3.3.1金属晶体++课件++2024-2025学年高二下学期化学人教版选择性必修2

第三节金属晶体与离子晶体第1课时《金属晶体》金属共同的物理性质有哪些？观察思考金属为什么具有这些性质？生活中的金属金属的物理通性：具有金属光泽、导电性、导热性、延展性等金

Au铝

Al铜

Cu钨

W结构性质决定用途决定构成微粒相互作用晶体类型（1）金属晶体的构成微粒是什么？思考讨论金属键：金属阳离子和自由电子之间强烈的相互作用。（2）金属内部微粒之间是怎样相互作用的？金属阳离子、电子金属键金属晶体一、金属键与金属晶体金属晶体：金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体。（一）金属键1.成键本质：金属原子半径大，价电子少，这些价电子容易从金属原子上“脱落”下来，形成遍布整个晶体的“电子气”，被所有原子所共用，成为把所有金属原子维系在一起的作用力，这种作用力称为“金属键”，这种描述金属键本质的简单理论称为“电子气理论”。一、金属键与金属晶体“电子气”模拟动画一、金属键与金属晶体（一）金属键2.定义：在金属晶体中金属阳离子（由金属原子脱落价电子后形成）与电子气之间强烈的相互作用。3.特征：①电子气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。②金属键既没有方向性，也没有饱和性。③金属键的成键粒子是金属阳离子和电子气。④金属和合金中含有金属键。一、金属键与金属晶体金属键越强、金属的熔沸点越高，硬度越大。（二）金属晶体1.定义：金属（除汞外）在常温下都是晶体，称其为金属晶体。2.组成微粒：金属原子、金属阳离子（由金属原子脱落价电子后形成）、电子气3.微粒间的作用力：金属键4.晶胞特征：层状紧密堆积

一、金属键与金属晶体[问题一]根据表格信息，请归纳碱金属熔沸点递变规律，结合原子结构特点，分析递变原因。元素3Li(锂)11Na(钠)19K(钾)37Rb(铷)55Cs(铯)熔点/℃180.597.7263.6538.8928.84沸点/℃1347883774688678.4递变规律：从锂到铯，随着原子序数递增，碱金属熔、沸点逐渐减小递变原因：碱金属价电子数相同，随着原子序数递增，原子半径增大，金属键作用减弱，则熔沸点降低。一、金属键与金属晶体金属键金属的物理性质原子半径价电子数原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱，反之则金属键越强延展性导电性导热性金属光泽......金属键越强，金属的熔沸点越高，硬度越大熔沸点5.金属键的影响因素：一、金属键与金属晶体[问题二]根据“电子气理论”解析金属的以下通性1.导电性2.导热性3.延展性4.金属光泽二、解释金属的性质1.导电性

在金属晶体中，充满着带负电的“电子气”，这些电子气的运动是无序的，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。外加电场[问题二]根据“电子气理论”解析金属的通性二、解释金属的性质种类电解质金属导电的要求是否需要电源导电粒子导电时发生的变化水溶液或熔融状态下电离固体、液体、气体自由移动的离子电子气化学变化物理变化1.导电性[问题二]根据“电子气理论”解析金属的通性是是二、解释金属的性质1.导电性[问题二]根据“电子气理论”解析金属的通性金属电导率（20℃）％IACSMS/m软铜≥100≥58硬铜≥97≥56.26软铝≥61≥35.4硬铝≥59.5≥34.51银≥108≥62.5钛≥3.6≥2.08铅≥7.8≥4.5金≥70.7≥41镁≥38≥22不同的金属导电能力不同，导电性最强的四种金属是：Ag、Cu、Au、Al。二、解释金属的性质

电子气在金属晶体中无序运动时，与金属原子、金属阳离子相互碰撞，在碰撞过程中会发生能量交换。当金属的某一部分受热时，从区域获得能量通过这种相互碰撞，将能量从温度高的区域传递到温度低的区域，最后使整块金属的温度趋于一致。2.导热性[问题二]根据“电子气理论”解析金属的通性二、解释金属的性质

金属晶胞具有层状紧密堆积特征，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，电子气没有被破坏，使得弥散在整个晶体的电子气能把所有金属原子维系在一起，所以金属能“拉伸”但不易断裂，具有良好的延展性。3.延展性外力[问题二]根据“电子气理论”解析金属的通性二、解释金属的性质

在现实生活中，很多金属制品利用了金属的延展性。

金属有延性，是指金属可以抽成细丝。例如：金属钨制成钨丝利用了金属的延性；最细的白金丝直径不过2×10-7m。

金属又有展性，是指可以压成薄片，例如：金属铝制成铝箔利用了金属的展性。

延展性最好的金属是金，一两黄金，压成金箔可覆盖两个篮球场。3.延展性[问题二]根据“电子气理论”解析金属的通性钨丝铝箔金箔图片来源网络二、解释金属的性质因为自由电子可吸收所有频率的光，很快释放出去，绝大多数块状金属具有光泽。某些金属因易吸收某些频率光而呈特殊颜色。如何应用电子气理论，解释金属光泽？思考讨论4.金属光泽二、解释金属的性质思考讨论（1）对比锂、钠、镁、铝、钾的原子结构和熔沸点的数据，晶体的熔沸点与哪些因素有关？

晶体离子半径/pm电荷数熔点/℃沸点/℃Li7611801340Na102197.72883Mg7226511107Al53.536602324K138163.65759

金属阳离子半径越小，所带电荷越多，金属键越强，熔沸点就相应越高，硬度也越大。二、解释金属的性质思考讨论

①碱金属熔沸点随原子序数增大而递减，原因：同主族元素，电荷数相同，从上到下离子半径依次增大，金属键依次减弱。（2）根据数据，你能总结出什么规律？②同周期金属晶体的熔沸点：钠＜镁＜铝，原因：

同周期从左到右，离子半径依次减小，电荷数增多，金属键增强。

晶体离子半径/pm电荷数熔点/℃沸点/℃Li7611801340Na102197.72883Mg7226511107Al53.536602324K1381

63.65759二、解释金属的性质常见的金属晶体的结构如下图所示三、常见的金属晶体结构观察

Cu的晶体结构请回答（1）描述Cu原子的空间位置？（2）一个晶胞中含有多少个Cu原子？观察思考（3）每个Cu原子周围距离最近的原子数是多少？12Cu原子数目=8×+6×=4三、常见的金属晶体结构（1）描述K原子的空间位置？（2）一个晶胞中含有多少个K原子？观察思考观察K的晶体结构请回答（3）每个K原子周围距离最近的原子数是多少？8K原子数目=8×+1=2三、常见的金属晶体结构（1）描述Mg原子的空间位置？（2）一个晶胞中含有多少个Mg原子？观察思考观察Mg的晶体结构请回答三、常见的金属晶体结构顶角原子：12面心原子：2体内原子：3Mg原子=12×+2×+3=6同学甲答案提取晶胞顶角原子：8体内原子：1Mg原子=8×+1=2同学乙答案晶胞：晶体结构中基本的重复单元，晶胞的形状为六面体。三、常见的金属晶体结构√×（1）描述Mg原子的空间位置？（2）一个晶胞中含有多少个Mg原子？观察思考观察Mg的晶体结构请回答三、常见的金属晶体结构（3）每个Mg原子周围距离最近的原子

数是多少？12顶角原子：8个体内原子：1Mg原子=8×+1=2结构性质决定用途决定思考讨论纯铜延展性好，但是质软，机械性能和耐磨性差，是否可以改变晶体结构从而优化晶体的性质？铜晶体铜锌合金掺杂锌机械性能好硬度大、强度大四、合金资料卡片铜镍合金：强度高、硬度大，用于造船、化工设备等。银铝合金：耐高温、耐磨性好，用于航空耐热材料等。铁铬合金：耐腐蚀、耐高温，用于餐具、建筑材料等。四、合金观察思考

钠钾合金常温下为液态，可用作冷却剂、催化剂、干燥剂。其晶胞结构如图所示，观察晶体结构请回答：（1）合金的化学式是什么？K：8个顶角Na：12个在棱心Na原子数目=12×=3K原子数目=8×

=1

此钠钾合金的化学式为KNa3或Na3K（2）晶胞中K原子周围距离最近的Na原子数是多少？6四、合金活动·探究活动·探究动手活动

请利用身边的材料如橡皮泥、面团、牙签等材料，尝试拼插出铜、钾、镁的晶体结构模型。

K

Cu

Mg课堂小结结构性质决定用途改变决定构成微粒相互作用晶体类型金属阳离子、自由电子金属键金属晶体导电性导热性延展性金属光泽解释决定Cu

KMg第三节金属晶体与离子晶体第2课时《离子晶体》我们知道，熔融的NaCl或者NaCl的水溶液能够导电，而NaCl晶体却不能导电，这是为什么呢？那么，NaCl晶体中微粒是怎样分布的呢？交流研讨没有自由移动的Na+和Cl-NaCl晶体模型又是怎样的呢？活动·探究②能否根据你的理解运用相关知识拼接氯化钠的晶体模型？①利用放大镜观察NaCl晶体，能否看到其微观结构？资料卡片1913年布拉格首次用X射线衍射法测定了氯化钠的晶体结构氯化钠晶体的微观结构一种现代实验室使用的X射线衍射仪观察NaCl的微观结构示意图，你将如何截取NaCl晶体的晶胞？观察思考NaCl晶体的结构模型③在你截取的晶胞中含有的Na+和Cl-的数目各是多少？①Na+和Cl-的空间位置关系？②Na+周围等距离且最近的Cl-？Cl-周围等距离且最近的Na+？④氯化钠的化学式用“NaCl”表示，原因何在？能否把NaCl称为分子式？NaCl晶体的结构模型在氯化钠晶体中，并不存在单独的“NaCl”分子，用“NaCl”这一化学式仅表示氯化钠的组成。与Na+等距离且最近Cl-

有

个。与Cl-等距离且最近Na+

有

个。晶胞中Na+与Cl-个数比为

。661:1观察NaCl晶胞，回答下列问题：（1）Na+和Cl-在晶胞中的位置？（2）计算每个晶胞中Na+和Cl-的数目？

Na+：晶胞体内和和棱上。Cl−：顶角和面上。Na+：1×1+12×1/4=4Cl−：8×1/8+6×1/2=4NaCl晶体的结构模型CsCl晶胞

观察氯化铯晶胞，回答下列问题：（1）如何判断这个结构是晶胞？（2）Cs+和Cl-在晶胞中的位置？

Cl−Cs+

结构符合“8个顶点相同”、“三套各四根平行棱分别相同”、“三套各两个平行面分别相同”特点。

Cs+：晶胞体内

Cl−：顶角CsCl晶体的结构模型CsCl晶胞观察氯化铯晶胞，回答下列问题：（3）计算每个晶胞含Cs+、Cl-的个数？（4）CsCl是“分子式”吗？Cl−Cs+Cs+：1×1=1Cl−：8×1/8=1

不是，这是“化学式”，表示氯化铯晶体中Cs+与Cl-个数比为1:1。CsCl晶体的结构模型

晶体熔点/℃NaCl801CuCl426已知氯化亚铜（CuCl）的晶胞结构如图所示，试分析：交流研讨②Cu+和Cl-的空间位置关系？①Cu+周围等距离且最近的Cl-？Cl-周围等距离且最近的Cu+？

离子r/pmNa+102Cu+60③试根据NaCl和CuCl中Na+和Cu+半径推测两种晶体熔点高低？事实上，纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。4CuCl晶体的结构模型硬度熔点沸点NaCl大801℃1413℃CsCl645℃1290℃资料卡片

NaCl、CsCl都是碱金属氯化物，是典型离子晶体，硬度、熔沸点都较高，但是熔沸点差异较大，原因是什么？

离子晶体离子键强弱不同，晶胞不同，会影响离子晶体的物理性质。分析下表中离子化合物的数据，能得出什么结论？

结论：与金属晶体类似，离子晶体由于离子键强弱不同，熔、沸点差异较大。NaCl晶体中Na+和Cl-因为不能自由移动因而不能导电，但熔融的NaCl却能导电，这说明了什么？Na+和Cl-之间存在强烈的相互作用离子键交流研讨请根据离子晶体的微观结构描述离子键的特征？离子键特征：无方向性和饱和性离子晶体：是阴、阳离子在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体（静电作用）共价键特征：有方向性和饱和性晶体与晶体性质活动·探究①揉捏食盐晶体，你的感受？②盐焗时，发现食盐都未熔融，说明了什么？离子晶体这些物理性质与离子间的相互作用是否有一定的关系？硬度较大，难以压缩熔点高结构性质决定用途决定构成微粒相互作用晶体类型阴、阳离子离子键离子晶体晶体与晶体性质交流研讨请根据表格分析，离子晶体的熔点与哪些因素有关？根据数据，你能总结出什么规律？

晶体离子间距/pm电荷数熔点/℃NaCl2761801NaBr2901750MgO20522800CaO23922576离子键强弱

熔点影响离子半径、所带电荷影响晶体与晶体性质交流研讨请根据表格分析，离子晶体的熔点与哪些因素有关？根据数据，你能总结出什么规律？

晶体离子间距/pm电荷数熔点/℃NaCl2761801NaBr2901750MgO20522800CaO23922576耐火材料离子半径越小，所带电荷越多，离子键越强，熔点就越高，硬度也越大。离子晶体的熔点都很高吗？你的依据是什么吗？晶体与晶体性质实际上，大量离子晶体中的阴离子或阳离子不是单原子离子。

化合物熔点/℃NH4NO3169.6Ca(H2PO4)2109CH3COOCs194C2H5NH3NO312有些离子组成的物质在常温下甚至以液态形式存在。拓展视野CuSO4·5H2O1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体:熔点低、稳定性强、是优良的绿色溶剂等优点KAl(SO4)2·12H2O有的还存在电中性分子(H2O、NH3等)。晶体与晶体性质【思考】结合下列数据，总结影响离子晶体熔点的因素。阴、阳离子所带电荷数相同时，离子半径越小，熔点越高阴、阳离子所带电荷数不同时，电荷数越大，熔点越高【思考】“离子晶体仅由阴、阳离子组成，作用力只有离子键”这种说法对吗？还存在电中性分子还存在配位键、共价键、氢键四种晶体模型晶体类型金属晶体离子晶体分子晶体共价晶体构成微粒物质类别物理性质决定熔沸点高低的因素导电性金属阳离子、自由电子阴、阳离子分子原子金属单质、合金非金属氢化物、部分非金属单质、部分非金属氧化物、酸、大多数有机物某些单质如硅、锗等，某些非金属化合物如二氧化硅、碳化硅等硬度和密度较大，熔沸点较高硬度和密度较大，熔沸点较高硬度和密度较小，熔沸点较低硬度和密度大，熔沸点高金属键强弱离子键强弱范德华力（或氢键）的强弱共价键的强弱固态、熔融均可导电熔融或溶于水能导电某些溶于水能导电不导电（硅、锗是半导体）强碱、活泼金属氧化物、大部分盐【思考】Ti的四卤化物熔点如下表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，原因是？TiF4是离子晶体，其他三种卤化物是分子晶体组成离子晶体的微粒间的作用力是离子键，组成分子晶体的微粒间的作用力是分子间作用力，离子键的作用力比分子间作用力大，因此TiF4的熔点高于其他三种卤化物TiCl4、TiBr4、TiI4的相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大，因此自TiCl4至TiI4熔点依次升高第三节金属晶体与离子晶体第3课时《过渡晶体与混合型晶体》课堂引入复杂多样的晶体共价晶体分子晶体离子晶体金属晶体课堂引入晶体类型之间存在绝对的界限吗？阅读教材P89表3-4关于几种氧化物中化学键中离子键成分的百分数阅读Na、Mg、Al、Si四种元素氧化物的化学键中离子键成分逐渐减少过渡晶体氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2离子键百分数%62504133过渡晶体介于某两种晶体类型之间的晶体Na2OMgOAl2O3SiO2离子晶体共价晶体过渡晶体成因分析元素性质电负性差值化学键类型成键微粒结论一：四种典型晶体类型都存在过渡晶体思考Na2O、MgO、Al2O3、SiO2化学键中离子键成分为何逐渐减少？与氧元素的电负性差值逐渐减小推测请推测P2O5、SO3、Cl2O7的离子键成分变化趋势百分数小于33，且逐渐减少Na2OMgOAl2O3SiO2离子晶体共价晶体P2O5SO3Cl2O7分子晶体结论二：晶体性质偏向某一晶体类型的过渡晶体通常当作该晶体类型处理

第三周期元素从左到右，电负性逐渐增强，与氧元素的电负性的差值逐渐减小，离子键成分逐渐减少，共价键成分逐渐增多。共价键不再贯穿整个晶体，而是局限于晶体微观空间的一个个分子中，由此推断P2O5、SO3、Cl2O7为分子晶体。同是碳单质的晶体，金刚石和石墨的性质存在哪些异同？你认为是什么造成了这种差异？思考交流金刚石部分物理性质熔点莫氏硬度电导率/（s·m-1)3550℃102.11*10-13石墨部分物理性质熔点莫氏硬度电导率/（s·m-1)3850℃12.5*103石墨晶体二维平面结构sp2杂化平面六元并环结构sp3杂化金刚石晶体结构熔点均较高，金刚石硬度很高、不导电，石墨质软、能导电结构决定性质石墨性质特征熔点高、质软、能导电共价晶体特征金属晶体特征石墨结构特征范德华力维系分子晶体特征混合型晶体混合型晶体石墨结构中未参与杂化的p轨道层状结构石墨结构中未参与杂化p轨道未参与杂化p轨道，且有一个电子。

p轨道中的电子能在整个碳原子平面运动，因此石墨有类似金属晶体的导电性，且导电性只能沿石墨平面的方向。层与层距离较远。思考交流混合型晶体六方氮化硼的结构和性质特征如下图所示，请分析其属于什么晶体类型？熔点莫氏硬度其他3000℃2导热、润滑复杂多样的晶体结构科学前沿·视野拓展硅酸盐晶体中的阴离子结构示例

硅酸盐是地壳岩石的主要成分。硅酸盐的阴离子结构丰富多样，既有有限数目的硅氧四面体构建的简单阴离子，如SiO44-、Si2O76-、(SiO3)612-(六元环)等，也有以硅氧四面体为结构单元构成一维、二维、三维无限伸展的共价键骨架。金属离子则以离子键与阴离子或阴离子骨架结构。部分Si被Al取代则得到铝硅酸盐。纳米晶体纳米晶体是晶体颗粒尺寸在纳米（10-9m)量级的晶体。纳米晶体相对于通常的晶体，在声、光、电、磁、热等性能上常会呈现新的特性，有广阔的应用前景。仅以熔点为例，当晶体颗粒小至纳米量级，熔点会下降。例如，金属铅的晶粒大小与熔点的关系

。晶体颗粒小于200nm时，晶粒越小，金属铅的熔点越低。因此，我们通常说纯物质有固定的熔点，但当纯物质晶体的颗粒小于200nm(或者250nm）时，其熔点会发生变化。纳米晶体为什么会有不同于大块晶体的特性呢？主要原因是晶体的表面积增大。总结