專題3微粒間作用力與物質性質

第一單元金屬鍵金屬晶體

K學習目標U

1.了解金屬晶體模型和金屬鍵的本質

2.認識金屬鍵與金屬物理性質的辨證關系

3.能正確分析金屬健的強弱

4.結合問題討論并深化金屬的物理性質的共性

5.認識合金及其廣泛應用

K課時安排》2課時

第一課時

K學習內容』金屬鍵的概念及金屬的物理性質

【引入】同學們我們的世界是五彩繽紛的，是什么組成了我們的世界呢？

學生回答：物質

講述：對！我們的自然世界是有物質組成的，翻開我們的化學課本的最后

一頁我們可以看到一張化學元素周期表，不論冬天美麗的雪花，公路上漂亮的

汽車。包括你自己的身體都是有這些元素的一種或幾種構成的。那么我們現在

就來認識一下占周期表中大多數的金屬。

【板書】§3-1-1金屬鍵與金屬特性

大家都知道晶體有固定的幾何外形、有確定的熔點，水、干冰等都屬于分

子晶體，靠范德華力結合在一起，金剛石、金剛砂等都是原子晶體，靠共價鍵

相互結合，那么我們所熟悉的鐵、鋁等金屬是不是晶體呢？它們又是靠什么作

用結合在一起的呢？

【展示】幾種金屬的應用的圖片，有金屬導線（銅或鋁）、鐵絲、鍍銅金屬

片等，并將鐵絲隨意彎曲，引導觀察銅的金屬光澤。敘述應用部分包括電工架

設金屬高壓電線，家用鐵鍋炒菜，鍛壓機把鋼錠壓成鋼板等。

【討論】請一位同學歸納，其他同學補充。

1、金屬有哪些物理共性？

2、金屬原子的外層電子結構、原子半徑和電離能？金屬單質中金屬原子之

間怎樣結合的？

【板書】一、金屬共同的物理性質

容易導電、導熱、有延展性、有金屬光澤等。

二、金屬鍵

【動畫演示并講解】金屬原子的電離能低，容易失去電子而形成陽離子和

自由電子，陽離子整體共同吸引自由電子而結合在一起。這種金屬離子與自由

電子之間的較強作用就叫做金屬鍵。金屬晶體的組成粒子：金屬陽離子和自由

電子。金屬離子通過吸引自由電子聯系在一起，形成金屬晶體。經典的金屬鍵

理論把金屬鍵彩象地描繪成從金屬原子上“脫落”下來的大量自由電子，金屬

離子則“浸泡”在"自由電子”的“海洋”之中。金屬鍵的形象說法：“失

去電子的金屬離子浸在自由電子的海洋中”。

金屬鍵的特征是成鍵電子可以在金屬中自由流動，使得金屬呈現出特有的屬

性在金屬單質的晶體中，原子之間以金屬鍵相互結合。金屬鍵是一種遍布整個晶

體的離域化學鍵。這種鍵既沒有方向性也沒有飽和性，

【板書】1.構成微粒：金屬陽離子和自由電子

2.金屬鍵：金屬陽離子和自由電子之間的較強的相互作用

3、成鍵特征：自由電子被許多金屬離子所共有；無方向性、飽

和性

【板書】三、金屬鍵對金屬通性的解釋

【學生分組討論】如何應用金屬鍵理論來解釋金屬的特性？請一位同學歸

納，其他同學補充。

【板書】1.金屬導電性的解釋

在金屬晶體中，充滿著自由電子，而自由電子的運動是沒有一定方向的，

但在外加電場的條件下自由電子就會發生定向移動，因而形成電流，所以金屬

容易導電。

【強調】金屬受熱后，金屬晶體中離子的振動加劇，阻礙著自由電子的運

動。所以溫度升高導電性下降。

2.金屬導熱性的解釋

金屬容易導熱，是由于自由電子在熱的作用下與金屬離子頻繁碰撞從而把

能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達到相同的溫度。

3.金屬延展性的解釋

當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發生相對滑動，但不會改

變原來的排列方式，彌漫在金屬離子間的自由電子可以起到類似軸承中滾珠之

間澗滑劑的作用，所以在各原子層之間發生相對滑動以后，仍可保持這種相互

作用，因而即使在外力作用下，發生形變也不易斷裂。因此，金屬都有良好的

延展性。

4.金屬晶體結構具有金屬光澤和顏色

由于自由電子可吸妝所有頻率的光，然后很快釋放出各種頻率的光，因此

絕大多數金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。而某些金屬（如銅、金、4色、鉛等）

由于較易吸收某些頻率的光而呈現較為特殊的顏色。當金屬成粉末狀時，金屬

澤外，其他金屬在塊狀時才表現出來。

(3)易導電、導熱：由于金屬晶體中自由電子的運動，使金屬易導電、導熱。

(4)延展性

(5)熔點及硬度：由金屬晶體中金屬離子跟自由電子間的作用強弱決定。金

屬除有共同的物理性質外，還具有各自的特性。

①顏色：絕大多數金屬都是銀白色，有少數金屬具有顏色。如Au金黃色Cu

紫紅色Cs銀白略帶金色。

②密度：與原子半徑、原子相對質量、晶體質點排列的緊密程度有關。最

重的為鉞(0s)柏(Pt)最輕的為鋰(Li)

③熔點：最高的為鴇(W),最低的為汞(Hg),Cs,為28.4℃Ca為30℃

④硬度：最硬的金屬為輅(Cr),最軟的金屬為鉀(K),鈉(Na),鈍(Cs)等，

可用小刀切割。

⑤導電性：導電性能強的為銀(Ag),金(Au),銅(Cu)等。導電性能差的為

汞(Hg)

⑥延展性：延展性最好的為金(Au),Al

【課后練習】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個電子的一種金屬B.熔點低于100℃的一種金屬

C.次外電子層上有8個電子的一種金屬

D.除最外層，原子的其他電子層電子數目均達飽和的一種金屬

2.金屬晶體的形成是因為晶體中主要存在

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.金屬的下列性質中與金屬晶體結構無關的是

A.導電性B.化學反應中易失去電子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，可以用此來解

釋的金屬的物理性質是

A.延展性B.導電性C.導熱性D.硬度

5.金屬的下列性質中，不能用金屬晶體結構加以解釋的是

A.易導電B.易導熱C.有延展性D.易銹蝕

6.試比較下列金屬溶點的高低，并解釋之。

(1)Na、Mg、Al(2)Li、Na、K、Rb、Cs

【教學反思】

第二課時

K學習內容1認識金屬晶體基本結構

【引入】展示：雪花、石英、食鹽、鋁的晶體結構圖，

大多數的金屬及其合金也是晶體，具有規則的幾何外形。

【閱讀】課本P30化學史話：人類對晶體結構的認識。

【板書】一、晶體與非晶體

晶體：具有規則幾何外形的固體

非晶體：沒有規則幾何外形的固體

二、晶體的特性

1、有規則的幾何外彬

2、有固定的熔沸點

三、晶體的分類（依據：構成晶體的粒子種類及粒子之間的作用）

分為：金屬晶體、離子晶體、原子晶體、分子晶體、混合晶體。

【板書】§3-1-2金屬晶體

一、金屬晶體的密堆積結構

【展示】鈉晶體的淮積方式，講解晶胞的概念。

【板書】1、晶胞：晶體中能夠反映晶體結構特征的基本重復單位

【講解】晶體的結構是晶胞在空間連續重復延伸而形成的。晶胞與晶體的

關系如同磚塊與墻的關系。在金屬晶體中，金屬原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律的。

【展示】金屬晶體的原子午面堆積模型

舞黜

（a）非密置層（b）密置層

【設問】哪種排列方式圓球周圍剩余空隙最小？

【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

球模型來討論堆積方式。

在一個層中，最緊密的堆積方式是，一個球與周圍6個球相切，在中心的

周圍形成6個凹位，將其算為第一層。

第二層：對第一層來講最緊密的堆積方式是將球對準1,3,5位（若對準

2,4,6位，其情形是一樣的）.

寺J-凈治O?

關鍵是第三層，對第一、二層來說，可以有兩種最緊密的堆積方式：第一

種是將球對準第一層的球，于是每兩層形成一個周期，即ABAB堆積方式，形

成六方緊密堆積，配位數12（同層6,上下各3）此種六方緊密堆積的前視圖：

另一種是將球對準第一層的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三層一個周

期.得到面心立方堆積，配位數12o

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個頂點上的球互

不相切，但均與體心位置上的球相切.配

位數8,空間利用率為68.02%

【板書】2、金屬晶體的常見的四種堆積

(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、輅、鴇

(4)簡單立方堆積：如針等

二、金屬晶體中晶胞粒子數的計算

【引導】學生觀察右圖立方體晶胞，并思考晶胞

中原子的計算方法：討論后，請學生回答。

【板書】

1、立方體晶胞中原子的計算方法

(1)頂端原子一般只計算1/8棱邊原子一般只計算汁4

面上原子一般只計算1/2________內部原子一般計芝使三?________

(2)晶胞內含的原子數二aX1/8+bX1/4+cX1/2+d\

a位于頂點的原子或離子數；b為位于液邊的才博離晶荷數；

C為位于面上的原子或離子數；d為位于晶胞內的原子或離子數

【思考】

1、右圖是鈉晶體的晶胞結構，則晶胞中的原子數是

2、若如右圖六棱柱狀晶胞，頂端原子一般只計算葭W注1/6

棱邊原子一般只計算1/3j!

面上原子一般只計算1/2

內部原子一般計算成!

若此晶胞所有原子相同，則此晶胞中含6個原子。

能力訓練：在金屬晶體中最常見的三種堆積方式有：（1）配上教為8的

堆積，（2）配位數為的立方面心堆積，（3）配位數為的堆

積。其中和空間相等，以ABAB方式堆積，以ABCABC

方式堆積，就的堆積層來看，二者的區別是在第層。

【過渡】我們學習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。

【板書】三、合金

1、合金：是指一種金屬與另一種（或幾種）金屬或非金屬經過熔合而得到

的具有金屬性質的物質。

【講述】例如，黃銅是銅和鋅的合金（含銅67%、鋅33%）;青銅是銅和錫

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

為是具有金屬特性的多種元素的混合物。

【板書】2、性質：合金在硬度、彈性、強度、熔點等許多性能方面都優于

純金屬。

【講解】合金的某些性質比純金屬更優越，例如鐵易生銹，而在普通鋼中

加入約15%的絡和約0.5%的鍥形成的不銹鋼；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，非金屬元素的原子滲入金屬晶體的空隙中，

這類合金一般具有較高的熔點和較大的硬度。當電負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另一種金屬原子的晶體結構中

的位置，從而使形成的合金的強度和硬度比組成它的