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第三節(jié) 金屬晶體,第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì),,1.知道金屬鍵的含義和金屬晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 2.能用電子氣理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)，熟知金屬晶體的原子堆積模型的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。,,學(xué)習(xí)目標(biāo)定位,,內(nèi)容索引,,,,一 金屬鍵和金屬晶體,二 金屬晶體的堆積方式,當(dāng)堂檢測(cè),一 金屬鍵和金屬晶體,1.鈉原子、氯原子能夠形成三種不同類別的物質(zhì)： (1)化合物是 ，其化學(xué)鍵類型是 。 (2)非金屬單質(zhì)是 ，其化學(xué)鍵類型是 。 (3)金屬單質(zhì)是 ，根據(jù)金屬單質(zhì)能夠?qū)щ?，推測(cè)金屬單質(zhì)鈉中存在的結(jié)構(gòu)微粒是 。 2.由以上分析，引伸并討論金屬鍵的有關(guān)概念： (1)金屬鍵的概念 ①金屬鍵： 與 之間的強(qiáng)烈的相互作用。 ②成鍵微粒： 和 。 ③成鍵條件： 。,,,導(dǎo)學(xué)探究,NaCl,離子鍵,Cl2,非極性共價(jià)鍵,Na,Na＋和自由電子,金屬陽離子,自由電子,金屬陽離子,自由電子,金屬單質(zhì)或合金,(2)金屬鍵的本質(zhì) 描述金屬鍵本質(zhì)的最簡(jiǎn)單理論是“電子氣理論”。它把金屬鍵形象地描繪為金屬原子脫落下來的價(jià)電子形成遍布整塊晶體的“ ”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起，形成一種“巨分子”。 (3)金屬鍵的特征 金屬鍵無方向性和飽和性。晶體里的電子不專屬于某幾個(gè)特定的金屬離子，而是幾乎均勻地分布在整個(gè)晶體里，把所有金屬原子維系在一起，所以金屬鍵沒有方向性和飽和性。 (4)金屬晶體 通過 與 之間的較強(qiáng)作用形成的晶體，叫做金屬晶體。,電子氣,金屬陽離子,自由電子,3.金屬晶體物理特性分析 (1)金屬鍵 方向性，當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)， 而不會(huì)破壞金屬鍵，金屬發(fā)生形變但不會(huì)斷裂，故金屬晶體具有良好的延展性。 (2)金屬材料有良好的導(dǎo)電性是由于金屬晶體中的 發(fā)生定向移動(dòng)。 (3)金屬的導(dǎo)熱性是 而引起能量的交換，從而使能量從 的部分，使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。,沒有,晶體中的各原子層發(fā),生相對(duì)滑動(dòng),自由電子可以在外加,電場(chǎng)作用下,自由電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)與金屬離子碰撞,溫度高的部分傳到溫度低,4.金屬晶體的熔點(diǎn)比較 (1)金屬的熔點(diǎn)高低與金屬鍵的強(qiáng)弱直接相關(guān)。金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔點(diǎn)(沸點(diǎn)) ，硬度一般也 。 (2)金屬鍵的強(qiáng)弱主要取決于金屬陽離子的半徑和離子所帶的電荷數(shù)。金屬陽離子半徑越小，金屬鍵 ；離子所帶電荷數(shù)越多，金屬鍵 。 (3)同周期金屬單質(zhì)，從左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸點(diǎn) 。同主族金屬單質(zhì)，從上到下(如堿金屬)熔、沸點(diǎn) 。 (4)金屬晶體熔點(diǎn)差別很大，如汞常溫為 ，熔點(diǎn)很低(－38.9 ℃)，而鐵等金屬熔點(diǎn)很高(1 535 ℃)。,越高,越大,越強(qiáng),越強(qiáng),升高,降低,液體,歸納總結(jié),1.下列關(guān)于金屬鍵的敘述中，不正確的是( ) A.金屬鍵是金屬陽離子和自由電子這兩種帶異性電荷的微粒間的強(qiáng)烈相 互作用，其實(shí)質(zhì)與離子鍵類似，也是一種電性作用 B.金屬鍵可以看作是許多原子共用許多電子所形成的強(qiáng)烈的相互作用， 所以與共價(jià)鍵類似，也有方向性和飽和性 C.金屬鍵是帶異性電荷的金屬陽離子和自由電子間的相互作用，故金屬 鍵無飽和性和方向性 D.構(gòu)成金屬鍵的自由電子在整個(gè)金屬內(nèi)部的三維空間中做自由運(yùn)動(dòng),,,活學(xué)活用,1,2,解析 從基本構(gòu)成微粒的性質(zhì)看，金屬鍵與離子鍵的實(shí)質(zhì)類似，都屬于電性作用，特征都是無方向性和飽和性； 自由電子是由金屬原子提供的，并且在整個(gè)金屬內(nèi)部的三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，為整個(gè)金屬的所有陽離子所共有，從這個(gè)角度看，金屬鍵與共價(jià)鍵有類似之處，但兩者又有明顯的不同，如金屬鍵無方向性和飽和性。故選B。 答案 B,1,2,1,2,2.下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是( ) A.常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在 B.金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈作用，在一定外力作用下，不因形變 而消失 C.鈣的熔、沸點(diǎn)低于鉀 D.溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好,解析 常溫下，Hg為液態(tài)，A錯(cuò)； 因?yàn)榻饘冁I無方向性，故金屬鍵在一定范圍內(nèi)不因形變而消失，B正確； 鈣的金屬鍵強(qiáng)于鉀，故熔、沸點(diǎn)高于鉀，C錯(cuò)； 溫度升高，金屬的導(dǎo)電性減弱，D錯(cuò)。,B,二 金屬晶體的堆積方式,1.金屬原子在二維平面中放置的兩種方式 金屬晶體中的原子可看成直徑相等的球體。把它們放置在平面上(即二維空間里)，可有兩種方式——非密置層和密置層(如下圖所示)。,,,導(dǎo)學(xué)探究,(1)晶體中一個(gè)原子周圍距離相等且最近的原子的數(shù)目叫配位數(shù)。分析上圖非密置層的配位數(shù)是 ，密置層的配位數(shù)是 。 (2)密置層放置，平面的利用率比非密置層的要 。,4,6,高,2.金屬晶體的原子在三維空間里的4種堆積模型 (1)簡(jiǎn)單立方堆積 將非密置層球心對(duì)球心地垂直向上排列，這樣一層一層地在三維空間里堆積，就得到簡(jiǎn)單立方堆積(如下圖所示)。,金屬晶體的堆積方式——簡(jiǎn)單立方堆積 這種堆積方式形成的晶胞是一個(gè)立方體，每個(gè)晶胞含一個(gè)原子，這種堆積方式的空間利用率為52%，配位數(shù)為 ，這種堆積方式的空間利用率太低，只有金屬釙(Po)采取這種堆積方式。,6,(2)體心立方堆積 非密置層的另一種堆積方式是將上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中，并使非密置層的原子稍稍分離，每層均照此堆積，如下圖所示。堿金屬和鐵原子都采取此類堆積方式，這種堆積方式又稱鉀型堆積。,金屬晶體的堆積方式——體心立方堆積 這種堆積方式可以找出立方晶胞，空間利用率比簡(jiǎn)單立方堆積高得多，達(dá)到68%，每個(gè)球與上、下兩層的各4個(gè)球相鄰接，故配位數(shù)為 。,8,(3)六方最密堆積和面心立方最密堆積 密置層的原子按體心立方堆積的方式堆積，會(huì)得到兩種基本堆積方式——六方最密堆積和面心立方最密堆積。這兩種堆積方式都是金屬晶體的最密堆積，配位數(shù)為 ，空間利用率均為74%，但所得晶胞的形式不同(如下圖所示)。,六方最密堆積 面心立方最密堆積 金屬晶體的兩種最密堆積方式——六方最密堆積 和面心立方最密堆積,12,六方最密堆積如下圖所示，重復(fù)周期為兩層，按ABABABAB……的方式堆積。由于在這種排列方式中可劃出密排六方晶胞，故稱此排列為六方最密堆積。由此堆積可知，同一層上每個(gè)球與同層中周圍 個(gè)球相接觸，同時(shí)又與上下兩層中各 個(gè)球相接觸，故每個(gè)球與周圍 個(gè)球相接觸，所以其配位數(shù)是 。原子的空間利用率最大。Mg、Zn、Ti都是采用這種堆積方式。,6,3,12,12,面心立方最密堆積如上圖所示，按ABCABCABC……的方式堆積。將第一密置層記作A，第二層記作B，B層的球?qū)?zhǔn)A層中的三角形空隙位置，第三層記作C，C層的球?qū)?zhǔn)B層的空隙，同時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)A層中的三角形空隙(即C層球不對(duì)準(zhǔn)A層球)。以后各層分別重復(fù)A、B、C層排列，這種排列方式三層為一周期，記為ABCABCABC……由于在這種排列中可以劃出面心立方晶胞，故稱這種堆積方式為面心立方最密堆積。Cu、Ag、Au等均采用此類堆積方式。,1.堆積原理 組成晶體的金屬原子在沒有其他因素影響時(shí)，在空間的排列大都服從緊密堆積原理。這是因?yàn)樵诮饘倬w中，金屬鍵沒有方向性和飽和性，因此都趨向于使金屬原子吸引更多的其他原子分布于周圍，并以密堆積方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。,歸納總結(jié),2.常見的堆積模型,6,1,8,2,12,12,2,4,3.關(guān)于鉀型晶體(如右圖所示)的結(jié)構(gòu)的敘述中正確的是( ) A.是密置層的一種堆積方式 B.晶胞是六棱柱 C.每個(gè)晶胞內(nèi)含2個(gè)原子 D.每個(gè)晶胞內(nèi)含6個(gè)原子,,,活學(xué)活用,3,4,,C,4.金晶體是面心立方體，立方體的每個(gè)面上5個(gè)金原子緊密堆砌(如圖，其余各面省略)，金原子半徑為A cm。,3,4,求： (1)金屬體中最小的一個(gè)立方體含有________個(gè)金原子。,解析 根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，金晶體中最小的一個(gè)立方體含有8×(1/8)＋6×(1/2)＝4個(gè)金原子。,4,3,4,(2)金的密度為_________g·cm－3。(用帶A計(jì)算式表示),3,4,(3)金原子空間占有率為___________。(Au的相對(duì)原子質(zhì)量為197，用帶A計(jì)算式表示),0.74或74%,學(xué)習(xí)小結(jié),當(dāng)堂檢測(cè),1,2,4,3,1.金屬的下列性質(zhì)中和金屬晶體無關(guān)的是( ) A.良好的導(dǎo)電性 B.反應(yīng)中易失電子 C.良好的延展性 D.良好的導(dǎo)熱性 解析 A、C、D都是金屬共有的物理性質(zhì)，這些性質(zhì)都是由金屬晶體所決定的； 金屬易失電子是由金屬原子的結(jié)構(gòu)決定的，所以和金屬晶體無關(guān)。,B,5,1,2,4,3,2.下列有關(guān)金屬晶體的說法中不正確的是( ) A.金屬晶體是一種“巨分子” B.“電子氣”為所有原子所共有 C.簡(jiǎn)單立方堆積的空間利用率最低 D.體心立方堆積的空間利用率最高,5,解析 根據(jù)金屬晶體的電子氣理論，選項(xiàng)A、B都是正確的； 金屬晶體的堆積方式中空間利用率分別是簡(jiǎn)單立方堆積52%，體心立方堆積68%，面心立方最密堆積和六方最密堆積均為74%。因此簡(jiǎn)單立方堆積的空間利用率最低，六方最密堆積和面心立方最密堆積的空間利用率最高。,D,1,2,4,3,3.結(jié)合金屬晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，回答以下問題： (1)已知下列金屬晶體：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au。 ①簡(jiǎn)單立方堆積的是___________________________________________； ②體心立方堆積的是___________________________________________； ③六方最密堆積的是___________________________________________； ④面心立方最密堆積是_________________________________________。,5,1,2,4,3,解析 簡(jiǎn)單立方堆積的空間利用率低，金屬Po采取這種方式。體心立方堆積是上層金屬原子填入下層金屬原子形成的凹穴中，這種堆積方式的空間利用率比簡(jiǎn)單立方堆積的高，多數(shù)金屬是這種堆積方式。六方最密堆積按ABAB……的方式堆積，面心立方最密堆積按ABCABC……的方式堆積，六方最密堆積常見金屬為Mg、Zn、Ti，面心立方最密堆積常見金屬為Cu、Ag、Au。 答案 ①Po ②Na、K、Fe ③Mg、Zn ④Cu、Au,5,1,2,4,3,(2)根據(jù)下列敘述，判斷一定為金屬晶體的是______(填字母)。 A.由分子間作用力形成，熔點(diǎn)很低 B.由共價(jià)鍵結(jié)合形成網(wǎng)狀晶體，熔點(diǎn)很高 C.固體有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性,5,解析 A項(xiàng)屬于分子晶體； B項(xiàng)屬于原子晶體； 而C項(xiàng)是金屬的通性。,C,1,2,4,3,(3)下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是________(填字母)。 A.常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在 B.金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈作用，在一定外力作用下，不因形 變而消失 C.鈣的熔、沸點(diǎn)高于鉀 D.溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好,5,1,2,4,3,解析 常溫下，Hg為液態(tài)，A錯(cuò)； 因?yàn)榻饘冁I無方向性，故金屬鍵在一定范圍內(nèi)不因形變而消失，B正確； 鈣的金屬鍵強(qiáng)于鉀，故熔、沸點(diǎn)高于鉀，C正確； 溫度升高，金屬的導(dǎo)電性減弱，D錯(cuò)。 答案 BC,5,1,2,4,3,5,4.Al的晶體中原子的堆積方式如圖甲所示，其晶胞特征如圖乙所示，原子之間相互位置關(guān)系的平面圖如圖丙所示。,若已知Al的原子半徑為d，NA代表阿伏加德羅常數(shù)，Al的相對(duì)原子原子質(zhì)量為M，請(qǐng)回答： (1)晶胞中Al原子的配位數(shù)為________，一個(gè)晶胞中Al原子的數(shù)目為________。,1,2,4,3,5,,1,2,4,3,5,(2)該晶體的密度為__________(用字母表示)。,5.金剛石晶胞中含有____________個(gè)碳原子。若碳原子半徑為r，金剛石晶胞的邊長(zhǎng)為a，根據(jù)硬球接觸模型，則r＝__________a，列式表示碳原子在晶胞中的空間占有率__________(不要求計(jì)算結(jié)果)。,1,2,4,3,5,,1,2,4,3,5,1,2,4,3,5,,本課結(jié)束,