金属晶体的原子堆积模型
高中化学选修三《物质结构与性质》《金属晶体的原子堆积模型》【创新教案】
第三节金属晶体
第二课时
知识目标：
1. 了解金属晶体内原子在平面中的几种常见排列方式。
2．了解金属晶体内原子在立体空间中的常见排列方式。
3．训练学生的动手能力和空间想象能力，培养学生的合作意识。
过程与方法：
1．建立金属原子为等径球体的模型观念。
2．通过亲自排列小球，探究金属原子在平面中的排列方式，以及排列的密集程度。
3．通过粘贴小球，体会原子在三维空间中的堆积过程。
情感态度价值观：
1．通过对金属原子的实际排列过程，锻炼同学的动手能力，在活动过程中，培养学生思考问题，解决问题的能力。
2．养成务实求真、勇于探索的科学态度，重点培养学生“主动参与、乐于探究、交流合作”的精神。
学习重难点：
1．金属晶体的4种基本堆积模型。
2．面心立方最密堆积和六方最密堆积的区别与联系。
3．4种堆积方式所对应的晶胞结果特点。
教学过程
板书设计
第三节金属晶体
一、金属键
二、金属晶体的原子堆积模型
1．简单立方堆积a=2R
空间利用率=52.36%
2．体系立方堆积√3 a = 4R 空间利用率=68.02% 3．体心立方堆积√2 a = 4R 空间利用率=74.05%
4．六方最密堆积a=b=2R 空间利用率=74.05%。
金属晶体金属键堆积方式
修高
3
） 第 三 章
二 化 学 （ 选
第三节
金属晶体
Ti
金属样品 Ti
1、金属共同的物理性质
容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。
金属为什么具有这些共同性质呢? 2、金属的结构
㈠、金属键
（1）定义： 金属离子和自由电子之间的相互作用。 （2）成键微粒: 金属阳离子和自由电子 （3）键的存在: 金属单质和合金中 （4）方向性: 无方向性 （5）键的本质: 电子气理论
【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的 判断方法
（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断： 原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键； 分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。
（2）记忆常见的、典型的原子晶体。 （3）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点高， 常在1000℃以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百 度以下至很低的温度。 （4）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部 分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导 体，但晶体硅、晶体锗是半导体。 （5）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大， 分子晶体硬度小且较脆。
③ 六方堆积 ——六方晶胞
④面心立方堆积 ——面心立方晶胞
配位数 = 12 空间利用率 = 74.05% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05%
知识拓展－石墨
一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁 黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手 指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶 片状、鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3， 化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或 氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可 用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔 芯等。
4.金属晶体熔点变化规律
3.1金属原子的堆积方式
镁 型
… ABAB
2
Mg、Zn、 Ti
12
74%
铜 型
…AB CABC …
4
Cu、Ag、 Au、Pb
12
74%
合金是指由两种或两种以上的金属或 金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组 合而成并具有金属特性的物质 。
合金一般是将各组分熔合成均匀的 液体，再经冷凝而制得的。
合金的特性：
1)具有超导性质的合金，如Nb3Ge，Nb3Al， Nh3Sn，V3Si，NbN等
非密置层
配位数：4
密置层
配位数：6
二.金属原子在三维空间的堆积方式（4种）
简单立方：Po
体心立方：钠、钾、铬、钼、钨
面心立方（最密堆积）：金、银、铜、铅
六方堆积（最密堆积）：锌、钛、镁
简单立方堆积
体心立方堆积
面心立方最密堆积
六方最密堆积
第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。(或对准 2，4，6 位，其情形是一样的)
A
ABC ABC 形式的堆积，
为什么是面心立方堆积？
我们来加以说明。
C B A
堆积 模型
命 名
表示 符号
晶胞
每个晶 采纳这种堆积 胞所含 的典型金属 原子数
配 位 数
空间 利用 率
非 密 置 层
简单立 方堆积
—
Байду номын сангаас
—
1
Po
6
52%
体心立 方堆积
钾 型
—
2
Na、K、 Cr、Mo、W
8
68%
六方 堆积 密 置 层 面心立 方堆积
2)具有特殊电学性质的金属间化合物，如 InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等在半导体材料用 3)具有强磁性的合金物，如稀土元素（Ce， La，Sm，Pr，Y等）和Co的化合物，具有 特别优异的永磁性能
高中化学选修三《物质结构与性质》《金属晶体的原子堆积模型》【创新学案】
堆积方式
配位数
晶胞图
晶胞中所包含金
属原子个数
晶胞边长与小球
半径的关系
空间利用率
典型代表
思考：如果直接插空堆积，是否能够形成体心立方的晶胞？
为了形成体心立方体晶胞，需要如何调整？
“密置层”的三维堆积
环节3：粘一粘
活动要求：
1、领取两个平面密置层，观察密置层的存在几个空隙。
2、在两个密置层上层，分别按照体心立方堆积的方式，在空隙处，用双面
第三章晶体结构与性质
第3节金属晶体（第2课时）
【课标要求】
1．了解金属晶体内原子的几种常见排列方式。
2．训练学生的动手能力和空间想象能力，培养学生的合作意识。
【学习重难点】
金属晶体内原子的空间排列方式。
【学习过程】
一、金属键
1．和的相互作用。
2．金属键决定了金属晶体中某些物理性质，
主要体现在、、。
二、金属晶体的原子堆积模型
平面堆积方式：（二维空间中的金属堆积）
环节1：摆一摆
活动要求：
取一定数目的小球放入到托盘中，进行有序排列，将小球摆满托盘。
在表格中简单平面中的堆积方式
层层
问题：哪种摆放方式小球堆积更紧密？
每种摆放方式中，小球的配位数分别是多少？
“非密置层”的三维堆积
环节2：排一排
活动要求：
取4个球摆成非密置层，在垂直于平面的方向叠加第二层的金属小球。
胶粘贴第二层小球。
思考：可以堆积几个小球
3、在两个密置层下层，分别粘贴第三层小球。
思考：有几种堆积方式？
堆积方式
配位数
晶胞图
晶胞中所包含金
属原子个数
金属原子堆积的4种基本模式
金属原子堆积的4种基本模式
金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成。
1、简单立方堆积：
不难理解，这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，每个晶胞含1个原子，被称为简单立方堆积。
这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋(Po)采取这种堆积方式。
晶胞：一个立方体，1个原子，如金属钋。
2、钾型
非密置层的另一种堆积方式是将上层金属原子填人下层的金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积，如图3—24所示。
与立方堆积相比空间利用率那一个高？
晶胞：体心立方，两个原子。
如碱金属。
动手：把非密置层的小球黏合在一起，再一层一层地堆积起来，使相邻层的球紧密接触。
试一试，除了上述两种堆积方式外，是否可能有第三种方式?
3、镁型和铜型
密置层的原子按上述钾型堆积方式堆积，会得到两种基本堆积方式——镁型和铜型。
镁型如图3—25左所示，按ABABABAB……的方式堆积；铜型如图3—25右所示，按ABCADCABC……的方式堆积。
分别用代表性金属命名为镁型和铜型①，这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积，配位数均为12，空间利用率均为74％，但所得晶胞的形式不同。
金属晶体的两种堆积方式：
镁型：按ABABABAB……方式堆积；铜型：ABCADCABC……方式堆积；配位数均为12，空间利用率均为74％。
小结：金属晶体的四种模型对比：
堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数
简单立方Po52％6
钾型(bcp)Na、K、Fe68％8
镁型(hcp)Mg、Zn、Ti74％12
铜型(ccp)Cu、Ag、Au74％12。
金属晶体的四种堆积模型
金属晶体的四种堆积模型
金属晶体是由金属原子按照一定的排列构成的固体，它们具有规则的晶体结构，其中最常见的是四种堆积模型：面心立方模型、面心六方模型、空心六方模型和空心八方模型。
面心立方模型是最常见的金属晶体堆积模型，它由八个原子组成，每个原子都位于晶体的八个顶点上，形成一个立方体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他七个原子有相同的距离，因此它具有良好的稳定性。
面心六方模型是一种比面心立方模型更复杂的晶体堆积模型，它由十二个原子组成，每个原子都位于晶体的六个面上，形成一个六面体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他五个原子有不同的距离，因此它具有较高的热稳定性。
空心六方模型是一种比面心六方模型更复杂的晶体堆积模型，它由十八个原子组成，每个原子都位于晶体的六个面上，形成一个空心六面体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他十一个原子有不同的距离，因此它具有较高的热稳定性和机械稳定性。
空心八方模型是一种比空心六方模型更复杂的晶体堆积模型，它由二十四个原子组成，每个原子都位于晶体的八个面上，形成一个空心八面体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他十七个原子有不同的距离，同样具有较高的热稳定性和机械稳定性。
总之，金属晶体的四种堆积模型是面心立方模型、面心六方模型、空心六方模型和空心八方模型，它们各自具有不同的特点，可以满足不同的应用需求。
金属晶体模型
铜型 Cu, Ag, Au 74% 12 (ccp)
晶胞
能力训练
1．下列有关金属元素特征的叙述中正确的是 A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧 化性 B．金属元素在化合物中一定显正价 C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同 D．金属单质的熔点总是高于分子晶体
3.3.2《金属晶体的原子 堆积模型》
金属晶体的原子堆积模型
一、几个概念 紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽
可能的相互接近，使它们占有最小的空间
配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的 微粒个数
空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积 百分数，用它来表示紧密堆积的程度
二、金属晶体的原子堆积模型
金属晶体中的原子可看成直径相等的小球。将等 径圆球在一平面上排列，有两种排布方式
3.六方堆积
镁、锌、钛等属于六方堆积
第一种： 将第三层球对准第一层的球
A
12
6
3
B
54
A
B
于是每两层形成一个周
A
期，即 AB AB 堆积方式， 形成六方堆积。
上图是此种六方 堆积的前视图
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
六方密堆积-镁型
六方堆积方式的金属晶体： Mg、Zn、Ti
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 的 2，4，6 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。
体心立方堆积 钾型
配位数：8 空间占有率： 68.02%
思考：密置层的堆积方式有哪些？
第二层 ： 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将 球对准1，3，5 位。 ( 或对准 2，4，6 位，其情形是一 样的 )
12
《金属晶体的原子堆积模型》名师教案
金属晶体的原子堆积模型一、核心思想学生发展核心素养倡导培养学生的科学精神和学会学习的能力，那么以课堂为载体、将核心素养的培养内化到学生学习过程中是我们每节课的追求目标。
为实现培养学生能力和突破教学重难点的双重目标，本节课通过开展活动探究式教学，让学生“动手做、动眼看、动口议、动笔写、动脑思”，加强学生自主探究活动，培养他们的理性思维能力、批判质疑精神和勇于探究精神，真正体现学生的主体地位。
二、教学内容分析1教材分析本节课是鲁科版选修三第三章第一节第二课时的内容，第三章的主题是物质的聚集状态与物质性质，旨在让学生通过本章的学习，了解四种基础晶体类型，能从晶体结构的视角认识物质的性质，进一步形成有关物质结构的概念。
2价值分析（1）学科价值：在教材中承上启下，帮助学生了解金属晶体的原子堆积模型；（2）应用价值：能够判断金属晶体的晶胞类型；（3）学生发展价值：从微观角度认识世界。
3学情分析（1）知识层面：学生已初步了解分子晶体、原子晶体的定义及结构特点。
（2）能力层面：有学习热情，有一定的探究能力、分析思维能力和自主学习能力，主动探究能力有待提升。
（3）可能遇到的问题：语言表达能力不足、不会表达或化学用语不规范；知识迁移运用能力不足，分析问题、解决问题的能力有待提高。
三、教学目标分析1课程目标（1）了解金属晶体的四种基本堆积模型：简单立方堆积、体心立方堆积、六方最密堆积和面心立方最密堆积。
（2）认识四种基本堆积模型的晶胞、能判断金属原子的配位数及四种堆积方式的空间利用率的计算。
2学生核心素养目标（1）科学精神：理性思维能力、严谨求知的态度，勇于探究的精神。
（2）自主发展：乐学善学、学习方法的习得，信息意识。
3方法目标（1）通过观察和制作堆积模型训练学生的空间想象能力和动手能力。
（2）通过小组合作培养学生的合作互助意识。
四、教学重点和难点1教学重点：金属原子在三维空间的四种堆积方式2教学难点：四种堆积方式晶胞、配位数、原子利用率的区别五、教学方法活动探究式学习六、设计思想本节课的设计思想如下，逐步开展三个思考与交流活动以及4个探究环节、梯度螺旋化上升，符合学生认知规律。
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1.粘出3个密置层，1层为7个球，另2层均为 3个球 2.参照教材 75 页将3个密置层进行最密堆积
合作学习三 AB AB …堆积方式
12 3 654
ABC ABC…堆积方式
AB AB …堆积方式 ABC ABC…堆积方式
六方最密堆积 （镁型）
面心立方最密堆积 （铜型）
X
配位数均 为12
课后作业
1、根据对金属晶体四种基本堆积模型 的分析，结合所学数学几何知识，利 用以下计算公式，计算四种堆积方式 空间利用率
空间利用率计算公式：
n × V（金属原子）×100% V（晶胞）
合金
根据金属晶体原子堆积方式，有目的 有选择的掺杂其它原子或物质，改进金属材 料的性能
阜新 市 实 验 中 学 录制
2.将2个单球和两个密置层进行4层的ABC方式堆积 3.旋转一定角度观察面心立方晶胞的特点
合作学习四
4.面心立方最密堆积
5
1
3
14
2
6
C
10
4
B
13
9
7
A
11
8
12
（1）平均每个晶胞占有的原子数： 8x1/8+6x1/2=2
(2)配位数：
12
(3)代表金属：Cu Ag Au
课堂总结
金属晶体中原子的四种基本堆积模型
金属晶体的原子堆积模型
选修三 第三章 第三节
保温钢管 长城
木头 金字塔
理论假设：
同种金属原子可看成是直径相等的刚性球体。
合作探究一
二维空间
合作探究二 合作探究三 合作探究四
三维空间(非密置层堆积) 三维空间(密置层堆积) 三维空间 (面心立方最密堆积)
合作探究一 二维空间
探究内容：二维空间（平面）里金属晶体原子 的堆积方式有__种，配位数为___
方法指导：
将3个球粘成1排， 将2排粘成一非密置层 用3个非密置层进行堆积
合作探究二
非密置层堆积
三维空间
第二层小球的球心 正对第一层小球的球心
第二层小球的球心 正对第一层小球形成的 空穴
合作学习一
1.简单立方堆积
三维空间(非密置层堆积)
合作 学习一 三维空间(非密置层堆积)
1.简单立方堆积 (1)平均每个晶胞占有的原子数： 8x1/8=1 (2)配位数： 6
(3)代表金属：Po
合作学习二
2.体心立方堆积
三维空间(非密置层堆积)
合作学习二 三维空间(非密置层堆积)
2.体心立方堆积
（1）平均每个晶胞占有的原子数：8x1/8+1=2
(2)配位数：
8
(4)代表金属：Na K Fe
合作探究三
三维空间(密置层堆积)
探究内容： 密置层在三维空间有__种
堆积方式，配位数分别为___
金属原子的 平面排列方式
金属原子的 空间堆积方式
配位数
非密置层
球心对球心
密置层
4 球心对空隙
ABABAB…型
6 ABCABC…型
堆积模型名称 配位数 晶胞
简单立方堆积 6 体心立方堆积 8 六方最密堆积 12 面心六方最密堆积 12
课堂练习
1、金属晶体的原子堆积方式常有以下四种方式，认真观察模型后答题：
(1)四种堆积模型名称依次是：____________、
图1
____________、____________、 ____________。
A
(2)图1方式的堆积，配位数为____，
B
只有_____采用这种堆积方式。
A
图2
(3)图2、图3两种堆积方式中金属原子
C
的配位数都是_____，图3的循环方式是
合作学习三 六方最密堆积晶胞的截取
3.六方最密堆积
60º
13 5
1
3
5
1
3
5
1
3
5
(1)平均每个晶胞占有的原子数：
(2)配位数： 12 (3)代表金属：Mg Zn Ti
4x1/6+4x1/12=2
合作探究四 面心立方最密堆积晶胞的获取
方法指导：
1.制作2个密置层：每层均为6个球， 按3，2,1排列成三角形
方法指导： 将16个乒乓球一排4个，分成4排紧 密排列在桌面上
二维空间堆积：
非密置层
球对球
行列对齐 四球一空
密置层
球对缝
行列交错 三球一空
二维空间堆积：
配 位
数 非密置层
为
4 球对球
行列对齐 四球一空
配
密置层
位 数
球对缝
为
6
行列交错
三球一空
合作探究二 三维空间
探究内容：
非密置层在三维空间有__种 堆积方式，配位数分别为___
B
_____________式的金属通常有____
_____等，每个晶胞含原子数为____。
图4
课堂练习
2.金属锰晶体在不同温度下有两种堆 积方式，晶胞如图所示。面心立方 晶胞和体心立方晶胞中实际含原子 数之比是_____，锰原子配位数之比 是__________。