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2019-2020年高二化學(xué)《金屬晶體》教學(xué)設(shè)計(jì)教案 【教材內(nèi)容分析】 在必修2中，學(xué)生已初步了解了物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律、離子鍵、共價(jià)鍵、分子間作用力等知識。本節(jié)內(nèi)容是在介紹了分子晶體和原子晶體等知識的基礎(chǔ)上，再介紹金屬晶體的知識，可以使學(xué)生對于晶體有一個(gè)較全面的了解，也可使學(xué)生進(jìn)一步深化對所學(xué)的知識的認(rèn)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(chǔ)上，簡單的介紹了金屬晶體的幾種常見的堆積模型，讓學(xué)生對金屬晶體有一個(gè)較為全面的認(rèn)識。 【教學(xué)目標(biāo)】 1、理解金屬鍵的概念和電子氣理論 2、初步學(xué)會用電子氣理論解釋金屬的物理性質(zhì) 【教學(xué)難點(diǎn)】金屬鍵和電子氣理論 【教學(xué)重點(diǎn)】金屬具有共同物理性質(zhì)的解釋。 【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】 【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，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。 【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(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。 2．金屬通性的解釋 【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。 【板書】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。 ⑴金屬導(dǎo)電性的解釋 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(dǎo)電。 【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? ⑵金屬導(dǎo)熱性的解釋 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。 ⑶金屬延展性的解釋 當(dāng)金屬受到外力作用時(shí)，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(xí)】 1．金屬晶體的形成是因?yàn)榫w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(dǎo)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(dǎo)體——一類急待開發(fā)的材料 一般說來，金屬是電的良好導(dǎo)體(汞的很差)。 1911年荷蘭物理學(xué)家H昂內(nèi)斯在研究低溫條件下汞的導(dǎo)電性能時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降到約4 K(即—269、)時(shí)汞的電阻“奇異”般地降為零，表現(xiàn)出超導(dǎo)電性。后又發(fā)現(xiàn)還有幾種金屬也有這種性質(zhì)，人們將具有超導(dǎo)性的物質(zhì)叫做超導(dǎo)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(zhì)，叫做合金，合金屬于混合物，對應(yīng)的固體為金屬晶體。合金的特點(diǎn)①仍保留金屬的化學(xué)性質(zhì)，但物理性質(zhì)改變很大；②熔點(diǎn)比各成份金屬的都低；③強(qiáng)度、硬度比成分金屬大；④有的抗腐蝕能力強(qiáng)；⑤導(dǎo)電性比成分金屬差。 3．金屬的物理性質(zhì)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(zhì)。 (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(shí)才表現(xiàn)出來。 (3)易導(dǎo)電、導(dǎo)熱：由于金屬晶體中自由電子的運(yùn)動，使金屬易導(dǎo)電、導(dǎo)熱。 (4)延展性 (5)熔點(diǎn)及硬度：由金屬晶體中金屬離子跟自由電子間的作用強(qiáng)弱決定。金屬除有共同的物理性質(zhì)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(zhì)量、晶體質(zhì)點(diǎn)排列的緊密程度有關(guān)。最重的為鋨(Os)鉑(Pt)最輕的為鋰(Li) ③熔點(diǎn)：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(dǎo)電性：導(dǎo)電性能強(qiáng)的為銀(Ag)，金(Au)，銅 (Cu)等。導(dǎo)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(shí) 【教學(xué)目標(biāo) 】 1．了解金屬晶體內(nèi)原子的幾種常見排列方式 2．訓(xùn)練學(xué)生的動手能力和空間想象能力。 3． 培養(yǎng)學(xué)生的合作意識 【教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)】 金屬晶體內(nèi)原子的空間排列方式 【教學(xué)方法建議】 活動探究 【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】 【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(jià)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(guān)金屬原子的空間排列問題。 【分組活動1】 利用20個(gè)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。可能有幾種排列方式。討論每一種方式的配位數(shù)。（配位數(shù)：同一層內(nèi)與一個(gè)原子緊密接觸的原子數(shù)） 【學(xué)生活動1】 學(xué)生分四組活動，各由一人匯報(bào)結(jié)果。利用多媒體展示，學(xué)生排列結(jié)果主要介紹以下兩種方式。（配位數(shù)：同一層內(nèi)與一個(gè)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(xué)生活動2】 非密置層排列的金屬原子，在空間內(nèi)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(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(shí) 【教學(xué)目標(biāo) 】 1．了解金屬晶體內(nèi)原子的幾種常見排列方式 2．訓(xùn)練學(xué)生的動手能力和空間想象能力。 3． 培養(yǎng)學(xué)生的合作意識 【教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)】 金屬晶體內(nèi)原子的空間排列方式 【教學(xué)方法建議】 活動探究 【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】 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(cè)，按ABABABAB……的方式堆積;銅型如圖右側(cè),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(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，不能簡單地歸屬于其中任何一種晶體，是一種混合晶體。