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魯科版選擇性必修2
物質結構與性質
同學們好
歡迎來到化學課堂
meiyangyang8602
請你思考！
各類晶體的晶胞有什么特點呢？
聯想質疑
盡管晶體世界豐富多彩、復雜多樣，但人們在研究之初總是從簡單的晶體入手，金屬晶體、離子晶體、共價晶體和分子晶體等。各類晶體具有不同的結構特點，決定著它們具有不同的性質和用途。那么，不同類型的晶體中，微粒在空間如何排列 它們的排列受哪些因素影響 各類晶體的晶胞又有什么特點呢
第三章 不同聚集狀態的物質與性質
第 2 節 幾種簡單的晶體結構模型
課時1 金屬晶體
教材分析
節教材以構建幾種典型的晶體結構模型為主線，以不同類型的晶體中微粒在空間如何排列，排列受哪些因素影響、各類晶體的晶胞有何特點等為核心問題分別介紹了金屬晶體、離子晶體、共價晶體和分子晶體。
教材設計了多樣化的探究活動欄目，幫助學生建立物質結構與性質之間的聯系，構建晶體結構模型，落實"證據推理與模型認知"化學學科核心素養培養目標
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請你觀察！
觀察金屬置換反應中金屬的生長過程可知：金屬具有較為規則的幾何外形
金屬具有較為規則的幾何外形，是一種晶體，我們稱其為金屬晶體。
01
金屬晶體
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金屬晶體
Ti
金屬晶體中的原子是通過什么作用結合在一起的？
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請你思考！
金屬晶體中的原子是通過什么作用結合在一起的？
金屬晶體
金屬原子通過金屬鍵形成的晶體
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金屬晶體
由于“自由電子”為整個金屬所共有，所以金屬鍵沒有飽和性和方向性，從而導致金屬晶體可以看做等徑圓球的堆積。
X 射線衍射實驗充分驗證了這些事實
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請你思考！
金屬晶體的堆積模型
在日常生活中，我們常常能發現密堆積的例子
圖 3-2-1就是一些近似圓球的水果的密堆積。
把金屬晶體看成由其構成微粒堆積而成的，是一種有效的思維模型。
以緊密堆積方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩定。
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金屬晶體的堆積模型
拓 展 視 野
金屬晶體可以看成由直徑相等的圓球在三維空間堆積而成
I 型
II 型
配位數為4
配位數為6
密置層
非密置層
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
金屬晶體的原子在二維平面堆積模型
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金屬晶體的堆積模型
拓 展 視 野
金屬晶體可以看成由直徑相等的圓球在三維空間堆積而成
配位數為4
配位數為6
密置層
非密置層
金屬晶體的原子在二維平面堆積模型
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金屬晶體的堆積模型
金屬晶體可以看成由直徑相等的圓球在三維空間堆積而成
金屬晶體的原子在三維空間堆積模型
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金屬晶體的堆積模型
金屬晶體的原子在三維空間堆積模型
（1）.簡單立方堆積：
只有金屬（Po）采取這種堆積方式
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金屬晶體的堆積模型
金屬晶體的原子在三維空間堆積模型
（1）.簡單立方堆積：
非最緊密堆積，空間利用率低（52%）
配位數是 個.
6
每個晶胞含原子數：
1
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金屬晶體的堆積模型
（2）鉀型----體心立方堆積：
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金屬晶體的堆積模型
（2）鉀型----體心立方堆積：
這種堆積晶胞是一個體心立方，每個晶胞每個晶胞含 個原子，空間利用率不高（68%），屬于非密置層堆積，配位數為 ，許多金屬（如Na、K、Fe等）采取這種堆積方式。
2
8
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金屬晶體的堆積模型
等徑圓球的密置層和密置層的互相疊放得到的最密堆積排列方式有兩種。
（3）鎂型----六方密堆積：
B
A
A
B
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金屬晶體的堆積模型
等徑圓球的密置層和密置層的互相疊放得到的最密堆積排列方式有兩種。
（3）鎂型----六方密堆積：
配位數：
空間占有率：
每個晶胞含原子數：
12
74%
2
60°
120°
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金屬晶體的堆積模型
等徑圓球的密置層和密置層的互相疊放得到的最密堆積排列方式有兩種。
（4）銅型----面心立方最密堆積：
A
B
C
A
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金屬晶體的堆積模型
等徑圓球的密置層和密置層的互相疊放得到的最密堆積排列方式有兩種。
（4）銅型----面心立方最密堆積：
配位數：
空間占有率：
每個晶胞含原子數：
12
74%
4
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金屬晶體的堆積模型
等徑圓球的密置層和密置層的互相疊放得到的最密堆積排列方式有兩種。
02
常見金屬晶體的結構
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常見金屬晶體的結構
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常見金屬晶體的結構
結構型式 面心立方最密堆積 體心立方密堆積 六方最密堆積
常見金屬
結構示意圖
配位數
晶胞中的微粒數
12
8
12
2
4
Mg、Zn、Ti
Li、Na、K、Ba、W、Fe
Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt
2
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請你思考！
金屬具有延展性的原因
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金屬具有延展性的原因
在金屬晶體中，由于自由電子的“膠合”作用，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，而且彌漫在金屬原子間的電子氣可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，所以金屬有良好的延展性。
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請你思考！
合金的性能為什么比純金屬更優越
交流·研討
合金 ：由一種金屬與另一種金屬或幾種金屬或某些非金屬所組成的、具有金屬特性的物質。
合金的特點: ①熔點比成分金屬低。
②硬度比成分金屬高。
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合金的性能為什么比純金屬更優越
Fe
C
鋼
Au
Cu
K金
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合金的性能為什么比純金屬更優越
合金內加入了其他元素或大或小的原子，改變了金屬原子有規則的層狀排列，使原子層之間的相對滑動變得困難。因此，在一般情況下，合金比純金屬硬度大。
練習
1、下列金屬的晶體結構類型都屬于面心立方最密堆積A1型的是（ ）
A. Li、Na、Mg、Ca B. Li、Na、K、Rb
C. Ca、Pt、Cu、Au D. Be、Mg、Ca、Zn
C
例2、已知某金屬晶體的晶胞結構如圖所示,則與該晶胞中任意一個頂點的原子距離相等且最近的原子數為(　　)
A. 6 B. 4 C. 8 D. 12
D
03
有關晶體的計算
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晶胞密度的計算
ρ＝
N為晶胞中所含微粒個數，
M為所含微粒的摩爾質量，
NA為阿伏加德羅常數，
V為晶胞的體積，其單位為cm3，
ρ為晶體的密度，其單位為g·cm－3。
1nm=10-7cm 1pm=10-10cm
練習
3、金屬銅采取的是 A1 型密堆積，其晶胞邊 長為 3.62×10-10 m，每1個 Cu 原子的質量為 1.05562×10-25 kg，計算銅的密度 ρ。
提示：金屬銅采取 A1 型密堆積，其晶胞是 面心立方晶胞，每個晶胞中實際擁有的Cu 原子是 4 個，
練習
4、金屬鈉晶體為體心立方晶格(如下圖)，實驗測得鈉的密度為ρ (g·cm-3)。已知鈉的相對原子質量為 a ，阿伏加德羅常數為NA (mol-1)，假定鈉原子為等徑的剛性球且處于體對角線上的三個球相切。則鈉原子的半徑r（cm）為 .
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空間利用率計算
1、簡單立方堆積
a
r
r
a=2r
a=2r
V晶胞=a3
V球=4πr3/3
空間利用率=
4πr3/3
a3
×100%
≈52%
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空間利用率計算
2 體心立方堆積-----鉀型
r
r
r
r
設原子半徑為r 、晶胞邊長為a ，
根據勾股定理，
得：2a 2 + a 2 = (4r) 2
空間利用率
= 晶胞含有原子的體積 / 晶胞體積 100%
=
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空間利用率計算
3、面心立方晶胞
r
r
r
r
邊長為 a
面對角線邊長為 a＝4r
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空間利用率計算
3、面心立方晶胞
r
r
r
r
a = 2.83 r
每個面心立方晶胞含原子數目：
8 1/8 + 6 = 4
% = (4 4/3 r 3) / a 3
= (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100%
= 74%
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空間利用率計算
4、（六方）最密堆積
a
r
2r = a（底面棱長）
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空間利用率計算
4、（六方）最密堆積
空間利用率
底面積 = （2r）2×sin60
2
h =
V = s. h = 8
空間利用率= = 74%

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