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金属晶体知识本讲稿第一页，共三十四页教学目标教学目标1、了解金属的性质和形成原因、了解金属的性质和形成原因2、掌握金属键的本质、掌握金属键的本质“电子气理论电子气理论”3、能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释金、能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释金属的性质属的性质4、掌握金属晶体的四种原子堆积模型、掌握金属晶体的四种原子堆积模型本讲稿第二页，共三十四页TiTi金属样品金属样品本讲稿第三页，共三十四页 一一、金属共同的物理性质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。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金属为什么具有这些共同性质呢?二、金属的结构二、金属的结构问题：构成金属晶体的粒子有哪些？问题：构成金属晶体的粒子有哪些？本讲稿第四页，共三十四页组成粒子：组成粒子：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子1.“1.“电子气理论电子气理论”(自由电子理论自由电子理论)金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的体的“电子气电子气”,被所有原子所共用，从而把被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。所有的原子维系在一起。本讲稿第五页，共三十四页2.2.金属键金属键:这种金属原子间由于电子气产生这种金属原子间由于电子气产生的作用的作用.(.(在金属晶体中，金属阳离子和自由在金属晶体中，金属阳离子和自由电子之间的较强的相互作用电子之间的较强的相互作用)在金属晶体中。在金属晶体中。金属键强弱判断金属键强弱判断:阳离子所带电荷多、半径阳离子所带电荷多、半径小金属键强，熔沸点高。小金属键强，熔沸点高。3、金属晶体：、金属晶体：通过金属键作用形成的单质通过金属键作用形成的单质晶体晶体本讲稿第六页，共三十四页【讨论讨论1 1】金属为什么易导电金属为什么易导电？在金属晶体中，存在着许多自由电子，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在外加电场的条件下自由电子自由电子就会就会发生定向发生定向运动运动，因而形成电流，所以金属容易导电。，因而形成电流，所以金属容易导电。三、金属晶体的三、金属晶体的结构与金属性构与金属性质的内在的内在联系系本讲稿第七页，共三十四页【讨论讨论2 2】金属为什么易导热金属为什么易导热？金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部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分传到温度低的部分，从而使整块金属，从而使整块金属达到相同的温度。达到相同的温度。本讲稿第八页，共三十四页【讨论讨论3 3】金属为什么具有较好的延展性？金属为什么具有较好的延展性？金属晶体中由于金属离子与自由电子间的金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相相互作用没有方向性互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。外力作用下，发生形变也不易断裂。不同的金属在某些性质方面，如不同的金属在某些性质方面，如密度密度、硬度硬度、熔点熔点等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。体中原子的排列方式等因素有关。本讲稿第九页，共三十四页金属的延展性金属的延展性自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位错位错+本讲稿第十页，共三十四页资料料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属是-汞汞熔点最高的金属是熔点最高的金属是-钨钨密度最小的金属是密度最小的金属是-锂锂密度最大的金属是密度最大的金属是-锇锇硬度最小的金属是硬度最小的金属是-铯铯硬度最大的金属是硬度最大的金属是-铬铬最活泼的金属是最活泼的金属是-铯铯最稳定的金属是最稳定的金属是-金金延性最好的金属是延性最好的金属是-铂铂展性最好的金属是展性最好的金属是-金金本讲稿第十一页，共三十四页1 1、金属晶体的形成是因为晶体中存在、金属晶体的形成是因为晶体中存在 （）A.A.金属离子间的相互作用金属离子间的相互作用B B金属原子间的相互作用金属原子间的相互作用 C.C.金属离子与自由电子间的相互作用金属离子与自由电子间的相互作用 D.D.金属原子与自由电子间的相互作用金属原子与自由电子间的相互作用 C练习练习本讲稿第十二页，共三十四页2 2金属能导电的原因是（金属能导电的原因是（）A.A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相相互作用较弱互作用较弱 B B金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可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发生定向移动 C C金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发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生定向移动 D D金属晶体在外加电场作用下可失去电子金属晶体在外加电场作用下可失去电子 C本讲稿第十三页，共三十四页3 3、下列叙述正确的是（、下列叙述正确的是（）A.A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子离子B B原子晶体中只含有共价键原子晶体中只含有共价键 C.C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键离子晶体中只含有离子键，不含有共价键 D D分子晶体中只存在分子间作用力，不含有分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键其他化学键 B本讲稿第十四页，共三十四页 4 4、为什么碱金属单质的熔、为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？到下却升高？本讲稿第十五页，共三十四页二二金属晶体的密堆积结构金属晶体的密堆积结构思考：思考：1、金属原子在形成晶体时有几种堆积方式？、金属原子在形成晶体时有几种堆积方式？本讲稿第十六页，共三十四页金属晶体的原子平面堆金属晶体的原子平面堆积模型模型 （a）非密置层（b）密置层哪种排列方式圆哪种排列方式圆球周围剩余空隙球周围剩余空隙最小？最小？本讲稿第十七页，共三十四页n简单立方堆积（简单立方堆积（PoPo）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型1 1金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式简单立方堆积简单立方堆积 晶胞的形状是什晶胞的形状是什么？含几个原子么？含几个原子？本讲稿第十八页，共三十四页n体心立方堆积（体心立方堆积（IA，VB，VIB）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型2 2金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式钾型钾型本讲稿第十九页，共三十四页三维堆积三维堆积四种方式四种方式 简简单单立立方方堆堆积积钾型钾型体心体心立方立方由由非非密密置置层层一一层层一一层层堆堆积积而而成成本讲稿第二十页，共三十四页123456第二层第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5位。位。(或对准或对准2，4，6位，其情形是一样的位，其情形是一样的)123456AB，关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。的堆积方式。本讲稿第二十一页，共三十四页下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456于是于是每两层形成一个周期每两层形成一个周期，即，即ABAB堆积方式，形成六方紧密堆积。堆积方式，形成六方紧密堆积。配位数配位数12。(同层同层6，上下层各，上下层各3)本讲稿第二十二页，共三十四页六方密堆积六方密堆积本讲稿第二十三页，共三十四页第三层的另一种排列第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层方式，是将球对准第一层的的2，4，6位位，不同于，不同于AB两层的位置，这是两层的位置，这是C层。层。123456123456123456本讲稿第二十四页，共三十四页123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC第四层再排第四层再排A，于是形，于是形成成ABCABC三层一个周三层一个周期。期。得到面心立方堆积。得到面心立方堆积。配位数配位数12。(同层同层6，上下层各上下层各3)本讲稿第二十五页，共三十四页镁型镁型铜型铜型金属晶体的两种最密堆积方式金属晶体的两种最密堆积方式本讲稿第二十六页，共三十四页三、金属晶体的四种堆积模型对比三、金属晶体的四种堆积模型对比堆积模型堆积模型典型代表典型代表空间利空间利用率用率配位数配位数晶胞晶胞简单立方简单立方钾型钾型(bcp)镁型镁型(hcp)铜型铜型(ccp)阅读课文阅读课文7979资料卡片资料卡片，并填写下表，并填写下表本讲稿第二十七页，共三十四页金属晶体的四中堆金属晶体的四中堆积模型模型对比比本讲稿第二十八页，共三十四页石墨是层状结构的石墨是层状结构的混合型混合型晶体晶体 本讲稿第二十九页，共三十四页1 1下列有关金属元素特征的叙述中正确的是下列有关金属元素特征的叙述中正确的是A A金属元素的原子只有金属元素的原子只有还还原性，离子只有氧化性原性，离子只有氧化性B B金属元素在化合物中一定金属元素在化合物中一定显显正价正价C C金属元素在不同化合物中的化合价均不同金属元素在不同化合物中的化合价均不同D D金属金属单质的熔点总是高于分子晶体单质的熔点总是高于分子晶体能力训练能力训练本讲稿第三十页，共三十四页2 2关于关于AA族和族和AA族元素的下列族元素的下列说说法中正确的是法中正确的是A A同一周期中，同一周期中，AA族族单质单质的熔点比的熔点比AA族的高族的高B B浓浓度度都都是是0.01molL0.01molL1 1时时，氢氢氧氧化化钾钾溶溶液液的的pHpH比比氢氢氧氧化化钡钡的小的小C C氧化氧化钠钠的熔点比氧化的熔点比氧化镁镁的高的高D D加加热时热时碳酸碳酸钠钠比碳酸比碳酸镁镁易分解易分解本讲稿第三十一页，共三十四页3 3有有A A、B B、C C三三种种元元素素。已已知知4gA4gA元元素素的的单单质质与与水水作作用用，标标况况下下放放出出H H2 22.24L2.24L，反反应应中中有有1.204101.204102323个个电电子子发发生生转转移移。B B元元素素可可与与A A形形成成ABAB2 2型型的的离离子子化化合合物物，且且知知A A、B B的的离离子子具具有有相相同同的的核核外外电电子子排排布布。元元素素C C的的气气态态氢氢化化物物可可与与其其最最高高价价氧氧化化物物的的水水化化物物发发生生非非氧氧化化还还原原反反应应生生成成盐盐，1mol1mol该该盐盐含含4242个个电电子子。据据此此填填写写下列空白：下列空白：（1 1）元元 素素 符符 号号：A_A_，B_B_，C_C_。（2 2）用用电电子子式式表表示示C C的的气气态态氢氢化化物物的的形形成成过过程程_；它它 与与B B的的 气气 态态 氢氢 化化 物物 反反 应应 时时 有有_现现象象发发生生，生生成成物物的的电电子子式式_，它属于，它属于_晶体。晶体。本讲稿第三十二页，共三十四页4 4、某些金属晶体、某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面的原子按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中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上，试计算这类金属晶体中原子的空间利用率。用率。本讲稿第三十三页，共三十四页5 5、单质硼有无定形和晶体两种，参考下列数据回答：、单质硼有无定形和晶体两种，参考下列数据回答：金刚石金刚石晶体硅晶体硅晶体硼晶体硼熔点熔点(K)沸点沸点(K)硬度硬度(moh(moh)38235100 10 10 16832628 7 70 0 25732823 9 95 5(1)晶体硼的晶体晶体硼的晶体类类型属于型属于_晶体。晶体。(2)已知晶体硼的基本结构单元是由已知晶体硼的基本结构单元是由B原子构成原子构成的正二十面体，其中有的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点各有一个一定数目的顶点，每个顶点各有一个B原子。通原子。通过观察图形及推算，可知此结构单元是由过观察图形及推算，可知此结构单元是由_个个B原子构成，其中原子构成，其中BB键间键间的夹角是的夹角是_。本讲稿第三十四页，共三十四页