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2019-2020年高中化學《金屬晶體》教案11 新人教版選修3 【教材內容分析】 在必修2中，學生已初步了解了物質結構和元素周期律、離子鍵、共價鍵、分子間作用力等知識。本節(jié)內容是在介紹了分子晶體和原子晶體等知識的基礎上，再介紹金屬晶體的知識，可以使學生對于晶體有一個較全面的了解，也可使學生進一步深化對所學的知識的認識。教材從介紹金屬鍵和電子氣理論入手，對金屬的通性作出了解釋，并在金屬鍵的基礎上，簡單的介紹了金屬晶體的幾種常見的堆積模型，讓學生對金屬晶體有一個較為全面的認識。 【教學目標】 1、理解金屬鍵的概念和電子氣理論 2、初步學會用電子氣理論解釋金屬的物理性質 【教學難點】金屬鍵和電子氣理論 【教學重點】金屬具有共同物理性質的解釋。 【教學過程設計】 【引入】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？ 【板書】一、金屬鍵 金屬晶體中原子之間的化學作用力叫做金屬鍵。 【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，陽離子整體共同整體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，使得金屬呈現(xiàn)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。 【強調】金屬晶體是以金屬鍵為基本作用力的晶體。 【板書】二、電子氣理論及其對金屬通性的解釋 1．電子氣理論 【講解】經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電的“電子氣”，金屬原子則“浸泡”在“電子氣”的“海洋”之中。 2．金屬通性的解釋 【展示金屬實物】展示的金屬實物有金屬導線(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。 【教師引導】從上述金屬的應用來看，金屬有哪些共同的物理性質呢? 【學生分組討論】請一位同學歸納，其他同學補充。 【板書】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。 ⑴金屬導電性的解釋 在金屬晶體中，充滿著帶負電的“電子氣”，這些電子氣的運動是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下電子氣就會發(fā)生定向移動，因而形成電流，所以金屬容易導電。 【設問】導熱是能量傳遞的一種形式，它必然是物質運動的結果，那么金屬晶體導熱過程中電子氣中的自由電子擔當什么角色? ⑵金屬導熱性的解釋 金屬容易導熱，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，從而使整塊金屬達到相同的溫度。 ⑶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(fā)生相對滑動，但不會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。 【練習】 1．金屬晶體的形成是因為晶體中存在 A、金屬離子間的相互作用 B、金屬原子間的相互作用 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 2．金屬能導電的原因是 A、金屬晶體中金屬陽離子與自由電子間的相互作用較弱 B、金屬晶體中的自由電子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動 C、金屬晶體中的金屬陽離子在外加電場作用下可發(fā)生定向移動 D、金屬晶體在外加電場作用下可失去電子 課后閱讀材料 1．超導體——一類急待開發(fā)的材料 一般說來，金屬是電的良好導體(汞的很差)。 1911年荷蘭物理學家H昂內斯在研究低溫條件下汞的導電性能時，發(fā)現(xiàn)當溫度降到約4 K(即—269、)時汞的電阻“奇異”般地降為零，表現(xiàn)出超導電性。后又發(fā)現(xiàn)還有幾種金屬也有這種性質，人們將具有超導性的物質叫做超導體。 2．合金 兩種和兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質，叫做合金，合金屬于混合物，對應的固體為金屬晶體。合金的特點①仍保留金屬的化學性質，但物理性質改變很大；②熔點比各成份金屬的都低；③強度、硬度比成分金屬大；④有的抗腐蝕能力強；⑤導電性比成分金屬差。 3．金屬的物理性質由于金屬晶體中存在大量的自由電子和金屬離子(或原子)排列很緊密，使金屬具有很多共同的性質。 (1)狀態(tài)：通常情況下，除Hg外都是固體。 (2)金屬光澤：多數(shù)金屬具有光澤。但除Mg、Al、 Cu、Au在粉末狀態(tài)有光澤外，其他金屬在塊狀時才表現(xiàn)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(shù)金屬都是銀白色，有少數(shù)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。最重的為鋨(Os)鉑(Pt)最輕的為鋰(Li) ③熔點：最高的為鎢(W)，最低的為汞(Hg)，Cs，為28．4℃　Ca為30℃ ④硬度：最硬的金屬為鉻(Cr)，最軟的金屬為鉀 (K)，鈉(Na)，銫(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 第二課時 【教材內容分析】 晶體知識和分子晶體、原子晶體已經做了介紹，學生對晶體內微粒的空間排列有了初步的認識。學生自己探究金屬晶體的結構有了可能。 【教學目標設定】 1．了解金屬晶體內原子的幾種常見排列方式 2．訓練學生的動手能力和空間想象能力。 3． 培養(yǎng)學生的合作意識 【教學重點難點】 金屬晶體內原子的空間排列方式 【教學方法建議】 活動探究 【教學過程設計】 【引入】分子晶體中，分子間的范德華力使分子有序排列；原子晶體中，原子之間的共價鍵使原子有序排列；金屬晶體中，金屬鍵使金屬原子有序排列。今天，我們一起討論有關金屬原子的空間排列問題。 【分組活動1】 利用20個大小相同的玻璃小球，有序地排列在水平桌面上（二維平面上），要求小球之間緊密接觸?？赡苡袔追N排列方式。討論每一種方式的配位數(shù)。（配位數(shù)：同一層內與一個原子緊密接觸的原子數(shù)） 【學生活動1】 學生分四組活動，各由一人匯報結果。利用多媒體展示，學生排列結果主要介紹以下兩種方式。（配位數(shù)：同一層內與一個原子緊密接觸的原子數(shù)） 非密置層，配位數(shù)4 密置層，配位數(shù)6 我們繼續(xù)討論，原子在三維空間的排列。首先討論非密置層這種情況。 【學生活動2】 非密置層排列的金屬原子，在空間內可能的排列。匯總各類情況逐一討論。 （一）簡單立方體堆積 這種堆積方式形成的晶胞是一個立方體，每個晶胞含1個原子，被稱為簡單立方堆積。這種堆積方式的空間利用率太低，只有金屬釙采取這種堆積方式。 （二）鉀型 如果是非密置層上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中，每層均照此堆積，如下圖： 這種堆積方式的空間利用率顯然比簡單立方堆積的高多了，許多金屬是這種堆積方式，如堿金屬，簡稱為鉀型。 第三課時 【教材內容分析】 晶體知識和分子晶體、原子晶體已經做了介紹，學生對晶體內微粒的空間排列有了初步的認識。學生自己探究金屬晶體的結構有了可能。 【教學目標設定】 1．了解金屬晶體內原子的幾種常見排列方式 2．訓練學生的動手能力和空間想象能力。 3． 培養(yǎng)學生的合作意識 【教學重點難點】 金屬晶體內原子的空間排列方式 【教學方法建議】 活動探究 【教學過程設計】 密置層的原子按鉀型堆積方式堆積，會得到兩種基本堆積方式，鎂型和銅型。鎂型如下圖左側，按ABABABAB……的方式堆積;銅型如圖右側,按ABCABCABC……的方式堆積.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℅,但所得的晶胞的形式不同. [歸納與整理] 金屬晶體的四種堆積模型對比 堆積模型 采用這種堆積的典型代表 空間利用率 配位數(shù) 晶胞 簡單立方 Po 52℅ 6 鉀型 Na K Fe 68℅ 8 鎂型 Mg Zn Ti 74℅ 12 銅型 Cu Ag Au 74℅ 12 混合晶體 石墨不同于金剛石,這的碳原子不像金剛石的碳原子那樣呈sp3雜化.而是呈sp2雜化,形成平面六元并環(huán)結構,因此石墨晶體是層狀結構的,層內的碳原子的核間距為142pm層間距離為335pm，說明層間沒有化學鍵相連，是靠范德華力維系的；石墨的二維結構內，每一個碳原子的配位數(shù)為3，有一個末參與雜化的2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面。石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵，還有范德華力，不能簡單地歸屬于其中任何一種晶體，是一種混合晶體。