人教版选修3 第三章 第三节金属晶体 课件（共67张）.ppt

第三节金属晶体 第三章晶体结构与性质 ti 金属样品 第三节金属晶体 课本 p73 一 金属共同的物理性质 易导电 导热 有延展性 有金属光泽等 金属为什么具有这些共同性质呢 二 金属晶体 1 电子气理论 由于金属原子的最外层电子数较少 容易失去电子成为金属离子 金属原子释放出的价电子不专门属于某个特定的金属离子 而为许多金属离子所共有 并在整个金属中自由运动 这些电子又称为自由电子 金属脱落下来的价电子几乎均匀分布在整个晶体中 像遍布整块金属的 电子气 从而把所有金属原子维系在一起 第三节金属晶体 课本 p73 一 金属共同的物理性质 易导电 导热 有延展性 有金属光泽等 二 金属晶体 1 电子气理论 2 金属晶体 通过金属键结合形成的晶体 金属单质和合金都属于金属晶体 构成粒子 金属阳离子和自由电子 微粒间作用力 金属键 有阳离子而无阴离子 是金属独有的特性 金属单质中不存在单个分子或原子 3 金属键 金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键 特征 无方向性和饱和性 成键电子可以在金属中自由流动 第三节金属晶体 课本 p73 二 金属晶体 3 金属键 金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用叫做金属键 特征 无方向性和饱和性 成键电子可以在金属中自由流动 金属键的强弱比较 金属阳离子半径越小 所带电荷数越多 金属键越强 金属键越强 晶体熔 沸点越高 硬度越大 金属键对晶体性质的影响 第三节金属晶体 课本 p73 4 用电子气理论解释金属的物理性质 二 金属晶体 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 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 所以在各原子层之间发生相对滑动以后 仍可保持这种相互作用 因而即使在外力作用下 发生形变金属键不易断裂 因此 金属都有良好的延展性 1 金属为什么具有较好的延展性 第三节金属晶体 课本 p73 4 用电子气理论解释金属的物理性质 二 金属晶体 2 金属为什么易导电 在金属晶体中 充满着带负电的 电子气 自由电子 这些电子气的运动是没有一定方向的 但在外加电场的条件下 自由电子定向运动形成电流 所以金属容易导电 导电性随温度升高而降低 不同的金属导电能力不同 导电性最强的三种金属是 ag cu al 第三节金属晶体 课本 p73 水溶液或熔融状态下 晶体状态 自由移动的离子 自由电子 思考 电解质在熔化状态或溶于水能导电 这与金属导电的本质是否相同 化学变化 物理变化 增强 减弱 第三节金属晶体 课本 p73 4 用电子气理论解释金属的物理性质 二 金属晶体 3 金属为什么易导热 电子气 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 电子气 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 电子气 自由电子 在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而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 第三节金属晶体 课本 p73 小结1 金属晶体的结构与性质的关系 自由电子在外加电场的作用下发生定向移动 自由电子与金属离子碰撞传递热量 晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用 第三节金属晶体 课本 p73 思考1 已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减 试用金属键理论加以解释 思考2 试判断钠 镁 铝三种金属熔沸点和硬度的大小 同周期元素 从左到右 价电子数依次增大 原子 离子 半径依次减弱 则单质中所形成金属键依次增强 故钠 镁 铝三种金属熔沸点和硬度的大小顺序是 钠 镁 铝 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 11 第三节金属晶体 课本 p73 小结2 三种晶体类型与性质的比较 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 共价键 原子 很大 很高 无 硅为半导体 分子 分子间以范德华力相结合而成的晶体 范德华力 很低 很小 无 通过金属键形成的晶体 金属键 金属阳离子和自由电子 差别较大 差别较大 导体 1 轻松判断 1 常温下 金属单质都是金属晶体 2 金属晶体中有阳离子 也有阴离子 3 金属晶体中 每个金属原子的配位数是不确定的 4 金属晶体在熔化时 破坏了金属键 是化学变化 p45 新课程学习与测评 第三节金属晶体 例1下列关于金属键的叙述中 不正确的是 a 金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的粒子间的强烈相互作用 其实质与离子键类似 也是一种电性作用b 金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用 所以与共价键类似 也有方向性和饱和性c 金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用 故金属键无方向性和饱和性d 构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动 p46 新课程学习与测评 第三节金属晶体 针对训练 1 下列有关金属键的叙述错误的是 a 金属键不同于共价键 没有饱和性和方向性b 金属键中的电子属于整块金属 具有流动性c 金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用d 金属的导电性 导热性 延展性都与金属键有关 p46 新课程学习与测评 第三节金属晶体 例下列说法正确的是 a 常温下 金属单质都以金属晶体的形式存在b 金属晶体的熔点都低于原子晶体的熔点c 如果金属晶体失去自由电子 金属晶体将不复存在d 温度升高 金属晶体的导电性增强 忽视金属晶体与其他类型晶体的性质差异 p47 新课程学习与测评 第三节金属晶体 1 有关金属性质和原因的描述不正确的是 a 金属一般具有银白色光泽 这是金属的物理性质 与金属键没有关系b 金属具有良好的导电性 是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子 在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流 所以金属易导电c 金属具有良好的导热性能 是因为自由电子在受热后 加快了运动速率 自由电子通过与金属离子发生碰撞 传递了能量d 金属晶体具有良好的延展性 是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键 p47 新课程学习与测评 第三节金属晶体 4 下列说法正确的是 a 金属晶体中 金属原子的价电子数越多 其还原性越强b 合金的硬度 抗腐蚀性能和导电性均比其成分金属的强c 合金中各金属的化学性质基本不变 但物理性质改变很大d 在化学反应中 金属单质都是还原剂 非金属单质都是氧化剂 p48 新课程学习与测评 第三节金属晶体 6 判断下列晶体类型 1 sii4 熔点120 5 沸点271 5 易水解 2 硼 熔点2300 沸点2550 硬度大 3 硒 熔点217 沸点685 溶于氯仿 4 锑 熔点630 74 沸点1750 导电 p48 新课程学习与测评 分子晶体 第三节金属晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体 1 下列性质不适合金属晶体的是 a 固体或熔化后易导电 熔点在1000 左右b 固体时不导电 熔化后也不导电 但水溶液能导电c 熔点为97 81 质软 导电 密度为0 97g cm3d 晶体内部含有金属阳离子和自由电子 p21 活页作业 第三节金属晶体 2 金属键越强 金属的硬度越大 熔 沸点越高 且据研究表明 一般说来金属原子半径越小 价电子数越多 则金属键越强 由此判断下列说法错误的是 a 镁的硬度小于铝b 镁的熔 沸点低于钙c 镁的硬度大于钾d 钙的熔 沸点高于钾 p21 活页作业 第三节金属晶体 3 下列四种有关性质的叙述 可能属于金属晶体的是 a 由分子间作用力结合而成 熔点低b 固体或熔融后易导电 熔点在1000 左右c 由共价键结合成网状结构 熔点高d 固体和熔融状态不导电 但溶于水后可能导电 p21 活页作业 第三节金属晶体 4 下列关于金属及金属键的说法正确的是 a 金属键具有方向性与饱和性b 金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用c 金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子d 金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光 p21 活页作业 第三节金属晶体 a fe agb au agc fe cud zn w p21 活页作业 第三节金属晶体 5 依据下表中的数据 分析表中金属难与表中其他金属形成二元合金的元素是 一种结晶形碳 有天然出产的矿物 铁黑色至深钢灰色 质软具滑腻感 可沾污手指成灰黑色 有金属光泽 六方晶系 成叶片状 鳞片状和致密块状 密度2 25g cm3 化学性质不活泼 具有耐腐蚀性 在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳 石墨可用作润滑剂 并用于制造坩锅 电极 铅笔芯等 知识拓展 石墨 第三节金属晶体 课本 p76 1 石墨为什么很软 2 石墨的熔沸点为什么很高 高于金刚石 思考 石墨各层均为平面网状结构 碳原子之间存在很强的共价 大 键 故熔沸点很高 石墨为层状结构 各层之间是范德华力结合 容易滑动 所以石墨很软 第三节金属晶体 课本 p76 3 石墨为什么能导电 4 石墨中微粒间存在哪些相互作用 思考 碳原子间存在共价键和金属键 层与层之间存在范德华力 这是因为石墨晶体中存在自由电子 可以在整个碳原子的平面上运动 但是电子不能从一个平面跳跃到另一个平面 所以石墨能导电 并且沿层的平行方向导电性强 这也是晶体各向异性的表现 第三节金属晶体 课本 p76 资料 金属之最 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 第三节金属晶体 课本 p73 三 金属晶体的原子堆积模型 由于金属键没有方向性 每个金属原子中的电子分布基本是球对称的 所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的 理论基础 组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时 在空间的排列大都遵循紧密堆积原理 这是因为金属键没有方向性 因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围 并以紧密堆积方式降低体系的能量 使晶体变得比较稳定 堆积原理 29 第三节金属晶体 课本 p73 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 晶体的空间被微粒占满的体积百分数 用来表示紧密堆积的程度 配位数 在晶体中 一个粒子周围等距且最近的微粒数目 三 金属晶体的原子堆积模型 1 几个概念 第三节金属晶体 课本 p74 i型 ii型 配位数为4 配位数为6 密置层 非密置层 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 2 金属晶体的原子在二维平面堆积模型 三 金属晶体的原子堆积模型 金属晶体中的原子可看成直径相等的小球 将等径圆球在一平面上排列 有两种排布方式 按 型方式排列 剩余的空隙较大 称为非密置层 按 型方式排列 圆球周围剩余空隙最小 称为密置层 第三节金属晶体 课本 p74 为清晰起见 我们使金属原子不相接触 以便更好地考察这种堆积的晶胞 3 金属晶体的原子在三维空间堆积模型 三 金属晶体的原子堆积模型 相邻非密置层原子的原子核在同一直线上的堆积 1 简单立方堆积 po型 只有金属 po 采取这种堆积方式 第三节金属晶体 课本 p74 1 简单立方堆积 po型 3 金属晶体的原子在三维空间堆积模型 三 金属晶体的原子堆积模型 相邻非密置层原子的原子核在同一直线上的堆积 为清晰起见 我们使金属原子不相接触 以便更好地考察这种堆积的晶胞 简单立方堆积 属于非密置层堆积 每个晶胞含 个原子 配位数为 空间利用率 1 6 52 第三节金属晶体 课本 p74 简单立方堆积 r a a 2r 第三节金属晶体 课本 p74 3 金属晶体的原子在三维空间堆积模型 三 金属晶体的原子堆积模型 2 体心立方堆积 k型 体心立方堆积 属于非密置层堆积 每个晶胞含 个原子 配位数为 空间利用率 许多金属采取这种堆积方式 2 8 68 如碱金属 fe cr 第三节金属晶体 课本 p74 体心立方堆积 r a c b 第三节金属晶体 课本 p74 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1 3 5位 或对准2 4 6位 其情形是一样的 关键是第三层 对第一 二层来说 第三层可以有两种最紧密的堆积方式 思考 密置层的堆积方式有哪些 第三节金属晶体 课本 p75 金属晶体的两种最密堆积方式 镁型 铜型 第三节金属晶体 课本 p75 镁型 第三层的其中一种排列方式 是将球对准第一层每一个球 于是每两层形成一个周期 即abab堆积方式 3 六方最密堆积 第三节金属晶体 课本 p75 下图是镁型紧密堆积的前视图 a 配位数12 同层6 上下层各3 空间利用率为74 这种堆积属于最密置层堆集许多金属 如mg zn ti等 采取这种堆积方式 3 六方最密堆积 第三节金属晶体 课本 p75 3 六方最密堆积 镁型 六方最密堆积 属于密置层堆积 每个晶胞含 个原子 配位数为 空间利用率 许多金属采取这种堆积方式 2 12 74 如mg zn co ti 第三节金属晶体 课本 p75 铜型 第三层的另一种排列方式 是将球对准第一层的2 4 6位 不同于ab两层的位置 这是c层 4 4 面心立方最密堆积 第三节金属晶体 课本 p75 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 配位数12 同层6 上下层各3 下图是铜型型紧密堆积的前视图 acbacba 第三节金属晶体 课本 p75 铜型 面心立方最密堆积 1abc铜型面心立方晶胞的抽取 b 第三节金属晶体 课本 p75 4 面心立方最密堆积 铜型 面心立方最密堆积 属于密置层堆积 每个晶胞含 个原子 配位数为 空间利用率 许多金属采取这种堆积方式 4 12 74 如cu ag au ni pb ca 第三节金属晶体 课本 p75 例2 求面心立方晶胞的空间利用率 解 晶胞边长为a 原子半径为r 由勾股定理 a2 a2 4r 2a 2 83r每个面心立方晶胞含原子数目 8 1 8 6 4 4 4 3 r3 a3 4 4 3 r3 2 83r 3 100 74 第三节金属晶体 课本 p75 堆积方式及性质小结 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 47 第三节金属晶体 课本 p75 简单立方 钾型 体心立方密堆积 镁型 六方最密堆积 铜型 面心立方最密堆积 第三节金属晶体 课本 p75 例2下列说法正确的是 a 金属钙的熔点 沸点低于金属钾的熔点 沸点b 如果金属晶体失去自由电子 金属晶体将不复存在c 金属晶体中fe ag等为面心立方最密堆积d 金属晶体中w ti等为体心立方堆积 p47 新课程学习与测评 第三节金属晶体 针对训练 2 已知a为短周期元素 其原子的价电子排布为ns2np1或ns2np2 晶体a在一定条件下可发生如图所示的转化关系 则下列叙述中不正确的是 a 若a的价电子排布为ns2np1 则a为金属晶体b 若a的价电子排布为ns2np1 则a的氧化物具有两性c 若a的价电子排布为ns2np2 则a晶体的熔点较高 硬度较大d 若a的价电子排布为ns2np2 则a的最高价氧化物对应的水化物为强酸 p47 新课程学习与测评 第三节金属晶体 2 大多数金属晶体的堆积密度较大 原子配位数较高 你认为金属晶体能充分利用空间的原因是 a 金属原子的价电子数少b 金属晶体中的自由电子c 金属原子的原子半径大d 金属键没有饱和性和方向性 p48 新课程学习与测评 第三节金属晶体 3 金属晶体的堆积方式和配位数关系正确的是 a 银ag 体心立方堆积 12b 钠na 面心立方最密堆积 6c 锌zn 六方最密堆积 8d 镁mg 六方最密堆积 12 p48 新课程学习与测评 第三节金属晶体 5 关于体心立方堆积的金属晶体钾 如图所示 的结构的叙述中正确的是 a 是金属最密堆积的一种堆积方式b 该晶胞的空间构型为六棱柱c 每个晶胞内含2个k原子d 每个晶胞内含6个k原子 p48 新课程学习与测评 第三节金属晶体 6 如图所示为金属原子在二维空间里放置的两种方式 下列说法中正确的是 a 图a为非密置层 其配位数为6b 图b为密置层 其配位数为4c 图a在三维空间堆积可得到六方最密堆积和面心立方最密堆积d 图b在三维空间里堆积只能得到简单立方堆积 p21 活页作业 第三节金属晶体 金属钠的晶胞模型是 每个晶胞含有 个钠原子 每个钠原子周围有 个紧邻的钠原子 金属铜的晶胞模型是 每个晶胞含有 个铜原子 每个铜原子周围有 个紧邻的铜原子 p21 活页作业 b 第三节金属晶体 7 1 在下图中选择 2 8 d 4 12 p21 活页作业 第三节金属晶体 2 在 1 题中的晶胞示意图中把金属原子抽象成质点 而事实上在堆积模型中我们把金属原子看成互相接触的球体则更接近实际情况 对于简单立方堆积的晶胞中 金属球 在晶胞的棱心处接触 设晶胞 立方体 的边长为a 球的半径为r 则a与r的关系是a 2r 那么 在体心立方堆积模型中 金属球 应在 处接触 则晶胞边长a与球半径r的关系是 晶胞的体积为 而该晶胞中拥有 个原子 故金属原子所占的体积为 因此体心立方堆积的空间利用率为 写出计算过程 立方体对角线的1 4或3 4 8 如图所示 下列说法中不正确的是 a 此种堆积方式为面心立方最密堆积b 该种堆积方式每一层上均为密置层c 该种堆积方式可用符号 abcabcabc 表示d 金属mg就属于此种堆积方式 p21 活页作业 第三节金属晶体 9 有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞结构如下图所示 下列有关说法中正确的是 a 为简单立方堆积 为六方最密堆积 为体心立方堆积 为面心立方最密堆积b 每个晶胞含有的原子数分别为 1个 2个 2个 4个c 晶胞中原子的配位数分别为 6个 8个 8个 12个d 空间利用率的大小关系为 p21 活页作业 第三节金属晶体 10 共价键 金属键 离子键和分子间作用力都是构成物质粒子间的不同作用 现将一小块铁片投入cuso4溶液中 反应一段时间 下列叙述不正确的是 a 过一段时间 铁片表面析出一层红色物质b 晶体fe和cu的原子堆积方式相同 均为体心立方堆积c 整个反应过程中 既有金属键的断裂 又有金属键的形成d cuso4溶液中cu2 主要以 cu h2o 4 2 的形式存在 该离子内存在配位键 p22 活页作业 第三节金属晶体 11 金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式 六方最密堆积 面心立方最密堆积和体心立方堆积 如图 a b c 分别代表这三种晶胞的结构 其晶胞内金属原子个数比为 a 3 2 1b 11 8 4c 9 8 4d 21 14 9 p22 活页作业 第三节金属晶体 12 金晶体的最小重复单元 也称晶胞 是面心立方结构 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用 如图所示 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 试回答下列问题 1 每个晶胞中含有 个金原子 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 3 一个金晶胞的体积是 金晶体的密度是 p22 活页作业