专题3 第一单元 第2课时 金属晶体-【金版新学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义配套课件PPT（苏教版）

该高中化学课件聚焦金属晶体，系统讲解构成微粒、相互作用、二维排列与三维堆积模型，以及晶胞计算，通过金属键概念导入，结合钋、钠等实例搭建从微观作用到宏观结构的学习支架。 其亮点是以“新概念-交流研讨-典例计算”为主线，融入宏观辨识与微观探析（如金属阳离子与自由电子作用）、证据推理与模型认知（晶胞均摊法及密度推导），如“神九”合金应用题强化实际联系。助力学生提升逻辑思维与计算能力，为教师提供系统教学资源，提高课堂效率。

第2课时　金属晶体 　 专题 3 第一单元　金属键　金属晶体 1.能从微观角度分析金属晶体中的构成微粒及粒子之间的相互作 用，培养宏观辨识与微观探析的 学科核心素养。 2.理解金属晶体的堆积模型，并能对金属晶胞进行相关计算，强化 证据推理与模型认知的学科核心素养。 学习目标 任务一　金属晶体 1 随堂演练 3 内容索引 课时测评 4 任务二　有关金属晶胞的计算 2 任务一　金属晶体 返回 新知构建 1.概念：通过金属阳离子与自由电子之间的强烈的作用而形成的晶体。 2.金属晶体的成键粒子是金属阳离子和自由电子。成键粒子之间的相互作用是金属键。 3.金属原子在二维空间的排列方式 (1)金属晶体中的原子可以看成直径相等的球体，在平面上(即二维空间)，有两种排列方式： 图①的排列方式为__________，图②的排列方式为________。 (2)配位数：通常把晶体内(或分子内)某一粒子周围最接近的粒子数目称为该粒子的配位数。 非密置层 密置层 图①中，原子的配位数为___，图②中，原子的配位数为___。 交流研讨1 4 6 【特别提醒】密置层放置时，平面的利用率高。 4.金属晶体的堆积方式 (1)图③所示的堆积方式为简单立方堆积，实例：钋。 (2)图④所示的堆积方式为体心立方堆积，实例：钠、钾、铬、钼、 钨等。 (3)图⑤所示的堆积方式为面心立方堆积，实例：金、银、铜、铅等。 (4)图⑥所示的堆积方式为六方堆积，实例：镁、锌、钛等。 图③中原子的配位数为____，图④中原子的配位数为____，图⑤中原子的配位数为____，图⑥中原子的配位数为____。 交流研讨2 6 8 12 12 5.金属材料——合金 (1)概念：一种金属与另一种或几种金属(或非金属)的融合体。与单组分金属相比，合金的某些性能更优越。 (2)性能 ①合金的硬度一般都比组成它的纯金属大。 ②多数合金的熔点低于组成它的任何一种组分金属。 应用评价 1.“神九”载人飞船上使用了锂镁合金和锂铝合金等合金材料，下列有关叙述不正确的是 A.飞船使用的合金材料，一般具有质量轻、强度高的特点 B.锂铝合金中铝、锂的金属性不如钠强 C.锂镁合金和锂铝合金性质相当稳定，不会与酸发生化学反应 D.锂镁合金是一种具有金属特性的物质，易导热、导电 √ A项，航天材料要符合质量轻、强度高等基本要求；B项，根据碱金属元素性质递变规律可知Na的金属性比Li强，根据金属活动性顺序可知Na的金属性比Al强；C项，锂、镁按一定比例熔合而得到锂镁合金，具有活泼金属的性质，能与酸反应；D项，合金改变了金属内部结构，但仍具有金属的导热、导电等性质。 2.铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示。 晶胞中铁原子的堆积方式是________________；铁原子、镁原子的配位数分别是___、__。 面心立方堆积 8 4 3.如图为甲、乙、丙三种晶体部分结构： (1)甲晶体化学式(X为阳离子)为______。 X2Y 甲中X位于立方体体心，算作1，Y位于立方体顶点，实际占有×4＝，X∶Y(个数比)＝1∶＝2∶1，所以甲的化学式为X2Y。 (2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是_________。 1∶3∶1 乙中A占有×8＝1，B占有×6＝3，C占有1，由此推出A∶B∶C(个数比)＝1∶3∶1。 (3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是____。 8 丙中每个D周围的E的个数与每个E周围D的个数相同，每个E周围有8个D，所以每个D周围有8个E。 返回 任务二　有关金属晶胞的计算 返回 新知构建 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，下面就金属晶体的简单立方堆积、体心立方堆积及面心立方堆积回答问题。 1.简单立方堆积 金属钋(Po)的晶胞如图： ，若该立方体的边长为a cm，金属原子的半径为r cm。 (1)r与a的关系为r＝___。 (2)Po原子的配位数为__。 (3)该晶胞“实际”拥有的原子个数是__。 典例 1 　 6 1 (4)该晶胞的质量是____g(该金属的摩尔质量为M g·mol－1)。 (5)该晶体的密度为________g·cm－3或________g·cm－3。 (6)该晶体中原子的空间利用率为___________________________________ ________________________________________(写出计算过程)。 　 　 　 晶胞中含有8×＝1个原子，故空间利用 率为×100％＝×100％＝％ 2.体心立方堆积 已知金属铬(Cr)的晶胞如图所示 ，则： (1)该晶胞“实际”拥有的Cr原子数目为__个。 (2)原子半径(r cm)和晶胞边长(a cm)的关系：__________。 (3)Cr原子的配位数为__。 (4)一个该晶胞的质量为____g(Cr的相对原子质量为52)。 (5)该晶体的密度为___________g·cm－3(用含NA和r的式子表示)。 (6)该晶体中原子的空间利用率为______________。 典例 2 2 4r＝a 8 　 　 ×100％ 3.面心立方堆积 如图为1个金属铜的晶胞，请完成以下探究。 (1)该晶胞“实际”拥有的铜原子数目为___个。 (2)每个铜原子周围紧邻且等距的铜原子数(配位数)为____。 (3)此晶胞中，顶点的两个铜原子是否相切？___(填“是”或“否”，下同)，同一个面的面对角线上的三个铜原子是否相切？____；若晶胞立方 体的边长为a cm，则最近的两个铜原子间的距离为_____ cm。 (4)若晶胞立方体的边长为a cm，Cu的摩尔质量为64 g·mol－1，阿伏加德 罗常数的值为NA，则金属铜的密度为______g·cm－3(用a、NA表示)。 典例 3 4 12 否 是 a 关于晶胞的计算 假设某晶体的晶胞如图： (1)以M表示该晶体的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数的值，N表 示一个晶胞中所含有的微粒数，a表示晶胞的棱长，ρ表示晶体的 密度，计算如下： 该晶胞的质量用密度表示：m＝ρ·a3； 用摩尔质量表示：m＝M； 则有ρ·a3＝M，ρ＝M。 (2)立方晶胞的边长为a，则面对角线长等于a，体对角线长等于a。 (3)空间利用率＝×100％。 题后总结 应用评价 1.金晶体的晶胞如图所示，设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数的值，在立方体的各个面的对角线上，3个金原子相切，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是 A.金晶体每个晶胞中含有4个金原子 B.金属键无方向性，金晶体属于最密堆积 C.晶体中金原子的配位数是12 D.一个晶胞的体积是6d3 √ 金晶体每个晶胞中含有6×＋8×＝4个金原子，A正确；金属晶体中，金属键无方向性，金晶体属于最密堆积，B正确；从顶点原子看，面心原子距离最近，故配位数为3×8×＝12，C正确；在立方体的各个面的对角线上3个金原子彼此两两相切，金原子的直径为d，故面对角线长度为2d，棱长为×2d＝d，故晶胞的体积为(d)3＝2d3，D错误。 2.如图为金属钠晶体的晶胞结构，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)，已知钠的摩尔质量为a(g·mol－1)，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钠原子为等径的刚性球且与处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为 A. B. C. D. √ 金属钠的晶胞中含有的钠原子数为1＋8×＝2，设晶胞边长为x(cm)，根据ρ＝得，ρ＝，x＝，则晶胞的体对角线长为，所以钠原子的半径为。 3.用X射线研究某金属晶体，测得其立方晶胞的边长为 360 pm，此时金属的密度为9.0 g·cm－3。试回答： (1)此晶胞中含金属原子___个。 (2)每个晶胞的质量是__________g。 4 根据题意，一个晶胞所含有的金属原子个数＝8×＋6×＝4。 4.2×10－22 根据晶胞的边长为360 pm，可得晶胞的体积为(3.6×10－8)3 cm3。根据质量＝密度×体积，可得晶胞的质量＝9.0 g·cm－3×(3.6×10－8)3 cm3≈4.2×10－22 g。 (3)此金属的相对原子质量为_______。 (4)此原子的原子半径为_______ pm。 63.21 金属的相对原子质量＝NA×原子的质量＝6.02×1023×4.2×10－22÷4＝63.21。 在面心立方晶胞中，晶胞的边长＝，因此，该金属原子的原子半径＝×360 pm≈127.28 pm。 127.28 返回 随堂演练 返回 √ 1.金属晶体的堆积方式和配位数关系正确的是 A.Po——简单立方堆积——4 B.Na——体心立方堆积——12 C.Zn——六方堆积——8 D.Ag——面心立方堆积——12 简单立方堆积(如Po)配位数为6，A错误；体心立方堆积，如钾、钠和铁，配位数为8，B错误；六方堆积，如镁、锌、钛，配位数为12，C错误；Ag为面心立方堆积，配位数为12，D正确。 2.已知，1 183 K以下纯铁晶体的基本结构单位如图1所示，1 183 K以上转变为图2所示的基本结构单位，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离 相同。 (1)在1 183 K以下的纯铁晶体中，与体心铁原子等距离且最近的铁原子数是___。 8 与体心铁原子等距离且最近的铁原子是8个顶点的铁原子。 (2)在1 183 K以上的纯铁晶体中，与面心铁原子等距离且最近的铁原子数是____，若其晶胞边长为a nm，设阿伏加德罗常数的值为NA，该晶体的 密度是__________________。 12 ×1021 g·cm－3 在1 183 K以上的纯铁晶体中，与面心铁原子等距离且最近的铁原子有12个；据“均摊法”可知，一个1 183 K以上的纯铁晶胞中，含铁原子数为8×＋6×＝4，则其密度ρ＝ g·cm－3＝×1021 g·cm－3。 3.Al的晶胞特征如图甲所示，原子之间相互位置关系的平面图如图乙 所示。 若已知Al的原子半径为d，NA代表阿伏加德罗常数的值，Al的相对原子质量为M，请回答：(1)晶胞中Al原子的配位数为____，一个晶胞中Al原子的数目为___。 12 4 Al属于面心立方堆积，配位数为12，一个晶胞中Al原子的数目为8×＋6×＝4。 (2)该晶体的密度为__________(用代数式表示)。 面对角线的长度为4d，然后根据边长的倍等于面对角线的长度可求得晶胞的边长为2d，把数据代入公式ρV＝M得ρ×(2d)3＝M，解得ρ＝。 4.已知某金属面心立方晶体，其结构如图(Ⅰ)所示，面心立方的结构如图(Ⅱ)所示，该原子的半径为1.27×10－10 m，试求金属晶体中的晶胞长度，即图(Ⅲ)中AB的长度。AB的长度为______________m(结果保留3位有效数字)。 3.59×10－10 通过观察图(Ⅰ)和图(Ⅱ)，可得出其结构特征：在一个立方体的八个顶点上均有一个原子，且在六个面的中心各有一个原子。图(Ⅲ)是一个平面图，则有：AB2＋BC2＝AC2，且AB＝BC，即2AB2＝(4×1.27× 10－10)2，AB≈3.59×10－10 m。 返回 课时测评 返回 1.下列性质中可证明某单质属于金属晶体的是 A.有金属光泽 B.具有较高熔点 C.熔融态不导电 D.固态导电且延展性好 √ 硅晶体具有金属光泽和较高熔点，但不属于金属晶体；金属晶体熔融态导电，固态也导电，并具有良好的延展性。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2.金属原子在二维空间里放置有如图所示的两种排列方式，下列说法正确的是 A.(a)为非密置层，配位数为6 B.(b)为密置层，配位数为4 C.(a)在三维空间里堆积可得六 方堆积和面心立方堆积 D.(b)在三维空间里堆积仅得简单立方堆积 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 金属原子在二维空间里有两种排列方式，一种是密置层排列，另一种是非密置层排列。密置层排列的配位数为6，非密置层排列的配位数为4。由此可知，(a)为密置层，(b)为非密置层。密置层在三维空间堆积可得到六方堆积和面心立方堆积两种堆积方式，非密置层在三维空间堆积可得到简单立方堆积和体心立方堆积两种堆积方式。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3.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、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：①6，②8，③8，④12 D.空间利用率的大小关系为：①＜②＜③＜④ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由金属晶体的晶胞结构图可知：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错误；晶胞①中原子个数＝8×＝1；晶胞②中原子个数＝1＋8×＝2；晶胞③中原子个数＝1＋8×＝2，晶胞④中原子个数＝8×＋6×＝4，B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ①为简单立方堆积，配位数为6；②为体心立方堆积，配位数为8；③为六方最密堆积，配位数为12；④为面心立方最密堆积，配位数为12，C错误；六方最密堆积与面心立方最密堆积的空间利用率相等，简单立方堆积、体心立方堆积不是最密堆积，空间利用率比六方最密堆积和面心立方最密堆积的小；体心立方堆积空间利用率比简单立方堆积的高，故空间利用率的大小关系为：①＜②＜③＝④，D错误；故选B。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4.云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外，曾主要用于造币，也可用于制造仿银饰品。镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。下列说法错误的是 A.晶胞中铜原子与镍原子的个数比为3∶1 B.铜镍合金是含有金属键的化合物 C.Ni原子核外有2个未成对电子 D.镍白铜晶体具有较大的硬度 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 晶胞中Cu处于面心，Ni处于顶点，Cu原子数目＝6×＝3，Ni原子数目为8×＝1，则晶胞中Cu与Ni原子数目之比为3∶1，A正确；合金是两种或两种以上的金属，或者金属与非金属熔合而成的混合物，不是化合物，B错误；Ni的原子序数为28，根据构造原理，电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2，核外3d能级上有2个未成对电子，C正确；一般而言，合金的硬度比组分金属大，熔点比组分金属低，镍白铜可用于造币以及制造仿银饰品，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5.如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞： 下列说法正确的是 A.甲晶体中X、Y两种微粒个数比是1∶1 B.乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是1∶2∶1 C.丙晶体中每个D周围结合E的个数是8 D.乙晶体中每个A周围结合B的个数为6 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 甲晶体中X的个数为1、Y的个数为4×＝，故X、Y两种微粒个数比是2∶1，A错误；乙晶体中A的个数为8×＝1、B的个数为6×＝3、C的个数为1，故A、B、C三种微粒的个数比是1∶3∶1，B错误；丙晶体中每个D周围结合E的个数是8，C正确；乙晶体中每个A周围结合B的个数为12，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6.铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示(黑球代表Fe，白球代表Mg)。则下列说法错误的是 A.铁镁合金的化学式可表示为Mg2Fe B.晶胞中有14个铁原子 C.晶体中存在的化学键类型为金属键 D.该晶胞的质量是 g(NA表示阿伏加德罗常数的值) √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 晶胞中含有铁原子的数目为8×＋6×＝4，含有镁原子的数目为8，故化学式可表示为Mg2Fe，A项正确；根据A选项分析，晶胞中有4个铁原子，B项错误；金属合金仍为金属，晶体中有金属键，C项正确；一个晶胞中含有4个“Mg2Fe”，其质量为 g＝ g，D项正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7.关于金属钾晶体(如图)结构的叙述中正确的是 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 √ 钾晶体是非密置层的一种堆积方式，为体心立方堆积，钾原子位于8个顶点和体心，晶胞所含原子数为8×＋1＝2。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 8.氮化钼作为锂离子电池负极材料具有很好的发展前景。它属于填隙式氮化物，N原子部分填充在Mo原子立方晶格的八面体空隙中，晶胞结构如图所示，其中氮化钼晶胞参数为a nm，(已知Mo的相对原子质量为96)下列说法正确的是 A.氮化钼的化学式为MoN2 B.相邻两个最近的N原子的距离为a nm C.晶体的密度ρ＝ g·cm－3 D.每个钼原子周围与其距离最近的钼原子有12个 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据晶胞结构图可知该晶胞中含有的Mo原子数目是8×＋6×＝4，含有的N原子数目是1＋4×＝2，N(Mo)∶N(N)＝4∶2＝2∶1，因此氮化钼的化学式为Mo2N，A错误；根据晶胞结构可知，在该晶体中2个最近的N原子间的距离为面对角线长的一半，为a nm，B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 该晶体的密度ρ＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3，C错误；以顶点的Mo原子为研究对象，通过该顶点能够形成8个晶胞，在一个晶胞中与该Mo原子等距且最近的Mo原子有3个，分别位于通过该Mo原子三个平面的面心上，每个Mo原子被重复计算了2次，则每个钼原子周围与其距离最近的钼原子有＝12个，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 9.铜金合金可作为CO2转化为碳氢化合物的催化剂，如图是一种铜金合金的晶胞结构图。下列说法正确的是 A.该晶胞的体积为a3×10－36 cm3 B.Au和Cu原子数之比为3∶1 C.与Au最邻近的Cu原子数为12 D.Au和Cu之间的最短距离为a pm √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 晶胞参数为a pm，即a×10－10 cm，则晶胞体积为a3×10－30 cm3，A错误；晶胞中，Au的个数为8×＝1，Cu的个数为6×＝3，则Au和Cu原子数之比为1∶3，B错误；由图可知，与Au最邻近的Cu原子数为12，C正确；由图可知，Au和Cu之间的最短距离是面对角线的一半，即a pm，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10.已知金属Cu、Ag、Au的晶体都是面心立方最密堆积，下列Cu晶胞俯视图正确的是 √ 根据面心立方最密堆积的特点，原子在晶胞的顶点和面心，故俯视图中正方形顶点，边的中点和中心都有原子。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11. (15分)某晶体的晶胞结构如图所示。请回答下列问题： (1)晶体中每个Y粒子同时吸引着_____个X粒子， 每个X粒子同时吸引着____个Y粒子，该晶体的 化学式为____________。 4 8 XY2(或Y2X) 由题图可得，晶体中每个Y粒子同时吸引着4个X粒子；在题图所示晶胞中，以面心处的X粒子为研究对象，每个X粒子同时吸引着4个Y粒子，而每个X粒子被2个晶胞所共用，则在晶体中每个X粒子同时吸引着4×2＝8个Y粒子；一个晶胞中含有X粒子的数目为8×＋6×＝4，含有Y粒子的数目为8，X、Y粒子数目之比为1∶2，故该晶体的化学式为XY2或Y2X。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (2)晶体中每个X粒子周围与它最近且距离相等的X粒子共有_____个。 12 由晶胞结构可知，以顶点的X粒子为研究对象，一个晶胞内与之距离最近且相等的X粒子位于面心处，有3个，而每个顶点X粒子被8个晶胞所共用，每个面心X粒子被2个晶胞所共用，则晶体中与X粒子距离最近且相等的X粒子的数目为8×3×＝12。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (3)设该晶体的摩尔质量为M g·mol－1，晶体密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数为NA mol－1，则晶体中两 个最近的X粒子间的距离为__________ cm。 × 设该晶胞的边长为a cm，则可得a3cm3×ρ g·cm－3×NA mol－1＝4×M g·mol－1，解得a＝，晶胞的边长为晶体中两个最近的X粒子间距离的倍，则晶体中两个最近的X粒子间的距离为× cm。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12. (15分)金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体，即在立方体的8个顶点各有一个金原子，各个面的中心有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共有(如图)。金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。 (1)金晶体每个晶胞中含有__个金原子。 4 金晶体中每个晶胞中含有8×＋6×＝4个金原子。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定____________________________________________。 在立方体各个面的对角线上3个金原子两两相切 欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定在立方体各个面的对角线上3个金原子两两相切。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (3)一个晶胞的体积是_________。 2d3 金原子直径为d，则晶胞的面对角线长为2d，立方体的边长为d，所以一个晶胞的体积为(d)3＝2d3。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (4)金晶体的密度是________。 一个晶胞中含有4个金原子，则一个晶胞的质量为，故金晶体的密度为＝。 返回 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 谢 谢 观 看 第2课时　金属晶体 返回 $