3-3 金属晶体(2)金属晶体 课件（29张ppt） 2020-2021学年人教版高二化学选修3

晶体结构与性质
W：2021.4
第三章
学习
目标
1. 了解金属晶体内原子的几种常见排列方式
2.训练动手能力和空间想象能力
重难点：
金属晶体内原子的空间排列方式
第三节 金属晶体
由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。
理论基础：
观察
学习
二、金属晶体的原子堆积模型
1、几个概念
微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间
在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数
配位数
紧密堆积
晶体的空间被微粒占有的体积百分数，用它来表示紧密堆积的程度
空间利用率
金属原子尽可能地互相接近，尽量占据较小的空间。
——紧密堆积
观察
学习
金属原子在二维空间（平面）上有二种排列方式
（a）非密置层????（b）密置层
1.金属晶体可以看成金属原子在三维空间中堆积而成.那么,非密置层在三维空间里堆积有几种方式？请比较不同方式堆积时金属晶体的配位数、原子的空间利用率、晶胞的区别。
配位数=4
配位数=6
2、金属晶体的几种堆积模型
思考探究
简单立方晶胞
2、金属晶体的几种堆积模型
如：Po
(1)简单立方堆积
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
同层4，上下层各1
如：Po
(1)简单立方堆积
晶胞中原子个数：
配位数：
原子空间利用率：
6
1
8
1
×8
= 1
a = 2 r
若已知晶胞边长为a，求空间利用率：
r = a/2
空间利用率=
????????????(????????)????????????
?
=????????×????????????%
?
=52.36%
52.36%
先找到金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：
体心立方晶胞
2、金属晶体的几种堆积模型
如：K
(2)体心立方堆积
（ IA，VB，VIB）
如：K
(2)体心立方堆积
晶胞中原子个数：
配位数：
原子空间利用率：
8
2
68.02%
8
1
×8
= 2
+ 1
1
2
3
4
5
6
7
8
上下层各4
c = 4 r
c =
3
a
r = ????????a
?
金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：
a = 4 r
3
空间利用率=晶胞中原子的体积晶胞的体积×100%
=
?
2×43????(3????4)????????????
?
=3????8×????????????%
?
=68.02%
三维空间里密置层的金属原子的堆积方式
（1）
ABAB…
堆积方式
（2）
ABCABC…
堆积方式
观察
学习
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
A
B
第二层小球的球心对准第一层的 1、3、5 位（▽）或对准 2、4、6 位（△）。
关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。
俯视图
前视图
A
B
A
B
A
（1）ABAB…堆积方式
第三层小球对准第一层的小球。
每两层形成一个周期地紧密堆积。
1
2
3
4
5
6
观察
学习
（2）ABCABC…堆积方式
第三层小球对准第一层小球空穴的2、4、6位。
第四层同第一层。
每三层形成一个周期地紧密堆积。
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
A
B
A
B
C
A
1
2
3
4
5
6
前视图
C
如：Mg
(3)六方最密堆积
晶胞中原子个数：
配位数：
原子空间利用率：
12
2
74%
6
1
×4
= 2
+ 1
+
12
1
×4
简化为长方体：
= 2
+ 1
8
1
×8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
同层 6，上下层各 3
金属原子的半径 r 与六棱柱的边长 a、高 h 的关系：
a = 2 r
a
h
x =
a
6
3
a
a/2
x
h =
a
6
3
2
y
y =
a
3
3
空间利用率
=
2×43????(????2)????????×????????????×????????????????
?
=????????????×????????????%
?
=74%
A B C
2、金属晶体的几种堆积模型
——ABCABC…堆积方式
(4)面心立方
最密堆积
如：Cu（ ⅠB Pb Pd Pt ）
如：Cu
(4)面心立方最密堆积
晶胞中原子个数：
配位数：
原子空间利用率：
12
4
74%
8
1
×8
= 4
+
2
1
×6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
同层 6，上下层各 3
1
2
3
4
5
6
a = 4 r
2
金属原子的半径r与正方体的边长a的关系：
b = 4 r
b =
2
a
r = ????????a
?
空间利用率=晶胞中原子的体积晶胞的体积×100%
=
?
????×43????(????????4)????????????
?
=????????????×????????????%
?
=74%
金属晶体的四种堆积模型对比
堆积模型
典型代表
空间利
用率
配位数
晶胞
简单立方
钾型( bcp )
镁型(hcp)
铜型(ccp)
阅读课文Ｐ76《资料卡片》，并填写下表
课堂
小结
金属晶体的4种堆积方式比较
堆积
类型
代表
物质
层类型
晶胞
相切
原子
配位数
空间
利用率
简单
立方
体心
立方
六方
最密
面心
最密
Po(钋)
非密置层
棱上2球
6
K Na Fe
非密置层
体对角线3球
8
Mg Zn Ti
密置层
三棱柱的中心
12
Cu Ag Au
密置层
面对角线3球
12
52%
68%
74%
74%
课堂
小结
01
02
课堂
练习
B
B
1．下列有关金属元素特征的叙述中正确的是( )
A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性
B．金属元素在化合物中一定显正价
C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同
D．金属单质的熔点总是高于分子晶体
2．下列关于金属晶体的六方最密堆积的结构形式的叙述中正确的是( )
A．晶胞是六棱柱
B．晶胞是六面体?
C．每个晶胞中含有4个原子?
D．每个晶胞中含有17个原子?
有A、B、C三种元素。已知①4gA元素的单质与水作用，标况下放出H22.24L，反应中有1.204×1023个电子发生转移。②B元素可与A形成AB2型的离子化合物，且知A、B的离子具有相同的核外电子排布。③元素C的气态氢化物可与其最高价氧化物的水化物发生非氧化还原反应生成盐，1mol该盐含42个电子。据此填写下列空白：
（1）元素符号：A_______，B________，C________。
（2）用电子式表示C的气态氢化物的形成过程 ；它与B的气态氢化物反应时有___________现象发生，生成物的电子式___________，它属于___________晶体。
03
课堂
练习
Ca
Cl
N
:N? +3H? → :N:H
?
?
??
??
H
H
白烟
[H:N:H]+
??
??
H
H
[:Cl:]-
??
??
离子
04
课堂
练习
1183 K以下纯铁晶体的基本结构单元如图1所示，1183 K以上转变为图2所示结构的基本结构单元，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同（1）在1183 K以下的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为______个；在1183 K以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为___________；
8
12
（2）纯铁晶体在晶型转变前后，二者基本结构单元的边长之比为（1183 K以下与1183K以上之比）___________。
（3）转变温度前后两者的密度比（1183 K以下与1183 K以上之比）______。
05
课堂
练习
在金属晶体中最常见的三种堆积方式有：
（1）配位数为8的 堆积，
（2）配位数为 的立方面心堆积，
（3）配位数为 的 堆积。其中以ABAB方式堆积的 和以ABCABC方式堆积的 空间利用率相等，就的堆积层来看，二者的区别是在第 层。
体心立方
12
12
六方密堆积
面心立方堆积
六方密堆积
三

已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜的相对原子质量为63.54，密度为8.936g/cm3，试求
（1）图中正方形边长 a，
（2）铜的金属半径 r
a
a
r
r
o
r
r
(1)3.62Х10-8cm
06
课堂
练习
(2)1.28Х10-8cm
金属钠晶体为体心立方堆积（如图），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），则钠原子的半径r（cm）为?（ ）
??????????????
?A ． ?????????????? ???????? ? B．? ??????????
?
C．??? ???????????????? ??? ? D . ???????????
07
课堂
练习
C
铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝，广泛地应用于电气、机械制造、国防等领域。用晶体的x射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，边长为361pm。又知铜的密度为9.00g·cm-3，则铜晶胞的体积是___________cm3、晶胞的质量是___________g，阿伏加德罗常数为_____________ (列式计算，己知Ar(Cu)=63.6)
08
课堂
练习
4.70×10—23
4.23×10—22
演示结束. 感谢聆听
2021