2019-2020学年高中化学 第三章 晶体结构与性质 第三节 金属晶体课件 新人教版选修3

第三节金属晶体课程目标素养目标1.知道金属键的含义，能用金属键理论解释金属的物理性质。2．能列举金属晶体的基本堆积模型。3．了解金属晶体性质的一般特点，理解金属晶体的类型与性质的关系。1.证据推理与模型认知：能运用多种金属晶体的堆积模型来描述和解释金属晶体的结构特点。2．科学态度与社会责任：通过对金属键理论的研讨，培养终身学习的意识和严谨求实的科学态度。01基础自主落实02要点系统认知03检测课堂达标04演练效果检测一、金属键与金属晶体1．金属键(1)概念：和之间的较强作用力。(2)本质：金属原子脱落下来的形成遍布整块晶体的“”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。金属阳离子自由电子价电子电子气2．金属晶体(1)概念：原子间以结合形成的晶体。(2)用电子气理论解释金属的性质。金属键[微思考]金属原子是通过何种键型形成的晶体？有哪些优良性质？[提示]金属原子通过金属键形成的晶体叫金属晶体。其具有优良的导电性、导热性和延展性。二、金属晶体的原子堆积模型1．二维空间模型堆积方式非密置层密置层图示配位数462.三维空间模型(1)非密置层在三维空间堆积①简单立方堆积：相邻非密置层原子的原子核在的堆积，空间利用率太低，只有金属Po采取这种堆积方式。同一直线上②体心立方堆积：将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，并使非密置层的原子稍稍分离，每层均照此堆积。这种堆积方式所得的晶胞是一个含有两个原子的立方体，一个原子在立方体的，另一个原子在立方体的，其空间的利用率比简单立方堆积，碱金属属于这种堆积方式。顶点中心高(2)密置层在三维空间堆积①六方最密堆积：如图所示：按……的方式堆积。ABABABAB②面心立方最密堆积：如图所示，按……的方式堆积。ABCABCABC[微思考]金属晶体有几种堆积方式？金属堆积的空间利用率大小关系如何？[提示]简单立方堆积、体心立方堆积、六方最密堆积和面心立方最密堆积。空间利用率：面心立方最密堆积＝六方最密堆积体心立方堆积简单立方堆积。三、石墨——混合晶体作用力晶体模型碳原子杂化类型层内层间物理性质质软，能导电，熔、沸点高sp2共价键范德华力■多维思考·自主预习1．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．金属的物理性质和金属固体的形成都与金属键有关答案：B2．金属晶体的形成原因是晶体中存在()①金属原子②金属阳离子③自由电子④阴离子A．只有①B．只有③C．②③D．②④答案：C3．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%——6B．钠Na——体心立方堆积——74%——12C．锌Zn——六方最密堆积——68%——8D．银Ag——面心立方最密堆积——68%——12答案：A4．关于石墨晶体的说法错误的是()A．石墨能导电，是因为晶体中存在自由电子B．同一层内，平均2个碳原子构成一个正六边形C．石墨比金刚石的熔点高D．石墨比金刚石的硬度大答案：D要点一金属晶体的结构与性质1．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(钋)52%6体心立方堆积Na、K、Fe68%8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、Ti74%12面心立方最密堆积Cu、Ag、Au74%122.金属晶体的性质(1)金属导电与电解质溶液导电的比较运动的微粒过程中发生的变化温度的影响金属导电自由电子物理变化升温，导电性减弱电解质溶液导电阴、阳离子化学变化升温，导电性增强(2)金属熔、沸点高低的比较金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，金属的熔、沸点就越高，一般存在以下规律：①同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高。②同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。③合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。④金属晶体熔点差别很大，如汞常温为液体，熔点很低(－38.9℃)，而铁等金属熔点很高(1535℃)。[题组训练]1．下列说法正确的是()A．钛和钾都采取图1的堆积方式B．图2为金属原子在二维空间里的非密置层放置，此方式在三维空间里堆积，仅得简单立方堆积C．图3是干冰晶体的晶胞，晶胞棱长为acm，则在每个CO2周围最近且等距离的CO2有8个D．图4是一种金属晶体的晶胞，它是金属原子在三维空间以密置层采取ABCABC…堆积的结果解析：A.钛采取图1的堆积方式，而钾采取体心立方堆积方式，A错误；B.按照图2的方式，在三维空间里的堆积可以得到2种方式，一种是简单立方堆积，一种是体心立方堆积，B错误；C.在干冰的晶胞中，在每个二氧化碳周围距离相等且最近的二氧化碳有12个，C错误；D.图4是金属原子在三维空间里以密置层采取ABCABC…面心立方最密堆积，D正确。答案：D2．金属的下列性质中与金属晶体无关的是()A．良好的导电性B．反应中易失电子C．良好的延展性D．良好的导热性解析：A、C、D都是金属的物理通性，这些性质是由金属晶体所决定的；金属易失电子是由金属原子的结构决定的，与金属晶体无关。答案：B3．下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是()①O2、I2、Hg②CO、Al、SiO2③Na、K、Rb④Na、Mg、AlA．①③B．①④C．②③D．②④解析：①中Hg在常温下为液态，而I2为固态，故①错；②中SiO2为原子晶体，其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故②正确；③中Na、K、Rb价电子数相同，其阳离子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低，故③错；④中Na、Mg、Al价电子数依次增多，离子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐渐升高，故④正确。答案：D练后反思：金属晶体性质的认识误区1金属晶体在受外力作用下，各层之间发生相对滑动，但金属键并没有被破坏。2原子晶体的熔点不一定都比金属晶体的高，如金属钨的熔点就高于一般的原子晶体。3分子晶体的熔点不一定都比金属晶体的低，如汞常温下是液体，熔点很低。要点二有关金属晶体晶胞的计算1．金属晶体中晶胞空间利用率的计算(1)计算晶胞中含有几个原子。(2)找出原子半径r与晶胞边长a的关系。(3)利用公式计算金属原子的空间利用率：晶胞中含有原子的体积晶胞的体积×100%①简单立方堆积空间利用率＝43πa23a3×100%＝π6×100%≈52.36%②体心立方堆积空间利用率＝2×43πr3a3×100%＝2×43πr343r3×100%＝3π8×100%≈68.02%③面心立方最密堆积空间利用率＝4×43πr3a3×100%＝4×43πr322r3×100%≈74.1%2．利用均摊法计算金属晶体的密度的方法(1)首先利用均摊法确定一个晶胞中平均含有的原子数目。(2)其次确定金属原子的半径和晶胞边长之间的关系。具体方法是：根据晶胞中金属原子的位置，灵活运用数学上立体几何的对角线(体对角线或面对角线)和边长的关系，将金属原子的半径和晶胞的边长放在同一个直角三角形中，通过解直角三角形即可。(3)计算金属晶体的密度。首先求一个晶胞的质量：m＝NM/NA，N表示一个晶胞中平均含有的金属原子数，M表示金属的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数。然后求金属晶体的密度：密度ρ＝m/V，V表示一个晶胞的体积。[题组训练]1．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．①为简单立方堆积，②为六方最密堆积，③为体心立方堆积，④为面心立方最密堆积B．每个晶胞含有的原子数分别为①1个，②2个，③2个，④4个C．晶胞中原子的配位数分别为①6，②8，③8，④12D．空间利用率的大小关系为①②③④解析：本题考查了金属晶体的堆积方式。准确理解并记忆金属晶体的四种常见堆积方式是解答本题的关键。①为简单立方堆积，②为体心立方堆积，③为六方最密堆积，④为面心立方最密堆积，A项中②与③判断有误；每个晶胞含有的原子数分别为①8×18＝1，②8×18＋1＝2，③8×18＋1＝2，④8×18＋6×12＝4，B项正确；晶胞③中原子的配位数应为12，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，应为④＝③＞②＞①。答案：B2．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，如图中A、B、C分别表示这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数比为()A．3∶2∶1B．11∶8∶4C．9∶8∶4D．21∶14∶9解析：晶胞A中含原子数＝12×16＋5×12＝4.5。晶胞B中所含原子数＝8×18＋6×12＝4，晶胞C中所含原子数＝8×18＋1＝2。答案：C3.金晶体是面心立方体，立方体的每个面上5个金原子紧密堆砌(如图，其余各面省略)，金原子半径为Acm，求：(1)金晶体中最小的一个立方体含有________个金原子。(2)金的密度为________g·cm－3。(用带A的计算式表示)解析：(1)根据晶胞结构可知，金晶体中最小的一个立方体含有8×18＋6×12＝4个金原子。(2)金原子半径为Acm，则晶胞中面对角线是4Acm，所以晶胞的边长是22Acm，所以22A3ρ197×NA＝4，解得ρ＝19728A3NA。答案：(1)4(2)19728A3NA[系统归纳][课堂达标]1．金属具有延展性的原因是()A．金属原子半径都较大，价电子较少B．金属受外力作用变形时，金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈的作用C．金属中大量自由电子受外力作用时，运动速度加快D．自由电子受外力作用时能迅速传递能量解析：金属晶体具有良好的导电、导热、延展性等，其原因都与遍布晶体的“电子气”有关。金属具有延展性是原子层相对滑动，但排列方式不变，金属阳离子与自由电子形成的化学键没有被破坏，故金属阳离子与自由电子间仍保持较强作用。答案：B2．金属键的强弱与金属的价电子数多少有关，价电子数越多金属键越强，与金属阳离子的半径大小也有关，半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是()A．LiNaKB．NaMgAlC．LiBeMgD．LiNaMg解析：金属熔点的高低与金属阳离子半径大小及金属价电子数有关，价电子数越多，阳离子半径越小，金属键越强。B项中三种金属在同一周期，价电子数分别为1、2、3，且半径由大到小，故熔点由高到低的顺序是Al＞Mg＞Na。答案：B3．几种晶体的晶胞如图所示：所示晶胞从左到右分别表示的物质正确的排序是()A．碘、锌、钠、金刚石B．金刚石、锌、碘、钠C．钠、锌、碘、金刚石D．锌、钠、碘、金刚石解析：第一种晶胞为体心立方堆积，钾、钠、铁等金属采用这种堆积方式；第二种晶胞为六方最密堆积，镁、锌、钛等金属采用这种堆积方式；组成第三种晶胞的粒子为双原子分子，是碘；第四种晶胞的粒子结构为正四面体结构，为金刚石。答案：C4.关于体心立方堆积型晶体(如图)的结构的叙述正确的是()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个原子解析：体心立方堆积型晶体是非密置层的一种堆积方式，为立方体形晶胞，其中有8个顶点，一个体心，晶胞所含原子数为8×18＋1＝2。答案：C5．(1)如图所示为二维平面晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是________。(2)如图为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是________个。②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③此晶胞立方体的边长为acm，Cu的相对原子质量为64，金属铜的密度为ρg·cm－3，则阿伏加德罗常数的值为________(用α、ρ表示)。解析：(1)由图中直接相邻的原子数可以求得a、b中两类原子数之比分别为1∶2、1∶3，得出其化学式分别为AX2、AX3。(2)①用“均摊法”：8×18＋6×12＝4；②该晶胞称为面心立方晶胞；③4NA·64＝ρ·a3，NA＝256ρ·a3。答案：(1)b(2)①