第1课时 金属晶体
[学习目标定位] 1.进一步熟悉金属晶体的概念和特征，能用金属键理论解释金属晶体的物理性质。2.知道金属晶体中晶胞的堆积方式。3.学会关于金属晶体典型计算题目的分析方法。
一 金属晶体中的原子在空间的堆积方式
1．将金属的密堆积方式、对应晶胞类型及其实例进行连线。 密堆积方式 晶胞类型 实例 A1 六方 Mg A3 面心 Cu
答案
2．金属晶体可看作是金属原子在三维空间(一层一层地)中堆积而成。其堆积模式有以下四种。这四种堆积模式又可以根据每一层中金属原子的二维放置方式不同分为两类：非密置层的堆积(包括简单立方堆积和体心立方密堆积)，密置层堆积(包括六方最密堆积和面心立方最密堆积)。填写下表： 堆积模型 采纳这种堆积的典型代表 非 密 置 层 简单立方 堆积 Po(钋) 6 52% 1 晶胞 配位数 空间利用率 每个晶胞所含原子数 1
体心立方 密堆积(A2 型) 密 置 层 六方最密 堆积(A3型) Mg、Zn、Ti 12 74% 6 Na、K、Fe 8 68% 2 面心立方 最密堆积 (A1型) [归纳总结] 1．堆积原理
组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性和饱和性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。
2．堆积模型
Cu、Ag、Au 12 74% 4 2
[活学活用]
1．金属晶体堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因是( ) A．金属原子的价电子数少 B．金属晶体中有“自由电子” C．金属原子的原子半径大 D．金属键没有饱和性和方向性 答案 D
解析 这是因为分别借助于没有方向性和饱和性的金属键形成的金属晶体的结构中，都趋向于使原子吸引尽可能多的其他原子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。
2．关于
钾型晶体(如右图所示)的结构的叙述中正确的是( )
3
A．是密置层的一种堆积方式 B．晶胞是六棱柱 C．每个晶胞内含2个原子 D．每个晶胞内含6个原子 答案 C
解析 钾型晶体的晶胞为立方体，是非密置层的一种堆积方式，其中有8个顶点原子和1
1个体心原子，晶胞内含有8×＋1＝2个原子，选项C正确。
8
二 关于金属晶体的计算
1．右图是金属钨晶体中的一个晶胞的结构示意图，它是一种体心立方结构。实验测得金属钨的密度为19.30g·cm，
－3
钨的相对原子质量是183.9。假设金属钨原子为等径刚性球，试完成下列问题： (1)每一个晶胞中分摊到__________个钨原子。 (2)计算晶胞的边长a＝________。
(3)计算钨的原子半径r(提示：只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。 答案 (1)2 (2)3.16×10cm (3)1.37×10cm
1
解析 (1)据均摊法，每个晶胞中分摊到的钨原子数为1＋8×＝2(个)。
8
(2)钨的相对原子质量为183.9,1mol02mol钨原子，其质量为2mol×183.9g·mol＝367.8g，
367.8g3
故1mol钨晶胞的体积为－3≈19.057cm，
19.30g·cm由题意a×6.02×10＝19.057cm，a＝3.16×10cm。 (3)由a＋a＋a＝(4r)
4
2
2
2
2
3
23
3
－8
－1
－8
－8
得3×(3.16×10cm)＝16r，
－822
r≈1.37×10－8cm。
2．铝单质的晶胞结构如图甲所示，原子之间相对位置关系的平面图如图乙所示。
若已知铝原子半径为d，NA表示阿伏加德罗常数，相对原子质量为M，则该晶体的密度可表示为______________________________________________________________。
据上图计算，铝原子采取的面心立方堆积的空间利用率为______________。 答案
3 74% 8dNA
2M11
解析 由图甲可知每个晶胞中含有的铝原子数为8×＋6×＝4。由图乙知晶胞的棱长
82为4d＝22d。
2
43
若该晶体的密度为ρ，则ρ×(22d)＝×M，
NA
ρ＝2M3
8dNA
。
3
4×4πd3
空间利用率为×100%≈74%。 3
?22d?[归纳总结]
1．熟练掌握各典型晶胞中含有金属原子数的计算方法。 2．要有较好的立体几何知识和空间想象能力。 [活学活用]
3．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方密堆积。下图(a)、(b)、(c)分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数
5
高中化学第3章第2节第1课时金属晶体教案鲁科版选修3
