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2019版高中化學(xué)上學(xué)期《金屬晶體》教學(xué)設(shè)計(jì) 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知識(shí)與技能 1.知道金屬鍵的涵義，能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)。 2.能列舉金屬晶體的基本堆積模型。 過程與方法 情感、態(tài)度 與價(jià)值觀 學(xué)習(xí) 重點(diǎn) 能用金屬鍵理論解釋金屬的一些物理性質(zhì)。 學(xué)習(xí) 難點(diǎn) (1)金屬鍵和電子氣理論。 (2)金屬晶體內(nèi)原子的空間排列方式。 教學(xué) 環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖 環(huán)節(jié)一、復(fù)習(xí)引入 [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 金屬晶體中原子之間的化學(xué)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(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。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。 [強(qiáng)調(diào)] 金屬晶體是以金屬鍵為基本作用力的晶體。 回顧 復(fù)習(xí) 討論 環(huán)節(jié)二、金屬鍵 [講述]要想解釋金屬的各種物理性質(zhì)，讓我們先來認(rèn)識(shí)“金屬鍵與電子氣理論”。 [板書]1、金屬鍵與電子氣理論： [講解]描述金屬鍵本質(zhì)的最簡(jiǎn)單理論是“電子氣理論”。該理論把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價(jià)電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。由此可見，金屬晶體跟原子晶體一樣，是一種“巨分子”。金屬鍵的強(qiáng)度差別很大。例如，金屬鈉的熔點(diǎn)較低、硬度較小，而鎢是熔點(diǎn)最高、硬度最大的金屬，這是由于形成的金屬鍵強(qiáng)弱不同的緣故。 [板書]金屬鍵為金屬原子脫落下來的價(jià)電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”。脫落下來的價(jià)電子又稱自由電子。 [思考]怎樣用電子氣理論解釋的各種物理性質(zhì)呢？ [講解]電子氣理論還可以用來解釋金屬材料良好的延展性。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(duì)滑動(dòng)，但不會(huì)改變?cè)瓉淼呐帕蟹绞?，而且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(rùn)滑劑的作用，所以金屬都有良好的延展性。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(duì)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。 [投影]電子氣理論對(duì)金屬良好延展性的解釋： [講述]電子氣理論還十分形象地用電子氣在電場(chǎng)中定向移動(dòng)解釋金屬良好的導(dǎo)電性，用電子氣中的自由電子在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞解釋金屬的熱導(dǎo)率隨溫度升高而降低的現(xiàn)象。 [板書]2、解釋金屬的物理性質(zhì)：延展性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性（自由電子、金屬鍵不斷裂）。 環(huán)節(jié)三、金屬晶體的原子堆積模型 [過渡]金屬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 [講述]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： [講述] 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。 [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。 [板書]1、簡(jiǎn)單立方堆積： [投影] [講解]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(jiǎn)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] 晶胞：一個(gè)立方體，1個(gè)原子，如金屬釙。 2、鉀型 [投影] [講解]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]晶胞：體心立方，兩個(gè)原子。如堿金屬。 [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]3、鎂型和銅型 [講解] 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％。 [小結(jié)]金屬晶體的四種模型對(duì)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(jiǎn)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 環(huán)節(jié)四：混合晶體 [板書] 四、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(jié)構(gòu),因此石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)的,層內(nèi)的碳原子的核間距為142pm層間距離為335pm，說明層間沒有化學(xué)鍵相連，是靠范德華力維系的；石墨的二維結(jié)構(gòu)內(nèi)，每一個(gè)碳原子的配位數(shù)為3，有一個(gè)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(jià)鍵，又有金屬鍵，還有范德華力，不能簡(jiǎn)單地歸屬于其中任何一種晶體，是一種混合晶體。 本堂小結(jié)： 當(dāng)堂檢測(cè)、 布置作業(yè) 板 書 設(shè) 計(jì)