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鲁科版选择性必修2
物质结构与性质
同学们好
欢迎来到化学课堂
meiyangyang8602
请你思考！
各类晶体的晶胞有什么特点呢？
联想质疑
尽管晶体世界丰富多彩、复杂多样，但人们在研究之初总是从简单的晶体入手，金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体等。各类晶体具有不同的结构特点，决定着它们具有不同的性质和用途。那么，不同类型的晶体中，微粒在空间如何排列 它们的排列受哪些因素影响 各类晶体的晶胞又有什么特点呢
第三章 不同聚集状态的物质与性质
第 2 节 几种简单的晶体结构模型
课时1 金属晶体
教材分析
节教材以构建几种典型的晶体结构模型为主线，以不同类型的晶体中微粒在空间如何排列，排列受哪些因素影响、各类晶体的晶胞有何特点等为核心问题分别介绍了金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体。
教材设计了多样化的探究活动栏目，帮助学生建立物质结构与性质之间的联系，构建晶体结构模型，落实"证据推理与模型认知"化学学科核心素养培养目标
meiyangyang8602
请你观察！
观察金属置换反应中金属的生长过程可知：金属具有较为规则的几何外形
金属具有较为规则的几何外形，是一种晶体，我们称其为金属晶体。
01
金属晶体
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金属晶体
Ti
金属晶体中的原子是通过什么作用结合在一起的？
meiyangyang8602
请你思考！
金属晶体中的原子是通过什么作用结合在一起的？
金属晶体
金属原子通过金属键形成的晶体
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金属晶体
由于“自由电子”为整个金属所共有，所以金属键没有饱和性和方向性，从而导致金属晶体可以看做等径圆球的堆积。
X 射线衍射实验充分验证了这些事实
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请你思考！
金属晶体的堆积模型
在日常生活中，我们常常能发现密堆积的例子
图 3-2-1就是一些近似圆球的水果的密堆积。
把金属晶体看成由其构成微粒堆积而成的，是一种有效的思维模型。
以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。
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金属晶体的堆积模型
拓 展 视 野
金属晶体可以看成由直径相等的圆球在三维空间堆积而成
I 型
II 型
配位数为4
配位数为6
密置层
非密置层
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
金属晶体的原子在二维平面堆积模型
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金属晶体的堆积模型
拓 展 视 野
金属晶体可以看成由直径相等的圆球在三维空间堆积而成
配位数为4
配位数为6
密置层
非密置层
金属晶体的原子在二维平面堆积模型
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金属晶体的堆积模型
金属晶体可以看成由直径相等的圆球在三维空间堆积而成
金属晶体的原子在三维空间堆积模型
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金属晶体的堆积模型
金属晶体的原子在三维空间堆积模型
（1）.简单立方堆积：
只有金属（Po）采取这种堆积方式
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金属晶体的堆积模型
金属晶体的原子在三维空间堆积模型
（1）.简单立方堆积：
非最紧密堆积，空间利用率低（52%）
配位数是 个.
6
每个晶胞含原子数：
1
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金属晶体的堆积模型
（2）钾型----体心立方堆积：
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金属晶体的堆积模型
（2）钾型----体心立方堆积：
这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞每个晶胞含 个原子，空间利用率不高（68%），属于非密置层堆积，配位数为 ，许多金属（如Na、K、Fe等）采取这种堆积方式。
2
8
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金属晶体的堆积模型
等径圆球的密置层和密置层的互相叠放得到的最密堆积排列方式有两种。
（3）镁型----六方密堆积：
B
A
A
B
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金属晶体的堆积模型
等径圆球的密置层和密置层的互相叠放得到的最密堆积排列方式有两种。
（3）镁型----六方密堆积：
配位数：
空间占有率：
每个晶胞含原子数：
12
74%
2
60°
120°
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金属晶体的堆积模型
等径圆球的密置层和密置层的互相叠放得到的最密堆积排列方式有两种。
（4）铜型----面心立方最密堆积：
A
B
C
A
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金属晶体的堆积模型
等径圆球的密置层和密置层的互相叠放得到的最密堆积排列方式有两种。
（4）铜型----面心立方最密堆积：
配位数：
空间占有率：
每个晶胞含原子数：
12
74%
4
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金属晶体的堆积模型
等径圆球的密置层和密置层的互相叠放得到的最密堆积排列方式有两种。
02
常见金属晶体的结构
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常见金属晶体的结构
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常见金属晶体的结构
结构型式 面心立方最密堆积 体心立方密堆积 六方最密堆积
常见金属
结构示意图
配位数
晶胞中的微粒数
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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请你思考！
金属具有延展性的原因
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金属具有延展性的原因
在金属晶体中，由于自由电子的“胶合”作用，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，但不会改变原来的排列方式，而且弥漫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，所以金属有良好的延展性。
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请你思考！
合金的性能为什么比纯金属更优越
交流·研讨
合金 ：由一种金属与另一种金属或几种金属或某些非金属所组成的、具有金属特性的物质。
合金的特点: ①熔点比成分金属低。
②硬度比成分金属高。
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合金的性能为什么比纯金属更优越
Fe
C
钢
Au
Cu
K金
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合金的性能为什么比纯金属更优越
合金内加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难。因此，在一般情况下，合金比纯金属硬度大。
练习
1、下列金属的晶体结构类型都属于面心立方最密堆积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、已知某金属晶体的晶胞结构如图所示,则与该晶胞中任意一个顶点的原子距离相等且最近的原子数为(　　)
A. 6 B. 4 C. 8 D. 12
D
03
有关晶体的计算
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晶胞密度的计算
ρ＝
N为晶胞中所含微粒个数，
M为所含微粒的摩尔质量，
NA为阿伏加德罗常数，
V为晶胞的体积，其单位为cm3，
ρ为晶体的密度，其单位为g·cm－3。
1nm=10-7cm 1pm=10-10cm
练习
3、金属铜采取的是 A1 型密堆积，其晶胞边 长为 3.62×10-10 m，每1个 Cu 原子的质量为 1.05562×10-25 kg，计算铜的密度 ρ。
提示：金属铜采取 A1 型密堆积，其晶胞是 面心立方晶胞，每个晶胞中实际拥有的Cu 原子是 4 个，
练习
4、金属钠晶体为体心立方晶格(如下图)，实验测得钠的密度为ρ (g·cm-3)。已知钠的相对原子质量为 a ，阿伏加德罗常数为NA (mol-1)，假定钠原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r（cm）为 .
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空间利用率计算
1、简单立方堆积
a
r
r
a=2r
a=2r
V晶胞=a3
V球=4πr3/3
空间利用率=
4πr3/3
a3
×100%
≈52%
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空间利用率计算
2 体心立方堆积-----钾型
r
r
r
r
设原子半径为r 、晶胞边长为a ，
根据勾股定理，
得：2a 2 + a 2 = (4r) 2
空间利用率
= 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 100%
=
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空间利用率计算
3、面心立方晶胞
r
r
r
r
边长为 a
面对角线边长为 a＝4r
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空间利用率计算
3、面心立方晶胞
r
r
r
r
a = 2.83 r
每个面心立方晶胞含原子数目：
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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空间利用率计算
4、（六方）最密堆积
a
r
2r = a（底面棱长）
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空间利用率计算
4、（六方）最密堆积
空间利用率
底面积 = （2r）2×sin60
2
h =
V = s. h = 8
空间利用率= = 74%

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