第一篇：【鼎尖教案】高中化學(大綱版)第三冊 第一單元 晶體的類型與性質 第一節離子晶體、分子晶體和原子晶體(

第二課時

［引言］上一課我們學習了離子晶體。離子晶體由陰、陽離子通過離子鍵在空間規則排列而成。由于離子間存在著較強的離子鍵，使離子晶體表現出硬度較大，熔、沸點較高等性質特點，如NaCl和CsCl晶體，與之相比，請看下列晶體。

［多媒體展示］碘晶體、萘的晶體、二氧化碳的晶體、雪花晶體、冰晶。

［講述］屏幕顯示的碘的晶體，萘的晶體、二氧化碳的晶體均有易升華的特點，而雪花晶體、冰晶較易熔化，進而汽化。由此可知，這些晶體并無離子晶體較高的熔、沸點。它們是本節將要學習的另一類晶體。

［板書］

二、分子晶體 ［引導］請同學們參照離子晶體的分析方法，首先思考構成分子晶體的粒子及粒子間的作用力是什么？

［學生活動］ ［板書］

1.概念：分子間以分子間作用力相結合而形成的晶體叫分子晶體。

［講述］任何分子之間都存在分子間作用力。稀有氣體，不少非金屬單質（如H2、N2、O2、Cl2、I2等）和化合物（如H2O、HX、NH3、CH4、CO2等及大量有機分子）在常溫下是氣體、易揮發的液體或易熔化易升化的固體，處于氣體和液體的分子在降溫凝聚時可通過分子間作用力而聚集在一起，形成分子晶體。分子晶體的特點是分子依靠分子間作用力整齊地排列在晶體中。

［模型展示］干冰及其晶體結構模型。

［講解］此為干冰晶體的一個晶胞，由此晶胞向空間規則、重復地排列即可形成二氧化碳的晶體，同學們仔細觀察干冰晶胞的結構，分析分子的排列和取向。

［學生活動］觀察、分析 ［小結］干冰晶胞呈立方面心結構，其中八個頂角上排列著取向相同的8個二氧化碳分子，三組平行面的面心上各有一個二氧化碳分子，而且每組相對的分子排列取向也相同。由此可知，晶體中分子排列有一定的取向。那么，與離子晶體相比，則有，離子晶體中離子有陰陽之分，而分子晶體中分子有取向之分。其實分子晶體比離子晶體更為復雜些。

［思考］

1.屬于一個干冰晶胞中的二氧化碳分子有幾個？（8×

11+6×=4個）822.在干冰晶體中，設立方體晶胞的棱長為a，則每個二氧化碳分子周圍距離相等且最近的二氧化碳分子有幾個？其距離為多少？

［解析］在熟悉干冰晶胞結構的基礎上，想象晶體的結構，假若選定立方體頂點上的一個CO2分子，則與其等距離最近的CO2分子應在面心上，這樣的分子共有12個（同層4個，上層4個，下層4個），且距離為

2a。2［板書］2.干冰晶體的結構： ［投影］

立方面心結構——每8個CO2分子構成立方體且再在6個面心各占據1個，在每個CO2周圍等距離（2a/2，a為立方體棱長）最近的CO2有12個（同層4個，上層4個，下層4個）。

［過渡］以上我們以干冰晶體為例，認識到分子晶體是分子間通過分子間作用力結合而成的一類晶體，那么分子間作用力的存在對其物理性質有何影響呢？

［板書］3.性質特點：

［三維動畫］CO2由氣態變為固態

［講述］氣態物質分子能縮短彼此間的距離，并由無規則運動轉變為有規則排列，這說明物質的分子間存在著作用力——分子間作用力。

從常見由分子構成的物質的狀態（如氣體O2、H2、N2、Cl2、HCl、NH3、CH4、CO2、SO2等，液體H2O、C2H5OH，液溴、H2SO4等）可知分子晶體的熔、沸點較低，也就是說克服分子間引力使物質熔化和汽化所需能量較低，說明分子間作用力較弱，與化學鍵相比其差別是：

［板書］①分子間作用力與化學鍵 ［投影小結］

－①化學鍵存在于分子或物質內部相鄰原子之間，鍵能約為100～600 kJ·mol1。

－②分子間作用力存在于分子之間，其大小一般在2～20 kJ·mol1之間。③分子間作用力很弱，不屬于化學鍵。

［引述］正是由于分子間作用力很弱，所以分子晶體具以下性質特點： ［板書］較低的熔、沸點，較小的硬度。如：

［投影］

熔點

沸點

N2 －209.86℃

－195.8℃

CO －199℃

－191.5℃ ［討論］有同學說，在一般分子晶體中存在共價鍵，使其熔化或汽化時就需較多的能量，因此熔、沸點也應較高，此說法有無道理？

［分析］分子晶體是由分子構成的，除稀有氣體的晶體外，分子內部存在較強的共價鍵，而分子之間則通過較弱的分子間作用力聚集在一起。前者影響分子晶體的化學性質，而熔、沸點高低則取決于分子間作用力，即分子間作用力與物質的物理性質有密切關系。所以，該同學的說法沒有道理。

［思考］1.食鹽和蔗糖熔化所克服的粒子間的相互作用是否相同？ 2.碘和干冰的升華所克服的粒子間的相互作用是否相同？

［解析］食鹽熔化克服的是離子鍵、蔗糖熔化克服的是分子間作用力，兩者不同。碘和干冰都是分子晶體，升華時克服的都是分子間作用力。此類題目需要考慮晶體類型和粒子間的作用力。

［投影］鹵素單質的熔沸點

??I2，熔、沸點發生規律性變化的原因。請分析表中數據，推測使鹵素單質從F2???I2逐漸升高。另外，聯系［引導］從表中數據不難看出鹵素單質的熔、沸點從F2?鹵素單質常溫下的狀態（F2、Cl2呈氣態，Br2為液體，I2為固體，也可得出與實驗數據相同

??I2逐漸升高的原因是何呢？這得從晶體類的結論。那么，導致鹵素單質熔、沸點從F2?型分析起。

［投影］

問題1：鹵素單質屬何晶體類型？ ［答曰］分子晶體

問題2：鹵素單質分子的組成和結構有何特點？ ［答曰］鹵素單質分子均是由鹵原子通過共價單鍵結合成的雙原子非極性分子。其結構式可用通式“X—X”表示。因此鹵素單質分子具有組成和結構相似的特點。．．．．．．．問題3：影響鹵素單質熔、沸點高低的作用力是何？

［答曰］分子間作用力。

問題4：鹵素單質熔沸點從F2???I2逐漸升高，可知從F2???I2分子間作用力逐漸增強，那么在此影響分子間作用力的主要因素又是何呢？

［答曰］分子體積大小或分子質量大小或相對分子質量大小。

［說明］以上三種答案都對，但便于我們分析判斷的當屬相對分子質量。［板書］②分子間作用力與物質的熔、沸點： 一般來說，對于組成和結構相似的物質，隨相對分子質量的增大，分子間作用力增強，．．．．．．．．．．其熔、沸點升高。

［思考］按CF4、CCl4、CBr4、CI4順序，四鹵化碳的熔、沸點如何遞變？

［分析］四鹵化碳屬組成和結構相似的物質，因此按CF4、CCl4、CBr4、CI4順序，隨相對分子質量的增大，分子間作用力增強，熔、沸點升高。

［投影］

鹵素單質的熔、沸點與相對分子質量的關系

四鹵化碳的熔、沸點與相對分子質量的關

系

［過渡］從以上分析可知，對于由分子構成的物質，分子間作用力大小是直接影響其熔、沸點高低的因素，而分子間作用力的大小除取決于相對分子質量外，還與分子的極性、氫鍵等因素有關。

［投影］

一些氫化物的沸點

［設疑］從上圖可看出，ⅤA、ⅥA、ⅦA元素氫化物的沸點與ⅣA相比出現了反常，為什么HF、H2O和NH3的沸點會反常呢？

［轉引］HF、H2O和NH3的沸點反常，是因為它們的分子間存在著一種比分子間作用力稍強的相互作用，它叫氫鍵。

［板書］③氫鍵

［閱讀］弄清以下幾個問題： 1.氫鍵如何形成？ 2.氫鍵形成的條件？ 3.氫鍵的表示方法？

4.氫鍵對物質熔、沸點的影響？

［講述］氫鍵如何形成呢？現以HF為例說明。在HF分子中，由于F原子半徑小，吸引電子能力強，導致H—F鍵極性很強，其間共用電子對強烈偏向F原子，使H原子幾乎成為“裸露”的質子。這個半徑很小，帶部分正電荷的H核，可使另一分子中帶部分負電荷的F原子幾乎無阻礙地充分接近它，產生靜電吸引作用而形成氫鍵。氫鍵比化學鍵弱得多，但比分子間作用力稍強。為區別與化學鍵，氫鍵常用“?”來表示，如F—H?F，同學們觀察課本P4圖1—7，圖1—8，可發現形成氫鍵的三原子處于一條直線上，這就是說形成氫鍵具有方向的選擇性。而且H原子周圍只連兩個其他原子（一個為共價鍵，另一為氫鍵）。一個氫原子不可能同時形成兩個氫鍵，即說，氫鍵具有飽和性。

那么分子形成氫鍵必須具備怎樣的條件呢？ ［投影小結］ 1.氫鍵形成的條件

①分子中必須有H原子與它原子形成的強極性鍵。如H—F。

②分子中必須有吸引電子能力很強、原子半徑很小的非金屬原子。如F、O、N等。2.氫鍵的表示方法：用“X—H?Y”表示，三原子要在一條直線上，其中X、Y可同可不同，如：F—H?F、O—H?O、N—H?O等。

3.氫鍵的特點：

①比化學鍵弱得多，比分子間作用力稍強。②具有方向性和飽和性。

4.氫鍵的本質：一般認為是一種靜電吸引作用。

［講述］由于分子間氫鍵的形成，使分子間產生了較強的結合力，因而使化合物的熔、沸點顯著升高。這是由于要使固體熔化或液體汽化，必須給予額外的能量去破壞分子間的氫鍵。

從投影圖“一些氫化物的沸點”可看出，在分子間沒有氫鍵形成的情況下（如IVA元素的氫化物），化合物的沸點隨相對分子質量的增加而升高，這是由于隨分子量的增大，分子間作用力依次增強。但在分子間有較強的氫鍵時（如HF、H2O、NH3），化合物的沸點與同族同類化合物相比則顯著升高。

［投影小結］5.分子間氫鍵的形成使物質的熔、沸點升高。

［轉引］從投影圖可看出H2O的沸點按沸點曲線下降趨勢應該在－70℃以下，而分子間氫鍵的形成使它的沸點實際為100℃，試設想如果水分子之間沒有氫鍵存在，地球上將會是什么面貌？

［討論］P5同學們可暢所欲言。

［概述］從投影圖氧族元素氫化物的沸點變化規律來看，如果水分子間沒有氫鍵，水的沸點將在－70℃以下。

地球上生存著的各種動植物是依存于當地的自然環境和氣候條件的，而水的變化能直接影響自然環境和氣候。如果水的沸點降為－80℃左右，占據地球表面70%以上的浩瀚的海洋，川流不息的江河和湖泊及其他地表上的水，幾乎全要變成水蒸氣。就是終年冰雪覆蓋的極地，也只有極少量液態的水存在（極地個別地方溫度可能在－70℃以下）。于是地表會干涸龜裂，動植物要滅絕，地球將會失去生機，成為不毛之地??

［轉述］水分子間氫鍵的存在，使水表現出很多不同尋常的物理性質。如水的沸點比同族其他化合物顯著高，水的比熱特別大，水結冰時體積膨脹，密度減小等。單說水結冰，水結冰時，水分子大范圍地以氫鍵結合，形成相當疏松有很多空隙的結構（水分子締合），從而使冰的密度小于水，冰能浮于水面上。正是由于氫鍵造成的這一重要自然現象，才使得寒冷冬季江湖中一切生物免遭凍死的災難。

［過渡］以上我們從分子間作用力和氫鍵角度主要討論了物質的熔、沸點。那么，分子晶體的導電性，溶解性如何？

［設疑］分子晶體在固態和熔融態時能否導電？

［回答］固態和熔融態時只有中性分子，故不導電。

［說明］有些分子晶體溶于水時可發生電離而導電，如冰醋酸、硫酸等。［轉引］至于分子晶體的溶解性，由于分子不同，情況各異。

［演示］實驗1—1，蔗糖、磷酸、碘和萘晶體分別在水、四氯化碳中的溶解現象。［結論］蔗糖和磷酸易溶于水，不易溶于四氯化碳，而碘和萘卻易溶于甲氯化碳，不易溶于水。

［學生活動］從分子極性角度進行分析。［投影小結］ “相似相溶”規則：非極性溶質一般能溶于非極性溶劑；極性溶質一般能溶于極性溶劑。［思考］常用的硫粉是一種硫的小晶體，熔點112.8℃，易溶于CS2、CCl4等溶劑，試推測它可能屬于哪一類晶體？

［分析］硫的晶體熔點較低，且易溶于CS2、CCl4非極性分子形成的溶劑，可推斷它是由非極性分子形成的分子晶體。

［思考］單質氯的熔點和沸點都很低，而氯化鈉的熔、沸點都很高，為什么？

［分析］單質氯形成分子晶體，分子間存在較弱的分子間作用力，故熔、沸點都較低，而NaCl晶體屬離子晶體，離子間有較強離子鍵，故熔沸點都較高。

［總結］本節主要學習了分子晶體的結構與其性質的關系，希望同學們課后將分子晶體

和離子晶體進行對比。

［布置作業］課本P8

一、1.2

二、1.3.4.5 ●板書設計

二、分子晶體

1.概念：分子間以分子間作用力相結合的晶體。2.干冰晶體的結構： 3.性質特點：

較低的熔、沸點，較小的硬度，不導電。①分子間作用力與化學鍵

②分子間作用力與物質的熔、沸點。

一般來說，對于組成和結構相似的物質，隨相對分子質量的增大，分子間作用力增強，熔、沸點升高。

③氫鍵

●綜合能力訓練題

1.下列變化過程中，共價鍵被破壞的是 A.碘晶體升華

B.溴蒸氣被木炭吸附 C.酒精溶于水

D.HCl氣體溶于水

［解析］A中碘升華是I2由固態變為氣態，只破壞了分子間的作用力。B是一個物理過程，物質本身沒發生變化，C中酒精分子擴散到水分子中，分子間作用力發生了變化。D中

＋－HCl氣體溶于水，HCl分子變成了水合氫離子（H3O）和Cl，共價鍵被破壞。

［答案］D 2.參考下表熔點，回答下列問題：

（1）鈉的鹵化物熔點比相應硅的鹵化物熔點高得多，這與

有關，因為

，故前者熔點遠遠高于后者。

（2）硅的鹵化物及硅、鍺、錫、鉛的氯化物熔點與

有關，隨

增大，增大，故熔點依次升高。

（3）鈉的鹵化物及堿金屬的氯化物熔點與

有關，隨著

增大，減小，故熔點降低。

［解析］晶體熔點高低首先是與晶體類型有關。一般，原子晶體熔點高于離子晶體熔點；離子晶體熔點高于分子晶體熔點。其次，同類型的晶體熔點與決定作用力的粒子的結構有關。同類型原子晶體熔點與組成晶體的原子半徑有關。同類型離子晶體熔點與組成晶體的離子半徑和離子電荷數等因素有關。同類型分子晶體的熔點與相對分子質量大小等有關。

（1）小題中鈉的鹵化物是離子晶體，硅的鹵化物形成分子晶體，所以前者熔點比后者高很多，這與晶體類型有關，因離子鍵鍵能比分子間作用力大得多。

（2）小題中硅的鹵化物及硅、鍺、錫、鉛的氯化物形成分子晶體，且組成和結構相似，因此，隨相對分子質量的增大，分子間作用力增強，熔點升高。

（3）小題中鈉的氯化物及堿金屬的氯化物屬離子晶體，熔點高低與離子半徑有關，隨離子半徑的增大，離子鍵減弱，熔點降低。

［答案］（1）晶體類型，離子鍵鍵能比分子間作用力大得多。（2）相對分子質量，相對分子質量，分子間作用力。（3）離子半徑，離子半徑，離子鍵能。

［點撥］此類題目應明確晶體結構與物質性質的關系，把握粒子半徑規律及以上12條規律即可解決問題。

3.第28屆國際地質大會提供的資料顯示，海底有大量的天然氣水合物，可滿足人類1000年的能源需求。天然氣水合物是一種晶體，晶體中平均每46個水分子構建成8個籠，每個籠可容納1個CH4或1個游離水分子。據以上信息完成下列兩題。

（1）下列關于天然氣水合物中兩種分子極性的描述正確的是 A.兩種都是極性分子 B.兩種都是非極性分子 C.CH4是極性分子

D.水是極性分子，CH4是非極性分子 ［答案］D（2）若晶體中每8個籠只有6個容納了CH4分子，另外2個籠被游離水分子填充，則天然氣水合物的平均組成可表示為

A.CH4·14H2O

B.CH4·8H2O C.CH4·72H2O 3

D.CH4·6H2O ［解析］n（CH4）∶n（H2O）=6∶（46+2）=1∶8 ［答案］B

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●備課資料

一、晶體的基本性質

晶體的基本性質是由晶體的周期性結構決定的。

1.自范性：指晶體在適當條件下可以自發地形成幾何多面體的性質。2.均一性：指晶體的化學組成、密度等性質在晶體中各部分都是相同的。

3.各向異性：同一格子構造中，在不同方向上質點排列一般是不一樣的，因此，晶體的性質也隨方向的不同而有所差異。

4.對稱性：晶體的外形和內部結構都具有特有的對稱性。在外形上，常有相等的晶面、晶棱和角頂重復出現。

這種相同的性質在不同的方向或位置上作有規律地重復，就是對稱性。晶體的格子構造本身就是質點重復規律的體現。

5.最小內能：在相同的熱力學條件下晶體與同種物質的非晶質體、液體、氣體相比較，其內能最小。

6.穩定性：晶體由于有最小內能，因而結晶狀態是一個相對穩定的狀態。7.有確定的熔點：給晶體加熱，當溫度升高到某一溫度便立即熔化。8.能使X射線產生衍射：當入射光的波長與光柵隙縫大小相當時，能產生光的衍射現象。X射線的波長與晶體結構的周期大小相近，所以晶體是個理想的光柵，它能使X射線產生衍射。利用這種性質人們建立了測定晶體結構的重要實驗方法。非晶態物質沒有周期性結構，不能使X射線產生衍射，只有散射效應。

二、夢幻般的晶體世界 1.什么是晶體

什么是晶體？晶體就是晶瑩閃亮的物體嗎？如果說下列物質中，只有一種是晶體，那么在“玻璃、珍珠和冰雪”中，你選擇哪一個？如果答案是“冰雪”，你會奇怪嗎？說到晶體，還得從結晶談起。大家知道，所有物質都是由原子或分子構成的。眾所周知，物質有三種聚集狀態：氣體、液體和固體。但是，你知道根據其內部結構特點，固體又可分為幾類嗎？研究表明，固體可分為晶體、非晶體和準晶體三大類。晶體通常呈現規則的幾何形狀，就像有人特意加工出來一樣。其內部原子的排列十分規整嚴格，比士兵的方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意一個原子沿某一方向平移一定距離，必能找到一個同樣的原子。而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等非晶體，內部原子的排列是雜亂無章的。準晶體是最近發現的一類新物質，其內部排列既不同于晶體，也不同于非晶體。究竟什么樣的物質才能算作晶體呢？首先，除液晶外，晶體一般是固體形態。其次，組成物質的原子、分子或離子具有規律、周期性的排列，這樣的物質就是晶體。但僅從外觀上，用肉眼很難區分晶體、非晶體與準晶體。那么，如何才能快速鑒定出它們呢？一種最常用的技術是X光技術。用X光對固體進行結構分析，你很快就會發現，晶體和非晶體、準晶體是截然不同的三類固體。為了描述晶體的結構，我們把構成晶體的粒子當成一個點，再用假想的線段將這些代表粒子的各點連接起來，就繪成了像圖中所示的格架式空間結構：

圖1—7

這種用來描述粒子在晶體中排列的幾何空間格架，稱為晶格。由于晶體中粒子的排列是有規律的，可以從晶格中拿出一個完全能夠表達晶格結構的最小單元，這個最小單元稱作晶胞。許多取向相同的晶胞組成晶粒，由取向不同的晶粒組成的物體，叫做多晶體，而單晶體內所有的晶胞取向完全一致，常見的單晶如單晶硅、單晶石英。大家最常見的一般是多晶體。

由于物質內部粒子排列的明顯差異，導致了晶體與非晶體物理化學性質的巨大差異。例如，晶體有固定的熔點，當溫度高到某一溫度便立即熔化，而玻璃及其他非晶體則無固定的熔點，從軟化到熔化是一個較大的溫度范圍。我們吃的鹽是氯化鈉的結晶，味精是谷氨酸鈉的結晶，冬天窗戶玻璃上的冰花和天上飄下的雪花，是水的結晶。我們可以這樣說：“熠熠閃光的不一定是晶體，樸實無華、不能閃光的未必就不是晶體”。不是嗎？每家廚房中常見的砂糖、堿是晶體，每個人身上的牙齒、骨骼是晶體，工業中的礦物巖石是晶體，日常見到的各種金屬及合金制品也屬晶體，就連地上的泥土砂石都是晶體。我們身邊的固體物質中，除了常被我們誤以為是晶體的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外，幾乎都是晶體。晶體離我們并不遙遠，它就在我們的日常生活中。

2.晶體的誕生 站在光彩奪目、色彩艷麗的寶石晶體面前很少有人能夠漠視這種純潔、自然和美的魅力，人們常常禁不住俯下身來，從內心中發出驚嘆：“世上居然有這么神奇的東西，它怎么長出來的呢？”

這個問題現在的人們已經能夠精確地作出回答。有時，自然界中晶體的形成就同鹽的結晶過程一樣，從溶液中誕生。如，巖石的裂縫處充滿了溶解的液態物質，結晶體逐漸沉積在巖石表面。當巖石表面飽和的溶液蒸發之后，晶體也就隨之形成了。有時，許多晶體是在令人難以置信的壓力和溫度下形成的。如，在巖漿中熔化、流動，爾后隨火山噴發的礦石冷卻后，晶體就誕生了。大自然用地球內部的超高溫火爐來冶煉晶體，這不由得讓人想起神話中孫悟空在太上老君丹爐的三味真火中煉成火眼金睛。但是，自然界蘊藏的晶體不論在質量、數量和品種方面都滿足不了人們的需要，因此，科學家就師法自然，模擬自然界的成礦條件來培育晶體，這就是人工晶體。

你知道最開始研制人工晶體是在什么時候嗎？楊德忠院士告訴我們說：“這個早啦。比如說在中國古代，就有煉丹的這些術士，他們實際上就是在弄人工晶體。還有最簡單的，從海水里提煉食鹽，把海水拿到池子里去，讓它曬干，它里面就可以形成很小的氯化鈉晶體，那就是人工晶體。”煉丹術士為尋找長生不老之藥，把一些化學物質配方后，拿到高溫火爐中去燒，沒想到它的丹丸雖無回天之力，卻開創了化學科學的源頭。同時，創造出了原始的人工晶體。煉丹術士煉出的這些晶體大多是硫化物，因為硫化物在高溫下很容易結晶。人造紅寶石可以說是人工晶體大家族中的開山鼻祖。它最早是由法國科學家維爾納葉于1890年采用焰熔法制成的。人工晶體距今已有一百多年的歷史，這期間人們發明和設計出了包括提拉法、下降法、水溶液法以及冷坩堝法在內的四十多種生長方法。晶體的生成有的可以在幾天內完成，比如盤子中鹽水的結晶，而有的晶體需要幾百萬年的時間才能生成，比如在巖漿內形成的礦物晶體。有時同樣的元素可形成多種晶體，比如最軟的石墨和最硬的鉆石就具有相同的化學成分——純碳。

尋找十全十美的晶體一直是科學家難以實現的理想。因為無論是在大自然中誕生還是在實驗室里合成，晶體都會由于不可逃脫的地球引力難以完美成形。于是科學家們希望換一種環境去生長晶體，建立永久空間站實現了這一切。在高空微重力環境中，即使比重不同的物質也可以均勻混合、和平共處，因此長出的晶體晶格缺陷少，組分均勻，結構完整，性能優良。目前，各國科學家的造物本領已巧奪天工，不僅能用人工方法合成出自然界已有的晶體，如水晶、金剛石、人工合成胰島素等，也能用人工方法合成出自然界沒有的晶體，無機晶體如最常見的半導體單晶硅，有機晶體如青霉素等。

五光十色、豐富多彩的人工晶體已悄悄地進入了我們的生活，并在各個高新技術領域大顯神通。

3.神奇的人工晶體

當我們使用電腦上網時，當我們烹飪美味佳肴時，當我們用手機通話時，當新郎給新娘戴上鉆戒時，你可曾想到，發生在身邊的這些大事小事都與人工晶體有關。它們已成為當代日常生活和高科技領域不可缺少的材料。比如，純凈的人工石英晶體即人工水晶，就具有優良的壓電性能，它既能把機械能轉變成電能；也能把電能轉化成機械能，甚至發出唱歌似的聲音。遙控器、電子表、手機、聲納等都是利用壓電晶體或其他壓電材料來實現能量轉換的。壓電晶體主要用來制作濾波器、諧振器、光偏轉器等，被廣泛應用在鐘表及無線電工業上。

我們知道，X光的穿透本領很強，無論人體組織還是幾厘米厚的鋼板，它都能暢通無阻，因此可用來進行醫療診斷、工業探傷和物質分析。但X光人眼是看不見的，而通過一種晶體就能看得見。在X光或其他高能射線的照射下，這種晶體能夠激發出熒光，射線越強，熒光越強。這種晶體就是閃爍晶體。光電探測器記錄下這些光子數，就可以計算出入射粒子的能量，科學家利用這一原理進行高能物理實驗和宇宙射線的探測。人們用閃爍晶體做成的探測器或熒光屏比喻為看得見X光和高能射線的眼睛。我們對激光并不陌生，利用激光晶體設計的激光器，激勵后能夠產生各種激光，如果再加上變頻晶體，就能使激光的頻率增加一倍或數倍，甚至可以把不可見的紅外激光變為可見光，把綠色激光化為藍色光。現在，常用作激光工作物質的晶體有紅寶石晶體、石榴石晶體、摻鈦藍寶石晶體等。激光具有極強的方向性和單色性，能量高度集中，并能產生極高的亮度和極遠的射程。紅寶石激光器發出的激光，亮度比太陽光要高出幾億倍，照到月亮上也僅是一個變化不大，清晰可辨的明亮光斑。工業生產用激光可以在堅硬的寶石上打出頭發針尖粗細的小孔；激光還可用于通信，幾根細如發絲的光纖代替了笨重昂貴的電纜，但卻可以傳遞更多的信息。

如果給各種信息技術材料記功授獎，首功當屬半導體晶體。自動化技術的日新月異，電子計算機的更新換代，廣播電視的普及與提高，通信事業的迅猛發展等都離不開半導體晶體。最常見的半導體晶體是硅和鍺，其電阻率介于金屬和絕緣體之間。自從1958年第一塊集成電路誕生以來，集成電路技術迅猛發展，現在科學家已經能夠在米粒大小的硅片上集成數十萬乃至數百萬個晶體管等電子元件，這就是我們的計算機從“386”迅速發展更新到“奔Ⅳ”的原因。

追溯人類最近百年的歷史，我們會發現，人工晶體為現代科技的發展立下了赫赫戰功。在兩次世界大戰的時候，石英晶體作為無線電通訊中的一個關鍵元件，開創了無線電通信時代。在上世紀五十年代，發現了硅單晶，直接導致了電視、手表、計算機、電話、無線電通訊的誕生，硅單晶的發現，表明了電子時代的來臨。上世紀六十年代，紅寶石晶體問世，產生了人工激光，為人類迎來了光電子時代。從某種意義上說，人工晶體不僅是劃分時代的標志，它還是人類進步與繁榮的階梯，隨著更為神奇的晶體的誕生，人類文明必將走向一個更加美好的高科技時代。

三、晶體缺陷

所謂理想晶體是指晶體中的原子、分子或離子等完全按照嚴格的周期性重復排列得到的晶體，晶體中所有的晶胞是等同的。而在實際晶體中或多或少總會存在空位、錯位、雜質粒子等缺陷，這些因素促使實際晶體偏離理想的周期性重復排列，人們稱之為晶體缺陷。即使少量缺陷對晶體的性質卻有很大的影響。如半導體材料單晶硅和單晶鍺，雜質含量要求小于－109。因此人們千方百計設法克服晶體缺陷來滿足要求。這樣看來，晶體缺陷是件壞事，是需要克服消除的。其實不然，有的晶體材料需要克服晶體缺陷，更多的晶體材料需要人們有計劃、有目的地制造晶體缺陷。因為晶體缺陷能影響晶體的性質，在晶體中有計劃地制造種種缺陷，就可使晶體的性質產生各種各樣的變化，以此造就各種性能的晶體材料來滿足五彩

繽紛的物質世界的需要。比如，ZnS晶體的晶體缺陷可以作為藍色熒光粉。藍色熒光粉的主要原料是硫化鋅（ZnS）晶體，它是白色的。如果往ZnS晶體中摻入大約0.0001%的氯化銀＋－＋－（AgCl）時，Ag和Cl分別占據ZnS晶體中對應Zn2和S2的位置，造成晶體缺陷，破壞

＋－了ZnS晶體周期性結構，使得雜質原子周圍的電子能級與Zn2和S2周圍的不同。這種摻雜的ZnS晶體，在陰極射線激發下，放出波長為450 nm的熒光，可做彩色電視熒光屏中的藍色熒光粉。

四、球烯——碳家族的新成員

提到晶態的碳單質，人們自然會想到光澤奪目、堅硬無比的金剛石和深灰色、質軟滑膩的石墨，因人類對它們的認識和應用已源遠流長。但在1985年，科學家們用激光照射石墨時，通過質譜法首次檢測出C60、C70等純碳分子，此后，又用它法制出了它們的晶體。除此，還發現了一些結構與C60類似的分子，如C28、C32、C50、C70、C84、C90、C94?、C240、?、C540等，它們組成了一個尚不完整的系列（如下圖）。至此，在金剛石和石墨之后，人們發現了碳的第三類晶態同素異形體——球烯。

其中比較重要的是C60，經研究發現C60分子具有封閉球形籠式結構，即C60是由12個五邊形和20個六邊形所圍成的球形凸多面體，具有高度美學對稱性的足球狀分子，人們稱之為“碳足球”。如此結構中共有60個頂點和90條棱邊，它們分別代表60個碳原子的位置和90條碳碳鍵，結構中每個C原子與相鄰的3個C原子成鍵，因每個C原子共可形成4條鍵，故其中兩條為單鍵，一條為雙鍵、整個分子共60條C—C和30條C==C。C60的球形結構使其內部形成了一個球形空腔。

結構決定性質，C60和C70分子都是非極性分子，通過分子間作用力形成分子晶體。因此，熔、沸點較低、密度較小，易溶于苯、甲苯等有機溶劑。由于球烯類分子中存在著交替的單雙鍵，因而表現出很強的芳香性和熱穩定性，如可與F2、H2等非金屬發生分步加成反應，生成C60F6、C60F36、C60H36、C60H60等多種加成產物。化學家們嘗試往C60的空心球中加入各式各樣的金屬原子，已成功地研制出了金屬摻雜C60的超導體（如K3C60、Rb3C60）。還進一步試驗，向球心里放入多種離子，使它們成為一個個帶電的球體；化學家還試圖通過各式各樣的方法為球面上的碳原子“接種”上各種取代基使之成為球烯的各種衍生物。

可以說，球烯的發現，對于碳化學甚至整個化學領域、新型無機非金屬材料的研究都具有非常重要的意義。更因為球烯同時具有“內藏”和“外接”的兩種可能性，因此今后的化學研究必定會更加豐富多彩。

“Cn”的結構：

1.Cn中有五邊形和六邊形，每個五邊形占有的碳原子數應為5/3個（5×邊形占有的碳原子數為2個（6×

1313），而每個六）。

2.關于棱數，由于每個孤立的碳原子周圍有三個鍵（一個雙鍵，兩個單鍵），而每個鍵

卻又是兩個碳原子所共有，因此棱數為n×3×3.單、雙鍵數的求法： 單鍵數+雙鍵數=總棱邊數 單鍵數=2×雙鍵數

4.五邊形及六邊形數目的求法：

設五邊形為a個，六邊形為b個，則有：

?5??a?2?b?n(頂點數)3?3??n?(a?b)?n??22??歐拉定理:頂點數?面數?棱邊數??12。

?2a、b由兩式聯立方程組求解可得。

五、可燃“冰”——未來高效新能源

可燃“冰”是一種沉于海底的獨特新能源。是天然氣（甲烷類）被包進水分子中，在海底低溫與高壓下形成的透明晶體。

由于海水水溫低，壓力大，海洋生物和微生物死亡，尸體沉入海底，在無氧環境下，經過厭氧菌分解，生成甲烷等可燃性氣體，然后鉆入海底疏松的沉積巖，與水結合成可燃冰。年復一年，在海底就形成了綿延數萬里的可燃“冰”的礦藏。可燃“冰”的儲量大，含能量高，科學家斷言，天然氣水合物作為未來的一種潛在能源將獨具魅力，伴隨于我們的生活。

天然氣類水合物是一種晶體，晶體中平均每46個水分子構建成8個籠，每個籠可容納1個客體分子（如CH4），因此可燃“冰”的極限化學式是8X·46H2O，式中X為客體分子，可以是CH4、C2H6等等（如8CH4·46H2O）。X與H2O之間并非化學鍵而是被宿主以分子間作用力包藏在籠中，因而把它們叫做包合物（或曰籠形化合物）。

現已探明，我國南海海底有巨大的可燃“冰”帶。其總量已超過已知蘊藏在我國內陸地下天然氣總量的一半，是外觀像冰的甲烷水合物。

想一想：

若把它從海底取出，拿到地面上，它將有什么變化？為什么？它屬何類晶體？你做出判斷的根據是什么？

從海底取出的甲烷混合物將熔化并放出甲烷氣體。因為該晶體屬分子晶體，甲烷分子與水分子都是由有限數目的原子通過共價鍵結合成的小分子。而分子之間是較弱的分子間作用力。所以可燃冰的熔、沸點較低。易發生熔化，汽化現象。

已知1 m3可燃冰釋放出164 m3的甲烷氣，試估算晶體中水與甲烷的分子數之比： 假設甲烷氣體體積已折算成標準狀況下的數據，則n（CH4）=164 m3÷22.4 m3/kmol=7.32 kmol。設甲烷水合物的密度與冰的密度相同，即1 g/cm3，則n（H2O）∶n（CH4）=1?1000?7.32?1618∶7.32=6.7∶1，由于可燃冰沉入海底，密度會大增，另外甲烷的密度肯定比水小，合理答案應是n（H2O）∶n（CH4）＞6.7∶1（理論組成為8CH4·46H2O）。所以參考答案為n（H2O）∶n（CH4）=7～9∶1。

甲烷類水合物的可燃冰，其儲量之大，含能之高，必將決定其成為未來人類的高效新能源。

六、第三周期元素氯化物及氧化物鍵型與晶型變化情況

*PCl5固態為離子晶體：［PCl4］［PCl6］

七、課題研究 C60的制作 制作要求：

給你一張白紙，請把C60的圖形折疊出來。參考答案：

（1）剪下巴基球模型的附圖（見下圖）。

（2）沿著黑線的邊緣剪成三條長形的連續六角形長條（注意：虛線的地方不可剪斷）。（3）將三個長條的所有虛線部分都折一下。

＋

－

（4）將兩個標記“AA”的邊線并齊后，用膠帶粘住。

（5）將兩個標記“BB”的邊線并齊后，用膠帶粘住。此時三個長條變成一個扭曲的Y字。

（6）將兩個標記數字“1”的邊線并齊后，用膠帶粘住，然后依序將2、3??至11，依上述步驟一一完成。

（完成的模型如右圖）

第三篇：【鼎尖教案】高中化學(大綱版)第三冊 第一單元 晶體的類型與性質 第二節金屬晶體(第一課時)

第二節

金屬晶體

●教學目標

1.使學生了解金屬晶體的模型及性質的一般特點。2.使學生理解金屬晶體的結構與性質的關系。

3.通過對金屬晶體概念的形成及結構決定性質的分析討論，培養學生科學的學習方法和歸納與探索的能力。

4.培養學生的抽象思維和邏輯思維能力。●教學重點

1.金屬晶體的模型。

2.晶體類型與性質的關系。3.學生邏輯思維能力的培養。●教學難點

金屬晶體結構模型。●教學方法

觀察、分析、討論、啟發、推理、歸納、對比等。●教具準備

投影儀、多媒體電教設備、鋁箔、鐵絲、銅絲導線、小電爐（或金屬電熨斗）。●課時安排 一課時 ●教學過程

［引言］在前面的學習中，我們認識了原子晶體、離子晶體和分子晶體，知道它們因結構的不同而性質各異。本節課我們來認識另一種類型的晶體——金屬晶體。

［板書］

第二節

金屬晶體

［演示多媒體三維動畫］金屬晶體中常見的三種結構類型。如下圖

［說明］可把以上三種堆積方式中的硬球一個一個地堆積給學生觀察，成形后再旋轉讓學生從不同角度進行觀察，以利于提高學生的空間想象力。

［教師邊操作邊介紹］現在我們看到的就是通過X射線研究發現的金屬晶體中的三種常見結構。請大家仔細觀察金屬晶體的空間結構并注意金屬粒子的空間利用率。

［打出字幕兼有畫外音或教師講解］在現在已知的一百多種元素中，金屬元素約占4/5。在所有金屬中，除汞在常溫下為液體外，其余的都是晶體。通過X射線研究發現，在金屬中，金屬原子好像許多硬球一層一層緊密地堆積著，每一個金屬原子周圍有許多相同的金屬原子圍繞著。

［設問］課本圖1—15的金屬晶體屬于我們剛才看到的哪種堆積方式？

［學生觀察后回答］面心立方緊密堆積！［設疑］那么，金屬晶體中的原子與原子之間又是靠什么樣的作用力堆積在一起的呢？我們所看到的決定金屬晶體結構的圓球是否為中性金屬原子呢？

［誘導啟發］請大家根據金屬元素的原子結構特點進行分析、討論。［學生分組討論后得出結論］金屬元素的原子具有最外層電子數較少的特點，易失去最外層電子形成帶正電荷的金屬陽離子。

［設疑］電子的質量和體積與金屬離子相比怎樣？由金屬原子釋出的電子是否為某個金屬原子所獨有？它的活動空間怎么樣？

［教師引導學生分析討論］電子的質量和體積與金屬離子相比很小很小，故金屬離子的大小與結構對金屬晶體的結構起著主導作用，我們所看到的金屬晶體示意圖中的圓球實際上主要是金屬陽離子，由于它們之間存在空隙（由金屬晶體的空間利用率也可說明此點），故由金屬原子釋出的電子便在一個偌大的空間內（相對于其自身的體積）自由運動，因此，由金屬原子所釋出的電子并不專屬于某一個或幾個特定的金屬離子。

［演示多媒體三維動畫］內容為：帶負電的電子圍繞在金屬陽離子之間自由運動，且在整個晶體中，自由電子呈均勻分布狀。

［講解］像這種不受某一個或某幾個特定金屬離子限制的電子，我們稱其為自由電子。金屬晶體就是通過金屬離子與自由電子之間的較強作用所形成的單質晶體，且自由電子幾乎均勻地分布在整個晶體中，被許多金屬離子所共有。

［板書］

一、金屬晶體

通過金屬離子與自由電子之間的較強作用形成的單質晶體。［想一想］

1.金屬晶體中是否可能有金屬原子存在？（答案：可能）

2.在金屬晶體中，金屬離子與自由電子之間的作用力僅僅是靜電吸引嗎？

（答案：不是。這是因為：在金屬晶體中，除了金屬陽離子與自由電子之間因電荷異性而存在引力外，還有電子與電子、原子核與原子核之間的斥力。當金屬原子的核間距達到某個固定數值時，引力和斥力達到暫時平衡，形成穩定的晶體。此時，金屬離子在其平衡位置附近振動。因此，在金屬晶體中，金屬原子與金屬原子之間并不能無限接近。而金屬陽離子與自由電子之間的作用為引力和斥力的相對統一）

［過渡］由剛才的學習我們知道，金屬晶體均是由金屬離子與自由電子之間的較強作用形成的。那么，金屬晶體內部存在的這種作用力是怎樣影響金屬晶體的物理性質的呢？

［板書］

二、金屬晶體的物理性質。［展示鋁箔、鐵絲、銅絲導線、小電爐］ ［討論］以上物品的形狀及使用分別表現出了金屬的哪些物理性質？它們是否屬于金屬的共性？

［學生分析、討論］鋁箔——展性；鐵絲——延性；銅絲導線——延性、導電性；小電爐——延性、導電、導熱性。

［學生歸納總結、教師板書］

共性：有良好的延展性、容易導電、導熱。

［設疑過渡］我們能否用金屬晶體的結構特點來解釋金屬的物理共性呢？ ［板書］

三、金屬晶體的結構與金屬性質的關系。

［教師］首先，我們來認識一下金屬晶體結構與金屬導電性的聯系。［板書］1.金屬晶體結構與金屬導電性的關系。［設問］電流是怎樣形成的？

［學生］帶電粒子的定向移動形成電流。

［追問］金屬在外加電場作用下能導電，說明什么粒子定向移動？ ［回答］甲.自由電子。

乙.自由電子和金屬陽離子。［演示多媒體三維動畫］內容：金屬晶體中的自由電子在沒有外加電場存在時是自由移動的，在外加電場作用下，自由電子發生定向移動而形成電流。

［教師歸納總結］在金屬晶體中，金屬離子與金屬離子在緊密堆積時，其間存有一定的空隙，而在空隙之間是易流動的自由電子，因這些自由電子并不與一定的離子相連，因此在很小一點電勢差的影響下，它們就開始朝一定的方向流動而形成電流。這就是金屬具有良好導電性的原因。在晶體中的離子，并不是絕對不能動，而是在作輕微的振動，當金屬加熱時，離子的振動就加強，電子在其間的移動自然就困難了，所以金屬的導電性隨溫度的升高而降低。

［思考］離子晶體在融熔狀態下的導電，與金屬的導電是否相同？

（不同。前者是陰、陽離子的定向移動，而后者是自由電子的定向移動；前者不發生化學變化，后者發生化學反應）

［過渡］由以上分析可知，金屬能導電，主要是因為自由電子之故，那么，金屬的導熱性是否也與自由電子密切相關呢？

請大家閱讀課本有關內容。

［板書］2.金屬晶體結構與金屬導熱性的關系。［學生閱讀教材后歸納回答］ ［教師總結］金屬容易導熱，實際上是由于自由電子與金屬離子之間發生了能量交換之故。即自由電子運動時與金屬離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達到相同的溫度。

［過渡］既然金屬的導電性和導熱性與自由電子的存在有密切關系，那么，在金屬的延展性中，自由電子又充當了什么樣的角色呢？

［板書］3.金屬晶體結構與金屬延展性的關系。

［演示多媒體三維動畫］內容：離子晶體NaCl、原子晶體SiO2、金屬晶體Cu的結構模型及它們分別受外力作用時的情景。

＋－NaCl晶體受外力時，Na與Cl之間的離子鍵破壞，晶體碎裂。SiO2受外力，Si—O共價鍵被破壞，晶體碎裂。

Cu受外力，晶體中的各原子層發生相對滑動，而自由電子也隨著移動，使金屬離子與自由電子之間的較強作用得以保持，而未發生碎裂。

［設問］當金屬晶體受到外力沖擊時，自由電子起什么作用？

［回答］使金屬晶體中金屬離子與自由電子之間的較強作用得以維系。

［教師］很正確！金屬晶體正是由于自由電子的存在，才使得其在受到外力沖擊時，不易斷裂，但通常伴隨著形變。因此，金屬晶體一般具有較好的延展性。

需要說明的是：金屬內部結構的均勻性，決定了金屬導電、導熱和延展性的優劣。其結構越均勻，上述性能就越好。

關于金屬的密度、硬度、熔點等物理性質，主要與金屬原子本身、金屬晶體中金屬原子的排列方式等因素有關，故沒有一定的規律。

［討論］分組討論離子晶體、分子晶體、原子晶體和金屬晶體結構及物理性質的異同，并填寫下表。

［投影］不同類型晶體結構與性質的比較：

［學生分組討論，并填寫］

［教師最后投影一張正確的表格］ 如下：

不同類型晶體結構與性質的比較

［投影練習］

1.金屬的下列性質中，不能用金屬晶體結構加以解釋的是

A.易導電

B.易導熱

C.有延展性

D.易銹蝕 2.金屬晶體的形成是因為晶體中存在 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 3.關于晶體的下列說法正確的是

A.在晶體中只要有陰離子就一定有陽離子 B.在晶體中只要有陽離子就一定有陰離子 C.原子晶體的熔點一定比金屬晶體的高 D.分子晶體的熔點一定比金屬晶體的低 答案：1.D 2.C 3.A ［小結］本節課我們主要學習了金屬晶體的結構特點及其與金屬性質的關系。［議一議］為什么常溫下金屬的聚集狀態均為固態（汞為液態）？

［答案］由于金屬中的自由電子被多個金屬離子所共用，因電性相反之故，每個金屬離子周圍總是盡可能多地吸引自由電子，而每個自由電子又盡可能吸引更多的金屬陽離子，故在金屬晶體中，金屬原子與金屬原子之間的距離比較近，宏觀上總是以固體的形式表現（汞除外）。

［布置作業］課本P11習題二 ●板書設計

第二節

金屬晶體

一、金屬晶體

通過金屬離子與自由電子之間的較強作用而形成的單質晶體

二、金屬晶體的物理性質

共性：有良好的延展性、容易導電、導熱

三、金屬晶體的結構與金屬性質的關系 1.金屬晶體結構與金屬導電性的關系 2.金屬晶體結構與金屬導熱性的關系 3.金屬晶體結構與金屬延展性的關系 ●綜合能力訓練題

1.下列各組物質發生狀態變化時，所克服的作用力屬于同一類型的是 A.食鹽和銅的熔化 B.二氧化硅和硫的熔化 C.鋁和氧化鋁的熔化 D.碘和干冰的升華 答案：D 2.同類晶體物質熔、沸點的變化是有規律的，試分析下列兩組物質熔點規律性變化的原因：

A組物質

NaCl

KCl

CsCl 熔點（K）

1074 149

918 B組物質

Na

Mg

Al 熔點（K）

317

923

933 晶體熔點、沸點的高低，決定于組成晶體粒子間的作用力的大小。A組是____________晶體，晶體粒子之間通過____________相連。B組晶體屬____________晶體，價電子數由少

到多的順序是____________，粒子半徑由大到小的順序是____________。由庫侖定律F=____________可知，金屬鍵強度由小到大的順序為____________。

解析：本題以晶體熔點的規律變化的解釋為背景，綜合了化學、物理兩門的知識內容，考查了分析、理解等能力。

A組為離子晶體，離子之間通過離子鍵相連，強度可借助庫侖定律比較：F=k

＋

＋

＋，由于NaCl、KCl、CsCl中的陰、陽離子所帶電荷數相等，而r（Na）＜r（K）＜r（Cs），所以有F（NaCl）＞F（KCl）＞F（CsCl），故熔點是逐漸降低的。

＋＋B組為金屬晶體，是由金屬鍵相互結合而成的，因為q（Na）＜q（Mg2）＜q（Al3+），＋＋而r（Na）＞r（Mg2）＞r（Al3+），所以，F（Na）＜F（Mg）＜F（Al），故其熔點是逐漸升高的。

答案：離子

離子鍵

金屬

Na＜Mg＜Al Na＞Mg2＞Al3+

F=k

＋

＋

Na＜Mg＜Al

第四篇：【鼎尖教案】高中化學(大綱版)第三冊 第一單元 晶體的類型與性質 第二節金屬晶體(備課資料)

●備課資料

一、金屬的物理性質 1.金屬光澤

由于金屬原子以最緊密堆積狀態排列，內部存在自由電子，所以當光線投射到它的表面上時，自由電子吸收所有頻率的光，然后很快放出各種頻率的光，這就使絕大多數金屬呈現鋼灰色以至銀白色光澤。此外，金顯黃色、銅顯赤紅色、鉍為淡紅色、銫為淡黃色以及鉛是灰藍色，這是因為它們較易吸收某一頻率的光之故。金屬光澤只有在整塊時才能表現出來，在粉末狀時，一般金屬都呈暗灰色或黑色。這是因為在粉末狀時，晶格排列得不規則，把可見光吸收后輻射不出去，所以為黑色。

2.金屬的導電、導熱性

大多數金屬具有良好的導電性和導熱性。善于導電的金屬也善于導熱，按照導電和導熱能力由大到小的順序，將常見的幾種金屬排列如下：

Ag、Cu、Au、Al、Zn、Pt、Sn、Fe、Pb、Hg 3.金屬的延展性

金屬的延展性導致金屬具有良好的變形性，但也有少數金屬，如銻、鉍、錳等，性質較脆，沒有延展性。

4.金屬的密度

鋰、鈉、鉀比水輕，大多數其他金屬密度較大。5.金屬的硬度

金屬的硬度一般較大，但它們之間有很大差別。有的堅硬如鉻、鎢等；有的卻可用小刀切割，如鈉、鉀等。

6.金屬的熔點

金屬的熔點一般較高，但高低差別較大。最難熔的是鎢，最易熔的是汞和銫、鎵。汞在常溫下是液體，銫和鎵在手上受熱就能熔化。

二、金屬與非金屬的比較 三、一發吊千鈞的金屬晶須

一種胡須那樣細的金屬晶須，竟能吊起千鈞的重量！

在提高金屬材料強度的試驗過程中，科學家們驚奇地發現，一種胡須狀的鐵晶須（直徑為1.6微米，只有頭發絲粗細的1/50～1/40），它的抗拉強度竟能達到13400兆帕，是工業純鐵的70多倍，比超高強度鋼高出4～10倍。如果用這樣的鐵晶須編織成半徑為1毫米的線材，能安全地吊起一輛4噸重的載重卡車。這種鐵晶須堪稱金屬世界中的“大力士”。

經現代的X射線衍射技術顯示，晶須內部的原子完全按照同樣的方向和部位排列。這是一種沒有任何缺陷的理想晶體。因其全部原子各就各位，陣容排列整齊，組成了一道堅不可摧的防線，故只有當外力增加到使一部分原子相對于另一部分原子作整體移動時，才能產生塑性變形或斷裂。而在一般金屬中，雖說總體上原子是有規則排列的，但局部地方，一些原子的排列并不規則，因而，晶體構造中產生了缺陷。晶體的缺陷有點缺陷、線缺陷和面缺陷三大類。點缺陷是指在晶體空間中，長、寬、高三個方向都存在很小的缺陷，如有的位置上缺少原子（稱為空位），另一些位置上有多余原子（稱為間隙原子），或有外來原子溶入（稱為異類原子）等。線缺陷是指在晶體中某處有一列或幾列原子發生了有規律的錯排現象（稱為位錯）。面缺陷主要指在晶粒和晶粒之間的交界面（稱為晶界）上，原子呈不規則排列。因此，對一般金屬而言，只要使少數原子發生短距離的移動，就可以像“千里之堤，潰于蟻穴”那樣導致塑性變形或斷裂，因而表現出較低的強度。

目前，人們已能制造出一些極細的金屬晶須，可用它們編織成較大的線材，或讓晶須作為增強材料與其他材料組合成復合材料，這些新材料已在生產中獲得了可喜的應用。

需要說明的是，金屬和非金屬單質，以及氧化物、碳化物、氮化物等化合物都能用來制造晶須。目前人們已利用幾十種單質材料（如鐵、銅、鎳等金屬和石墨）以及數十種化合物（如碳化硅、氮化硅、三氧化二鋁等）制出了晶須。

想一想，議一議：

晶須的存在，顯示了大幅度提高金屬強度的可能性。目前，金屬材料的強度潛力遠遠沒有充分發揮。如果我們能有效地減少金屬的晶體缺陷，制造出可供直接應用的理想晶體，那么，世界將會變得怎么樣呢？

（答案開放：如若能制造出可供直接應用的理想晶體，那就無異于增加了數十倍、數百倍的金屬材料產量，甚至從根本上改變人類的生活環境和條件。到那時，地球上將會出現許多輕巧的薄殼建筑結構，機器不再是那樣笨重和龐大，摩托車和轎車可以折疊起來隨身攜帶，航天飛機和宇宙飛船將神速地來往于星際之間，人類的活動場所向著無限寬闊的宇宙空間延伸??）

第五篇：《金屬晶體與離子晶體》第一課時教案

第2節

金屬晶體與離子晶體

第1課時 金屬晶體

【教學目標】

1.知道金屬原子的三種常見堆積方式：A1、A2、A3型密堆積

2.能從構成金屬晶體的微粒間的作用力和微粒的密堆積出發解釋金屬晶體的延展性

【教學重點】金屬晶體內原子的空間排列方式，【教學難點】金屬晶體內原子的空間排列方式。【教學方法】借助模型課件教學 【教師具備】制作課件 【教學過程】 【復習提問】

1.如何用金屬鍵解釋金屬的導熱性、導電性？

2.哪些因素會影響金屬鍵的強弱呢？

3.何謂金屬鍵？成鍵微粒是什么？有何特征？

4.A1型密堆積？何謂A3型密堆積？

【聯想質疑】通過上一節的學習，你已知道金屬銅的晶體屬于A1型密堆積，金屬鎂屬于A3型密堆積，那么，金屬鐵、鈉、鋁、金、銀等屬于哪種類型的密堆積？除了A1型和A3型外，金屬原子的密堆積還有哪些型式？ 【板書】

一、金屬晶體

【討論】什么是金屬晶體？它有何特征？ 【回答】

【板書】

1.定義：金屬晶體是指金屬原子通過金屬鍵形成的晶體。

2.金屬鍵的特征：由于自由電子為整個金屬所共有，所以金屬鍵沒有方向性和飽和性。

【陳述】金屬原子的外層電子數比較少，容易失去電子變成金屬離子和電子，金屬離子間存在反性電荷的維系――帶負電荷的自由移動的電子（運動的電子使體系更穩定），這些電子不是專屬于某幾個特定的金屬離子這就是金屬晶體的形成的原因。

【練習】金屬晶體的形成是因為晶體中存在（）①金屬原子②金屬離子③自由電子④陰離子 A.只有①

B.只有③

C.②③

D.②④

解析：金屬晶體內存在的作用力是金屬鍵，應該從金屬鍵的角度考慮，分析金屬鍵的組成和特征：由自由電子和離子組成，自由電子具有良好導電性，即金屬晶體是金屬離子和自由電子通過金屬鍵形成的。【過渡】金屬原子的密堆積還有哪些型式 【板書】

3.金屬晶體的結構型式：

【思考】如果把金屬晶體中的原子看成直徑相等的球體,把他們放置在平面上,有幾種方式?

【學生活動】利用20個大小相同的玻璃小球進行探討？

【思考】上述兩種方式中,與一個原子緊鄰的原子數(配位數)分別是多少?哪一種放置方式對空間的利用率較高? 【思考交流】對于非密置層在三維空間有幾種堆積方式? 【講述】一種：上下對齊 的簡單立方。另一種：將上層金屬原子填入下層金屬原子形成的凹穴中,每層均照此堆積.鉀、鈉、鐵等金屬采用這種堆積方式，簡稱為A2型。

Ca、Al、Cu、Ag、Au等金屬晶體屬于A1型最密堆積，Mg、Zn等金屬晶體屬于A3型最密堆積，A2型密堆積又稱為體心立方密堆積，Li、Na、K、Fe等金屬晶體屬于A2型密堆積。A1型配位數為12，A2型配位數為8，A3型配位數為 12。

【聯想·質疑】金屬晶體有哪些共同的性質？為什么？ 【回答】導電導熱性強;不透明、有金屬光澤;延展性好;【討論】金屬晶體中的金屬鍵和原子的堆積方式與金屬晶體的物理性質的關系如何？

【板書】4.金屬晶體中的金屬鍵和原子的堆積方式與金屬晶體的物理性質的關系 【總結講述】

（1）金屬晶體具有良好的導電性：金屬中有自由移動的電子，金屬晶體中的自由電子在沒有外加電場存在時是自由運動的，當有外加電場存在的情況下，電子發生了定向移動形成了電流，呈現良好的導電性。

（2）金屬晶體具有良好的導熱性：自由電子在運動時經常與金屬離子碰撞，從而引起兩者能量的交換。當金屬某一部分受熱時，在那個區域里的自由電子能量增加，運動速度加快，于是通過碰撞，自由電子把能量傳給金屬離子。金屬容易導熱就是由于自由電子運動時，把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達到相同的溫度。

（3）金屬晶體具有良好的延展性：金屬有延性，可以抽成細絲，例如最細的白金絲直徑不過1/5000 mm。金屬又有展性，可以壓成薄片，例如最薄的金箔只有1/10000 mm厚。金屬晶體的延展性可以從金屬晶體的結構特點加以解釋。當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發生相對滑動，由于金屬離子與自由電子之間的相互作用沒有方向性，滑動以后，各層之間仍保持著這種相互作用，在外力作用下，金屬雖然發生了變形，但不會導致斷裂。

（4）金屬的熔點、硬度等取決于金屬晶體內部作用力的強弱。一般來說金屬原子的價電子數越多，原子半徑越小，金屬晶體內部作用力越強。因而晶體熔點越高、硬度越大。

金屬晶體的熔點變化差別較大。如：Hg在常溫下為液態，熔點低（－38.9℃）,而鐵等金屬熔點高（1355℃），這是由于金屬晶體緊密堆積方式，金屬陽離子與自由電子的作用力不同造成的。同類型金屬金屬晶體，金屬晶體的熔點由金屬陽離子半徑，離子所帶的電荷決定，陽離子半徑越小，所帶電荷越多，相互作用力就越大，熔點就越高。如：熔點：Li>Na>K>Rb>Cs，Na

【練習】金屬晶體堆積密度大，原子配位數高，能充分利用空間的原因是（）

A.金屬原子的價電子數少 C.金屬原子的原子半徑大

B.金屬晶體中有自由電子 D.金屬鍵沒有飽和性和方向性

解析：這是因為分別借助于沒有方向性的金屬鍵形成的金屬晶體的結構中，都趨向于使原子吸引盡可能多的原子分布于周圍，并以密堆積的方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩定。答案：D 【思考】合金為何比純金屬的性質優越？

【學生】閱讀—追根尋源并思考1.合金的概念？2.合金的特點？3.合金的類型及其性質特點？

【板書】5.合金及合金的優點 【總結】合金及合金的優點

⑴合金：

①定義：把兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）熔合而成具有金屬特性的物質叫做合金。

②特點：

a.合金的熔點比其成分中各金屬的熔點都要低，而不是介于兩種成分金屬的熔點之間。

b.具有比各成分金屬更好的硬度、強度和機械加工性能。例如：金屬鋁很軟，但如果將鋁與銅、鎂按一定的比例混合，經高溫熔融后冷卻可以得到硬鋁，硬度大大提高。

⑵合金的不同類型及各自的性質特點

①當兩種金屬的電負性、化學性質和原子半徑相差不大時，形成的合金稱為金屬固熔體，如銅鎳、銀金合金。這類合金的強度和硬度一般都比組成它的各成分金屬的強度和硬度大。

②當兩種金屬元素的電負性或原子大小相差較大時，形成的合金稱為金屬化合物，如Ag3Al合金。這類合金通常具有較高的熔點，較大的強度，較高的硬度和耐磨性，但塑性和韌性較低。

③原子半徑較小時氫、硼、氮等非金屬元素滲入過渡金屬結構的間隙中，稱為金屬間隙化合物或金屬間隙固熔體。這類合金具有很高熔點和很大的硬度，遮住要是填隙原子和金屬原子之間存在共價鍵的原因。【概括整合】

【板書設計】

一、金屬晶體

1.定義：金屬晶體是指金屬原子通過金屬鍵形成的晶體。2.金屬鍵的特征；金屬鍵沒有方向性和飽和性。3.金屬晶體的結構型式：

4.金屬晶體中的金屬鍵和原子的堆積方式與金屬晶體的物理性質的關系 5.合金及合金的優點