2018-2019版高中化学 第3章 物质的聚集状态与物质性质 第2节 金属晶体与离子晶体 第1课时学案 鲁科版选修3

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1、第1课时　金属晶体[学习目标定位]　1.进一步熟悉金属晶体的概念和特征，能用金属键理论解释金属晶体的物理性质。2.知道金属晶体中晶胞的堆积方式。3.学会关于金属晶体典型计算题目的分析方法。一、金属晶体及常见金属晶体的结构型式1．金属晶体(1)金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。(2)金属键是指金属阳离子和自由电子之间的强的相互作用。(3)由于自由电子为整个金属所共有，所以金属键没有方向性和饱和性，从而导致金属晶体最常见的结构型式具有堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间等特点。2．常见金属晶体的结构型式金属晶体可看作是金属原子在

2、三维空间(一层一层地)堆积而成。其堆积模式有以下四种。这四种堆积模式又可以根据每一层中金属原子的二维放置方式不同分为两类：非密置层堆积(包括简单立方堆积和体心立方密堆积)，密置层堆积(包括六方最密堆积和面心立方最密堆积)。填写下表：堆积模型采纳这种堆积的典型代表晶胞配位数空间利用率每个晶胞所含原子数非密置层简单立方堆积Po(钋)652%1体心立方密堆积(A2型)Na、K、Fe868%2密置层六方最密堆积(A3型)Mg、Zn、Ti1274%6面心立方最密堆积(A1型)Cu、Ag、Au1274%4(1)堆积原理组成晶体的金属原子在没有其他因

3、素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性和饱和性，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，并以密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。(2)堆积模型例1　下列有关金属晶体的堆积模型的说法正确的是(　　)A．金属晶体中的原子在二维空间有三种放置方式B．金属晶体中非密置层在三维空间可形成两种堆积方式，其配位数都是6C．镁型堆积和铜型堆积是密置层在三维空间形成的两种堆积方式D．金属晶体中的原子在三维空间的堆积有多种方式，其空间利用率相同答案　C解析　A项，金属晶体中的原子在二维空间只

4、有非密置层和密置层两种放置方式；B项，非密置层在三维空间可形成简单立方堆积和体心立方堆积两种堆积方式，其配位数分别是6和8；D项，金属晶体中的原子在三维空间有四种堆积方式，其中镁型和铜型堆积的空间利用率较高。规律总结金属晶体的空间利用率大小关系为简单立方堆积<体心立方密堆积<六方最密堆积＝面心立方最密堆积。例2　Al的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。若已知Al的原子半径为d，NA代表阿伏加德罗常数，Al的相对原子原子质量为M，请回答：(1)晶胞中Al原子的配位数为______

5、__，一个晶胞中Al原子的数目为________。(2)该晶体的密度为__________(用字母表示)。答案　(1)12　4　(2)解析　(1)Al属于…ABCABC…方式堆积的面心立方最密堆积，配位数为12，一个晶胞中Al原子的数目为8×＋6×＝4。(2)把数据代入公式ρV＝M得ρ×(2d)3＝M，解得ρ＝。利用公式求金属晶体的密度，关键是找出晶胞正方体的边长。本题中面对角线的长度为4d，然后根据边长的倍等于面对角线的长度可求得晶胞正方体的边长。方法规律——晶胞密度的计算方法(1)以晶胞为研究对象，运用均摊法或切割法分析每个晶胞中含

6、有的微粒数，计算一个晶胞的质量m＝(NA为阿伏加德罗常数，n为晶胞中所含微粒个数，M为所含微粒的摩尔质量)。(2)结合晶胞中的几何关系，计算一个晶胞的体积，用m＝ρ·V的关系计算。例3　金属钠晶体的晶胞为体心立方晶胞()，晶胞的边长为a。假定金属钠原子为等径的刚性球，且晶胞中处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r为(　　)A.B.C.D．2a答案　B解析　如果沿着某一面的对角线对晶胞作横切面，可得如图所示的结构，其中AB为晶胞的边长，BC为晶胞的面对角线，AC为晶胞的体对角线。根据立方体的特点可知：BC＝a，结合AB2＋BC2＝A

7、C2得：r＝。二、金属晶体的结构与物理性质1．金属晶体具有良好的延展性。由于金属通常采用密堆积方式，在锻压或捶打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，但金属密堆积层之间始终保持着金属键的作用。2．金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，如具有最密堆积结构的金属的延展性往往比其他结构的延展性好。3．金属晶体熔、沸点的规律(1)金属的熔、沸点取决于金属键的强弱，一般金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部金属键越强，晶体熔、沸点越高。(2)金属晶体的熔点差别较大，如Hg熔点很低，碱金属熔点较低，铁等金属熔点很高。这是由于

8、金属晶体紧密堆积方式、金属阳离子和自由电子的作用力不同造成的。(3)同一周期主族金属单质的熔点由左到右逐渐升高；同一主族金属单质的熔点自上而下逐渐降低。(4)合金的熔点一般低于成分金属的熔点。　金属的导电性