金属晶体的原子堆积模型导学案

1、第2课时金属晶体的原子堆积模型1.了解金属晶体内原子在二维空间里的几种排列方式。2.知道金属晶体在三维空间里的基本堆积方式。3.了解常见金属晶体的晶胞结构,加强动手能力和空间想象力。1.金属晶体中的原子可看成直径相等的球体。把它们放置在平面上(即二维空间里),可有两种方式:图(a)表示非密置层,配位数为4;图(b)表示密置层,配位数为6。 2.将非密置层一层一层地在三维空间里堆积,有两种方式(1)简单立方堆积非密置层金属原子在同一直线上堆积,形成的晶胞是一个立方体,每个晶胞含1个原子,被称为简单立方体堆积,如图(c)所示,这种堆积方式的空间利用率太低,只有金属钋(Po)采取这种堆积方

2、式。 (2)体心立方堆积图(c)非密置层上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中,并使非密置层的原子稍稍分离,每层均照此堆积,如图(d)所示。这种堆积方式所得的晶胞是一个含2个原子的立方体,一个原子在立方体的顶角,另一个原子在立方体的中心,称为体心立方堆积。这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积的高,许多金属是这种堆积方式,如碱金属。3.密置层的原子按上述体心立方堆积的方式堆积,会得到两种基本堆积方式六方最密堆积和面心立方最密堆积;密置层按ABAB的方式堆积,得到六方最密堆积,如图(镁型);密置层按ABCABC的方式堆积,得到面心立方最密堆积,如图(铜型);这两种堆积方式都是金属晶

3、体的最密堆积,配位数均为12,空间利用率均为74%,但所得晶胞的形式不同。1.金属晶体中平面堆积模型有非密置层和密置层两种方式,这两种堆积方式哪一种空间利用率高?2.如果给金属晶体施加外力,非密置层能否转化成密置层?为什么?3.体心立方堆积的晶胞是个立方体。如果原来的非密置层上的原子保持紧密接触,立方体中心能否容得下一个原子?4.金属晶体采用密堆积的原因是什么?探究1:金属的立方堆积模型钾型晶体结构如图所示,关于钾型晶体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9个原子1.体心立方中哪些原子相互接触?2.设原子半径为r,则体心立

4、方体的边长为多少?3.体心立方中为什么顶角原子不相互接触?关于金属晶体的六方最密堆积的结构形式的叙述正确的是()。A.晶胞是四面体B.晶胞是六面体C.每个晶胞中含4个原子D.每个晶胞中含17个原子探究2:金属的最密堆积模型某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面心立方的形式紧密堆积,即在晶体结构中可以划出一块正立方体的结构单元,金属原子处于正立方体的八个顶点和六个侧面上,则这类金属晶体中原子的空间利用率为。 1.空间利用率指什么?2.按密致层与非密致层分别堆积而成的晶体,哪一种空间利用率高?3.面心立方晶胞中,哪些原子紧密接触?金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式:六方堆积、面心

5、立方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.321B.1184C.984D.211491.关于铜晶体的堆积方式说法正确的是()。A.按“ABABAB”方式堆积,配位数为12B.按“ABABAB”方式堆积,配位数为8C.简单立方堆积,配位数为6D.按“ABCABC”方式堆积,配位数为122.石墨晶体是层状结构,在每一层内,每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合,下图是其晶体结构的俯视图,则图中7个六元环完全占有的碳原子数是()。A.10B.18C.24D.143.金属原子在二维空间里的放置有下图所示的两种方式,下列说法中正确的是()。A.

6、图(a)为非密置层,配位数为6B.图(b)为密置层,配位数为4C.图(a)在三维空间里堆积可得镁型和铜型D.图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方4.金属晶体中,最常见的三种堆积方式为:配位数为8的堆积; 配位数为的镁型堆积; 配位数为的铜型堆积。 其中和空间原子利用率相等,以ABAB方式堆积,以ABCABC方式堆积。   参考答案知识体系梳理非密置层4密置层6同一直线立方体1简单立方体太低下层的金属原子形成的凹穴稍稍分离2顶角中心体心立方碱金属体心立方六方面心立方12不同基础学习交流1.密置层空间利用率高。2.不能;当给金属晶体施加外

7、力时,虽然晶体中各原子层发生相对滑动,但金属原子的排列方式不会改变,所以非密置层不能转化成密置层。3.不能。4.由于金属键没有饱和性和方向性,金属原子能从各个方向相互靠近,导致金属晶体最常见的结构形式是堆积密度大,原子配位数高,能充分利用空间。重点难点探究探究1:互动探究C【解析】钾型晶体的晶胞为体心立方,是非密置层的一种堆积方式,其中8个顶点和体心处各有一个原子,晶胞内含有8×18+1=2个原子。探究拓展1.体心原子与顶角原子相互接触。2.体对角线为4r,设边长为a,则4r=3a,a=4r3。3.顶角原子间距(4r3)大于两原子半径之和(2r)。探究体验B【解析】金属晶体的六方最密堆积结构形式的晶胞是平行六面体,有8个顶点和1个内部原子,用均摊法计算得出晶胞中只含有2个原子。探究2:互动探究74%【解析】依题意画出侧面图,设正立方体边长为a,则体积为a3。原子半径r=2a4;每个正立方体包括金属原子数为8×18+6×12=4;球体体积为4×43×(24a)3=0.74a3;空间利用率为0.74a3a3×100%=74%。探究拓展1.晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分比。2.按密致层堆积而成的晶体。3.面心原子与顶角原子。探究体验A【解析】本题考查晶胞中微粒数的计算方法,用均摊法计算。晶胞a中所含原子数=1