【教学课件】第3节 金属晶体与离子晶体 示范课件

第1课时金属晶体与离子晶体第三章晶体结构与性质第三节金属晶体与离子晶体温故知新回忆所学知识，列举金属的通性有哪些？物理性质：（1）常温下除汞外，均为有金属光泽的固体（2）良好的导电性、导热性（3）良好的延展性，容易发生形变化学性质：容易失电子，变为金属阳离子，具有一定的还原性一、金属键与金属晶体金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。金属元素电负性较小，电离能也较小，金属原子的（部分）价层电子容易脱离原子核的束缚，在晶体中由各个正离子形成的总势场中比较自由地大范围运动，形成“自由电子”（也称为电子气），这些电子被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。这便是金属键的本质。1.金属晶体一、金属键与金属晶体“自由电子”为整个金属所共有，电子与离子的作用形式是电荷吸引，不受方向与距离的影响，导致金属键没有饱和性和方向性。将同种金属原子看作是半径相等的球，则金属晶体的结构就好像一层一层紧密堆积的球，每一个金属原子的周围有较多的相同原子围绕着。X射线衍射实验充分验证了这些事实。2.金属键的特点一、金属键与金属晶体等径球的堆积模型在宏观世界中就像一些近似圆球的水果的密堆积。3.金属等径球堆积模型一、金属键与金属晶体Ca、Cu等金属晶体的晶胞具有相似性，都为立方体；除顶点各有一个微粒外，在每个面的中心还各有一个微粒。Li、Na等金属晶体的晶胞也是立方体，但这种晶胞除了其顶点处各有一个微粒外，在中心还有一个微粒。Mg、Zn等金属晶体则不同，其晶胞并非立方体或者长方体，底面中棱的夹角不是直角。4.常见的金属晶体的结构一、金属键与金属晶体4.常见的金属晶体的结构一、金属键与金属晶体（1）结合上图中辅助线的提示，计算晶胞中含有的原子数，在三种晶胞中，每个原子距离最近且相等的原子数是多少？【思考讨论】第一种晶胞，每个晶胞中含有的原子数=8×1/8+6×1/2=4个；以顶点的原子为例，距离最近且相等的原子是面心上的原子，一共有三组互相垂直的面，每组面有4个这样的原子，因此每个原子距离最近且相等的原子数是12。一、金属键与金属晶体（1）结合上图中辅助线的提示，计算晶胞中含有的原子数，在三种晶胞中，每个原子距离最近且相等的原子数是多少？【思考讨论】第二种晶胞，每个晶胞中含有的原子数=8×1/8+1=2个；以体心的原子为例，距离最近且相等的原子是顶点上的原子，立方体共8个顶点，因此每个原子距离最近且相等的原子数是8。一、金属键与金属晶体（1）结合上图中辅助线的提示，计算晶胞中含有的原子数，在三种晶胞中，每个原子距离最近且相等的原子数是多少？【思考讨论】第三种晶胞，每个晶胞中含有的原子数=8×1/8+1=2个；以晶胞内的原子为例，距离最近且相等的原子是与其相切的原子，上面一层有3个，下面一层有3个，晶胞平移后同层总共有6个与其相切，共计6+3+3=12个。因此每个原子距离最近且相等的原子数是12。一、金属键与金属晶体金属键的的强度差别很大，哪些宏观性质反映了金属键的强弱呢？例如，金属钠的熔点较低，硬度较小，而钨是熔点最高的金属，铬是硬度最大的金属。金属的的熔点、硬度都是金属键强弱的宏观体现。一般来说，金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。那是否可以从金属原子结构的角度定性的预测金属键的强弱呢？5.金属键的强弱一、金属键与金属晶体（2）下表是碱金属的熔点数据，请从原子结构的角度归纳影响金属键强度的因素。【思考讨论】由数据可以看出，价电子数相同时，金属离子的半径越小，金属熔点越高，金属键越强。同一主族LiNaKRbCs熔点（K）454371337312302一、金属键与金属晶体（3）下表是碱金属的熔点数据，请从原子结构的角度归纳影响金属键强度的因素。【思考讨论】由数据可以看出，价电子数越多，金属离子的半径越小，金属熔点越高，金属键越强。同一周期NaMgAl熔点（K）371922934一、金属键与金属晶体金属晶体的电子气理论示意图如下图所示，这一模型可以用于解释金属导电性、导热性、延展性等物理通性。5.电子气理论对金属通性的解释一、金属键与金属晶体（4）运用电子气理论怎样解释金属材料有良好的延展性？【思考讨论】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。一、金属键与金属晶体（5）合金的硬度一般比纯金属的硬度要大，电子气理论怎样解释这一现象？【思考讨论】这是因为合金中掺入的其他原子，这些原子在金属晶体结构中占据了一定位置，会造成金属晶体结构的变形，从而使得金属晶体在发生错位时阻力上升、形变困难，导致强度、硬度增大。一、金属键与金属晶体（6）运用电子气理论怎样解释金属材料有良好的导电性和导热性？【思考讨论】导电性：金属原子的原子核对核外电子的束缚能力较弱，自由电子可在电场作用下定向移动形成电流。导热性：自由电子的移动传热、自由电子与金属离子之间的碰撞传热。一、金属键与金属晶体（7）运用电子气理论怎样解释金属材料的电阻随着温度的升高而增大？【思考讨论】自由电子在热的作用下，与金属原子频繁碰撞，导致电子的定向移动受阻，电导率下降，电阻增大。一、金属键与金属晶体金属晶体中，除了纯金属，还有大量的合金。由一种金属与其他金属或（和）某些非金属所组成的、具有金属特性的物质叫作合金。合金一般是将各组分按一定比例熔合成均匀的液体，再经冷凝而制得的。合金的组成和结构非常复杂多样。6.其他金属晶体一、金属键与金属晶体大多数合金以一种金属为主要组成，如以铁为主要成分的碳钢，锰钢，不锈钢等，以铜为主要成分的黄铜、青铜、白铜等。6.其他金属晶体锰钢菜刀（图1）、不锈钢盆（图2）、黄铜阀门（图3）、青铜文物（图4）课堂小结1.金属晶体中，原子之间以金属键相互结合。电气子理论对金属键本质的描述是金属脱落下的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起。2.金属键没有方向性和饱和性，金属原子通过等径球密堆积的方式形成金属晶体，常见金属晶体的晶胞有三种。3.一般来说，价电子数越多，金属离子半径越小，金属键越强，金属的熔点越高、硬度越大。4.用电子气模型可以解释金属的诸多通性，如延展性、导电性、导热性等。课堂练习1.单质的晶体中一定不存在的粒子是（

）A.原子

B.分子C.阴离子

D.阳离子C解析

A项，属于共价晶体的单质由原子构成，如金刚石，硅；B项，属于分子晶体的单质由分子构成，如氦、氢气；C项，有阴离子必须有阳离子，这样就至少有两种元素了，与单质矛盾；D项，属于金属晶体的单质由金属阳离子和自由电子构成，如铁、铜。课堂练习2.金属的熔点、硬度反映了金属键的强弱，下列比较中，正确的是（

）A.金属镁的硬度大于金属铝

B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐升高C.金属镁的熔点大于钠

D.金属镁的硬度小于金属钙C解析

一般来说，价电子数越多，金属离子半径越小，金属键越强，金属的熔点越高、硬度越大。A项，镁的价电子数少，镁离子的半径更大，故金属键更弱，硬度小；B项，Li到Cs，离子半径逐渐增大，金属键减弱，熔沸点降低；C项，镁的价电子数多，镁离子的半径更小，金属键更强，硬度大；D项，镁离子的半径更小，故金属键更强，硬度大。课堂练习3.某晶体仅由一种元素组成，其密度为5.0g/cm3。用X射线研究该固体结构时表明：在边长a=10-7cm的正方体中含有20个原子，则此元素的相对原子质量最接近于（

）A.32 B.120 C.150 D.180C解析

晶体是由晶胞无隙并