3.2.1 金属晶体（课件）—2024-2025学年高中化学鲁科版（2019）选择性必修二

3.2.1 金属晶体 核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析： 结合金属的导电性、导热性、延展性等宏观现象，从微观角度解释金属晶体中金属阳离子与自由电子的相互作用，形成 “宏观现象→微观结构→符号表征” 的思维路径。​ 2.证据推理与模型认知： 通过分析金属晶体的结构模型，理解金属键的自由电子理论对导电性、导热性和延展性的解释，建立 “微粒间作用力→晶体结构→宏观性质” 的认知模型。能基于晶胞参数推导金属原子的排列规律及空间利用率​​。 3.科学态度与社会责任： 通过了解金属材料在航空航天、电子器件中的应用，认识化学在材料科学中的重要性，增强合理利用金属资源的环保意识。 学习重难点 学习重点​ 1.金属晶体的概念及结构特征。​ 2.金属晶体的物理性质（导电性、导热性、延展性）与结构的关系。 3.典型金属晶体的堆积模型（面心立方、体心立方、六方最密堆积）及晶胞分析。 学习难点​ 1.金属键的自由电子理论对延展性和导电性的微观解释。​ 2.晶胞中微粒数的计算及空间利用率的推导。 3.金属晶体熔沸点的比较规律。 新课导入 日常生活中经常接触到各种金属制品它们具有金属光泽，而且能导电、导热，还能被加工成不同形状。再看这食盐晶体，它是我们生活中常见的调味品，外形规则，是正方体形状，和金属的性质有很大不同。那么大家思考一下，为什么金属会具有这些独特的性质，食盐晶体又为什么呈现出这样的外观和性质呢？它们内部的结构和组成到底是怎样的呢？ 金属晶体 1.金属晶体 定义：金属原子通过金属键形成的晶体，叫做金属晶体。 特点： ①构成金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子； ②金属晶体中金属阳离子被自由电子所包围； ③金属晶体中，不存在单个分子。 ④由于“自由电子”为整个金属所共有，导致金属键没有方 向性和饱和性，因此金属晶体可以看作等径圆球的堆积。 包括金属单质或合金的晶体（晶体锗、灰锡除外） 2.常见金属晶体的结构 常见金属 Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt Li、Na、K、Ba、W、Fe Mg、Zn、Ti 结构示意图 晶胞示意图 3.金属晶体的堆积模型 在日常生活中，我们常常能发现密堆积的例子，右图 就是一些近似圆球的水果的密堆积。把这种宏观的现象迁移到对微观物质结构的认识中，把金属晶体看成由其构成微粒堆积而成的，是一种有效的思维模型。 水果的密堆积 等径圆球在平面上的堆积方式很多。图 3-2-2 给出了球堆积层的两种模式，其中最紧密堆积排列只有一种，称为密置层;层与层之间再相互叠放在一起，便形成了晶体的堆积模型，图 3-2-3 给出了两种通过密置层叠放而得到的堆积方式。 （1）简单立方堆积 3.金属晶体的堆积模型 简单立方堆积是非密置层堆积的一种方式 ①简单立方堆积每一层的排列都与上一层相同。 ②配位数为6，空间利用率为52%，空隙率较大。 ③常见金属有Po(钋) a r r r a=2r 在密堆积中，一个原子或离子周围距离相等且最近的原子或离子的数目。 （2）体心立方密堆积 3.金属晶体的堆积模型 体心立方堆积也是非密置层堆积的一种方式 ①体心立方堆积每一层的排列都与上一层交错。 ②配位数为8，空间利用率为68% ③常见金属有Na、K、Ba等。 （3）面心立方最密堆积 3.金属晶体的堆积模型 面心立方堆积是密置层堆积的一种方式 ①面心立方堆积排列方式为“…ABCABC…”，其堆积特点是A、B、C三层球的球心位置均不同。 ②配位数为12，空间利用率为74%。 ③常见金属有Cu、Ag、Au等。 （4）六方最密堆积 3.金属晶体的堆积模型 六方最密堆积是密置层堆积的一种方式 ①六方最密堆积排列方式为“…ABAB…”，其堆积特点是B的上层与B的下层两层中的球的球心相对应。 ②六方最密堆积的俯视图重复单元是菱形，配位数为12。 ③常见金属有Mg、Zn、Ti等。 金属晶体的结构与性质的内在联系 （1）金属通常具有良好的延展性， 可以抽成细丝，也可以压成薄片。 这是因为当金属收到外力作用时， 密堆积层的金属原子之间比较容易 产生滑动，这种滑动不会破坏密堆 积的排列方式，而且在滑动过程中 “自由电子”能够维系整个金属键的 存在，即各层之间始终保持着金属 键的作用，因此金属晶体虽然发生了形变，但不会导致断裂。 （2）金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，如具有最密堆积结构的金属的延展性往往比具有其它结构的金属的延展性好。 1.延展性 1.延展性 金箔是用黄金锤成的薄片。黄金由于具有良好的延展性和可塑性，一两(31.25克)纯金可锤成万分之一毫米厚、面积为16.2平方米的金箔。即一克黄金可以打制成约0.5平方米（3米长，20厘米宽）的纯金箔，厚度为0.12μm。 金箔标准规格为9.33×9.33cm，其它常用规格格还有8×8cm，10.9×10.9cm，4.5×1.5cm，2.75×2.75cm。最早发现制作金箔的是古埃及尼罗河流域，在中国金箔是中华民族传统的工艺品，源于东晋，成熟于南朝，流行于宋、齐、梁、陈，南京是中国金箔的发源地。如今南京是世界最大的金箔生产中心。2006年5月，南京金箔锻制技艺被国务院列为第一批国家级非物质文化遗产名录。 2.熔、沸点 金属晶体的熔沸点规律： ①同周期的主族金属元素，从左到右，金属原子的半径逐渐减小，价层电子数逐渐增加，所以金属键逐渐增强，金属晶体的熔、沸点逐渐升高； ②同主族的金属元素，从上到下，金属原子的价层电子数相同，原子半径逐渐增大，所以金属键逐渐减弱，金属晶体的熔、沸点逐渐降低； 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/℃ Li 76 1 180 1340 Na 102 1 97.72 883 Mg 72 2 651 1107 Al 53.5 3 660 2324 K 138 1 63.65 759 常将两种或两种以上的金属元素或以金属为基添加其他非金属元素通过合金化工艺(熔炼、机械合金化、烧结、气相沉积等等)而形成的具有金属特性的金属材料叫做合金。 3.合金 根据合金元素的半径大小，合金元素原子（或离子）可以替代金属晶体中的离子或填充间隙，从而阻碍金属晶体层间的相对滑动。因此，合金的硬度一般强于纯金属；而纯金属的延展性则强于合金。 铜晶体 铜锌合金 掺杂锌 机械性能好 硬度大、强度大 随堂测试 1.判断正误。(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)金属晶体中的自由电子专属于某个金属离子。 (　 　) (2)金属键可以看作多个原子共用多个电子的相互作用，故也有方向性和 饱和性。 (　 　) (3)任何状态下的金属单质都能导电。 (　 　) (4)金属晶体内部的自由电子来源于价电子。 (　 　) (5)合金固体也是金属晶体。 (　 　) 随堂测试 2．金属晶体具有延展性的原因（ ） A．金属键很微弱 B．金属键没有饱和性 C．金属阳离子之间存在斥力 D．密堆积层的阳离子容易滑动，但不会破坏密堆积的排列方式，也不会破坏金属键 D 随堂测试 3．下列对于金属熔、沸点的高低判断正确的是(　　) A．金属镁的熔点高于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐升高的 C．金属镁的硬度小于金属钙 D．金属铝的硬度大于金属钠 D 随堂测试 4．铁镁合金的晶胞结构如图所示，请计算晶胞中含有的Fe、Mg原子个数分别为（ ） A．4 4 B．4 8 C．14 4 D．14 8 B 谢谢观看 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.29 $$