶体的四种堆积模型对比、金属晶体的四种堆积模型对比阅读阅读资料卡片资料卡片并掌握并掌握
