高中化學(xué) 32_1 金屬晶體課件 魯科版選修3

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1、 1 2 31.概念和特征金屬晶體是指金屬原子通過(guò)金屬鍵形成的晶體。金屬鍵源于金屬晶體中金屬陽(yáng)離子和“自由電子”之間強(qiáng)的相互作用,所以金屬鍵沒(méi)有飽和性和方向性。 1 2 32.堆積方式金屬晶體最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)型式具有堆積密度大、原子配位數(shù)高、能充分利用空間等特點(diǎn)。Ca、Al、Cu、Ag、Au等金屬晶體屬于A1型最密堆積,Mg、Zn等金屬晶體屬于A3型最密堆積,A2型密堆積又稱(chēng)為體心立方密堆積,Li、Na、K、Ba、W等金屬晶體屬于A 2型最密堆積。A1型配位數(shù)為12,A2型配位數(shù)為8,A3型配位數(shù)為12。 1 2 33.金屬具有良好的延性、展性和可塑性的原因金屬晶體通常采用密堆積方式,在鍛壓或錘打

2、時(shí),密堆積層的金屬原子之間比較容易產(chǎn)生滑動(dòng),這種滑動(dòng)不會(huì)破壞密堆積的排列方式,而且在滑動(dòng)過(guò)程中“自由電子”能夠維系整個(gè)金屬鍵的存在,因此金屬雖然發(fā)生形變但不致斷裂。 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè)探究一 常見(jiàn)金屬晶體的結(jié)構(gòu)型式你已知道金屬銅的晶體屬于A1型密堆積,金屬鎂屬于A3型密堆積,那么,金屬鐵、鎂、鈉、鋁、金、銀等屬于哪種類(lèi)型的密堆積?除了A1型和A3型外,金屬原子的密堆積還有哪些型式?提示：將上層金屬原子填入下層金屬原子形成的凹穴中,每層均照此堆積。鉀、鈉、鐵等金屬采用這種堆積方式,稱(chēng)為A2型密堆積。Al、Ag、Au等金屬晶體屬于A1型最密堆積,Mg等金屬晶體屬于A 3型最密堆積

3、,Na、Fe等金屬晶體屬于A2型密堆積。 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè)一、金屬晶體中的原子在空間中的非最密堆積方式1.簡(jiǎn)單立方堆積此種堆積方式(如下圖所示)形成的晶胞是一個(gè)立方體,每個(gè)晶胞只含1個(gè)原子,配位數(shù)為6。該種堆積方式的空間利用率太低,金屬釙(Po)采用這種堆積方式。 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè)2.體心立方密堆積(A2型)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,如圖所示。金屬晶體的堆積方式體心立方密堆積這種堆積方式所得的晶胞是一個(gè)含兩個(gè)原子的立方體,一個(gè)原子在立方體的頂角,另一個(gè)原子在立方體的

4、中心,稱(chēng)為體心立方密堆積,配位數(shù)為8。這種堆積方式的空間利用率顯然比簡(jiǎn)單立方堆積 的高多了,許多金屬是這種堆積方式,如Li、Na、K。 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè)二、金屬晶體的四種堆積模型對(duì)比 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè) 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè)【例題1】 關(guān)于金屬晶體的體心立方密堆積的結(jié)構(gòu)型式的敘述中,正確的是() (導(dǎo)學(xué)號(hào)52720024)A.晶胞是六棱柱B.屬于A2型密堆積C.每個(gè)晶胞中含4個(gè)原子D.每個(gè)晶胞中含5個(gè)原子解析：金屬晶體的體心立方密堆積的晶胞是平行六面體,體心立方密堆積的堆積方式為立方體的頂點(diǎn)和體心各有1個(gè)原子,屬于A 2型密堆積,每個(gè)晶胞中

5、含有8 +1=2個(gè)原子。答案：B 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè) 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè)變式訓(xùn)練1金屬銅晶體的原子按面心立方的型式緊密堆積,在立方體晶胞中,銅原子位于八個(gè)頂點(diǎn)和六個(gè)面心,求晶胞中銅原子的空間利用率。 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè)答案：晶胞中銅原子的空間利用率為74%。 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè)探究二 金屬晶體中金屬原子的堆積方式與金屬晶體的物理性質(zhì)的關(guān)系1.金屬為什么具有較好的延展性?提示：金屬晶體中由于金屬陽(yáng)離子與“自由電子”間的相互作用沒(méi)有方向性和飽和性,各原子層之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)以后,仍可保持這種相互作用,因而即使在外力作用下,發(fā)生形

6、變也不易斷裂。金屬晶體中原子的堆積方式也會(huì)影響金屬的性質(zhì),具有最密堆積結(jié)構(gòu)的金屬延展性往往比其他結(jié)構(gòu)的金屬的延展性好。 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè)2.合金為何比純金屬的性質(zhì)優(yōu)越?提示：合金內(nèi)加入了其他元素或大或小的原子,改變了金屬原子有規(guī)則的層狀排列,使原子層之間的相對(duì)滑動(dòng)變得困難。因此,在一般情況下,合金比純金屬硬度大。 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè)一、金屬晶體熔點(diǎn)變化規(guī)律1.金屬晶體熔點(diǎn)變化較大,與金屬晶體緊密堆積方式、金屬陽(yáng)離子與“自由電子”之間的金屬鍵的強(qiáng)弱有密切關(guān)系。2.一般情況下,金屬晶體熔點(diǎn)由金屬鍵強(qiáng)弱決定。金屬陽(yáng)離子半徑越小,所帶電荷越多,“自由電子”越多,金

7、屬鍵越強(qiáng),熔點(diǎn)就相應(yīng)越高,硬度也越大。如熔點(diǎn):KNaMgNaKRbCs。熔點(diǎn)最低的金屬:汞(常溫時(shí)為液態(tài));熔點(diǎn)很高的金屬:鎢(3 410 );鐵的熔點(diǎn):1 535 。 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè)二、合金的不同類(lèi)型及各自的性質(zhì)特點(diǎn)1.當(dāng)兩種金屬元素的電負(fù)性、化學(xué)性質(zhì)和原子半徑相差不大時(shí),形成的合金稱(chēng)為金屬固溶體,如銅鎳、銀金合金。這類(lèi)合金的強(qiáng)度和硬度一般都比組成它的各成分金屬的強(qiáng)度和硬度大。2.當(dāng)兩種金屬元素的電負(fù)性或原子大小相差較大時(shí),形成的合金稱(chēng)為金屬化合物,如Ag3Al合金。這類(lèi)合金通常具有較高的熔點(diǎn)、較大的強(qiáng)度、較高的硬度和耐磨性,但塑性和韌性較低。3.原子半徑較小的氫、硼、

8、氮等非金屬元素滲入金屬晶體的間隙中,稱(chēng)為金屬間隙化合物或金屬間隙固溶體。這類(lèi)合金具有很高的熔點(diǎn)和很大的硬度,這主要是填隙原子和金屬原子之間存在共價(jià)鍵的原因。 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即時(shí)檢測(cè)【例題2】 鋁硅合金(含硅13.5%)凝固時(shí)收縮率很小,因而這種合金適合于鑄造?，F(xiàn)有下列三種晶體:鋁;硅(屬于原子晶體,熔點(diǎn)比一般的金屬晶體高);鋁硅合金。它們的熔點(diǎn)從低到高的順序是()A.B.C.D.解析：三種晶體中,一般合金的熔點(diǎn)低于各成分金屬單質(zhì)的熔點(diǎn),而鋁與硅比較,硅屬于原子晶體,具有較高熔點(diǎn),故D項(xiàng)正確。答案：D方法技巧合金的熔點(diǎn)一般低于組成它各成分金屬的熔點(diǎn)。 探究一探究二問(wèn)題引導(dǎo)名師精講即

9、時(shí)檢測(cè)變式訓(xùn)練2關(guān)于晶體的下列說(shuō)法正確的是()A.晶體中只要有陽(yáng)離子,就一定有陰離子B.晶體中只要有陰離子,就一定有陽(yáng)離子C.金屬晶體熔點(diǎn)都很高D.金屬晶體熔點(diǎn)都很低解析：在各種晶體的構(gòu)成粒子中,金屬晶體較特殊,金屬晶體中,有金屬陽(yáng)離子,而沒(méi)有陰離子,因此A錯(cuò),但晶體中有陰離子,根據(jù)電荷守恒,就一定有陽(yáng)離子。金屬晶體的熔點(diǎn)有的很高,有的很低,故C、D錯(cuò)誤。答案：B 探究一探究二即時(shí)檢測(cè)1.金屬晶體的形成是因?yàn)榫w中存在()金屬原子金屬陽(yáng)離子“自由電子”陰離子A.只有B.只有C.D.解析：金屬晶體內(nèi)存在的作用力是金屬鍵,應(yīng)該從金屬鍵的角度考慮,分析金屬鍵的組成:由“自由電子”和金屬陽(yáng)離子組成,即

10、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。答案：C 探究一探究二即時(shí)檢測(cè)2.金屬晶體堆積密度大,原子配位數(shù)高,能充分利用空間的原因是()A.金屬原子的價(jià)電子數(shù)少B.金屬晶體中有“自由電子”C.金屬原子的原子半徑大D.金屬鍵沒(méi)有飽和性和方向性解析：這是因?yàn)榻柚跊](méi)有方向性和飽和性的金屬鍵形成的金屬晶體的結(jié)構(gòu)中,都趨向于使離子吸引盡可能多的離子分布于周?chē)?并以密堆積的方式降低體系的能量,使晶體變得比較穩(wěn)定。答案：D 探究一探究二即時(shí)檢測(cè)3.如圖是金屬晶體的A1型密堆積形成的面心立方晶胞示意圖,在密堆積中處于同一密置層上的原子組合是 ()(導(dǎo)學(xué)號(hào)52720025)解析：A 1型密堆積形成的

11、面心立方晶胞的對(duì)角線是垂直于密置層面的直線,所以要找處于同一層上的原子,必須找出垂直于體對(duì)角線的面。答案：B 探究一探究二即時(shí)檢測(cè)4.最近,美國(guó)普度大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種利用鋁鎵合金加水制造氫氣的新工藝。這項(xiàng)技術(shù)具有廣泛的能源潛在用途,包括為汽車(chē)提供原料、為潛水艇提供燃料等。該技術(shù)通過(guò)向鋁鎵合金注水,鋁生成氧化鋁,同時(shí)生成氫氣。合金中鎵(Ga,A族)是關(guān)鍵成分,可阻止鋁形成致密的氧化膜。下列關(guān)于鋁、鎵的說(shuō)法正確的是()A.鋁的金屬性比鎵的強(qiáng)B.鋁的熔點(diǎn)比鎵的低C.Ga(OH) 3與Al(OH)3性質(zhì)相似,一定能與NaOH溶液反應(yīng)D.鋁、鎵合金與水反應(yīng)后的物質(zhì)可以回收利用冶煉鋁 探究一探究二即時(shí)檢測(cè)解析：鋁、鎵位于同一主族(A族),鋁的金屬性比鎵的弱,但由于鋁的金屬鍵比鎵的金屬鍵強(qiáng),所以鋁的熔點(diǎn)比鎵的高;由于鋁的金屬性比鎵的弱,所以Ga(OH)3的堿性比Al(OH)3的強(qiáng),因此Ga(OH)3不一定能與NaOH溶液反應(yīng);鋁、鎵合金與水反應(yīng)后的物質(zhì)中含有氧化鋁,可以回收利用冶煉鋁,故D項(xiàng)正確。答案：D 探究一探究二即時(shí)檢測(cè)5.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,N A表示阿伏加德羅常數(shù),鋁的摩爾質(zhì)量為M,則該晶體的密度可表示為。據(jù)上圖計(jì)算,鋁原子采取的面心立方堆積的空間利用率為。 探究一探究二即時(shí)檢測(cè)