高中化学(大纲版)第三册第一单元晶体的类型与性质第二节金属晶体(第一课时)

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。●教学方法观察、分析、讨论、启发、推理、归纳、对比等。●教具准备投影仪、多媒体电教设备、铝箔、铁丝、铜丝导线、小电炉（或金属电熨斗）。●课时安排一课时●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。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［演示多媒体三维动画］金属晶体中常见的三种结构类型。如下图［说明］可把以上三种堆积方式中的硬球一个一个地堆积给学生观察，成形后再旋转让学生从不同角度进行观察，以利于提高学生的空间想象力。［教师边操作边介绍］现在我们看到的就是通过X射线研究发现的金属晶体中的三种常见结构。请大家仔细观察金属晶体的空间结构并注意金属粒子的空间利用率。［打出字幕兼有画外音或教师讲解］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。［设问］课本图1—15的金属晶体属于我们刚才看到的哪种堆积方式？［学生观察后回答］面心立方紧密堆积！［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。［演示多媒体三维动画］内容为：带负电的电子围绕在金属阳离子之间自由运动，且在整个晶体中，自由电子呈均匀分布状。［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。［演示多媒体三维动画］内容：金属晶体中的自由电子在没有外加电场存在时是自由移动的，在外加电场作用下，自由电子发生定向移动而形成电流。［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。［学生阅读教材后归纳回答］［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。［演示多媒体三维动画］内容：离子晶体NaCl、原子晶体SiO2、金属晶体Cu的结构模型及它们分别受外力作用时的情景。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。［投影］不同类型晶体结构与性质的比较：［学生分组讨论，并填写］［教师最后投影一张正确的表格］如下：不同类型晶体结构与性质的比较［投影练习］1.金属的下列性质中，不能用金属晶体结构加以解释的是A.易导电B.易导热C.有延展性D.易锈蚀2.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3.关于晶体的下列说法正确的是A.在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子B.在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子C.原子晶体的熔点一定比金属晶体的高D.分子晶体的熔点一定比金属晶体的低答案：1.D2.C3.A［小结］本节课我们主要学习了金属晶体的结构特点及其与金属性质的关系。［议一议］为什么常温下金属的聚集状态均为固态（汞为液态）？［答案］由于金属中的自由电子被多个金属离子所共用，因电性相反之故，每个金属离子周围总是尽可能多地吸引自由电子，而每个自由电子又尽可能吸引更多的金属阳离子，故在金属晶体中，金属原子与金属原子之间的距离比较近，宏观上总是以固体的形式表现（汞除外）。［布置作业］课本P11习题二●板书设计第二节金属晶体一、金属晶体通过金属离子与自由电子之间的较强作用而形成的单质晶体二、金属晶体的物理性质共性：有良好的延展性、容易导电、导热三、金属晶体的结构与金属性质的关系1.金属晶体结构与金属导电性的关系2.金属晶体结构与金属导热性的关系3.金属晶体结构与金属延展性的关系●综合能力训练题1.下列各组物质发生状态变化时，所克服的作用力属于同一类型的是A.食盐和铜的熔化B.二氧化硅和硫的熔化C.铝和氧化铝的熔化D.碘和干冰的升华答案：D2.同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：A组物质NaClKClCsCl熔点（K）1074149918B组物质NaMgAl熔点（K）317923933晶体熔点、沸点的高低，决定于组成晶体粒子间的作用力的大小。A组是____________晶体，晶体粒子之间通过____________相连。B组晶体属____________晶体，价电子数由少到多的顺序是____________，粒子半径由大到小的顺序是____________。由库仑定律F=____________可知，金属键强度由小到大的顺序为____________。解析：本题以晶体熔点的规律变化的解释为背景，综合了化学、物理两门的知识内容，考查了分析、理解等能力。A组为离子晶体，离子之间通过离子键相连，强度可借助库仑定律比较：F=k，由于NaCl、KCl、CsCl中的阴、阳离子所带电荷数相等，而r（Na＋）＜r（K＋）＜r（Cs＋），所以有F（NaCl）＞F（KCl）＞F（CsCl），故熔点是逐渐降低的。B组为金属晶体，是由金属键相互结合而成的，因为q（Na＋）＜q（Mg2＋）＜q（Al3+），而r（Na＋）＞r（Mg2＋）＞r（Al3+），所以，F（Na）＜F（Mg）＜F（Al），故其熔点是逐渐升高的。答案：离子离子键金属Na＜Mg＜AlNa＋＞Mg2＋＞Al3+F=kNa＜Mg＜Al