金属晶体+高二下学期化学人教版选择性必修2

金属晶体第三节金属晶体与离子晶体第一课时学习晶体的一般方法分析构成微粒分析微粒间的相互作用晶体类型研究晶体结构晶体性质用途决定反映决定反映决定反映铝锂合金用于C919飞机的外壳国家体育场的钢架结构铜电缆1g黄金可以拉成2～4km的金线金属具有怎样的物理性质？金属晶体内微粒又是如何结合的？任务1金属键与金属晶体金属（除汞外）在常温下都是晶体，称其为金属晶体。金属晶体中，除了纯金属，还有大量的合金。大多数合金是以一种金属为主要组成，如以铁为主要成分的碳钢、锰钢、不锈钢等，以铜为主要成分的黄铜、青铜、白铜等。晶体类型金属晶体分子晶体共价晶体物理性质1、金属晶体的物理性质良好的导电性、导热性、延展性，具有金属光泽等熔、沸点较低硬度小不导电熔、沸点很高硬度很大一般不导电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、共价晶体的性质有非常明显的区别？任务1金属键与金属晶体金属晶体的结构就好像很多硬球一层一层很紧密地堆积，每一个原子周围有较多相同地原子围绕，原子之间以金属键相互结合。任务1金属键与金属晶体金属原子金属阳离子失去价电子脱落的价电子遍布整块晶体金属键电子气理论示意图把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，电子在整个三维空间运动，属于整块固态金属，被所有原子所共有，从而把所有的金属原子维系在一起。2、“电子气”理论——描述金属键本质的理论任务1金属键与金属晶体概念：金属阳离子（由金属原子脱落价电子后形成）和自由电子间强烈的相互作用称为金属键。金属键的成键微粒：金属阳离子和自由电子电子气理论示意图自由电子不是专属于某个特定的金属阳离子，而是在整块固态金属中自由移动。金属晶体与共价晶体一样是一种“巨分子”。大多数合金以一种金属为主要组成，如以铁为主要成分的碳钢、锰钢、不锈钢等，以铜为主要成分的黄铜、青铜、白铜等。金属键的特征：既没有方向性，也没有饱和性存在：存在于金属单质和合金中(晶体锗、灰锡除外)任务2金属晶体的物理性质思考1：观察下表金属熔、沸点数据，你发现了什么规律？如何解释？元素3Li(锂)11Na(钠)19K(钾)37Rb(铷)55Cs(铯)Hg(汞)Fe(铁)W(钨)熔点/℃180.597.8163.6538.8928.84-3915353410沸点/℃1347822.9774688678.435727505660提示：金属晶体熔化需要克服金属键，金属键越强，金属晶体的熔、沸点越高。1、从Li到Cs，均为第ⅠA族碱金属，它们价电子数相同，但原子半径依次增大，导致金属键的键能越来越小，金属的熔、沸点也就依次降低。2、不同金属晶体，其金属键的键能大小相差得非常大。有金属键非常弱的，如Hg(汞)；也有金属键非常强的，如W(钨)。因此，金属晶体的熔沸点、硬度跨度非常大。任务2金属晶体的物理性质1、影响金属键强弱的因素金属键金属的物理性质决定原子半径价电子数原子半径越小，价电子数越多，金属键越强，反之，金属键越弱延展性导电性导热性金属光泽......熔沸点金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。影响任务2金属晶体的物理性质2、用“电子气”理论解释金属的物理性质良好的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，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，所以金属有良好的延展性。金属铜外力错位任务2金属晶体的物理性质2、用“电子气”理论解释金属的物理性质良好的延展性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砂土或碎石一样，会使这种金属的延展性甚至硬度发生改变。纯金属内原子排列十分规整合金内原子层之间的相对滑动变得困难任务2金属晶体的物理性质2、用“电子气”理论解释金属的物理性质良好的导热性电子气理论示意图自由电子在运动时与金属阳离子碰撞，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增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传递给金属阳离子。自由电子与金属阳离子频繁碰撞，把能量从温度高的部分传递到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。任务2金属晶体的物理性质2、用“电子气”理论解释金属的物理性质良好的导电性外加电场在金属晶体中，存在许多自由电子，这些电子移动是没有方向的，但是在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动，形成电流，使金属表现出导电性。注意：温度升高，金属阳离子的振动加强，阻碍自由电子的运动，因而金属的电阻随温度升高而增大。所以金属的电导率随温度升高而降低。任务2金属晶体的物理性质2、用“电子气”理论解释金属的物理性质良好的导电性问题1：金属在固态或者熔融态都具有导电性，那么能导电的晶体一定是金属晶体吗？金属晶体具有导电性，但能导电的晶体不一定是金属晶体。例如石墨是非金属单质，但石墨能导电；还有一大类能导电的有机高分子化合物(如聚乙炔)，也不属于金属。问题2：金属和电解质溶液都能导电，两者有什么区别？金属导电的粒子是自由电子，导电过程是物理变化。而电解质溶液导电的粒子是自由移动的阴阳离子，导电过程是化学变化。任务2金属晶体的物理性质2、用“电子气”理论解释金属的物理性质具有金属光泽金属晶体内部存在自由电子，当光线投射到金属表面时，自由电子吸收可见光，然后又把各种波长的光大部分再反射出来,这就使绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽。（某些金属因易吸收某些频率光而呈特殊颜色）金属在粉末状态时，金属原子的取向杂乱，排列不规则，吸收可见光后不能再反射出来，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。铁块铁粉锌片铜丝任务2金属晶体的物理性质思考与讨论1、金属晶体的熔点是不是一定高于分子晶体？低于共价晶体？2、合金的熔点和硬度有什么特点？不一定。不同金属晶体，其熔点差别较大。有的熔点很低，如Hg(汞)低至－38.87℃；也有的熔点很高，如W(钨)高达3500℃以上。因此，金属晶体的熔点跨度非常大，可能低于分子晶体，也可能高于一些共价晶体。通常合金的硬度大于任一组分；合金的熔点低于任一组分。课堂练习1.正误判断(1)常温下，金属单质都以金属晶体的形式存在(

)(2)金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失(

)(3)金属晶体的构成粒子为金属原子(

)(4)同主族金属元素自上而下，金属单质的熔点逐渐降低，体现金属键逐渐减弱(

)(5)金属晶体的熔点一定比分子晶体的高(

)√××√×知识拓展非密置层密置层1、金属晶体堆积模型——二维空间金属晶体中的原子可以看成直径相等的球体。知识拓展2、金属晶体堆积模型——三维空间金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成。（1）简单立方堆积将非密置层在三维空间里堆积。只有金属（Po）采取这种堆积方式。这种堆积方式的空间利用率太低。配位数：晶胞原子数：空间利用率：52%61在晶体学中，配位数指一个原子(或离子)周围紧密相邻的其它原子(或离子)的数目。知识拓展2、金属晶体堆积模型——三维空间金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成。（2）体心立方堆积将上层非密置层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中。碱金属、Fe等金属采取这种堆积方式。配位数：晶胞原子数：空间利用率：68%82知识拓展（3）面心立方最密堆积将密置层的原子按体心立方堆积的方式堆积，会得到两种基本堆积方式——面心立方最密堆积和六方最密堆积。配位数：晶胞原子数：空间利用率：74%124Cu、Au等金属采取这种堆积方式。知识拓展配位数：晶胞原子数：空间利用率：74%612（4）六方最密堆积将密置层的原子按体心立方堆积的方式堆积，会得到两种基本堆积方式——面心立方最密堆积和六方最密堆积。Mg、Zn等金属采取这种堆积方式。金属晶体结构小结由于金属键没有饱和性和方向性，因此金属原子尽可能采取最紧密的堆积方式，使得金属晶体结构最稳定，能量最低。六方最密堆积面心立方最密堆积体心立方密堆积简单立方非密堆积PoCa、Al、Cu、Ag、Au、Pd、PtMg、Zn、TiLi、Na、K、Ba、W、Fe课堂练习1.下列有关金属晶体的说法正确的是A.简单立方堆积的晶胞中原子配位数是8B.晶胞中配位数为12的金属，一定是面心立方堆积C.锌的晶胞类型与铜相同D.铁的晶胞中空间利用率为68%√锌：六方堆积

铜：面心立方堆积简单立方堆积

体心立方堆积

六方堆积

面心立方堆积配位数6

8

12

12空间利用率铁：体心立方堆积52%68%74%74%课堂练习2.银晶体的晶胞如图所示。设银原子的半径为r，用NA表示阿伏加德罗常数的值，M表示银的摩尔质量。下列说法错误的是A.银晶体每个晶胞中含有4个银原子B.配位数是12√面心立方堆积课堂练习3.下列有关金属晶体的说法不正确的是①金属晶体是一种“巨分子”②“电子气”为所有原子所共有③钾型堆积的空间利用率最高④金属键无方向性和饱和性，原子配位数较高⑤金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电作用⑥晶体尽量采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定⑦含有阳离子的晶体中一定含有阴离子⑧固态和熔融时易导电，熔点在1000℃左右的晶体可能是金属晶体A.1项B.2项C.3项D.4项√√√×