3.1 金属键 金属晶体 第2课时（教学课件）化学苏教版选择性必修2

专题3 微粒间作用力与物质性质 第一单元 第2课时 金属晶体 苏教版选择性必修2 晶胞 2 晶体 1 知识导航 金属原子的堆积方式 3 知识导航 明·学习目标 1．了解晶体、晶胞的概念，能借助模型说明常见金属晶体中晶胞的构成。 3．能举例说明合金的优越性能。 2．能利用金属晶体的通性判断晶体类型，并能用均摊法分析晶胞组成。 引·新课导入 自然界中许多固态物质都是晶体，它们有规则的几何外形，如晶莹的雪花、玲珑剔透的石英、棱角分明的食盐固体和许多矿石。 雪花 石英晶体 食盐晶体 01 晶体 探·知识奥秘 一、晶体 1.概念 有规则几何外形和固定熔点的固态物质 2.晶体具有规则几何外形的原因 内部粒子（原子、离子或分子）在空间呈现有规则重复排列 如氯化钠、金刚石、干冰等物质。 黄色的硫黄(S8) 紫黑色的碘（I2） 蜡状的白磷(P4) 高锰酸钾晶体 探·知识奥秘 一、晶体 3.非晶体 没有固定熔点，一般也没有规则几何外形的固态物质 如石蜡、玻璃、橡胶等物质。 思考讨论 如何区分晶体与非晶体呢？ 探·知识奥秘 一、晶体 4.晶体的特性 自范性、各向异性 晶体的自范性 晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图 本质上，晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。 相反，非晶体中粒子的排列则相对无序，因而无自范性。 探·知识奥秘 一、晶体 晶体的各向异性 力学(强度等)、光学(折射率等)、热学(导热性等)、电学(导电性)等随方向改变呈现差异的特性 思考：如何验证方解石在力学上具有各向异性？ 方解石（CaCO3晶体） 操作 现象 原因 沿垂直方向在方解石表面和玻璃表面刻划。 发现刻痕的深浅不一样。 说明不同方向上的强度不同，强度有各向异性。 探·知识奥秘 一、晶体 思考讨论 判断一个物质是否为晶体的最可靠的依据是什么？ 根据X射线衍射图显示的信息，能推知晶体内部的微观结构。 晶体的X射线衍射图 晶体的X射线衍射原理 析·典型范例 1．如图是某同学找到的一张玻璃结构示意图，根据这张图判断玻璃是不是晶体，为什么？ 晶体和非晶体的根本区别在于构成固体中的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。构成玻璃的粒子无周期性的排列，是无序的，所以玻璃是非晶体。 析·典型范例 2．根据晶体物理性质的各向异性的特点，能鉴别用玻璃仿造的假宝石。请你列举一些可能有效的方法鉴别假宝石。 ①可观察宝石的形状，具有多面体的外形；测试它的硬度，可在玻璃上刻画出痕迹，初步确定它是晶体； ②可用宝石的折光率鉴别；③最可靠的科学方法：用X射线衍射实验鉴别。 探·知识奥秘 一、晶体 归纳小结 晶体与非晶体的区别 晶体 非晶体 微观结构特征 性质特征 自范性 各向异性 熔点 鉴别方法 间接方法 科学方法 举例 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序 有 无 有 无 固定 不固定 熔点和各向异性 X射线衍射实验 NaCl、I2、SiO2、金属 橡胶、玻璃 探·知识奥秘 一、晶体 科学史话 古人很早就注意到一些物质具有规则的几何外形，我国古代《演繁录》一书中曾写道：“盐成卤水，暴烈日中，即成方印，洁白可爱。”“方印”是指食盐的几何外形。古希腊人认为透明的石英是由过冷的冰形成的，因而称之为“crystalos”，其原意是“洁净的冰”，英文crystal（晶体）即源于此。 17世纪，物理学家惠更斯（C. Huygens，1629—1695）收藏了大量的矿石，他惊叹于矿石规则的几何外形，提出其成因是构成晶体的微粒有序排列的猜想。 X射线发现后，人类对晶体内部结构的认识才获得了重大突破。起初，科学家试图用人工狭缝做X射线的光栅，让其产生衍射，结果失败了。劳厄（M. Laue，1879—1960）分析并总结了失败的原因，独辟蹊径，认为利用晶体作为立体光栅可以获得衍射图。1912年，清晰的X射线衍射图被拍摄到。根据衍射图显示的信息，科学家便能推知晶体内部的微观结构。 人类对晶体结构的认识 探·知识奥秘 一、晶体 5.金属晶体 金属原子之间通过金属键相互结合形成的晶体 金属阳离子和自由电子 金属键 (1) 定义 铜的晶体结构模型 (2) 组成粒子 (3) 微粒间的作用力 金属晶体中的原子实（原子核加原子的内层电子，即金属阳离子）被看作是相互堆积的，自由电子（价电子）则在各原子实间自由活动。 金属单质和合金都属于金属晶体 探·知识奥秘 一、晶体 ①在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子 → 晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。 注意 ②在金属晶体中，不存在单个分子或原子，金属单质或合金(晶体锗、灰锡除外)属于金属晶体。 ③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。 析·典型范例 3．下列叙述正确的是（ ） D A.任何晶体中，若含有阳离子，就一定含有阴离子 B.金属晶体的形成是因为晶体中存在金属离子间的相互作用 C.价电子越多的金属原子的金属性越强 D.含有金属元素的离子不一定是阳离子 02 晶胞 探·知识奥秘 二、晶胞 1.概念 描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。 晶胞是晶体中最小的结构重复单元。 铜晶体结构 在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，彼此相切、紧密堆积成晶体。 铜晶胞 和其他类型的晶体一样，金属晶体也是由能够反映晶体结构特征的基本重复单位——晶胞）在空间连续重复延伸而形成的。 铜晶胞 探·知识奥秘 二、晶胞 2.晶体与晶胞的关系 常规的晶胞都是平行六面体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。 所谓“无隙”：是指相邻晶胞之间没有任何_________。 所谓“并置”：是指所有晶胞都是 _________ 排列的，取向_______。 间隙 平行 相同 无隙并置 晶体 晶胞 析·典型范例 1．下图中的晶胞是指”大立方体”呢？还是”小立方体”？为什么？ 不是晶胞 晶胞具有相同的顶角、相同的平行面和相同的平行棱 析·典型范例 2．下列关于晶体的说法正确的是（ ） D A．晶体和非晶态物质的本质区别是是否具有规则的几何外形 B．晶体和非晶态物质都具有固定的熔点 C．晶胞中任何一个微粒都属于该晶胞 D．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成 析·典型范例 3．金属晶体的形成是因为晶体中存在(　　) C A、脱落价电子后的金属离子间的相互作用 B、金属原子间的相互作用 C、脱落了价电子的金属离子与脱落的价电子间的相互作用 D、金属原子与价电子间的相互作用 03 金属原子的堆积方式 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 密置层 非密置层 配位数：4 配位数：6 配位数：指距离某个原子最近且距离相等的原子个数 1.金属原子在二维空间的排列方式 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 2.金属原子在三维空间的排列方式 金属晶体是金属原子在三维空间按一定的规律堆积而成的。 将密置层和非密置层按一定的方式在三维空间中堆积，就得到了金属晶体的4种基本堆积方式： 简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积、六方堆积。 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 (1) 简单立方堆积 非密置层在三维空间的“点对点”堆积 配位数：6 代表金属：只有金属钋Po采用 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 (2) 体心立方堆积 非密置层在三维空间的“点对穴”堆积 配位数：8 代表金属：金属钠、钾、铁、铬、钼、钨等 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 2.金属原子在三维空间的排列方式 密置堆积——六方密置堆积与面心密置堆积 六方密置堆积 A-B-A堆积 面心密置堆积 A-B-C堆积 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 (3) 六方最密堆积 ABAB…堆积方式 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 配位数：12 代表金属：金属Mg、Zn、Ti 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 (4) 面心立方最密堆积 ABCABC…堆积方式 A B C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 配位数：12 代表金属：金属Au、Ag、Cu、Pb 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 3.晶胞中金属原子数目的计算(均摊法) 顶点占1/8 棱上占1/4 面上占1/2 体内占1 顶角 棱上 面上 内部 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 (1) 简单立方堆积 该晶胞中含有8个位于顶点的金属原子，晶胞中的金属原子数为 8× =1 简单立方晶胞切面示意图 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 (2) 体心立方堆积 该晶胞中含有8个位于顶点和1个位于体心的金属原子，晶胞中的金属原子数为： 8× +1=2 体心立方晶胞切面示意图 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 (3) 面心立方堆积 该晶胞中含有8个位于顶点和6个位于面心的金属原子，晶胞中的金属原子数为： 8× +6× =4 面心立方晶胞切面示意图 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 (4) 六方堆积 六方晶胞切面示意图 思考：六方晶胞中的金属原子数如何计算？ 该晶胞中含有12个位于顶点、2个位于面心和3个位于内部的金属原子，晶胞中的金属原子数为： 12× +2× +3=6 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 归纳小结 堆积方式 模型 典型代表 原子数目 简单立方堆积 体心立方堆积 面心立方堆积 六方堆积 8× = 1 1 8 8× +1 = 2 1 8 8× + 6× = 4 1 8 1 2 12× + 2× + 3 = 6 1 6 1 2 钋（Po） Na、K、Fe Au、Ag、Cu、Pb Mg、Zn、Ti 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 思考讨论 晶体的化学式 如何通过晶胞写出该金属晶体的化学式呢？ 表示的是晶体（也可以说是晶胞）中各类原子或离子数目的最简整数比 化学式： AB 化学式： ABC3 规律总结： 晶体化学式的确定流程:观察确认粒子种类→确定各粒子在晶胞中的位置→用均摊法求晶胞均摊各粒子的数目→求各粒子数目的最简比→确定化学式。 探·知识奥秘 三、金属原子的堆积方式 4.合金 (1) 定义 把两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金 (2) 特性 ①合金的熔点比其成分中金属低 ②具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能 (3) 实例 ①钢铁：生铁、碳素钢、合金钢等。 ②铝合金：硅铝合金、镁铝合金、硬铝等。 ③铜合金：青铜（主要含Cu、Sn、Pb）、黄铜（主要含Cu、Zn）、白铜（主要含Cu、Ni、Zn） ④功能合金：不锈钢、储氢材料LaNi5合金、形状记忆合金、锰钢、硅钢、钛合金等 析·典型范例 1．金属钠是体心立方堆积,下列关于钠晶体的判断合理的是(　 ) C A.其熔点比金属铝的熔点高 B.一个钠的晶胞中,平均含有4个钠原子 C.该晶体中的自由电子在外电场作用下可发生定向移动 D.该晶体中的钠离子在外电场的作用下可发生定向移动 析·典型范例 2．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(　　) C 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 金属晶体 组成粒子 晶胞 理·核心要点 堆积方式 微粒间的作用力 简单立方堆积 体心立方堆积 六方最密堆积 金属阳离子和自由电子 金属键 配位数、均摊法 面心立方最密堆积 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 1.下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是（ ） A. 用铁制品做炊具 B. 用金属铝制成导线 C. 用铂金做首饰 D. 铁易生锈 D 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 2.某金属合金晶体的一部分如图所示,这种晶体中甲、乙、丙三种金属原子个数之比是(　 　) A.3∶9∶4 B.1∶4∶2 C.2∶9∶4 D.3∶8∶4 B 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 3.某物质的晶体中，含A、B、C 3种元素，其排列方式如图所示(其中前后两面心上的B原子未画出)，晶体中A、B、C的原子个数比为(　　) A．1∶3∶1 B．2∶3∶1 C．2∶2∶1 D．1∶3∶3 A 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 4.已知某晶体晶胞如图所示。则该晶体的化学式为(　 　) A.XYZ B.X2Y4Z C.XY4Z D.X4Y2Z C 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 5.最近发现,只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素,从而引起广泛关注。该新型超导材料的一个晶胞如图所示,则该晶体的化学式为（ ） A.Mg2CNi3 B.MgC2Ni C.MgCNi2 D.MgCNi3 D 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 6.1183 K以下纯铁晶体的基本结构单元如图甲所示，1183 K以上纯铁晶体的基本结构如图乙所示，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。 (1)纯铁晶体中铁原子以________键相互结合。 (2)在1183 K以下的纯铁晶体中，与铁原子等 距离且最近的铁原子有______个；在1183 K 以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子有_____个。 练·技能实战 金属 8 12 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版选择性必修2 EV录屏3.8.4软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn Lavf58.46.101 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $