2019-2020年高中化學(xué)集體備課 《第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第三節(jié) 金屬晶體教案 蘇教版選修3.doc

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2019-2020年高中化學(xué)集體備課 《第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第三節(jié) 金屬晶體教案 蘇教版選修3 課題：第三節(jié) 金屬晶體(1) 授課班級 課 時(shí) 教 學(xué) 目 的 知識 與 技能 1．理解金屬鍵的概念和電子氣理論 2．初步學(xué)會(huì)用電子氣理論解釋金屬的物理性質(zhì) 過程 與 方法 學(xué)會(huì)運(yùn)用探究方法進(jìn)行學(xué)習(xí) 情感 態(tài)度 價(jià)值觀 讓學(xué)生形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)精神 重 點(diǎn) 金屬鍵和電子氣理論 難 點(diǎn) 金屬具有共同物理性質(zhì)的解釋。 知 識 結(jié) 構(gòu) 與 板 書 設(shè) 計(jì) 一、金屬鍵 1、定義：金屬陽離子和自由電子的較強(qiáng)的相互作用叫做金屬鍵。 2、成鍵微粒：金屬陽離子和自由電子 3、本質(zhì)：金屬陽離子和自由電子間的作用叫靜電作用 4、特征：沒有飽和性和方向性 5、影響因素：金屬元素的原子半徑和單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目及所帶電荷的多少 二、電子氣理論及其對金屬通性的解釋 1．電子氣理論 2、金屬晶體 (1) 定義：通過金屬離子與自由電子之間的較強(qiáng)作用形成的單質(zhì)晶體，叫金屬晶體。 (2) 微粒間的相互作用：金屬鍵 3．金屬通性的解釋 ⑴金屬導(dǎo)電性的解釋 ⑵金屬導(dǎo)熱性的解釋 ⑶金屬延展性的解釋 (4)熔沸點(diǎn) (5)顏色 教學(xué)過程 教學(xué)步驟、內(nèi)容 教學(xué)方法、手段、師生活動(dòng) ［引入］大家都知道晶體有固定的幾何外形、有確定的熔點(diǎn)，水、干冰等都屬于分子晶體，靠范德華力結(jié)合在一起，金剛石、金剛砂等都是原子晶體，靠共價(jià)鍵相互結(jié)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(jié)合在一起的呢？ ［板書］一、金屬鍵 1、定義：金屬陽離子和自由電子的較強(qiáng)的相互作用叫做金屬鍵。 2、成鍵微粒：金屬陽離子和自由電子 ［講］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，陽離子整體共同整體吸引自由電子而結(jié)合在一起。這種金屬離子與自由電子之間的較強(qiáng)作用就叫做金屬鍵。 ［板書］3、本質(zhì)：金屬陽離子和自由電子間的作用叫靜電作用 ［講］金屬鍵可看成是由許多原子共用許多電子的一種特殊形式的共價(jià)鍵，這種鍵既沒有方向性也沒有飽和性，金屬鍵的特征是成鍵電子可以在金屬中自由流動(dòng)，使得金屬呈現(xiàn)出特有的屬性在金屬單質(zhì)的晶體中，原子之間以金屬鍵相互結(jié)合。金屬鍵是一種遍布整個(gè)晶體的離域化學(xué)鍵。 ［板書］4、特征：沒有飽和性和方向性 ［講］金屬鍵的強(qiáng)弱差別很大。例如鈉、鉀的熔點(diǎn)低，存在的金屬鍵較弱，鉻的硬度較大，沸點(diǎn)高，存在的金屬鍵的較強(qiáng)。同主族元素，隨著核電荷數(shù)的增大，金屬原子半徑增大，金屬鍵變?nèi)?，鍵能減??；同周期元素，隨著核電荷數(shù)的增加，金屬原子半徑減小，金屬鍵增強(qiáng)，鍵能增大，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)升高。 ［板書］5、影響因素：金屬元素的原子半徑和單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目及所帶電荷的多少 ［強(qiáng)調(diào)］金屬晶體是以金屬鍵為基本作用力的晶體。由金屬鍵結(jié)合成的金屬是大分子。 ［板書］二、電子氣理論及其對金屬通性的解釋 1．電子氣理論 ［講］經(jīng)典的金屬鍵理論叫做“電子氣理論”。它把金屬鍵形象地描繪成從金屬原子上“脫落”下來的大量自由電子形成可與氣體相比擬的帶負(fù)電的“電子氣”，金屬原子則“浸泡”在“電子氣”的“海洋”之中。 ［投影］ ［講］在金屬晶體中，自由電子不專屬于某幾個(gè)特定的金屬離子，它們幾乎均勻地分布在整個(gè)晶體中，被許多金屬離子所共有。金屬離子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是在一定范圍內(nèi)振內(nèi)，而不是自由移動(dòng)。 ［板書］2、金屬晶體 (1) 定義：通過金屬離子與自由電子之間的較強(qiáng)作用形成的單質(zhì)晶體，叫金屬晶體。 (2) 微粒間的相互作用：金屬鍵 ［講］在這里特別要注意的是含金屬陽離子的晶體中不一定含陰離子，含陽離子的晶體不一定含有離子鍵 ［展示金屬實(shí)物］展示的金屬實(shí)物有金屬導(dǎo)線(銅或鋁)、鐵絲、鍍銅金屬片等，并將鐵絲隨意彎曲，引導(dǎo)觀察銅的金屬光澤。敘述應(yīng)用部分包括電工架設(shè)金屬高壓電線，家用鐵鍋炒菜，鍛壓機(jī)把鋼錠壓成鋼板等。 ［教師引導(dǎo)］從上述金屬的應(yīng)用來看，金屬有哪些共同的物理性質(zhì)呢? ［學(xué)生分組討論］請一位同學(xué)歸納，其他同學(xué)補(bǔ)充。 ［投影］金屬共同的物理性質(zhì)：容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性、有金屬光澤等。 ［講］在金屬晶體中，充滿著帶負(fù)電的“電子氣”，這些電子氣的運(yùn)動(dòng)是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下電子氣就會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，因而形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電。 ［板書］3．金屬通性的解釋 ⑴金屬導(dǎo)電性的解釋 ［講］金屬導(dǎo)電的帶電微粒是電子，離子晶體熔化或溶于水后導(dǎo)電的微粒是陽離子和陰離子。金屬導(dǎo)電過程不生成新物質(zhì)，屬物理變化，而電解質(zhì)導(dǎo)電的同時(shí)要在陰陽兩極生成新物質(zhì)，屬化學(xué)變化，故二者導(dǎo)電本質(zhì)是不同的。 ［設(shè)問］導(dǎo)熱是能量傳遞的一種形式，它必然是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，那么金屬晶體導(dǎo)熱過程中電子氣中的自由電子擔(dān)當(dāng)什么角色? ［板書］⑵金屬導(dǎo)熱性的解釋 ［講］金屬容易導(dǎo)熱，是由于電子氣中的自由電子在熱的作用下與金屬原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(dá)到相同的溫度。 ［板書］⑶金屬延展性的解釋 ［講］大多數(shù)金屬具有較好的延展性，與金屬離子和自由電子之間的較強(qiáng)作用有關(guān)。當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，晶體中的各原子層就會(huì)發(fā)生相對滑動(dòng)，但不會(huì)改變原來的排列方式，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，所以在各原子層之間發(fā)生相對滑動(dòng)以后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂。因此，金屬都有良好的延展性。 [投影]電子氣理論對金屬良好延展性的解釋： ［講］當(dāng)向金屬晶體中摻人不同的金屬或非金屬原子時(shí)，就像在滾珠之間摻人了細(xì)小而堅(jiān)硬的砂土或碎石一樣，會(huì)使這種金屬的延展性甚至硬度發(fā)生改變，這也是對金屬材料形成合金以后性能發(fā)生改變的一種比較粗淺的解釋。 ［講］純金屬內(nèi)，所有原子的大小和形狀都是相同的，原子的排列十分規(guī)整。而合金中加入了其他元素或大或小的原子，改變了金屬原子有規(guī)則的層狀排列，使原子層之間的相對滑動(dòng)變得困難。因此合金比純金屬延展性要差。 ［講］金屬晶體的熔點(diǎn)變化差別很大。如Hg在常溫下為液態(tài)，熔點(diǎn)低而Fe等金屬熔點(diǎn)高，這是由于金屬晶體密堆積方式、金屬陽離子與自由電子的作用力不同造成的。 ［板書］(4)熔沸點(diǎn) ［講］金屬鍵的強(qiáng)弱與離子半徑、離子電荷有關(guān)。離子半徑越小，離子所帶的電荷越多，則金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔點(diǎn)沸點(diǎn)高，硬度越大。同周期的金屬單質(zhì)，從左到右點(diǎn)升高，硬度增大；同主族的金屬單質(zhì)，從上至下熔沸點(diǎn)降低，硬度減小。一般地，合金的熔沸點(diǎn)比其他各成分金屬的熔沸點(diǎn)低。 ［板書］(5)顏色 ［講］由于金屬原子以最緊密堆積狀態(tài)排列，內(nèi)部存在自由電子，所以當(dāng)光線投射到它的表面上時(shí)，自由電子可以吸收所有頻率的光，然后很快放出各種頻率的光，這就使絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)銀灰色以至銀白色光澤。而金屬在粉末狀態(tài)時(shí)，金屬的取向雜亂，晶格排列得不規(guī)則，吸收可見光后輻射不出去，所以金屬粉末常呈暗灰色或黑色。 教學(xué)回顧： 教 案 課題：第三節(jié) 金屬晶體(2) 授課班級 課 時(shí) 教 學(xué) 目 的 知識 與 技能 了解金屬晶體內(nèi)原子的幾種常見排列方式 過程 與 方法 訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手能力和空間想象能力。 情感 態(tài)度 價(jià)值觀 培養(yǎng)學(xué)生的合作意識 重 點(diǎn) 金屬晶體內(nèi)原子的空間排列方式 難 點(diǎn) 金屬晶體內(nèi)原子的空間排列方式 知 識 結(jié) 構(gòu) 與 板 書 設(shè) 計(jì) 二、金屬晶體的原子堆積模型 1、基本概念 緊密堆積：微粒之間的作用力使微粒間盡可能的相互接近，使它們占有最小的空間 配位數(shù)：在晶體中與每個(gè)微粒緊密相鄰的微粒個(gè)數(shù) 空間利用率：晶體的空間被微粒占滿的體積百分?jǐn)?shù)，用它來表示緊密堆積的程度 2、簡單立方堆積：晶胞：一個(gè)立方體，1個(gè)原子，如金屬釙(Po)。 3、鉀型：晶胞：體心立方，兩個(gè)原子。如堿金屬。 4、鎂型和銅型 鎂型：按ABABABAB……方式堆積； 銅型：ABCADCABC……方式堆積； 配位數(shù)均為12，空間利用率均為74％。 教學(xué)過程 教學(xué)步驟、內(nèi)容 教學(xué)方法、手段、師生活動(dòng) [過渡]金屬(除貢外)在常溫下一般都是晶體。在金屬中，金屬原子容易失去外層電子變成金屬離子。金屬原子釋出電子后形成的金屬離子按一定規(guī)律堆積，釋出的電子在整個(gè)晶體里自由運(yùn)動(dòng)，稱為自由電子。金屬離子與自由電子之間存在著較強(qiáng)的相互作用，使許許多多金屬離子結(jié)合在一起形成金屬晶體。原子象鋼球一樣堆積著，咱們接著研究金屬原子的堆積模型。 [板書]二、金屬晶體的原子堆積模型 1、基本概念 緊密堆積：微粒之間的作用力使微粒間盡可能的相互接近，使它們占有最小的空間 配位數(shù)：在晶體中與每個(gè)微粒緊密相鄰的微粒個(gè)數(shù) 空間利用率：晶體的空間被微粒占滿的體積百分?jǐn)?shù)，用它來表示緊密堆積的程度 [講]金屬晶體中的原子可看成直徑相等的球體。把它們放置在平面上(即二維空間里)，可有兩種方式，如圖3—22所示。 [投影]金屬原子在平面上的的兩種放置方式： [講]金屬原子在二維平面里放置得到的兩種方式，配位數(shù)分別為4和6，可分別稱為非密置層和密置層。 [交流探究]動(dòng)手： 將直徑相等的圓球放置在平面上，使球面緊密接觸，除上面兩種方式外，還有沒有第三種方式?你不妨用實(shí)物(如用中藥丸的蠟殼或玻璃球等)自己動(dòng)手試一試。 ［匯報(bào)］取16個(gè)直徑相等的球體，在平面上排成一正方形，每排都有4個(gè)球體。在這種放置方式中，每個(gè)球體周圍都有4個(gè)球體與其緊密接觸，得到配位數(shù)與其緊密接觸，得到配位數(shù)為4的試，稱為非密置層放置。 同樣取16個(gè)球體，在平面上也排成4排，第二排球體排在第一排球體的間隙中，每排均照此方式排列。在這種放置方式中，每個(gè)球體周圍都有6個(gè)球體與其緊密接觸，得到配位數(shù)為6的放置方式，稱為密置層放置。 [過渡]金屬晶體可看成金屬原子在三維空間中堆積而成。金屬原子堆積有如下4種基本模式。 [投影] [講]不難理解，這種堆積方式形成的晶胞是一個(gè)立方體，每個(gè)晶胞含1個(gè)原子，被稱為簡單立方堆積。這種堆積方式的空間利用率太低，只有金屬釙(Po)采取這種堆積方式。 [板書] 2、簡單立方堆積：晶胞：一個(gè)立方體，1個(gè)原子，如金屬釙(Po)。 [投影] [講]非密置層的另一種堆積方式是將上層金屬原子填人下層的金屬原子形成的凹穴中，每層均照此堆積，如圖3—24所示。 [設(shè)問]與立方堆積相比空間利用率那一個(gè)高？ [板書] 3、鉀型：晶胞：體心立方，兩個(gè)原子。如堿金屬。 ［思考與交流］鉀型晶胞是立文體。想一想，如果原來的非密置層上的原子保持緊密接觸，立方體中心能否容得下一個(gè)原子？ ［匯報(bào)］(1)取8個(gè)直徑相等的球體，每4個(gè)球體按非密置層放置并粘在一起；在三維空間里，把兩層球體按球體在同一直線上堆積，形成一立方體，這種堆積為簡單立方堆積。每個(gè)晶胞含有1個(gè)原子。 (2)取12個(gè)直徑相等的球體，每4個(gè)球體按非密置層放置并粘在一起，把上層球體放在下層球體形成的凹穴中，每層均照此方式堆積，這種堆積方式稱為鉀型。形成的晶胞也是一個(gè)立方體，每個(gè)晶胞含有2個(gè)原子 非密置層在三維空間里的緊密接觸除上述兩種方式外，沒有第三種方式。 [交流探究]動(dòng)手：把非密置層的小球黏合在一起，再一層一層地堆積起來，使相鄰層的球緊密接觸。試一試，除了上述兩種堆積方式外，是否可能有第三種方式? [板書]4、鎂型和銅型 [講] 密置層的原子按上述鉀型堆積方式堆積，會(huì)得到兩種基本堆積方式——鎂型和銅型。鎂型如圖3—25左所示，按ABABABAB……的方式堆積；銅型如圖3—25右所示，按ABCADCABC……的方式堆積。分別用代表性金屬命名為鎂型和銅型①，這兩種堆積方式都是金屬晶體的最密堆積，配位數(shù)均為12，空間利用率均為74％，但所得晶胞的形式不同。 [投影]金屬晶體的兩種堆積方式： [板書] 鎂型：按ABABABAB……方式堆積； 銅型：ABCADCABC……方式堆積； 配位數(shù)均為12，空間利用率均為74％。 ［投影小結(jié)］空間利用率的計(jì)算 ［講］所謂官堆積結(jié)構(gòu)是指在無方向性的金屬鍵、離子鍵和分子間作用力等結(jié)合的晶體中，原子、離子或分子等微?？偸勤呄蛴谙嗷ヅ湮粩?shù)高、能充分利用空間的堆積密度大的那些結(jié)構(gòu)。密堆積方式由于充分利用了空間，從而可使體系的勢能盡可能降低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由此可能得出，金屬晶體四種堆積模型中，空間利用率越高，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。 [小結(jié)]金屬晶體的四種模型對比： 堆積模型 采納這種堆積的典型代表 空間利用率 配位數(shù) 簡單立方 Po 52％ 6 鉀型(bcp) Na、K、Fe 68％ 8 鎂型(hcp) Mg、Zn、Ti 74％ 12 銅型(ccp) Cu、Ag、Au 74％ 12 教學(xué)回顧：