高中化學(xué) 第三章 第三節(jié)金屬晶體精品課件 新人教版選修3.ppt

第三節(jié)金屬晶體 課程標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航1 了解金屬鍵的含義 電子氣 理論 2 能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì) 3 了解金屬晶體的原子堆積模型的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 自主學(xué)習(xí)一 金屬鍵1 用 電子氣理論 解釋金屬鍵的本質(zhì)金屬原子脫落下來(lái)的 形成遍布整塊晶體的 電子氣 被所有原子所共用 從而把所有的 維系在一起 價(jià)電子 金屬原子 2 用 電子氣理論 解釋金屬的性質(zhì) 1 延展性 當(dāng)金屬受到外力作用時(shí) 晶體中的各原子層就會(huì)發(fā)生 但不會(huì)改變?cè)瓉?lái)的 而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤(rùn)滑劑的作用 所以金屬都有良好的延展性 相對(duì)滑動(dòng) 排列方式 2 導(dǎo)電性 電子氣理論用電子氣在電場(chǎng)中 解釋金屬良好的導(dǎo)電性 3 導(dǎo)熱性 電子氣中的 在熱的作用下與 頻繁碰撞解釋金屬的熱導(dǎo)率隨溫度升高而 的現(xiàn)象 定向移動(dòng) 自由電子 金屬原子 降低 想一想1 金屬導(dǎo)電與電解質(zhì)在熔融狀態(tài)下導(dǎo)電 電解質(zhì)溶液導(dǎo)電有什么區(qū)別 提示 金屬導(dǎo)電的粒子是電子 電解質(zhì)在熔融狀態(tài)或溶液中導(dǎo)電的粒子是陽(yáng)離子和陰離子 金屬導(dǎo)電過(guò)程不生成新物質(zhì) 屬物理變化 而電解質(zhì)的導(dǎo)電過(guò)程就是電解 在陰 陽(yáng)兩極生成新物質(zhì) 屬于化學(xué)變化 故二者導(dǎo)電的本質(zhì)是不同的 二 金屬晶體的原子堆積模型1 二維空間模型金屬原子在二維平面里放置得到兩種方式 和 配位數(shù)分別為4和6 2 三維空間模型 1 簡(jiǎn)單立方堆積相鄰 原子的原子核在 上的堆積 空間利用率太低 只有金屬po采用這種堆積方式 每個(gè)晶胞平均含有1個(gè)原子 非密置層 密置層 非密置層 同一直線 2 體心立方堆積按 的堆積方式 將上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的 中 并使非密置層的原子稍稍分離 許多金屬是這種堆積方式 如堿金屬 非密置層 凹穴 3 六方最密堆積和面心立方最密堆積 的原子按體心立方堆積方式堆積 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)均為 密置層 12 六方最密堆積如圖所示 按 的方式堆積 abababab 面心立方最密堆積如圖所示 按 的方式堆積 abcabcabc 想一想2 簡(jiǎn)單立方堆積 體心立方堆積 六方最密堆積和面心立方最密堆積四種堆積方式的空間利用率大小有什么關(guān)系 提示 空間利用率 簡(jiǎn)單立方堆積 體心立方堆積 六方最密堆積 面心立方最密堆積 自主體驗(yàn)1 下列不屬于金屬晶體共性的是 a 易導(dǎo)電b 易導(dǎo)熱c 有延展性d 高熔點(diǎn)解析 選d 金屬晶體的共性是易導(dǎo)電 易導(dǎo)熱 有延展性 但金屬晶體的熔點(diǎn)差別較大 有的比原子晶體還高 如鎢的熔點(diǎn)很高 3410 有的比分子晶體還低 如汞的熔點(diǎn)很低 38 9 2 金屬晶體的形成是因?yàn)榫w中存在 a 金屬原子間的相互作用b 金屬離子間的相互作用c 自由電子間的相互作用d 金屬離子與自由電子間的相互作用解析 選d 金屬晶體是金屬陽(yáng)離子和自由電子通過(guò)金屬鍵形成的 3 2012 長(zhǎng)春高二質(zhì)檢 已知銅的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示 則在銅的晶胞中所含銅原子數(shù)及配位數(shù)分別為 a 412b 612c 88d 812 要點(diǎn)1金屬鍵及其對(duì)金屬晶體性質(zhì)的影響探究導(dǎo)引1為什么金屬晶體的物理性質(zhì)與原子晶體 分子晶體的物理性質(zhì)有非常明顯的區(qū)別 提示 因?yàn)榻饘倬w 原子晶體和分子晶體的物理性質(zhì)分別由金屬鍵 共價(jià)鍵和分子間作用力的強(qiáng)弱決定 而金屬鍵 共價(jià)鍵和分子間作用力的強(qiáng)弱不同 要點(diǎn)歸納1 金屬鍵 1 概念 在金屬晶體中 金屬陽(yáng)離子與自由電子之間存在著強(qiáng)烈的相互作用叫金屬鍵 2 從原子結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識(shí)金屬鍵的本質(zhì) 金屬原子的價(jià)電子比較少 有易失去價(jià)電子的性質(zhì) 金屬晶體中 每個(gè)金屬原子都有機(jī)會(huì)失去價(jià)電子成為金屬陽(yáng)離子 每個(gè)金屬陽(yáng)離 子都有機(jī)會(huì)結(jié)合價(jià)電子成為金屬原子 這些價(jià)電子被許多金屬原子或金屬離子所共有 從而把所有的金屬原子維系在一起 3 存在 金屬晶體中 包括金屬單質(zhì)及合金 4 金屬鍵強(qiáng)弱的比較 金屬鍵的強(qiáng)度主要取決于金屬陽(yáng)離子半徑和離子所帶的電荷數(shù) 金屬陽(yáng)離子半徑越大 離子所帶的電荷數(shù)越少 則金屬鍵越弱 金屬陽(yáng)離子半徑越小 離子所帶的電荷數(shù)越多 則金屬鍵越強(qiáng) 2 金屬晶體 1 金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬晶體性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系 金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)電性的關(guān)系在金屬晶體中存在許多自由電子 這些自由電子的運(yùn)動(dòng)是沒(méi)有方向性的 但在外加電場(chǎng)的作用下 自由電子就會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)形成電流 所以金屬容易導(dǎo)電 金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)熱性的關(guān)系金屬容易導(dǎo)熱 是由于自由電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)與金屬離子碰撞而引起能量的交換 從而使能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分 使整塊金屬達(dá)到相同的溫度 金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬延展性的關(guān)系大多數(shù)金屬具有較好的延展性 是由于金屬離子與自由電子之間的相互作用沒(méi)有方向性 當(dāng)金屬受到外力時(shí) 晶體中的各原子層就會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)后 相互作用沒(méi)有被破壞 金屬雖然發(fā)生了形變但不會(huì)導(dǎo)致斷裂 金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬顏色的關(guān)系由于金屬原子以最緊密堆積狀態(tài)排列 內(nèi)部存在自由電子 所以當(dāng)光輻射到它的表面上時(shí) 自由電子可以吸收所有頻率的光 然后很快釋放出各種頻率的光 這就使得絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)銀灰色以至銀白色光澤 而金屬在粉末狀態(tài)時(shí) 金屬的晶面取向雜亂 晶格排列不規(guī)則 吸收可見(jiàn)光后輻射不出去 所以金屬粉末常呈暗灰色或黑色 2 金屬鍵強(qiáng)弱對(duì)金屬晶體性質(zhì)的影響金屬鍵越強(qiáng) 金屬晶體的熔 沸點(diǎn)就越高 硬度就越大 同周期金屬單質(zhì) 從左到右 金屬鍵逐漸增強(qiáng) 則熔 沸點(diǎn)逐漸升高 如na mg al 同主族金屬單質(zhì) 從上到下 金屬鍵逐漸減弱 則熔 沸點(diǎn)逐漸降低 如堿金屬 合金的熔 沸點(diǎn)比其各成分金屬的熔 沸點(diǎn)低 金屬晶體熔點(diǎn) 硬度差別很大 如汞常溫為液體 熔點(diǎn)很低 38 9 而鎢等金屬熔點(diǎn)很高 3410 即時(shí)應(yīng)用1 2012 長(zhǎng)沙高二檢測(cè) 下列關(guān)于金屬性質(zhì)和原因的描述不正確的是 a 金屬一般具有銀白色光澤 是物理性質(zhì) 與金屬鍵沒(méi)有關(guān)系b 金屬具有良好的導(dǎo)電性 是因?yàn)樵诮饘倬w中共享了金屬原子的價(jià)電子 形成了 電子氣 在外電場(chǎng)的作用下自由電子定向移動(dòng)便形成了電流 所以金屬易導(dǎo)電 c 金屬具有良好的導(dǎo)熱性 是因?yàn)樽杂呻娮釉谑軣岷?加快了運(yùn)動(dòng)速率 自由電子通過(guò)與金屬離子發(fā)生碰撞 傳遞了能量d 金屬晶體具有良好的延展性 是因?yàn)榻饘倬w中的原子層可以滑動(dòng)而不破壞金屬鍵 解析 選a 金屬具有金屬光澤是金屬中的自由電子吸收了可見(jiàn)光 又把各種波長(zhǎng)的光再發(fā)射出來(lái) 因此金屬一般顯銀白色 金屬導(dǎo)電性正是由于金屬原子之間共享了價(jià)電子 才使得金屬晶體中有了自由移動(dòng)的電子 也才能在外電場(chǎng)的作用下使電子作定向移動(dòng)形成電流 c和d均正確 要點(diǎn)2金屬晶體的原子堆積模型探究導(dǎo)引2直徑相等的金屬原子在二維平面里放置 除了非密置層和密置層兩種方式外 還有第三種方式嗎 提示 沒(méi)有 探究導(dǎo)引3金屬晶體采用密堆積的原因是什么 提示 由于金屬鍵沒(méi)有飽和性和方向性 金屬原子能從各個(gè)方向互相靠近 從而導(dǎo)致金屬晶體最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是堆積密度大 原子配位數(shù)高 能充分利用空間 要點(diǎn)歸納1 幾個(gè)概念 1 緊密堆積 粒子之間的作用力使粒子盡可能地相互接近 使它們占有最小的空間 2 空間利用率 空間被晶格質(zhì)點(diǎn)占據(jù)的百分?jǐn)?shù) 用來(lái)表示緊密堆積的程度 3 配位數(shù) 在晶體中 一個(gè)原子或離子周?chē)钹徑脑踊螂x子的數(shù)目 2 金屬晶體的原子堆積模型 即時(shí)應(yīng)用2 金屬晶體的堆積方式 空間利用率和配位數(shù)關(guān)系正確的是 a 釙po 簡(jiǎn)單立方堆積 52 6b 鈉na 體心立方堆積 74 12c 鋅zn 六方最密堆積 68 8d 銀ag 面心立方最密堆積 68 12 解析 選a b中體體心立方堆積的空間利用率為68 配位數(shù)為8 c中zn為六方最密堆積 空間利用率為74 配位數(shù)為12 d中ag為面心立方最密堆積 空間利用率為74 配位數(shù)為12 a中堆積方式 空間利用率和配位數(shù)均正確 題型1金屬鍵及其對(duì)金屬晶體性質(zhì)的影響 2012 寧德高二期末考試 物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論指出 金屬晶體中金屬離子與自由電子之間的強(qiáng)烈相互作用 叫金屬鍵 金屬鍵越強(qiáng) 其金屬的硬度越大 熔 沸點(diǎn)越高 由此判斷下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 a 鎂的硬度大于鋁b 鎂的熔 沸點(diǎn)高于鈣c 鎂的硬度大于鉀d 鈣的熔 沸點(diǎn)高于鉀 思路點(diǎn)撥 解答本題時(shí)要注意以下兩點(diǎn) 1 金屬晶體熔 沸點(diǎn)高低決定于金屬鍵的強(qiáng)弱 2 金屬陽(yáng)離子所帶電荷越多 半徑越小 金屬鍵越強(qiáng) 解析 此題考查的是金屬晶體的性質(zhì) 如硬度和熔 沸點(diǎn)的比較 比較依據(jù) 看價(jià)電子數(shù)和原子半徑 價(jià)電子數(shù) mg al mg ca mg k k ca 原子半徑 mg al mg ca mg k k ca 綜合分析 鎂的硬度小于鋁 鎂的熔 沸點(diǎn)高于鈣 鎂的硬度大于鉀 鈣的熔 沸點(diǎn)高于鉀 故a錯(cuò)誤 答案 a 名師點(diǎn)睛 1 金屬晶體中只有陽(yáng)離子 沒(méi)有陰離子 帶負(fù)電荷的是自由電子 2 原子晶體的熔點(diǎn)不一定都比金屬晶體的高 分子晶體的熔點(diǎn)不一定就比金屬晶體的低 題型2金屬晶體的原子堆積模型鋁單質(zhì)的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示 原子之間相對(duì)位置關(guān)系的平面圖如圖乙所示 若已知鋁原子半徑為d na表示阿伏加德羅常數(shù) 摩爾質(zhì)量為m 則該晶體的密度可表示為 思路點(diǎn)撥 解答本題時(shí)要注意以下兩點(diǎn) 1 準(zhǔn)確理解并記憶金屬晶體的四種常見(jiàn)堆積方式 2 明確金屬晶體密度的計(jì)算方法 規(guī)律方法 利用均攤法計(jì)算金屬晶體的密度 1 首先利用均攤法確定一個(gè)晶胞中平均含有的原子數(shù)目 2 其次確定金屬原子的半徑和晶胞邊長(zhǎng)之間的關(guān)系 具體方法是 根據(jù)晶胞中金屬原子的位置 靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)上立體幾何的對(duì)角線 體對(duì)角線或面對(duì)角線 和邊長(zhǎng)的關(guān)系 將金屬原子的半徑和晶胞的邊長(zhǎng)放在同一個(gè)直角三角形中 通過(guò)解直角三角形即可 3 計(jì)算金屬晶體的密度首先求一個(gè)晶胞的質(zhì)量 m nm na n表示一個(gè)晶胞中平均含有的金屬原子數(shù) m表示金屬的摩爾質(zhì)量 na表示阿伏加德羅常數(shù) 然后求金屬晶體的密度 密度p m v v表示一個(gè)晶胞的體積 混合晶體 石墨1 石墨的特殊晶體結(jié)構(gòu)決定著石墨的特殊性質(zhì)石墨是一種層狀結(jié)構(gòu)的晶體 在每一層內(nèi) 碳原子呈sp2雜化 每個(gè)碳原子與相鄰的三個(gè)碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合 形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu) 石墨中的c c共價(jià)