《金屬鍵金屬晶體》參考教案

12、 ③熔點(diǎn)：最高的為鎢,最低的為汞,Cs,為28．4℃　Ca為30℃ ④硬度：最硬的金屬為鉻,最軟的金屬為鉀 ,鈉,銫等,可用小刀切割. ⑤導(dǎo)電性：導(dǎo)電性能強(qiáng)的為銀,金,銅 等.導(dǎo)電性能差的為汞 ⑥延展性：延展性最好的為金,Al [課后練習(xí)] 1.下列敘述中,可以肯定是一種主族金屬元素的是 A．原子最外層有3個(gè)電子的一種金屬 B．熔點(diǎn)低于100℃的一種金屬 C．次外電子層上有8個(gè)電子的一種金屬 D．除最外層,原子的其他電子層電子數(shù)目均達(dá)飽和的

13、一種金屬 2.金屬晶體的形成是因?yàn)榫w中主要存在 A．金屬離子之間的相互作用B．金屬原子之間的作用 C．金屬離子與自由電子間的相互作用D．金屬原子與自由電子間的相互作用 3. 金屬的下列性質(zhì)中與金屬晶體結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的是 A．導(dǎo)電性 B．化學(xué)反應(yīng)中易失去電子　C．延展性 D．硬度 4.在金屬晶體中,自由電子與金屬離子的碰撞中有能量傳遞,可以用此來(lái)解釋的金屬的物理性質(zhì)是 A．延展性

14、 B．導(dǎo)電性 C．導(dǎo)熱性 D．硬度 5.金屬的下列性質(zhì)中,不能用金屬晶體結(jié)構(gòu)加以解釋的是 A．易導(dǎo)電 B．易導(dǎo)熱 C．有延展性 D．易銹蝕 6. 試比較下列金屬熔點(diǎn)的高低,并解釋之. 〔1〕Na、Mg、Al 〔2〕Li、Na、K、Rb、Cs 第 二 課 時(shí) [學(xué)習(xí)內(nèi)容] 認(rèn)識(shí)金屬晶體基本結(jié)構(gòu) [引入]展示：雪花、石英、食鹽、鋁的晶體結(jié)構(gòu)圖, 大多數(shù)的金屬與其合金也是晶體,具有規(guī)則的幾何外形. [閱讀]課本P30 化學(xué)史話：人類(lèi)對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí). [板書(shū)]一、晶體

15、與非晶體 晶體:具有規(guī)則幾何外形的固體 非晶體:沒(méi)有規(guī)則幾何外形的固體 二、晶體的特性 1、有規(guī)則的幾何外形 2、有固定的熔沸點(diǎn) 3、各向異性<強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等〕 三、 晶體的分類(lèi)<依據(jù)：構(gòu)成晶體的粒子種類(lèi)與粒子之間的作用> 分為：金屬晶體、離子晶體、原子晶體、分子晶體、混合晶體. [板書(shū)]§3-1-2 金屬晶體 一、金屬晶體的密堆積結(jié)構(gòu) [展示] 鈉晶體的堆積方式,講解晶胞的概念. [板書(shū)]1、晶胞：金屬晶體中能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位 [講解]晶體的結(jié)構(gòu)是晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成的.晶胞與晶體的關(guān)系如同磚塊與墻的關(guān)系.在金屬晶體中,金屬原

16、子如同半徑相等的小球一樣,彼此相切、緊密堆積成晶體.金屬晶體中金屬原子的緊密堆積是有一定規(guī)律的. [展示]金屬晶體的原子平面堆積模型 〔a〕非密置層???? 〔b〕密置層 [設(shè)問(wèn)]哪種排列方式圓球周?chē)Ｓ嗫障蹲钚。? [投影并講解]金屬晶體中離子是以緊密堆積的形式存在的. 下面的剛性球模型來(lái)討論堆積方式. 　　在一個(gè)層中,最緊密的堆積方式是,一個(gè)球與周?chē)?6 個(gè)球相切,在中心的周?chē)纬?6 個(gè)凹位,將其算為第一層. 　　第二層: 對(duì)第一層來(lái)講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1, 3, 5 位 <若對(duì)準(zhǔn)2, 4, 6 位, 其情形是一樣的>. 　

17、 　　關(guān)鍵是第三層, 對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō), 可以有兩種最緊密的堆積方式: 第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球, 于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期,即 ABAB 堆積方式,形成六方緊密堆積, 配位數(shù) 12 <同層 6, 上下各 3>. 此種六方緊密堆積的前視圖: 　 　另一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的 2, 4, 6 位, 不同于 AB 兩層的位置,這是 C 層. 第四層再排 A, 于是形成 ABCABC 三層一個(gè)周期. 得到面心立方堆積, 配位數(shù) 12. 這兩種堆積都是最緊密堆積, 空間利用率為 74.05%. 　　還有一種空間利用率稍低的堆積方式, 立方體心堆積: 立方體 8 個(gè)頂點(diǎn)上的球互不相切, 但均與體心

18、位置上的球相切. 配位數(shù) 8, 空間利用率為 68.02% [板書(shū)]2.金屬晶體的常見(jiàn)的三種堆積方式： <1>六方堆積. 如鎂、鋅、鈦等 <2> >面心立方堆積.如金、銀、銅、鋁等 <3>體心立方堆積.如鈉、鉀、鉻、鎢 〔4〕簡(jiǎn)單立方堆積.如釙等 二、金屬晶體中晶胞粒子數(shù)的計(jì)算 [引導(dǎo)]學(xué)生觀察右圖立方體晶胞,并思考晶胞 中原子的計(jì)算方法：討論后,請(qǐng)學(xué)生回答. [板書(shū)]1、立方體晶胞中原子的計(jì)算方法 〔1〕頂端原子一般只計(jì)算 1/8 棱邊原子一般只計(jì)算 1/4 面上原子一般只計(jì)算 1/2 內(nèi)部原子一般計(jì)算成 1

19、 〔2〕晶胞內(nèi)含的原子數(shù)=a*1/8+b*1/4+c*1/2+d a位于頂點(diǎn)的原子或離子數(shù)； b為位于棱邊的原子或離子數(shù)； c為位于面上的原子或離子數(shù)； d為位于晶胞內(nèi)的原子或離子數(shù) 鈉晶體的晶胞 [思考] 右圖是鈉晶體的晶胞結(jié)構(gòu), 則晶胞中的原子數(shù)是 2、若如右圖六棱柱狀晶胞,頂端原子一般只計(jì)算 1/6 棱邊原子一般只計(jì)算 1/3 面上原子一般只計(jì)算 1/2 內(nèi)部原子一般計(jì)算成 1 若此晶胞所有原子相同,則此晶胞中含 6 個(gè)原子. 能力訓(xùn)練：1、 在金

20、屬晶體中最常見(jiàn)的三種堆積方式有：〔1〕配位數(shù)為8的堆積,〔2〕配位數(shù)為的立方面心堆積,〔3〕配位數(shù)為的堆積.其中和空間相等,以ABAB方式堆積,以ABCABC方式堆積,就的堆積層來(lái)看,二者的區(qū)別是在第層. 2、1183 K以下純鐵晶體的基本結(jié)構(gòu)單元如圖1所示,1183 K以上轉(zhuǎn)變?yōu)閳D2所示結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單元,在兩種晶體中最鄰近的鐵原子間距離相同. 〔1〕在1183 K以下的純鐵晶體中,與鐵原子等距離且最近的鐵原子數(shù)為_(kāi)_____個(gè)；在1183 K以上的純鐵晶體中,與鐵原子等距離且最近的鐵原子數(shù)為_(kāi)__________； 〔2〕純鐵晶體在晶型轉(zhuǎn)變前后,二者基本結(jié)構(gòu)單元的邊長(zhǎng)

21、之比為〔1183 K以下與1183K以上之比〕___________. 〔3〕轉(zhuǎn)變溫度前后兩者的密度比〔1183 K以下與1183 K以上之比〕______. [過(guò)渡]我們學(xué)習(xí)了金屬晶體中金屬原子的緊密堆積的方式,知道盡管原子盡可能多地緊密堆積,但原子與原子之間還存在著一定的空隙,于是人們就想能否在金屬中加入其他的金屬或非金屬,以填入原金屬的空隙中. [播放]我國(guó)古代很早就掌握了合金的制造和加工技術(shù)的畫(huà)面. [板書(shū)]三、合金 1、合金：是指一種金屬與另一種〔或幾種〕金屬或非金屬經(jīng)過(guò)熔合而得到的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì). [講述]例如,黃銅是銅和鋅的合金〔含銅67%、鋅33%〕；青銅是銅

22、和錫的合金〔含銅78%、錫22%〕；鋼和生鐵是鐵與非金屬碳的合金.故合金可以認(rèn)為是具有金屬特性的多種元素的混合物. [板書(shū)]2、性質(zhì)：合金在硬度、彈性、強(qiáng)度、熔點(diǎn)等許多性能方面都優(yōu)于純金屬. [講解]合金的某些性質(zhì)比純金屬更優(yōu)越,例如鐵易生銹,而在普通鋼中加入約15%的鉻和約0.5%的鎳形成的不銹鋼；金屬鋁很軟,而一定比例的鋁、銅、鎂熔合而成的硬鋁.具有較大的硬度.當(dāng)原子半徑較小的H、B、C、N等非金屬元素與金屬元素形成合金時(shí),非金屬元素的原子滲入金屬晶體的空隙中,這類(lèi)合金一般具有較高的熔點(diǎn)和較大的硬度.當(dāng)電負(fù)性和原子半徑相差不大的兩種金屬元素形成的合金,一種金屬原子將占據(jù)另一種金屬原子的

23、晶體結(jié)構(gòu)中的位置,從而使形成的合金的強(qiáng)度和硬度比組成它的金屬的強(qiáng)度和硬度都要大.因此合金的性質(zhì)主要決定于它的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu).其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與成分金屬的性質(zhì),各成分用量之比與制備合金時(shí)的條件有密切的關(guān)系.特別是溫度的控制,對(duì)結(jié)構(gòu)有很大的影響. 3、合金的分類(lèi)：〔1〕．以某種金屬作基質(zhì),摻入適量其他金屬或非金屬的合金,稱(chēng)為某基質(zhì)的合金.如鋼,是以鐵為基質(zhì)的鐵合金. 練習(xí)：請(qǐng)你寫(xiě)出五種以上的合金名稱(chēng)______,_________, _________, _________, ________. 〔2〕．在金屬晶體的不同空隙中適度填入一定量的其他金屬或非金屬所形成的合金,稱(chēng)為金屬間充化合物.許多金

24、屬間充化合物具有低密度,高強(qiáng)度以與高溫力學(xué)性能和抗氧化性能的優(yōu)異特點(diǎn),被視為新一代高溫結(jié)構(gòu)材料.金屬間充化合物主要用于航天、航空、汽車(chē)和化工工業(yè). 思考：你認(rèn)為金屬間充化合物與高溫結(jié)構(gòu)陶瓷相比,優(yōu)越性體現(xiàn)在什么方面？ 能力訓(xùn)練：2 1、合金有許多特點(diǎn),如鈉-鉀合金<含鉀50%-80%>為液體,而鈉鉀的單質(zhì)均為固體,據(jù)此推測(cè)生鐵、純鐵、碳三種物質(zhì)中,熔點(diǎn)最低的是 < > A.生鐵 B.純鐵 C.碳 D.無(wú)法確定 2、下列鐵與鐵的合金中,最易生銹的是〔 〕 A、生鐵 B、純鐵 C、 鎳鉻鋼 D、鋼 簡(jiǎn)單立方堆積 非密置層

25、三種立方堆積 [課堂小結(jié)] 體心立方堆積 1、金屬晶體中原子的堆積方式 面心立方堆積 密置層三種最常見(jiàn)堆積方式 六方密堆積 2、晶體中晶胞粒子數(shù)的計(jì)算 〔1〕立方堆積 體心：1 面心:1/2 頂點(diǎn):1/8 棱邊:1/4 3、合金 第三課時(shí) [習(xí)題研究] 鈉晶體的晶胞 1．金屬鈉晶體為體心立方晶格〔如圖〕,實(shí)驗(yàn)測(cè)得鈉的密度為ρ〔g·cm-3〕.已知鈉的相對(duì)原子質(zhì)量為a,阿伏加德羅常數(shù)為NA〔mol-1〕,假定金屬鈉 原子為等徑的剛性球且處于體對(duì)角線上的三個(gè)球相切.則

26、鈉原子的 半徑r〔cm〕為 〔 〕 A． B． C． D． 2．?dāng)M晶是一種具有凸多面體規(guī)則外形但不同于晶體的固態(tài)物質(zhì).Al65Cu23Fe12是2000年之前發(fā)現(xiàn)的幾百種擬晶之一,具有合金的某些優(yōu)良物理性能.有關(guān)這種擬晶的說(shuō)法錯(cuò)誤的是 A．Al65Cu23Fe12的硬度比金屬Al、Cu、Fe都大 B．Al65Cu23Fe12中三種金屬的化合價(jià)均可視作零 C．Al65Cu23Fe12不可用作長(zhǎng)期浸泡在海水中的材料 D．1mol Al65Cu23Fe12溶于過(guò)量的硝酸時(shí)共失去265?mol電子 3、硼和鎂形成的化合物刷新了

27、金屬化合物超導(dǎo)溫度的最高記錄,如圖所示, ○鎂原子,位于定點(diǎn)和上下兩個(gè)面心 ●硼原子,位于六棱柱的內(nèi)部 則該化合物的化學(xué)式可表示為 A、MgB B、MgB2 C、Mg2B D、Mg3B2 4．納米材料的表面微粒數(shù)占微粒總數(shù)的比例極大,這是它有許多特殊性質(zhì)的原因,假設(shè)某納米顆粒中粒子分布類(lèi)似于硼鎂化合物,其結(jié)構(gòu)如上圖所示,則這種納米顆粒的表面微粒數(shù)占總微粒數(shù)的百分?jǐn)?shù)為 A．22％ B． 70％ C．66.7％ D． 33.3％ 5、某固體僅由一種元素組成,其密度為5.0g.cm-3,

28、用X射線研究該固體的結(jié)構(gòu)時(shí),得知在邊長(zhǎng)為10-7cm的立方體中含有20個(gè)原子,則此元素的相對(duì)原子質(zhì)量最接近于下列數(shù)據(jù)中的< > A、32 B、120 C、150 D、180 6.現(xiàn)有甲、乙、丙、丁四種晶胞〔如圖2-8所示〕,可推知：甲晶體中A與B的離子個(gè)數(shù)比為；乙晶體的化學(xué)式為；丙晶體的化學(xué)式為_(kāi)_____；丁晶體的化學(xué)式為_(kāi)_____. 7．金晶體的最小重復(fù)單元〔也稱(chēng)晶胞〕是面心立方體,即在立 方體的8個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)金原子,各個(gè)面的中心有一個(gè)金原子, 每個(gè)金原子被相鄰的晶胞所共用〔如圖〕.金原子的直徑為d cm, 用NA表示阿伏加德羅常數(shù),M表示

29、金的摩爾質(zhì)量. 〔1〕金晶體每個(gè)晶胞中含有________個(gè)金原子. 〔2〕欲計(jì)算一個(gè)晶胞的體積,除假定金原子是剛性小球外,還應(yīng)假定_______________. Fe Al〔四條體對(duì)角線的處〕 〔3〕一個(gè)晶胞的體積是多少？〔4〕金晶體的密度是多少？ 8．晶體是質(zhì)點(diǎn)〔分子、離子、或原子〕在空間有規(guī)則地 排列的,具有整齊外形,以多面體出現(xiàn)的固體物質(zhì).在空 間里無(wú)限地周期性的重復(fù)能成為晶體的具有代表性的最小 單元,稱(chēng)為晶胞.一種Al－Fe合金的立體晶胞如圖所示. ⑴確定該合金的化學(xué)式____________. ⑵若晶胞的邊長(zhǎng)＝a nm,計(jì)算此合金的_________

30、__g/cm3. ⑶取一定質(zhì)量的該合金粉末溶于足量的稀NaOH溶液中, 待反應(yīng)完全停止后得到氣體6.72L.過(guò)濾,將殘?jiān)谜麴s水 洗凈后,取其質(zhì)量的十分之一,投入100mL一定濃度的稀硝酸中,恰好完全反應(yīng),共收集到氣體0.672L.〔氣體體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)定〕①計(jì)算硝酸的物質(zhì)的量濃度. ②最終所得溶液中Fe3＋的物質(zhì)的量濃度〔假設(shè)溶液體積仍為100mL〕. ⑴Fe2Al 〔2分〕 ⑵或 ⑶①3Fe＋8HNO3＝3Fe2＋2NO↑＋4H2O Fe＋4HNO3＝Fe3＋NO↑＋2H2O 根據(jù)鐵和稀硝酸的反應(yīng),不管鐵被氧化到什么價(jià)態(tài),均有 n＝4 n＝4×＝0.12mol c＝＝1.2mol/L ②2Al＋2NaOH＋H2O＝2NaAlO2＋3H2↑ 開(kāi)始所取合金中n＝n

＝×＝0.2 mol 〕 12 / 12