3.3金属晶体与离子晶体 课件-2025-2026学年人教版高二下学期化学人教版选择性必修2

第三章 晶体结构与性质 第三节 金属晶体与离子晶体 1.能辨识常见的金属晶体，能从微观角度分析金属晶体中的构成微粒及微粒间作用，并解释金属的物理性质。 2.能辨识常见的离子晶体，能从微观角度理解离子键对离子晶体性质的影响，能从宏观角度解释离子晶体性质的差异。 3.通过对离子晶体模型的认识，理解离子晶体的结构特点，预测其性质。 核心素养 发展目标 “两类新晶体，一个系统表，三条比较线，四种计算力”  两类新晶体：金属晶体（电子气模型）、离子晶体（离子键模型）。 一个系统表：四大典型晶体对比总表（构成微粒、作用力、物理性质）。 三条比较线： 熔沸点：离子晶体/共价晶体/金属晶体（一般）> 分子晶体。 导电性：金属晶体（固态导电）、离子晶体（熔融/溶液导电）、分子晶体（一般不导电）、共价晶体（一般不导电）。 硬度：共价晶体 > 离子晶体/金属晶体（差异大） > 分子晶体。 四种计算力（综合应用）： 晶胞粒子数计算（均摊法）。 化学式确定。 键数/配位数计算。 晶体密度计算（结合晶胞参数）。 金属键 一 金属晶体 在常温下，金属(除汞外)在常温下都是晶体，称其为金属晶体。 在金属晶体中，原子之间以金属键相互结合 1.金属键 (1)概念：金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用。 (2)成键粒子：___________和_________。 (3)本质：金属原子脱落下来的_______形成遍布整块晶体的“_______”，被所有原子共用，从而把所有的_________维系在一起。 (4)特征：电子气被所有的金属原子所共用，所以金属键______(填“有”或“没有”)方向性及饱和性。 (5)影响因素 ①一般而言，金属元素的原子半径越小，金属键越强; ②一般而言，金属元素的价电子数越多，金属键越强。 金属阳离子 自由电子 价电子 电子气 金属原子 没有 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。 1.金属为什么具有较好的延展性？ 在金属晶体中，金属原子如同半径相等的小球一样，一个挨一个地紧密堆积成晶体。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。 2.金属为什么易导热？ 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞，把能量传给金属离子。 金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 3.金属为什么易导电？ 在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。导电性随温度升高而降低。金属的导电性随温度的升高而降低，是由于电子气中的自由电子在热的作用下运动速度加快，运动紊乱性增强，自由电子与金属原子频繁碰撞的缘故。 （1）金属晶体具有导电性，但能导电的物质不一定是金属。石墨具有导电性，属于非金属。还有一大类能导电的有机高分子化合物（如聚乙炔），也不属于金属。 （2）金属导电的粒子是自由电子，导电过程是物理变化。而电解质溶液导电的粒子是自由移动的阴阳离子，导电过程是化学变化。 金属晶体结构具有金属光泽和颜色 由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜红色、金黄色、铯金色、铅蓝白色等）由于较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。 当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。 如何比较金属熔沸点的高低？ 金属晶体熔沸点的高低 金属键强弱 金属离子半径大小 价电子的多少 合金的形成 相对合金来说，纯金属原子分布均匀金属键相互作用力强，熔点高。 储氢材料类似合金，H-填在空隙中。 试用金属键理论解释碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减。 同主族元素价电子数相同（阳离子所带电荷数相同），从上到下，原子（离子）半径依次增大，则单质中所形成金属键依次减弱， 故碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减。 判断钠、镁、铝熔沸点和硬度的大小 钠、镁、铝原子半径减小，价电子数增多，则单质中所形成金属键依次增强，故钠、镁、铝熔沸点和硬度的大小顺序是;钠<镁<铝 熔点最低的金属是-------- 汞 [-38.87℃] 熔点最高的金属是-------- 钨 [3410℃] 密度最小的金属是-------- 锂 [0.53g/cm3] 密度最大的金属是-------- 锇 [22.57g/cm3] 硬度最小的金属是-------- 铯 [0.2] 硬度最大的金属是-------- 铬 [9.0] 最活泼的金属是---------- 铯 最稳定的金属是---------- 金 延性最好的金属是-------- 铂[铂丝直径： mm] 展性最好的金属是-------- 金[金箔厚： mm] 六方最密堆积 面心立方最密堆积 体心立方堆积 简单立方堆积 钾型 铜型 钋型 镁型 金属晶体的原子在三维空间里的4种常见堆积方式 1.简单立方堆积（Po）——非密置层 “心对心” a=2r “四球一空”、空隙形状为“正方形” 2.体心立方堆积 （Na、Fe ）——非密置层 √3a=4r 4r “四球一空”、空隙形状为“长方形” 因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构、密度和性质均不同，对铁晶体 用X射线衍射进行测定，测得A、B 两种晶胞，其晶胞结构示意图如下：p77 “三球一空”、空隙形状为“三角形” 六方最密堆积（白色棱边围成的是晶胞） 若以现有的密置层为第一层，在第一层上方将金属原子放置在1、3、4倒立的三角形状空隙内形成第二层，第三密置层的球投影与第一密置层的球重合，两层完成一个周期，这样的最密堆积方式叫六方最密堆积 3.六方最密堆积（如Mg、Zn等） 2r 2r h 4.面心立方最密堆积（如Cu、Au等） √2a=4r 若以现有的密置层为第一层，将金属原子放置在倒立的三角形状空隙内形成第二层，在第二层上方将金属原子放置在正立的三角形状空隙内形成第三层，第四密置层的球投影与第一密置层的球重合，三层完成一个周期，这样的最密堆积方式叫面心立方最密堆积。 金属晶体的常见堆积方式 二 紧密堆积：微粒之间的作用力，使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。 空间利用率：空间被晶格质点占据的百分数。用来表示紧密堆积的程度。 配位数：在密堆积中，一个原子或离子周围距离最近且相等的原子或离子的数目。 原子体积 空间利用率 =  100% 晶胞体积 几个基本概念 3.相邻金属圆球之间相切。 1.金属晶体中金属原子尽可能的紧密堆积。 三个前提： 2.将金属晶体的原子近似看做是等径、实心、刚性小球。 金属原子在二维空间中排列的两种方式 从盒子里取出：4组乒乓球（3个排成一条直线的） 将乒乓球放置在平面上，排成4排，使球面紧密接触，有哪些排列方式？ 1 1 2 2 3 3 4 4 5 6 非密置层(头碰头) 密置层(头对空) 配位数为 4 配位数为 6 （配位数：同一层内与一个原子紧密接触的原子数） 1.简单立方堆积（Po）——非密置层 “心对心” 配位数： 空间占有率： 每个晶胞含原子数： 6 1 52% 金属晶体的原子在三维空间里的3种常见堆积方式 2.体心立方堆积 （碱金属、铁 ）——非密置层 这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞每个晶胞含 个原子，空间利用率不高（68%），属于非密置层堆积，配位数为 ，许多金属（如Na、K、Fe等）采取这种堆积方式。 2 8 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 A B ， 密置层的三维堆积方式有哪些？“心对空” 第三层又如何排列呢？ A B A B A 1 2 3 4 5 6 下图是此种六方紧密堆积的前视图 A B A B A 第一种是将第三层的球对准第一层的球。 1 2 3 4 5 6 于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式，形成六方紧密堆积。 配位数 。 ( 同层 ，上下层各 。 ) 12 6 3 六方最密堆积的动画演示 平行六面体 --六方最密堆积 1.AB型 （如Mg、Zn、Ti等） 1200 配位数： 空间占有率： 每个晶胞含原子数： 12 74% 2 [六方最密堆积]——密置层 平行六面体 1 2 3 4 5 6 A A C B A C B A 第二种是将第三层的球对准第一层的 2，4，6 位，不同于 AB 两层的位置，这是C层。 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 第四层再排 A，于是形成 ABC ABC 三层一个周期。 得到面心立方堆积。 此种立方紧密堆积的前视图 A B C A A B C 配位数 ( 同层 ，上下层各 。 ) 12 6 3 1 2 3 4 5 6 2.ABC型 --面心立方最密堆积（如Cu、Ag、Au等） ， 从体对角线投影 顶角与面心的球相切 【小结】金属晶体的两种最密堆积方式 AB型 ABC型 两种最密堆积方式配位数都为12个，空间利用率相同，都为74% 堆积方式 晶胞类型 空间利用率 配位数 实例 面心立方最密堆积 堆积方式及性质小结 简单立方堆积 体心立方密堆积 六方最密堆积 面心立方 六方 体心立方 简单立方 74% 74% 68% 52％ 12 12 8 6 Cu、Ag、Au Mg、Zn、Ti Na、K、Fe Po 六方堆积 面心立方堆积 体心立方堆积 立方堆积 钾型 铜型 钋型 镁型 金属晶体中，最常见的三种堆积方式有：(1)配位数为8的________堆积；(2)配位数为________的镁型堆积；(3)配位数为________的________堆积，其中________和________空间原子利用率相等，________以ABAB方式堆积，________以ABCABC方式堆积，就金属原子的堆积来看，两者的区别是第________层。 四、空间利用率的计算 设立方体的棱长为a，球的半径为r a与r的关系？ 1个晶胞中平均含有？个原子 V球= V晶胞=（2r）3=8r3 空间利用率= =52% 1.简单立方： 空间利用率= 微粒数×1个微粒体积 晶胞体积 设立方体的棱长为a，球的半径为r a与r的关系？ 1个晶胞中平均含有？个原子 2.体心立方： a 空间利用率 a与r的关系？ 1个晶胞中平均含有？个原子 3.面心立方最密堆积： =74% 空间利用率= 设立方体的棱长为a，球的半径为r 2d a 4.六方最密堆积： s 2r h 2r 2r =74% 空间利用率= s h 1.有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图，有关说法正确的是( 　) A．①为简单立方堆积，②为镁型，③为钾型，④为铜型 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 B 2.如图甲所示为二维平面晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是_____。 b 3.下面二维平面晶体所表示的化学式为AX3是(　　) A．只有② B．只有④ C．②和③ D．①和④ C 下面二维平面晶体所表示的化学式为AX2的是( ) A 　　　 　 B 　 　 　 C 　　　 D A 三种晶体类型与性质的比较 晶体类型 原子晶体 分子晶体 金属晶体 概念 相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网状结构的晶体 分子间以范德华力相结合而成的晶体 通过金属键形成的晶体 作用力 构成微粒 物 理 性 质 熔沸点 硬度 导电性 实例 金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅 Ar、S等 Au、Fe、Cu、钢铁等 共价键 范德华力 金属键 原子 分子 金属阳离子和自由电子 很高 很低 差别较大 很大 很小 差别较大 无（硅为半导体） 无 导体 五.晶体密度及微粒间距离的计算 (1)计算晶体密度的方法。 (2)计算晶体中微粒间距离的方法。 立方晶胞中各线段之间的关系如下： V=a3 B A c 1.已知金属钋是简单立方堆积，钋原子半径为r cm， 计算：钋晶胞棱长；钋的密度。 ①棱长a = 2r ②密度 2.已知金属 钾是体心立方紧密堆积,钾原子半径为r cm, 计算：钾晶胞棱长；钾的密度。 ①立方体对角线=4r 棱长a=4r/ 3 ②密度 3.已知金属金是面心立方紧密堆积，金原子半径为r cm，计算：金晶胞棱长；金的密度。 ①面对角线 = 4r 棱长a =2√2 r ②密度 金刚石晶胞 设晶胞边长为a，原子半径为r， a，b原子的核间距为d。 则体对角线为 a， ∵ a = 4d，d = 2r ∴ a = 8r a b a d c e Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有_____个铜原子。Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为_____。 列式表示Al单质的密度_______g·cm－3(不必计算出结果)。 某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。 (1)晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。 (2)若合金的密度为d g·cm－3，晶胞参数a＝________nm。 3∶1 答案：　16　12　eq \f(4×27,6.02×1023×0.405×10－73) $