复习题教案2

选修3 第三章

第三节

金属晶体（第二课时）

——金属晶体的原子堆积模型

成都市华阳中学

张才溢

一、教学目标

知识与技能：能列举金属晶体的基本堆积模型：简单立方堆积、体心立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积。认识四种基本堆积模型的晶胞，能判断金属原子的配位数，知道四种空间利用率的大小。

过程与方法：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。

情感态度与价值观：通过小组合作培养学生的合作意识。

二、教学重点

金属晶体的四种基本堆积模型

三、教学难点

1.金属晶体内原子在三维空间的4种堆积方式

2.四种堆积方式晶胞、配位数、原子的空间利用率的区别

四、教学方法：活动探究

教学用具：乒乓球、双面胶、多媒体

五、教学过程

流程

引入

教师活动

学生活动

活动目标

创设问题情境，激发学习兴趣

【投影】国庆阅兵表演图片

【师】每年在北京天安门广场举行的国庆阅兵仪式上，倾听、

观察、

思方队们激昂的容态和整齐的步伐给我们留下了深刻地考

印象。这些整齐的方队是由解放军战士有规律的周期性排列而形成的，金属晶体也是类似的。队列的有序性是人为的，而金属晶体中金属原子则是通过金属键有规则地排列着。那么金属晶体的内部是如何排列的呢？今天我们就来学习金属晶体中原子的堆积方式。

【师】金属原子可看成是直径相等的刚性球体，本节

课中用乒乓球代表。金属原子之间借助金属键，使微学生展示成果并粒间尽可能的相互接近，这样的紧密堆积可以使它们相互学习，

占有最小的空间，从而降低体系的能量。在学习金属晶体的原子堆积方式过程中，还得从配位数、空间利用率这两个角度去进一步认识金属原子的堆积密度。

这里所谓的配位数，指的是在密堆积中，一个原子周围距离最近且相等的原子的数目。空间利用率是指晶体的空间被微粒占满的体积百分数，用来表示紧密堆积的程度。计算公式如下所示：

具备了这样的基本概念之后，我们来进一步的阅读教材，看看教材是如何引导我们去学习这部分知识的。

理论

铺垫

使养学生养成课前预习的习惯、培养学生的动手能力

下面请同学们首先给教材73页的第一自然段至75页最后一个自然段中的正文部分的每一个自然段编上号，便于我们快速地找到它。

下面请同学们齐声朗读教材73页第5自然段至75页第12自然段。

活动一

【师】金属原子在三维空间的堆积方式，还得从一维空间说起。我们将直径大小相同的球放在一条直线上排成一行，实现了一维空间的堆积。那将每一行放置在平面上，怎样摆放才能实现二维空间的堆积呢？下面请同学们通过小组合作的方式，用乒乓球亲自动手摆一摆。看看可能有几种摆放方式？每种不同的放置方式有什么特点？此外，教材73页至74页的5、6自然段针对此方面做了详细地描述，你不妨读一读。

【投影】活动一：利用大小相同的乒乓球，有序地排列在水平桌面上，要求小球之间紧密接触，有序排列。分组讨论可能有几种排列方式？每种不同的放置方式有什么特点？

【师】1.请一个小组展示一下他们搭建的二维模型。他们搭建的第二种模型正确吗？我怎么发现与教材图3-22中右图所展示的不一样呢？学与问栏目

2.小结：在动手操作的过程中，我们不难发现，金属原子在二维平面里有两种放置方式，一种是球心对球心，行列对齐，四球一空、配位数为4，称作非密置层；另一种是球心对凹穴、行列交错、三球一空，配位数为6，称作密置层。

【师】过渡：我们还可以将每一个二维平面一层一层地在三维空间里堆积，堆积的方式又有几种呢？

【投影】活动二：三维空间堆积

任务

1 探究非密置层在空间的堆积方式

步骤1：制作非密置层在三维空间的堆积模型

步骤2：对比分析不同堆积的原子配位数与空间利用率大小

步骤3：尝试从堆积模型中抽取晶胞

【师】结合教材74页8~11自然段所讲内容，下面按以下步骤分组完成任务1 【师】下面我们一起来分享一下大家的劳动成果。请一个小组的同学展示一下非密置层在三维空间的堆积模型，并谈一谈你堆积这种模型的方法。

第一种模型的堆积方法可以参看图3-23，从图中你能获取到哪些信息，你是如何理解这些相关信息？图中展示了从上往下将非密置层原子的原子核在同一直线上进行堆积，然后从中抽取出其最小重复单元即晶胞。为清晰可见，我们使金属原子不相接触，以便更好地考察这种堆积的晶胞，将金属原子同等倍数的缩小其直径，得到了它的晶胞示意图。从晶胞示意图可

小组代表发言

培养学生的归纳总结的能力

讨论、合作、交流，

代表发言

培养观察分析问

题的能力

观察、思考、讨论

两种堆积方式的培养学生分析问配位数，以及空间题的能力，和巩利用率的大小

固使用定量分析

的方法

自己动手把粘好

的密置层小球一培养分析问题和

以看出这种堆积形成的晶胞是一个立方体，因此被称为简单立方晶胞。

另一种模型的堆积方法可以从第10自然段以及图3-24获知。第10自然段中指明了堆积的关键之处就是将上层金属原子的球心对准下层金属原子形成的凹穴。同时这段话中还谈到，要使非密置层的原子稍稍分离，这是为何？75页学与问中所提到的问题是否能让你豁然开朗呢。

对于图3-24中抽取晶胞的过程你是否还有疑问呢？抽取出的晶胞的特点是八个原子在立方体的顶点，一个原子在体系，称为体心立方堆积。

教材74页第9和11自然段中，提到每种堆积方式的晶胞中分别含有1个、2个原子，这是怎么回事？和我们肉眼看到的不一样呀？从这两种堆积方式中你看看出每种堆积方式中原子的配位数是多少吗？

配位数分别为6和8，可以认为绝大多数金属晶体中配位数越大，空间利用率也就越大，因此这两种堆积方式前者相比后者，空间利用率小，只有金属钋采取这种堆积方式，而空间利用率相对较高的体心立方堆积，则成为了许多金属采用的堆积方式，如碱金属。

【课堂小练】

1.关于某晶体(如右图所示)的结构的叙述中正确的是(

) 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8个原子

D．该堆积方式的空间利用率为52% 2.（1）如下图所示为二维平面晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是____。（填序号）

层一层地堆积起解决问题的能来，使上层球填入力，激发学生空下层球的空隙中。间想象能力

仔细比较两种类型的不同

1.D 2.(1)②

（2）非密置

4

密置

6 (3)6

1 (4)6

ⅥA

Po

6s26p4 3.体心立方堆积

68%

8

(2)将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。在图1所示的半径相等的圆球的排列中，A属于________层，配位数是________；B属于________层，配位数是________。

(3)将非密置层一层一层地在三维空间里堆积，得到如

图2所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积，在这种晶体中，金属原子的配位数是______，平均每个晶胞所占有的原子数目是__________。

(4)有资料表明，只有钋的晶体中的原子具有如图2所示的堆积方式。钋位于元素周期表的第__________周期第________族，元素符号是________，最外层电子排布式是________________________________。

3.已知铁元素对应的单质在形成晶体时，采用如图所示的堆积方式，则该堆积方式的名称是

，空间利用率是

，金属原子的配位数是____。如果该金属原子半径为acm，阿伏伽德罗常数的值为NA，则计算此单质的密度表达式为

g/cm3（不必化简）

【投影】任务2

探究密置层在空间的堆积方式

步骤1.制作密置层在三维空间的最密堆积模型

步骤2.对比分析密置层最密堆积在三维空间堆积的异同

【师】刚才我们探究了非密置层在空间的堆积方式，下面我们在来看看密置层在空间的堆积方式。请同学们按照大屏幕上的要求分组完成任务2. 【师】下面我们一起来分享一下大家的劳动成果。请一个小组的同学展示一下密置层在三维空间的堆积模型。

第二层对准第一层的缝，关键在于第三层，第三层可以有两种最紧密的堆积方式，如果将第三层对准第一层的球，于是每两层形成一个周期，即AB AB …堆积方式，叫做六方最密堆积，从模型中去掉周围其它原子，得到六方晶胞。镁、锌、钛等属于六方堆积。

第三层的另一种排列方式为，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。第四层再排A，于是形成ABCABC …三层一个周期的堆积方式，得到面心立方堆积，从模型中去掉周围其它原子，得到面心立方晶胞。金。银、铜、铝等属于面心立方堆积。

请同学们帮老师总结

投影总结

本节课通过探究非密置层和密置层的堆积，学会了简单立方堆积、体心立方堆积（钾型）、六方最密堆积（镁型）和面心

分析总结

作业：

1.尝试制作密置层在三维空间的最密堆积模型,并从中抽取晶胞并分析两种晶胞的特点。

2.查阅“空间利用率”相关资料，结合数学几何知识，计算简单立方与空心立方的空间利用率。

立方最密堆积（铜型）的堆积方式并且探究了四种堆积模型的配位数和空间利用率