2023学年完整公开课版《金属晶体》

金属晶体（第一课时）Ti金属样品

一、金属共同的物理性质容易导电、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、金属的结构问题：构成金属的粒子有哪些？组成粒子：金属阳离子和自由电子金属离子和自由电子之间的较强作用——

金属键“有阳离子而无阴离子”是金属独有的特性。作用力：金属单质中不存在单个分子或原子。金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体常温下，绝大多数金属单质和合金都是金属晶体，但汞除外，因汞在常温下呈液态。金属晶体的熔沸点差别较大。熔化时破坏的作用力：金属键金属阳离子半径越小，所带电荷数越多，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。练习下列说法错误的是（）A、镁的硬度大于铝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AB练习

下列四中有关性质的描述，可能是金属晶体的是（）

A、有分子间作用力结合而成，熔点很低

B、固体或熔融态易导电，熔点较高

C、由共价键结合成网状晶体，熔点很高

D、固体不导电，熔融态也不导电，但溶于水后能导电B

金属键的成键微粒：金属阳离子和自由电子。存在于金属单质和合金中。金属键的特征：自由电子可以在整块金属中自由移动，因此金属键没有方向性和饱和性。金属键金属键的本质：“电子气理论”(自由电子理论)金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的“电子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。【讨论1】

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。晶体类型离子晶体金属晶体导电时的状态导电粒子水溶液或

熔融状态下晶体状态自由移动的离子自由电子比较离子晶体、金属晶体导电的区别：三、电子气理论对金属的物理性质的解释1.对金属导电性的解释【讨论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。2.对金属导热性的解释【讨论3】金属为什么具有较好的延展性？金属晶体受外力作用时，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之后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不断裂，因此，金属有良好的延展性。3.对金属延展性的解释4.对金属光泽和颜色的解释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、金、铯、铅等）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，所以一般呈黑灰色。【总结】金属晶体的结构与性质的关系

导电性导热性延展性金属离子和自由电子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小结：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]

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－石墨石墨是层状结构的混合型晶体石墨小结

石墨为什么很软？

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。石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大π键），故熔沸点很高。石墨能导电的原因：

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。石墨中微粒间的作用：

碳原子间存在共价键和金属键，层与层之间存在范德华力1、下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是（）

A、用铁制品做炊具

B、用金属铝制成导线

C、用铂金做首饰

D、铁易生锈D回顾练习回顾练习2、下列物质中含有金属键的是()A、金属铝B、合金C、NaOHD、NH4ClAB3、金属键的强弱与金属价电子数的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的半径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是（）A、LiNaKB、NaMgAlC、LiBeMgD、LiNaMgB回顾练习回顾练习4、下列有关金属晶体叙述正确的是（）A、常温下金属单质都以金属晶体形式存在B、金属离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失C、钙的熔、沸点低于钾D、温度越高，金属的导电性越好B

金属晶体（第二课时）四、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。1.理论基础：堆积原理：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。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。I型II型配位数为4配位数为6密置层非密置层12341234562.金属晶体的原子在二维平面的堆积模型（1）非密置层在三维空间堆积非最紧密堆积，空间利用率低（52%）配位数是

个只有金属（Po）采取这种堆积方式63.金属晶体的原子在三维空间的堆积模型a.简单立方堆积：金属原子半径r与正方体边长a的关系：aaaaa=2rb.钾型----体心立方堆积：这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞含

个原子，空间利用率也不高（68%），属于非密置层堆积，配位数为

，如碱金属、Fe等采取这种堆积方式。28金属原子半径r与正方体边长a的关系：aaaa2ab=4rb=3aa=4r3b2a123456

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)123456AB，思考：第三层如何才能作到密置层的堆积呢？金属晶体的两种最密堆积方式──镁型和铜型镁型和铜型镁型铜型123456123456a.镁型123456

第三层的一种排列方式，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。（2）密置层在三维空间堆积----六方最密堆积六方最密堆积

下图是镁型紧密堆积的前视图ABABA123456123456789101112

这种堆积晶胞空间利用率高（74%），属于最密置层堆积，配位数为

，许多金属（如Mg、Zn、Ti等）采取这种堆积方式。12金属原子的半径r与六棱柱的边长a、高h的关系：a=2rahh=a632123456123456b.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。412356----面心立方最密堆积123456铜型BCA铜型边长为

a面对角线边长为

a＝4r金属原子半径r与正方体边长a的关系：123456此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC空间利用率也为74％，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％121286Cu、Ag、AuMg、Zn、TiNa、K、FePo练习1.金属晶体的形成是因为晶体中存在（）

A.金属离子间的相互作用

B.金属原子间的相互作用

C.金属离子与自由电子间的相互作用

D.金属原子与自由电子间的相互作用2.金属能导电的原因是（）

A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱

B.金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动

C.金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动

D.金属晶体在外加电场作用下可失去电子CB下列叙述正确的是（）

A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子

B.原子晶体中只含有共价键

C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键

D．分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？B5.下列生活中的问题，不能用金属键知识解释的是（）

A.用铁制品做炊具

B.用金属铝制成导线

C.用铂金做首饰

D.铁易生锈D6.下列物质中含有金属键的是()A、金属铝B、合金C、NaOHD、NH4ClAB7.金属键的强弱与金属价电子数的多少有关，价电子数越多金属键越强；与金属阳离子的半径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是（）A、LiNaKB、NaMgAlC、LiBeMgD、LiNaMgB8.下列有关金属晶体叙述正确的是（）A、常温下金属单质都以金属晶体形式存在B、金属离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失C、钙的熔、沸点低于钾D、温度越高，金属的导电性越好B9.下列有关金属元素特征的叙述中正确的是A.金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性B.金属元素在化合物中一定显正价C.金属元素在不同化合物中的化合价均不同D.金属单质的熔点总是高于分子晶体√10.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，试计算这类金属晶体中原子的空间利用率。空间利用率计算例：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。

解：体心立方晶胞：中心有1个原子，8个顶点各1个原子，每个原子被8个晶胞共享。每个晶胞含有几个原子:1+8×1/8=2

设原子半径为r、晶胞边长为a，根据勾股定理，得：2a2+a2=(4r)2空间利用率

=晶胞含有原子的体积/晶胞体积100%

=10.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，试计算这类金属晶体中原子的空间利用率。

11.已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜的相对原子质量为63.54，密度为8.936g/cm3，试求：（1）图中正方形边长a，（2）铜的金属半径raarrorr提示：数出面心立方中的铜的个数：在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

的是立方面心堆积，（3）配位数为

的

堆积。其中以ABAB