2022年高中化学《金属晶体》教案.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 金属晶体第 1 课时【教材内容分析】在必修 2 中,同学已初步明白了物质结构和元素周期律、离子键、共价键、分子间作用力等学问；本节内容是在介绍了分子晶体和原子晶体等学问的基础上,再介绍金属晶体的学问,可以使同学对 于晶体有一个较全面的明白,也可使同学进一步深化对所学的学问的熟识；教材从介绍金属键和电 子气理论入手,对金属的通性作 出了说明,并在金属键的基础上,简洁的介绍了金属晶体的几种常 见的积累模型,让同学对金属晶体有一个较为全面的熟识；教学目标 1懂得金属键的概念和电子气理论 2初步学会用电子气理论说明金属的物理性质 重 点： 金属键和电子气理论 难 点： 金属具有共同物理性质的说明；【教学过程设计】【引入】大家都知道晶体有固定的几何形状、有确定的熔点,水、干冰等都属于分子晶体,靠范德 华力结合在一起,金刚石、金刚砂等都是原子晶体,靠共价键相互结合,那么我们所熟识的铁、铝 等金属是不是晶体呢？它们又是靠什么作用结合在一起的呢？【板书】一、金属键 金属晶体中原子之间的化学作用力叫做金属键；【讲解】金属原子的电离能低,简洁失去电子而形成阳离子和自由电子,阳离子整体共同整体吸引 自由电子而结合在一起；这种金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键；金属键可看成是 由很多原子共用很多电子的一种特别形式的共价键,这种键既没有方向性也没有饱和性,金属键的 特点是成键电子可以在金属中自由流淌,使得金属出现出特有的属性在金属单质的晶体中,原子之 间以金属键相互结合；金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键；【强调】金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体；【板书】二、电子气理论及其对金属通性的说明 1电子气理论【讲解】经典的金属键理论叫做“ 电子气理论” ；它把金属键形象地描画成从金属原子上“ 脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“ 电子气” ,金属原子就“ 浸泡” 在“ 电子 气” 的“ 海洋” 之中；2金属通性的说明【展现金属实物】展现的金属实物有金属导线 铜或铝 、铁丝、镀铜金属片等,并将铁丝随便弯曲,引导观看铜的金属光泽；表达应用部分包括电工架设金属高压电线,家用铁锅炒菜,锻压机把钢锭 压成钢板等；【老师引导】从上述金属的应用来看,金属有哪些共同的物理性质呢 . 【同学分组争论】请一位同学归纳,其他同学补充；【板书】金属共同的物理性质 简洁导电、导热、有延展性、有金属光泽等；金属导电性的说明 在金属晶体中,布满着带负电的“ 电子气” ,这些电子气的运动是没有肯定方向的,但在外加电场 的条件下电子气就会发生定向移动,因而形成电流,所以金属简洁导电；1 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 【设问】导热是能量传递的一种形式,它必定是物质运动的结果,那么金属晶体导热过程中电子气 中的自由电子担当什么角色 . 金属简洁导热,是由于电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而把能量从温度高 的部分传到温度低的部分,从而使整块金属达到相同的温度；金属延展性的说明当金属受到外力作用时,晶体中的各原子层就会发生相对滑动,但不会转变原先的排列方式,布满 在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用,所以在各原子层之间发生相对 滑动以后,仍可保持这种相互作用,因而即使在外力作用下,发生形变也不易断裂；因此,金属都 有良好的延展性；【课堂练习】1金属晶体的形成是由于晶体中存在 A. 金属离子间的相互作用 B金属原子间的相互作用 C.金属离子与自由电子间的相互作用 D.金属原子与自由电子间的相互作用 2金属能导电的缘由是 A. 金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱 B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 C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 D金属晶体在外加电场作用下可失去电子课后阅读材料 1超导体一类急待开发的材料一般说来, 金属是电的良好导体 汞的很差 ； 1911 年荷兰物理学家H· 昂内斯在争论低温条件下汞的导电性能时,发觉当温度降到约4 K 即 269、 时汞的电阻“ 奇特” 般地降为零,表现出超导电性；后又发觉仍有几种金属也有这种性质,人们将具有超导性的物质叫做超导体；2合金两种和两种以上的金属 或金属与非金属 熔合而成的具有金属特性的物质,叫做合金,合金属于混合物,对应的固体为金属晶体；合金的特点仍保留金属的化学性质,但物理性质转变很大；熔 点比各成份金属的都低；强度、硬度比成分金属大；有的抗腐蚀才能强；导电性比成分金属 差；3金属的物理性质由于金属晶体中存在大量的自由电子和金属离子 有很多共同的性质；1 状态：通常情形下,除 Hg外都是固体； 或原子 排列很紧密, 使金属具2 金属光泽：多数金属具有光泽；但除 Mg、Al 、 Cu 、Au 在粉末状态有光泽外,其他金属在块状时才表现出来；3 易导电、导热：由于金属晶体中自由电子的运动,使金属易导电、导热；4 延展性5 熔点及硬度： 由金属晶体中金属离子跟自由电子间的作用强弱打算；仍具有各自的特性；金属除有共同的物理性质外,颜色： 绝大多数金属都是银白色,有少数金属具有颜色；如 Au金黄色 Cu紫红色 Cs 银白略带金色；密度：与原子半径、原子相对质量、晶体质点排列的紧密程度有关；最重的为锇 Os 铂Pt 最轻的为锂 Li熔点：最高的为钨 W,最低的为汞 Hg , Cs,为 28 4Ca 为 30 硬度：最硬的金属为铬 Cr ,最软的金属为钾 K ,钠 Na ,铯 Cs 等,可用小刀切割；2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 导电性：导电性能强的为银Ag ,金 Au ,铜 Cu 等；导电性能差的为汞Hg 延展性：延展性最好的为金 Au , Al 第三节 金属晶体 第 2 课时【教材内容分析】晶体学问和分子晶体、原子晶体已经做了介绍,同学对晶体内微粒的空间排列有了初步的熟识；学 生自己探究金属晶体的结构有了可能；晶体学问和分子晶体、原子晶体已经做了介绍,同学对晶体 内微粒的空间排列有了初步的熟识；同学自己探究金属晶体的结构有了可能；【教学目标设定】1明白金属晶体内原子的几种常见排列方式 2明白金属晶体内原子的几种常见排列方式 3训练同学的动手才能和空间想象才能,培育同学的合作意识【教学重点难点】金属晶体内原子的空间排列方式【教学方法建议】活动探究【教学过程设计】【引入】 分子晶体中,分子间的范德华力使分子有序排列；原子晶体中,原子之间的共价键使原子 有序排列；金属晶体中,金属键使金属原子有序排列；今日,我们一起争论有关金属原子的空间排 列问题；【分组活动 1】利用 20 个大小相同的玻璃小球,有序地排列在水平桌面上（二维平面上）,要求小球之间紧密接触；争论每一种方式的配位数； （配位数： 同一层内与一个原子紧密接触的原子数）可能有几种排列方式； 同学活动 同学分四组活动,各由一人汇报结果；利用多媒体展现,同学排列结果主要介绍以下两种方式；（配 位数：同一层内与一个原子紧密接触的原子数）非密置层,配位数4 密置层,配位数6 我们连续争论,原 子在三维空间的排列；第一争论非密置层这种情形；【同学活动 2】非密置层排列的金属原子,在空间内可能的排列；汇总各类情形逐一争论；简洁立方体积累3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 这种积累方式形成的晶胞是一个立方体,每个晶胞含1 个原子,被称为简洁立方积累；这种积累方式的空间利用率太低,只有金属钋实行这种积累方式；（二）钾型假如是 非密置层 上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中,每层均照此积累,如下图：这种积累方式的空间利用率明显比简洁立方积累的高多了,很多金属是这种积累方式,如碱金属,简称为钾型；密置层的原子按钾型积累方式积累,会得到两种基本积累方式,镁型和铜型；镁型如下图左侧,按ABABABAB 的 方式积累 ; 铜型如图 右侧 , 按 ABCABCABC 的方式积累 . 这两种积累方式都是金属晶体的最密积累 , 配位数均为 12, 空间利用率均为 74, 但所得的晶胞的形式不同 . 归纳与整理 金属晶体的四种积累模型对比积累模型采纳这种积累的空间利用率配位数晶胞典型代表简洁立方Po 526 4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 钾型Na K Fe 688 镁型Mg Zn Ti 7412 铜型Cu Ag Au 7412 混合晶体 石墨不同于金刚石 , 这的碳原子 不像金刚石的碳原子那样呈 sp3 杂化 . 而是呈 sp2 杂化 , 形成平面六元 并环结构 , 因此石墨晶体是层状结构的 , 层内的碳原子的核间距为 142pm 层间距离为 335pm,说明层 间没有化学键相连,是靠范德华力维系的；石墨的二维结构内,每一个碳原子的配位数为 3,有一 个末参加杂化的 2p 电子,它的原子轨道垂直于碳原子平面；石墨晶体中, 既有 共价键, 又有金属键,仍有范德华力,不能简洁地归属于其中任何一种晶体,是一种混合晶体；【教学过程】问题引入：在金属单质中只有金属原子而没有分子,这些金属的晶体能否称为原子晶体 问题探究：金属的晶体并非原子晶体,怎样从微观角度证明这个判定？（提示：可从原子晶体的中化学键的特点来分析）回忆具有什么结构的原子之间才能形成共价键,然后作出回答 讲解：在原子晶体中,全部原子通过共价键结合,而金属原子由于最外层电子数较少,原子与原子 之间不能形成共价键,所以不是原子晶体 回忆金属 易失电子,难以形成共用电子对的性质 表达：在金属晶体中,原子之间通过金属键相互结合 讲解：金属原子的电负性和电离能都较小,在金属晶体中,大量最外层电子也即是价电子简洁脱离 原子的束缚而变成自由电子,同时使原先的原子变成正离子,这些自由电子为各个原子所共用,自 由电子与金属正离子的相互作用就是金属键；这些电子遍布整块晶体,就象气体遍布整个空间一样,摸索和体会“ 电子气理 所以该理论又被形象地称为“ 电子气理论”回忆电负性和电离能的学问,论” 的实质问题探究：金属晶体与分子晶体和原子晶体相比较,回忆、比较、争论三种晶体的异同其成键的微粒有何异同？键的性质又有何异同？问题解答：金属晶体和原子晶体的成键微粒都是原子,分子晶体的成键微粒是分子；金属晶体中的 金属键是自由电子与金属正离子的相互作用,原子晶体中就是原子之间形成了共价键,而在分子晶 体中,分子内部的原子通过共价键结合在一起,分子之间就是通过范德华力相结合 归纳、回答 三种晶体的结构特点和异同 阅读、争论：阅读电子气理论对金属延展性的说明,小组争论如何说明导电性和导热性 归纳、总结：金属晶体中的自由电子在外加电场的作用下可以发生定向移动,从而使金属具有良好 的导电性和导热性,但由于导热时自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞,导致了金属的导热才能下降,即是说,金属的热导率随温度的上升而下降 金属具有良好导电性和导热性的缘由 连接、过渡：我们已经知道,不同的分子晶体或原子晶体,小组归纳争论的结果,由同学代表说明其晶体结构不肯定相同,例如石墨和金刚石都是由碳元素组成的,也都是原子晶体,但晶体结构并不相同,性质也同样有很大的差别,在5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 金属晶体中,不同的晶体也有不同的结构,从而导致晶体具有不同的性质 学与问：用轴承滚珠或其它合适物体尝试在二维空间紧密排列金属原子,并用胶水黏合滚珠讲解：金属原子的平面积累有两种方式：非密置层和密置层,其配位数分别是 4 和 6,所谓配位数,是指任意一个原子四周与之相接触的原子的数目（展现课前用弹珠制作的模型,帮助说明配位数的 意思）金属晶体可看成金属原子在三维空间积累而成,有四种基本模式 会非密置层、密置层以及配位数所表达的含义对比演示模型和自制模型,体演示,表达：将两层非密置层以两种方式叠放）全部是非密置层进行叠放时,有两种情形,一种是简洁立方积累,此时形成的晶胞是一个正方体,每个晶胞含一 个原子,配位数是 6,这种积累使原子间的间隙过大,即空间利用率太低；另一种是钾型积累,此时每个晶胞含两个原子,配位数是 8,空间利用率较高 运用手中的自制模型,积累成这两种空间结构,观看并分析这两种积累的配位数演示,表达：将三层密置层以两种方式叠放）密置层的叠放也有两种情形：镁型和铜型,这两种情况的配位数都是 12,空间利用率也比前两种方式大；镁型晶胞中有两个原子,铜型晶胞中有四个原子 运用手中的自制模型,积累成这两种空间结构,观看并分析这两种积累的配位数实践活动：运用模型对比钾型积累方法和镁型积累方法有何不同总结：金属原子的积累方式不同,最终将影响金属晶体的结构和性质；例如原子半径、熔沸点等通过明白原子积累方式对性质的影响,加强“ 结构打算性质” 的基本理念6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页