3.2.1金属晶体 课件 2024-2025学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修2

观察金属置换反应中金属的生长过程，可知：金属具有较为规则的几何外形，是一种晶体，我们称其为金属晶体。 思考：金属晶体中的原子是通过什么作用结合在一起的？ 新课导入 第2节 几种简单的晶体结构模型 第1课时 金属晶体 第3章不同凝聚状态的物质与性质 制作教师：李亚泉 2 2 1 本节重、难点 金属晶体的结构与物理性质 晶体结构的堆砌方式 知识导航 电子气理论 由于金属原子的最外层电子数较少，容易失去电子成为金属离子（价电子），金属脱落下来的价电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布整块金属的“电子气”，从而把所有金属原子维系在一起。这些电子又称为自由电子。 金属晶体的电子气理论示意图 新课讲授 金属键 金属 阳离子 自由 电子 金属键 (在金属晶体中，原子之间以金属键相互结合) 金属键的本质 金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用 新课讲授 请同学们回顾：影响金属键强弱的因素有哪些？ 金属键的强弱主要决定于金属元素的原子半径和价电子数。 原子半径越小，价电子数越多，金属键越强； 原子半径越大，价电子数越多，金属键越弱。 请同学们思考：金属键强弱对金属性质会产生什么影响？ 金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。 如：熔点最高的金属是钨，硬度最大的金属是铬。 典例精讲 金属晶体的结构与物理性质 铁锅 导热性 铜丝 导电性 金箔玫瑰花 延展性 新课讲授 金属晶体中，自由电子在外加电场作用下，发生定向移动，形成电流，使金属具有良好的导电性，金属晶体中除自由电子外的金属阳离子在其位置附近振动，加热时，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。 通性一：金属的导电性以及金属的电阻随温度升高而增大 “电子气理论”解释金属的通性 金属晶体 新课讲授 + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - 金属晶体中，自由电子在运动中不断地与金属阳离子碰撞，从而发生能量交换，当金属晶体的一端受热，加强了该端的金属阳离子的振动，自由电子将热能迅速地传递到另一端，使金属整体的温度很快的升高，所以金属有很好的导热性。 通性二：金属的导热性 “电子气理论”解释金属的通性 金属晶体 新课讲授 金属晶体中，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。 通性三：金属的延展性 “电子气理论”解释金属的通性 金属晶体 新课讲授 【易错警示】 1.含有阳离子的晶体中不一定含有阴离子，但晶体中有阴离子时，一定有阳离子。 例如：金属晶体中只有金属阳离子和自由电子，没有阴离子。 2.合金的熔点一般低于成分金属的熔点。 3.同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐升高； 同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐降低。 4.合金与纯金属相比，硬度比纯金属大。这是因为合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，相当于填补了金属阳离子之间的空隙，所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱，硬度比纯金属大。 新课讲授 试用金属键解释Na、Mg、Al的熔点逐渐升高的原因。 原子半径逐渐减小，价电子数逐渐增多，金属键逐渐增强，熔点逐渐升高。 Na 钠的熔点：97.8 ℃ Mg 镁的熔点：650 ℃ Al 铝的熔点：660.4 ℃ 典例精讲 【典例1】金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小相关。由此判断下列说法正确的是(　　) A．金属镁的硬度大于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐增大 C．金属镁的熔点大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙 解析：镁离子比铝离子的半径大，而所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔、沸点和硬度都小；从Li到Cs，离子的半径逐渐增大，金属键逐渐减弱，熔、沸点和硬度都逐渐减小；金属镁比金属钠离子的半径小而所带电荷多，金属键强，所以金属镁比金属钠的熔、沸点和硬度都大；镁比钙离子的半径小，金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬度都大。 C 【解题必备】 金属键对金属性质的影响 1．金属键越强，金属熔沸点越高。 2．金属键越强，金属硬度越大。 3．金属键越强，金属越难失电子，一般金属性越弱，如Na的金属键强于K，则Na比K难失电子，金属性Na比K弱。 4．金属键越强，金属原子的电离能越大。 典例精讲 【变式1-1】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 解析：A项，金属晶体中存在金属离子和自由电子，金属离子和自由电子之间存在较强烈的相互作用叫做金属键，因此金属晶体形成是由于金属离子与自由电子形成的金属键，故A错误；B项，金属晶体中存在金属离子和自由电子，金属离子和自由电子之间存在较强烈的相互作用叫做金属键，因此金属晶体形成是由于金属离子与自由电子形成的金属键，故B错误；C项，金属晶体中存在金属离子和自由电子，金属离子和自由电子之间存在较强烈的相互作用叫做金属键，因此金属晶体形成是由于金属离子与自由电子形成的金属键，故C正确；D项，金属晶体中存在金属离子和自由电子，金属离子和自由电子之间存在较强烈的相互作用叫做金属键，因此金属晶体形成是由于金属离子与自由电子形成的金属键，故D错误；故选C。 C 典例精讲 【变式1-2】要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小有关。由此判断下列说法正确的是(　　) A．金属镁的硬度大于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的 C．金属镁的熔点大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙 解析：【解析】钠、镁、铝所对应的阳离子半径依次减小，且Na＋、Mg2＋、Al3＋的电荷数依次增加，所以熔、沸点和硬度Na<Mg<Al，故A项错误，C项正确。从Li到Cs，对应金属离子的半径逐渐增大，金属离子所带电荷相同，金属键逐渐减弱，熔、沸点逐渐降低，故B项错误。Mg2＋和Ca2＋电荷数相同，半径Mg2＋<Ca2＋，所以金属键镁的硬度大于金属钙，D项错误。 C 典例精讲 晶体常见的堆积方式 二维堆积方式 a：非密置层， b：密置层 特别提醒: 密置层排列时，平面的利用率比非密置层的高。 新课讲授 晶体常见的堆积方式 金属晶体可看成原子在三维空间中堆积而成，那么非密置层在三维空间里的堆积有几种方式？ 新课讲授 晶体常见的堆积方式 6 52% 每个晶胞含原子数： 配位数： 空间利用率： 棱上两球 相切原子： 8  1/8 = 1 1、简单立方堆积—Po 新课讲授 晶体常见的堆积方式 2、体心立方堆积—钾型(A2型) ( IA，VB，VIB) 非密置层的另一种堆积 8 68% 体对角线 3 球 每个晶胞含原子数： 配位数： 空间利用率： 相切原子： 8  1/8 + 1 = 2 新课讲授 晶体常见的堆积方式 A B 在此基础上，选择 A 或 B 密置层一层一层地堆积 (至少堆 4 层)，使相邻层上的小球紧密接触，有哪些堆积方式？ 1 2 3 4 5 6 三维空间里密置层的堆积方式有哪些？ 新课讲授 晶体常见的堆积方式 三维空间里密置层的金属原子的堆积方式 (1) ABAB… 堆积方式 (2) ABCABC… 堆积方式 六方最密堆积 面心立方最密堆积 新课讲授 晶体常见的堆积方式 前视图 密置层的第一种堆积是将第三层的球对准第一层的球。 每两层形成一个周期即 ABAB… 方式 3、六方最密堆积—镁型(A3型) 配位数： (Be Mg ⅢB ⅣB ⅦB ) 俯视图 1 2 3 4 5 6 6 + 3 + 3 = 12 新课讲授 晶体常见的堆积方式 空间占有率： 每个晶胞含原子数： 74% 4  1/12 + 4  1/6 + 1= 2 新课讲授 晶体常见的堆积方式 三棱柱的中心 相切原子： 新课讲授 晶体常见的堆积方式 前视图 密置层的第二种堆积是将第三层的球对准第一层的 2、4、6 位置 每三层形成一个周期 即 ABC ABC… 方式 配位数： 俯视图 1 2 3 4 5 6 4、面心立方最密堆积—铜型(A1型) (ⅠB Pb Pd Pt ) 6 + 3 + 3 = 12 新课讲授 晶体常见的堆积方式 4、面心立方最密堆积—铜型 面对角线 3 球 相切原子： 新课讲授 晶体常见的堆积方式 空间占有率： 每个晶胞含原子数： 74% 8  1/8 + 6  ½ = 4 配位数： 12 新课讲授 堆积类型 代表物质 层类型 晶胞 相切原子 配位数 空间利用率 简单立方 体心立方 A2型 六方最密 A3型 面心最密 A1型 Po(钋) 非密置层 棱上2球 6 Li、Na、K、Ba、W、Fe 非密置层 体对角线3球 8 Mg Zn Ti 密置层 三棱柱的中心 12 Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pb、Pt 密置层 面对角线3球 12 52% 68% 74% 74% 金属晶体 4 种堆积模型比较 新课讲授 【典例2】有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是( ) A．图1和图4为非密置层堆积，图2和图3为密置层堆积 B．图1~图4分别是简单立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积、体心立方堆积 C．图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4 D．图1~图4堆积方式的空间利用率大小关系是图1<图2<图3=图4 D 典例精讲 【变式2-1】金属原子在二维空间里的放置有如图所示的两种方式，下列说法中正确的是(　　) A．图(a)为非密置层，配位数为6 B．图(b)为密置层，配位数为4 C．图(a)在三维空间里堆积可得六方最密堆积和面心立方最密堆积 D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方 C 典例精讲 【变式2-2】 是第四周期元素，其原子最外层只有 个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素 的负一价离子的最外层电子数与次外层电子数相同。下列说法错误的是( ) A．单质 的晶体类型为金属晶体 B．已知单质 是面心立方最密堆积， 其中X原子的配位数为 C．元素 的基态原子的核外电子排 布式为 D．与 形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。该化合物的化学式为 B 典例精讲 谢谢！ 典例精讲 $$