《金属晶体》教案.doc

2006年春季学期
第二节 金属晶体
教学目标
1.使学生了解金属晶体的模型及性质的一般特点。
2.使学生理解金属晶体的结构与性质的关系。
3.通过对金属晶体概念的形成及结构决定性质的分析讨论，培养学生科学的学习方法和归纳与探索的能力。
4.培养学生的抽象思维和逻辑思维能力。
教学重点
1.金属晶体的模型。
2.晶体类型与性质的关系。
3.学生逻辑思维能力的培养。
教学难点
金属晶体结构模型。
教学过程
［引言］在前面的学习中，我们认识了原子晶体、离子晶体和分子晶体，知道它们因结构的不同而性质各异。
表一：离子晶体、分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较

晶体类型
离子晶体
分子晶体
原子晶体
结构
构成晶体粒子
阴、阳离子
分子
原子
粒子间的作用力
离子键
分子间作用力
共价键
性质
硬度
较大
较小
较大
溶、沸点
较高
较低
很大
导电
固体不导电，溶化或溶于水后导电
固态和熔融状态都不导电
不导电
溶解性
有些易溶于等极性溶剂
相似相溶
难溶于常见溶剂
［提问］
1、下列说法正确的是：（ ）
A、离子晶体中只含离子键
B、不同元素组成的多原子分子里的化学键一定是极性键
C、共价化合物分子里一定不含离子键 D、非极性键只存在于双原子单质分子里

2、下列物质呈固态时必为分子晶体的是：（ ）
A、非金属氧化物 B、非金属单质 C、金属氧化物 D、含氧酸

3、下列叙述不正确的是：（ ）
A、由分子构成的物质其熔点一般较低 B、分子晶体在熔化时，共价键没有被破坏
C、分子晶体中一定存在共价键
D、分子晶体中分子间作用力越大，其化学性质越稳定
E、物质在溶于水的过程中，化学键一定会被破坏或改变

4、化工行业已合成一种硬度比金刚石还大的晶体——氮化碳，若已知氮在化合物中显－3价，推断：
（1）其化学式可能是_____________。
（2）其晶体类型是_______________。
（3）你认为其硬度比金刚石大的主要原因是__________________________________
_____________________________________。

本节课我们来认识另一种类型的晶体——金属晶体。
［板书］第二节 金属晶体
［教师讲解］在现在已知的一百多种元素中，金属元素约占4/5。在所有金属中，除汞在常温下为液体外，其余的都是晶体。通过X射线研究发现，在金属中，金属原子好像许多硬球一层一层紧密地堆积着，每一个金属原子周围有许多相同的金属原子围绕着。
［设疑］那么，金属晶体中的原子与原子之间又是靠什么样的作用力堆积在一起的呢？我们所看到的决定金属晶体结构的圆球是否为中性金属原子呢？
［诱导启发］请大家根据金属元素的原子结构特点进行分析、讨论。
［学生分组讨论后得出结论］金属元素的原子具有最外层电子数较少的特点，易失去最外层电子形成带正电荷的金属阳离子。
［设疑］电子的质量和体积与金属离子相比怎样？由金属原子释出的电子是否为某个金属原子所独有？它的活动空间怎么样？
［教师引导学生分析讨论］电子的质量和体积与金属离子相比很小很小，故金属离子的大小与结构对金属晶体的结构起着主导作用，我们所看到的金属晶体示意图中的圆球实际上主要是金属阳离子，由于它们之间存在空隙（由金属晶体的空间利用率也可说明此点），故由金属原子释出的电子便在一个偌大的空间内（相对于其自身的体积）自由运动，因此，由金属原子所释出的电子并不专属于某一个或几个特定的金属离子。
［讲解］像这种不受某一个或某几个特定金属离子限制的电子，我们称其为自由电子。
金属晶体就是通过金属离子与自由电子之间的较强作用所形成的单质晶体，且自由电子几乎均匀地分布在整个晶体中，被许多金属离子所共有。
［板书］一、金属晶体
通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体。
［想一想］
1.金属晶体中是否可能有金属原子存在？
（答案：可能）
2.在金属晶体中，金属离子与自由电子之间的作用力仅仅是静电吸引吗？
（答案：不是。这是因为：在金属晶体中，除了金属阳离子与自由电子之间因电荷异性而存在引力外，还有电子与电子、原子核与原子核之间的斥力。当金属原子的核间距达到某个固定数值时，引力和斥力达到暂时平衡，形成稳定的晶体。此时，金属离子在其平衡位置附近振动。因此，在金属晶体中，金属原子与金属原子之间并不能无限接近。而金属阳离子与自由电子之间的作用为引力和斥力的相对统一）
［过渡］由刚才的学习我们知道，金属晶体均是由金属离子与自由电子之间的较强作用形成的。那么，金属晶体内部存在的这种作用力是怎样影响金属晶体的物理性质的呢？
［板书］二、金属晶体的物理性质
［展示铝箔、铁丝、铜丝导线、小电炉］
［讨论］以上物品的形状及使用分别表现出了金属的哪些物理性质？它们是否属于金属的共性？
［学生分析、讨论］铝箔——展性；铁丝——延性；铜丝导线——延性、导电性；小电炉——延性、导电、导热性。
［学生归纳总结、教师板书］
共性：有良好的延展性、容易导电、导热。
［设疑过渡］我们能否用金属晶体的结构特点来解释金属的物理共性呢？
［板书］三、金属晶体的结构与金属性质的关系
［教师］首先，我们来认识一下金属晶体结构与金属导电性的联系。
［板书］1.金属晶体结构与金属导电性的关系
［设问］电流是怎样形成的？
［学生］带电粒子的定向移动形成电流。
［追问］金属在外加电场作用下能导电，说明什么粒子定向移动？
［回答］甲．自由电子。
乙．自由电子和金属阳离子。
［教师归纳总结］在金属晶体中，金属离子与金属离子在紧密堆积时，其间存有一定的空隙，而在空隙之间是易流动的自由电子，因这些自由电子并不与一定的离子相连，因此在很小一点电势差的影响下，它们就开始朝一定的方向流动而形成电流。这就是金属具有良好导电性的原因。在晶体中的离子，并不是绝对不能动，而是在作轻微的振动，当金属加热时，离子的振动就加强，电子在其间的移动自然就困难了，所以金属的导电性随温度的升高而降低。
［思考］离子晶体在融熔状态下的导电，与金属的导电是否相同？
（不同。前者是阴、阳离子的定向移动，而后者是自由电子的定向移动；前者不发生化学变化，后者发生化学反应）
［过渡］由以上分析可知，金属能导电，主要是因为自由电子之故，那么，金属的导热性是否也与自由电子密切相关呢？
请大家阅读课本有关内容
［板书］2.金属晶体结构与金属导热性的关系
［学生阅读教材后分组讨论、归纳回答］
①金属晶体导热过程中粒子运动情况如何?
②这些粒子通过什么方式传递热量?
③热量传递方向及最后整个金属晶体温度高低情况怎样?
［教师总结］金属容易导热，实际上是由于自由电子与金属离子之间发生了能量交换之故。即自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
［过渡］既然金属的导电性和导热性与自由电子的存在有密切关系，那么，在金属的延展性中，自由电子又充当了什么样的角色呢？
［板书］3.金属晶体结构与金属延展性的关系
NaCl晶体受外力时，Na＋与Cl－之间的离子键破坏，晶体碎裂。
SiO2受外力，Si—O共价键被破坏，晶体碎裂。
Cu受外力，晶体中的各原子层发生相对滑动，而自由电子也随着移动，使金属离子与自由电子之间的较强作用得以保持，而未发生碎裂。
［设问］当金属晶体受到外力冲击时，自由电子起什么作用？
［回答］使金属晶体中金属离子与自由电子之间的较强作用得以维系。
［教师］很正确！金属晶体正是由于自由电子的存在，才使得其在受到外力冲击时，不易断裂，但通常伴随着形变。因此，金属晶体一般具有较好的延展性。
需要说明的是：金属内部结构的均匀性，决定了金属导电、导热和延展性的优劣。其结构越均匀，上述性能就越好。
关于金属的密度、硬度、熔点等物理性质，主要与金属原子本身、金属晶体中金属原子的排列方式等因素有关，故没有一定的规律。
［讨论］分组讨论离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体结构及物理性质的异同，并填写下表。
如下：
不同类型晶体结构与性质的比较

晶体类型
离子晶体
分子晶体
原子晶体
金属晶体
结
构
构成晶体粒子
阴、阳离子
分子
原子
金属阳离子
自由电子
粒子间的作用力
离子键
分子间作用力
共价键
———
性
质
硬度
较大
较小
较大
一般较大
溶、沸点
较高
较低
很大
一般较高
导电
固体不导电，溶化或溶于水后导电
固态和熔融状态都不导电
不导电
良好的导电导热性
溶解性
有些易溶于等极性溶剂
相似相溶
难溶于常见溶剂
一般不溶、个别可与水反应
实例
多数盐、强碱、多数金属氧化物
多数非金属单质及其化合物
金刚石、二氧化硅、晶体硅
金属单质
［课堂练习］
1．金属晶体的形成是因为晶体中存在
A．金属离子间的相互作用
B．金属原子间的相互作用
C．金属离子与自由电子间的相互作用
D．金属原子与自由电子间的相互作用
2．金属能导电的原因是
A．金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱
B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动
C．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动
D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子
3．下列叙述正确的是
A．任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子
B．原子晶体中只含有共价键
C．离子晶体中只含有离子键，不含有共价键
D．分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键
[作业布置]本节教材习题1、习题2

课后阅读材料
1．超导体——一类急待开发的材料
一般说来，金属是电的良好导体(汞的很差)。 1911年荷兰物理学家H·昂内斯在研究低温条件下汞的导电性能时，发现当温度降到约4 K(即—269、)时汞的电阻“奇异”般地降为零，表现出超导电性。后又发现还有几种金属也有这种性质，人们将具有超导性的物质叫做超导体。
2．合金
两种和两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，叫做合金，合金属于混合物，对应的固体为金属晶体。合金的特点①仍保留金属的化学性质，但物理性质改变很大；②熔点比各成份金属的都低；③强度、硬度比成分金属大；④有的抗腐蚀能力强；⑤导电性比成分金属差。
3．金属的物理性质由于金属晶体中存在大量的自由电子和金属离子(或原子)排列很紧密，使金属具有很多共同的性质。
(1)状态：通常情况下，除Hg外都是固体。
(2)金属光泽：多数金属具有光泽。但除Mg、Al、 Cu、Au在粉末状态有光泽外，其他金属在块状时才表现出来。
(3)易导电、导热：由于金属晶体中自由电子的运动，使金属易导电、导热。
(4)延展性
(5)熔点及硬度：由金属晶体中金属离子跟自由电子间的作用强弱决定。金属除有共同的物理性质外，还具有各自的特性。
①颜色：绝大多数金属都是银白色，有少数金属具有颜色。如Au 金黄色 Cu 紫红色 Cs 银白略带金色。
②密度：与原子半径、原子相对质量、晶体质点排列的紧密程度有关。最重的为锇(Os) 铂(Pt) 最轻的为锂(Li)
③熔点：最高的为钨(W)，最低的为汞(Hg)，Cs，为 28．4℃ Ca为30℃
④硬度：最硬的金属为铬(Cr)，最软的金属为钾 (K)，钠(Na)，铯(Cs)等，可用小刀切割。
⑤导电性：导电性能强的为银(Ag)，金(Au)，铜 (Cu)等。导电性能差的为汞(Hg)
⑥延展性：延展性最好的为金(Au)，Al

2004级化学备课组