专题3 第一单元 金属键和金属晶体(课时2)课件-2025-2026学年高二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 金属键 金属晶体 课时2 一、晶体 美丽化学 —— 晶体之美 一、晶体 如金刚石、氯化钠、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 （1）晶体：由大量微观粒子(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性排列而构成的具有规则几何外形的固体，有固定的熔沸点。 （2）非晶体：没有固定的熔点，也没有规则的外形。 如石蜡、玻璃、橡胶等物质。 1、什么是晶体？ 一、晶体 2、金属晶体 金属阳离子和自由电子 金属键 金属单质和合金都属于金属晶体 (4) 结构：像很多硬球一层一层地紧密堆积，金属原子的周围有较多的相同原子围绕着。原子之间以金属键相互结合。 (1) 定义：金属原子之间通过金属键相互结合形成的晶体 (2) 组成粒子： (3) 微粒间的作用力： 一、晶体 （1）晶体：由大量微观粒子(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性排列而构成的具有规则几何外形的固体，有固定的熔沸点。 这么多不同的晶体，如何描述其中原子的排列呢？ 找岀晶体中最小的结构重复单元 氯化钠晶体结构 铜晶体结构 【思考与交流】 二、晶胞 1、概念： 描述晶体结构的基本单元。晶胞是晶体中最小的结构重复单元。 注意：晶胞是人为划定的。 2、晶胞和晶体的关系 一般来说，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。 无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。 　共用棱、面和顶点 并置：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 (通过平移能使两个晶胞完全重叠) 说明：同一个晶体中，所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。 二、晶胞 3、晶胞特征（以铜晶胞为例） 8个顶点相同 三套各4根平行棱分别相同 x z y 三套各两个平行面分别相同 共6个面 共8个顶点 共12个根棱 常规晶胞是8个顶点相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。 A图中满足晶胞的结构特点，是晶胞。 思考与讨论 1、判断下列六面体是否是晶胞？ B图中不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，不是晶胞。 C图中不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求，不是晶胞。 D图中不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，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 不是晶胞 是晶胞 无法进行“无隙并置”，不是晶胞 思考与讨论 2、下图中的晶胞是指”大立方体”呢？还是”小立方体”？为什么？ 晶胞的本质属性——晶胞具有平移性（不能转动） 简单立方 体心立方 面心立方 立方体 8个顶点，面上原子相切 立方体 8个顶点，1个中心，顶点与中心相切 立方体 8个顶点，6个面心 二、晶胞 4、常见晶胞类型 六棱柱（六方）晶胞 三棱柱晶胞 晶胞不一定都取平行六面体。 不表示，只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。 思考与讨论 3、所有的晶胞都是平行六面体吗？ 4、由晶胞构成的晶体，其化学式是否表示一个分子中原子的数目？ 三、晶胞的计算 观察晶胞图时，千万不能忘记，晶胞只是晶体微观空间结构里的一个基本单元，在它的上下、左右、前后无隙并置地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列(包括取向)是完全相同的。 “均摊法”是计算每个晶胞平均拥有的粒子数目的常用方法。其基本理念是每个粒子被n个晶胞所共用，则该粒子有1/n属于这个晶胞。 顶角 棱上 面上 内部 1、晶胞中粒子数目的计算方法 ——均摊法 三、晶胞的计算 体心：1 面心： 顶点： 棱边： 8 1 4 1 2 1 ①平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算 1、晶胞中粒子数目的计算方法 ——均摊法 每个顶点:1/8 每个面心:1/2 金属铜一个晶胞的铜原子数： 8×1/8+6×1/2=4 铜晶胞中含有8个顶点、6个面心 三、晶胞的计算 Na晶胞 Cu晶胞 【课堂练习】 每个顶点:1/8 每个体心:1 Na晶胞中含有8个顶点、1个体心 Na金属一个晶胞的Na原子数： 8×1/8+1×1=2 四、金属晶体的常见堆积方式 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 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。 2、金属原子在三维空间的排列方式 四、金属晶体的常见堆积方式 （1）简单立方堆积 晶胞原子数： 配位数： 只有金属钋（Po）采取这种堆积方式 6 1 非密置层在三维空间的“点对点”堆积 2、金属原子在三维空间的排列方式 四、金属晶体的常见堆积方式 （2）体心立方密堆积 密置层堆积，碱金属、铁、铬、钼、钨等采取这种堆积方式。 晶胞原子数： 配位数： 8 2 非密置层在三维空间的“点对穴”堆积 2、金属原子在三维空间的排列方式 四、金属晶体的常见堆积方式 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 2、金属原子在三维空间的排列方式 四、金属晶体的常见堆积方式 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 2、金属原子在三维空间的排列方式 (3) 六方最密堆积 四、金属晶体的常见堆积方式 晶胞原子数：？ 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 顶角：1/6 上、下棱：1/4 侧棱：1/3 面上：1/2 内部：1 四、金属晶体的常见堆积方式 (3) 六方最密堆积 1 2 3 4 5 6 晶胞原子数： 配位数： 12 4 ABCABC…堆积方式 2、金属原子在三维空间的排列方式 (4) 面心立方最密堆积 A B C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 代表金属：金属Au、Ag、Cu、Pb 四、金属晶体的常见堆积方式 四、金属晶体的常见堆积方式 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 1.铁有δ-Fe、γ-Fe、α-Fe三种同素异形体，三种晶体在不同温度下可以发生转化。如图是三种晶体的晶胞，下列说法正确的是 A.三种同素异形体的性质相同 B.γ-Fe晶胞中与每个铁原子距 离最近且相等的铁原子有6个 C.α-Fe晶胞中与每个铁原子距离最近且相等的铁原子有6个 D.将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同 √ δ-Fe　　　　 γ-Fe　 　α-Fe 思考与讨论 思考与讨论 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 四、金属晶体的常见堆积方式 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。 思考与讨论 3.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 思考与讨论 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 思考与讨论 5.请计算出NaCl晶胞Na+和Cl-的个数 1 8 Cl-数＝8× +6 × ＝4 1 2 Na+数: Cl-数=1:1 氯化钠的化学式为NaCl 一个晶胞含4个NaCl 1 4 Na+数＝12× +1 ＝4 思考与讨论 6.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 思考与讨论 (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。 金属 8 12 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。 五、晶胞空间利用率的计算 1.简单立方堆积：Po 配位数：6 晶胞中含有原子数： 五、晶胞空间利用率的计算 简单立方晶胞参数：边长a 球半径r 与晶胞边长 a 的关系：a=2r V晶胞=a3=(2r)3 = 8r3 晶胞空间利用率= V球 V晶胞 = 8r3 ×100％ ≈ 52.3％ ×100％ V球= πr3 切面图 晶胞空间利用率=晶胞里真正被原子“占满”的体积/整个晶胞的体积 五、晶胞空间利用率的计算 2.体心立方堆积：Na、K、Ca 配位数：8 晶胞中含有原子数： 六、晶胞空间利用率的计算 a a a b c 空间利用率 = V球总 V晶胞 ×100％ ≈ 68％ 五、晶胞空间利用率的计算 3.面心立方密堆积 配位数：12 中间层6，上下异向各3 V晶胞 = 六、晶胞空间利用率的计算 晶胞中含有原子数： 切面图 a 4r= a a=2 r = 晶胞空间利用率 = ×100％ ≈74.05％ = ×4 五、晶胞空间利用率的计算 4.六方最密堆积 配位数：12 中间层6，上下同向各3 3个晶胞 五、晶胞空间利用率的计算 4.六方最密堆积 六方最密堆积金属原子的半径r与六棱柱的边长a、高h的关系： a=2r h a h =2×边长为的正四面体的高 五、晶胞空间利用率的计算 晶胞体积S底 ×h = a=2r 4.六方最密堆积 h a h =2×边长为的正四面体的高 晶胞底面积S底=a2sin60°= V晶胞= 晶胞空间利用率 = ×2 ×100％ ≈ 74.05％ = 六、晶体密度的计算 1.晶体密度计算公式：   【m:晶胞质量(g)，V：晶胞体积(cm3)】 2.晶体密度计算步骤： ⑥由 计算晶胞的密度，即晶体的密度。 ①选取一个晶胞。 ②用“均摊法”确定晶胞（或所截取的结构单元）中所含的原子、分子或离子数目，进而确定组成单质或化合物“粒子”的数目，设为N。 ③计算晶胞中所含“粒子”的物质的量： （其中NA为阿伏加德罗常数） ④计算晶胞的质量： （其中M为“粒子”的摩尔质量） ⑤计算晶胞的体积V。 六、晶体密度的计算 （简单立方堆积）晶体密度的 计 算 晶体的密度ρ= 六、晶体密度的计算 1.若晶体结构A中相邻的阴、阳离子的距离为a cm，且用NA代表阿伏加德罗常数，则FeS2晶体的密度为 g/cm3。 六、晶体密度的计算 2.金属钛有两种同素异形体，常温下是六方堆积，高温下是体心立方堆积。如图所示是钛晶体的一种晶胞，晶胞参数a=0.295nm，c=0.469 nm，则该钛晶体的密度为 g·cm-3（用NA表示阿伏伽德罗常数的值，列出计算式即可）。 课堂练习 3.氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键。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。 (1)铁镁合金的化学式为　　　　。 Mg2Fe (2)距离Mg原子最近的Fe原子个数是　　。 (3)若该晶体储氢时，H2分子在晶胞的体心和棱心位置，则含Mg 96 g的该储氢合金可储存标准状况下H2的体积约为　　　L。 4 44.8 课堂练习 (4)若该晶胞的晶胞参数为d nm，则该合金的密度 为　　　 　　 g·cm-3(列表达式，用NA表示阿伏加德罗常数的值)。 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf60.16.100 vid:v0200fg10000cuusehvog65n8g6dc40g $