金属晶体

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金属晶体

一、学习目标

1．使学生了解金属晶体的模型及性质的一般特点。

2．使学生理解金属晶体的类型与性质的关系。

3．较为系统地掌握化学键和晶体的几种类型及其特点。

二、学习重点：

金属晶体的模型；晶体类型与性质的关系。

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三、学习难点：

金属晶体结构模型。  

四、学习过程

 [投影]选一位同学的家庭作业(以表格形式比较离子晶体、原子晶体和分子晶体结构与性质的关系)。要求全体同学对照分析各自作业，在教师的引导下进行必要的修正和补充。然后投影一张正确的表格。

    表一：离子晶体、分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较

 

晶体类型

离子晶体

分子晶体

原子晶体

结构

构成晶体粒子

阴、阳离子

分子

原子

粒子间的作用力

离子键

分子间作用力

共价键

性

 

 

质

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硬度

较大

较小

较大

溶、沸点

较高

较低

很大

导电

固体不导电，溶化或溶于水后导电

固态和熔融状态都不导电

不导电

溶解性

有些易溶于等极性溶剂

相似相溶

难溶于常见溶剂

 

    [展示金属实物]展示的金属实物有金属导线(铜或铝)、铁丝、镀铜金属片等，并将铁丝随意弯曲，引导观察铜的金属光泽。叙述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。

[教师诱导]从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢?

    [学生分组讨论]请一位同学归纳，其他同学补充。

    [板书]  一、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。

    [教师诱启]前面我们知道离子晶体、分子晶体、原子晶体有着不同的物理性质特点，且分别由它们的晶体结构所决定，那么金属的这些共同性质是否也是由金属的结构所决定呢?

    [板书]  第二节  金属晶体

    [flash动画] 点击“金属晶体内部结构”条目， 让学生看金属晶体内容组成微粒内容为，然后再听画外音兼字幕。

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再点击 “金属晶体内部结构”内部画面左上角“内部结构”条目，让学生看几种常见金属晶体空间构型。硬球一个一个地堆积给同学观察，成形后再旋转让同学从不同角度进行观察，且拆散、堆积给学生分析。

    [画外音兼有字幕]金属(除汞外)在常温下一般都是固体。通过X射线进行研究发现，在金属中，金属原子好像许多硬球一层层紧密地堆积着，每一个金属原子周围有许多相同的金属原子围绕着，

    [设疑]金属中堆积的就是中性原子吗?

    [阅读并讨论]金属中由于金属原子的外层电子比较少，金属原子容易失去外层电子变成金属离子，在金属内部结构中，实际上按一定规律紧密堆积的是带正电荷的金属阳离子。

    [教师诱启]同样的带正电荷的金属阳离子本应相互排斥，为何还可以紧密地堆积在一起呢?

    [提示设疑]电子到哪里去了呢?

    [讨论]学生分组讨论，教师引导分析：要使带正电荷的金属阳离子按一定规律紧密堆积，除非金属原子释出的电子在各金属离子间自由地运动，这样依靠金属阳离子与带负电荷的自由电子之间强烈的相互作用使金属离子紧密地堆积在一起。

  

    [板书]  二、金属晶体结构

    金属晶体：通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体。

    [教师设问]构成金属晶体的粒子有哪些?

    [学生归纳]金属晶体由金属离子和自由电子构成。

    [引言]金属晶体的结构与其性质有哪些内在联系呢?

    [板书]  三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系

    1．金属晶体结构与金属导电性的关系

    [演示多媒体动画3]画面内容：金属晶体中的自由电子在没有外加电场存在时是自由移动的，在外加电场作用下，自由电子则发生定向移动而形成电流。

    [画外音兼有字幕]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，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。

表二

晶体类型

离子晶体

金属晶体

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导电时的状态

 

 

导电粒子

 

 

 [分析对比]让学生充分讨论、对比，并让一位同学归纳填写，然后教师点评上述表格，

    [板书]2．金属晶体结构与金属的导热性的关系

    [教师诱启]导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中金属离子和自由电子担当什么角色?   

    [学生阅读]教材中有关内容。

    [分组讨论]①金属晶体导热过程中粒子运动情况如何?

    ②这些粒子通过什么方式传递热量?

    ③热量传递方向及最后整个金属晶体温度高低情况怎样?

    [学生汇报]选一位学生汇报学生讨论结果，其他学生补充。

    [投影小结]金属容易导热，是由于自由电子运动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，从而使整块金属达到相同的温度。

    [板书]3．金属晶体结构与金属的延展性的关系

    [演示多媒体动画4]画面为一原子晶体和金属晶体结构模型，当其分别受到外力作用时，原子晶体中原子间的位移使共价键受到破坏，而金属晶体中各原子层发生相对滑动时，却保持了金属离子与自由电子之间的较强相互作用。

    [画外音兼有字幕]原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延展性，而金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，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。

    [讨论]组织学生分组讨论、归纳，然后在教师的指导下，得出正确的答案。

    [投影小结]表三  金属晶体的结构与性质的关系

    (见下页表)

 

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导电性

导热性

延展性

金属离子和自由电子

自由电子在外加电场的作用下发生定向移动

自由电子与金属离子碰撞传递热量

晶体中各原子层相对滑动仍保持相互作用

    [投影课堂反馈练习]

   1．金属晶体的形成是因为晶体中存在

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．金属能导电的原因是

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

3．下列叙述正确的是 

A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子

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B．原子晶体中只含有共价键 

C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键

D．分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键

[作业布置]本节教材习题1、习题2

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·昂内斯在研究低温条件下汞的导电性能时，发现当温度降到约4 K(即—269、)时汞的电阻“奇异”般地降为零，表现出超导电性。后又发现还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①仍保留金属的化学性质，但物理性质改变很大；②熔点比各成份金属的都低；③强度、硬度比成分金属大；④有的抗腐蚀能力强；⑤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(或原子)排列很紧密，使金属具有很多共同的性质。

    (1)状态：通常情况下，除Hg外都是固体。

    (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决定。金属除有共同的物理性质外，还具有各自的特性。

    ①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。

    ②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)

    ③熔点：最高的为钨(W)，最低的为汞(Hg)，Cs，为 28．4℃  Ca为30℃

    ④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。

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    ⑤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)  

    ⑥延展性：延展性最好的为金(Au)，Al

 

第二节针对性训练

（A组）

一、选择题

1.不仅与金属的晶体结构有关，而且与金属原子本身的性质有关的是金属的    (    )

  A.导电性    B.导热性   

  C.密度      D.熔点

2.某晶体不导电，在熔融状态下能被电解，则该晶体是    (    )

  A.分子晶体    B.原子晶体    

  C.离子晶体    D.金属晶体

3.下列叙述中，一定是金属元素的是    (    )

  A.最外层只有一个电子     

  B.核外最外电子层有1-2个电子   

  C.在反应中很容易失去电子

  D.具有金属光泽的单质

4.下列叙述的各项性质中，不属于金属的通性的是(     )

  A.导电、导热性    B.延展性

  C.光亮而透明      D.熔点都很高

5.下列说法中正确的是    (    )

  A.金属氧化物一定是碱

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性氧化物

  B.金属的导电性随温度的升高而增强

  c.金属在反应中都表现还原性

  D.金属对应的固态时形成金属晶体   

6.与金属的导电性和导热性有关的是    (    )

  A.原子半径大小

  B.最外层电子数的多少

  C.金属的活泼性

  D.自由电子

7.下列叙述中可以说明金属甲的活泼性比金属乙的活泼性强的是    (    )

  A.甲中“金屑离子与自由电子之间的作用”比乙电的强

  B.甲的自由电子比乙中的少

  C.甲能跟稀HCl反应，乙不能

  D.甲在常温时被浓HN0₃钝化而乙不能

8.某同学在实验牛观察到：

①金属X不和1 mol·L^-1的Y²⁺溶液反应 

②金属Y可溶解在1 mol·L^-1Z²⁺溶液中，并析出金属Z 

③金属Z不和1 mol·L^-1 x²⁺溶液反应，由此判断三种金属还原性由强到弱的顺序是    (    )

  A.X>Y>Z    B.X>Z>Y

  C.Y>Z>X    D.Y>X>Z

9.填写下列表格

晶体类型

组成晶体的粒子

粒子间作用力

物理特性

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离子晶体

 

 

 

分子晶体

 

 

 

原子晶体

 

 

 

 

 

 10.A B两元素的最外层都只有一个电子。A的原子序数等于B的原子序数的11倍，A的离子的电子层结构与周期表中非金属性最强的元素的阴离子的电子层结构相同；元素C与B易形成化合物B₂C，该化合物常温下呈液态。则：

  (1)A的原子结构示意图为 ____________在固态时属于______________晶体。 

  (2)C在固态时属于_________晶体.B与C形成化合物B₂C的化学式____________电子式___________;它是由___________键形成的_________分子，在固态时属于___________晶体。

（B组）

一、选择题  

1.下列晶体中含有离子的是    (   )

  A.离子晶体    B.分子晶体

  C.原子晶体    D.金属晶体   

2.下列叙述正确的是    (    )

  A.含有非金属元素的离子不一定都是阴离子

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  B.分子晶体中也可能含有离子键

  C.含有离子键的晶体一定是离子晶体

  D.含有金属元素的离子一定是阴离子 3.下列四种物质中，有较高溶、沸点，且固态时能导电的是    (    )

  A.铜    B.冰醋酸

  C.食盐    D.石墨

4.金属Mg中含有的结构粒子是    (    )

  A.Mg原子    B.只有Mg²⁺

  C.Mg原子和Mg²⁺  D.Mg²⁺与自由电子

5.下列物质所属晶体类型分类正确的是    (    )

 

原子晶体

分子晶体

离子晶体

金属晶体

A

石墨

冰

金刚石

硫酸

B

生石灰

固态氨

食盐

汞

C