高中化学选修三第三章--晶体结构与性质全套教案 29页

真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 1 第三章 晶体结构与性质 第一节 晶体常识 第一课时 教学目标设定： 1、通过实验探究理解晶体与非晶体的差异。 2、学会分析、理解、归纳和总结的逻辑思维方法，提高发现问题、分析问题和解 决问题的能力。 3、了解区别晶体与非晶体的方法，认识化学的实用价值，增强学习化学的兴趣。 教学重难点： 1、晶体与非晶体的区别 2、晶体的特征 教学方法建议：探究法 教学过程设计： [新课引入]：前面我们讨论过原子结构、分子结构，对于化学键的形成也有了初步 的了解，同时也知道组成千万种物质的质点可以是离子、原子或分子。又根据物 质在不同温度和压强下，物质主要分为三态：气态、液态和固态，下面我们观察 一些固态物质的图片。 [投影]：1、蜡状白磷； 2、黄色的硫磺； 3、紫黑色的碘； 4、高锰酸钾 [讲述]：像上面这一类固体，有着自己有序的排列，我们把它们称为晶体；而像玻 璃这一类固体，本身原子排列杂乱无章，称它为非晶体，今天我们的课题就是一 起来探究晶体与非晶体的有关知识。 [板书]：一、晶体与非晶体 [板书]：1、晶体与非晶体的本质差异 [提问]：在初中化学中，大家已学过晶体与非晶体，你知道它们之间有没有差异？ [回答]：学生：晶体有固定熔点，而非晶体无固定熔点。 [讲解]：晶体有固定熔点，而非晶体无固定熔点，这只是晶体与非晶体的表观现象， 那么他们在本质上有哪些差异呢？ [投影] 晶体与非晶体的本质差异 自范性 微观结构 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 2 晶体 有 原子在三维空间里呈周期性有序排列 非晶体 没有 原子排列相对无序 [板书]：自范性：晶体能自发性地呈现多面体外形的性质。 [解释]：所谓自范性即“自发”进行，但这里得注意，“自发”过程的实现仍需一定的 条件。 例如：水能自发地从高处流向低处，但不打开拦截水流的闸门，水库里的水不能 下泻。 [板书]：注意：自范性需要一定的条件，其中最重要的条件是晶体的生长速率适当。 [投影]：通过影片播放出，同样是熔融态的二氧化硅，快速的冷却得到玛瑙，而缓 慢冷却得到水晶过程。 [设问]：那么得到晶体的途径，除了用上述的冷却的方法，还有没有其它途径呢？ 你能列举哪些？ [板书]：2、晶体形成的一段途径： （1）熔融态物质凝固； （2）气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）； （3）溶质从溶液中析出。 [投影图片]： 1、从熔融态结晶出来的硫晶体； 2、凝华得到的碘晶体； 3、从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜晶体。 [探究实验]：完成教材实验 3-1，请同学们认真观察，并提问同学观察到什么现象。 [回答]：首先碘升华，然后在表面皿下面出现碘的固体。 [讲解]：事实上，这里提到的固体就是凝华得到的碘晶体。 [过渡]：许多固体的粉末用肉眼是看不见晶体的，但我们可以借助于显微镜观察， 这也证 明固体粉末仍是晶体，只不过晶粒太小了！ [投影]：晶体二氧化硅和非晶体二氧化硅的示意图 [提问]：小组讨论，通过比较，可以得出什么样结论。 [回答]：晶体的原子排列有序，而非晶体则不是。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 3 [讲述]：从本质上来说，晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里所呈的现周期性。 [讲述]：通过前面对晶体与非晶体的讨论，现在我们来总结一下，晶体有哪些特点： [板书]：3、晶体的特点： （1）有固定的几何外形； （2）有固定的熔点； （3）有各向异性。 [解析]：对于同一幅图案来说,从不同的方向审视,也会产生不同的感受,那么对于晶 体来说,许多物理性质：如硬度、导热性、光学性质等，因研究角度不同而产生差 异，即为各向异性。 例如：蓝晶石（Al2O3·SiO2）在不同方向上的硬度不同；石墨在与层垂直的方向上 的导电率与层平行的方向上的导电率 1∕104。 [小结]：可以根据晶体特点区别某一固体属于晶体还是非晶体。然而，得出区别晶 体与非晶体最可靠的方法是利用 x-射线衍射实验。 [提问]：通过这节课的学习，现在请你用一句话来定义晶体，应该怎么说？ [回答]：学生 1、内部原子有规律的排列的物质； 学生 2、内部原子有规律的排列，且外观为多面体的固体物质。 [板书]：4、晶体的定义： 质点（分子、离子、原子）在空间有规则地排列成的，具有整齐外型，以多 面体出 现的固体物质。 练习： 1、下列关于晶体与非晶体的说法正确的是： A、 晶体一定比非晶体的熔点高 B、 晶体有自范性但排列无序 C、 非晶体无自范性而且排列无序 D、 固体 SiO2 一定是晶体 2、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是： A、 熔沸点 B、 硬度 C、 颜色 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 4 D、 x-射线衍射实验 3、在我们的生活中遇到许多固体，通过今天这节课的学习，我们知道固体可以分 为晶体与非晶体。请你举出常见的晶体与非晶体的实例。 答案：1、C；2、D；3、晶体：玛瑙、水晶、硫晶体等等；非晶体玻璃、水泥等等。 4、下列不属于晶体的特点是： A、 一定有固定的几何外形 B、 一定有各向异性 C、 一定有固定的熔点 D、 一定是无色透明的固体 5、下列过程可以得到晶体的有： A、 对 NaCl 饱和溶液降温，所得到的固体 B、 气态 H2O 冷却为液态，然后再冷却成的固态 C、 熔融的 KNO3 冷却后所得的固体 D、 将液态的玻璃冷却成所得到的固体 6、晶体具有各向异性。如蓝晶石（Al2O3·SiO2）在不同方向上的硬度不同；又如 石墨在与层垂直的方向上的导电率与层平行的方向上的导电率 1∕104。晶体的各向 异性主要表现在是： ①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光学性质 A、①③ B、②④ C、①②③ D、①②③④ 7、一些不法商人制造假宝石来牟取暴利，你能否根据晶体物理性质的各向异性的 特点，列举出一些可能有效鉴别假宝石的方法？ 第二课时 一、晶胞 定义：晶体结构中的基本单元叫晶胞 二、晶胞中原子个数的计算方法： 位于晶胞顶点的微粒，实际提供给晶胞的只有 1/8； 位于晶胞棱边的微粒，实际提供给晶胞的只有 1/4； 位于晶胞面心的微粒，实际提供给晶胞的只有 1/2； 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 5 位于晶胞中心的微粒，实际提供给晶胞的只有 1。 练习： 1、现有甲、乙、丙、丁四种晶胞（如 图 2-8 所示），可推知：甲晶体中 A 与 B 的离子个数比为；乙晶体的化学 式为；丙晶体的化学式为______；丁 晶体的化学式为______。 2、钙-钛矿晶胞结构如图 2-9 所示。观察钙-钛矿晶胞结 构，求该晶体中，钙、钛、氧的微粒个数比为多少？ 3、晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十 面体，其中含有 20 个等边三角形的面和一定数目的顶 角，每个顶角各有一个硼原子。如图 2-10 所示，回答： （1）键角____；（2）晶体硼中的硼原子数____个； B—B 键____条？ 4、在碳单质的成员中还有一种混合型晶体 ——石墨，如图 2-11 所示。它是层状结构， 层与层之间依靠作用力相结合。每层内部碳原 子与碳原子之间靠作用力相结合，其键角。分 析图中每个六边形含有个碳原子。 教学反思： 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 6 本节内容是安排在原子结构、分子结构以及结构决定性质的内容之后来学习， 对于学生的学习有一定的理论基础。本节内容主要是通过介绍各种各样的固体为 出发点来过渡到本堂课的主题——晶体和非晶体。而晶体和非晶体的学习是以各 自的自范性和微观结构比较为切入点，进而得出得到晶体的一般途径以及晶体的 常见性质和区分晶体的方法。 第二节 分子晶体与原子晶体 第一课时 分子晶体 教学目标设定： 1、使学生了解分子晶体的组成粒子、结构模型和结构特点及其性质的一般特点。 2、使学生了解晶体类型与性质的关系。 3、使学生理解分子间作用力和氢键对物质物理性质的影响。 4、知道一些常见的属于分子晶体的物质类别。 5、使学生主动参与科学探究，体验研究过程，激发他们的学习兴趣。 教学重点难点： 重点掌握分子晶体的结构特点和性质特点 难点是氢键的方向性和氢键对物体物理性质的影响 从三维空间结构认识晶胞的组成结构 教学方法建议： 运用模型和类比方法诱导分析归纳 教学过程设计： 复问：什么是离子晶体？哪几类物质属于离子晶体？ （离子化合物为固态时均属于离子晶体，如大部分盐、碱、金属氧化物属于离子晶 体） 投影 晶体类型 离子晶体 结构 构成晶体的类型 粒子间的相互作用力 性质 硬度 熔沸点 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 7 导电性 溶解性 展示实物：冰、干冰、碘晶体 教师诱导：这些物质属于离子晶体吗？构成它们的基本粒子是什么？这些粒子间通 过什么作用结合而成的？ 学生分组讨论回答 板书 ：分子通过分子间作用力形成分子晶体 一、分子晶体 1、定义：含分子的晶体称为分子晶体 也就是说：分子间以分子间作用力相结合的晶体叫做分子晶体 看图 3-9，如：碘晶体中只含有 I2 分子，就属于分子晶体 问：还有哪些属于分子 晶体？ 2、较典型的分子晶体有非金属氢化物，部分非金属单质，部分非金属氧化物，几 乎所有的酸，绝大多数有机物的晶体。 3、分子间作用力和氢键 过度：首先让我们回忆一下分子间作用力的有关知识 阅读必修 2 P22 科学视眼 教师诱导：分子间存在着一种把分子聚集在一起的作用力叫做分子间作用力，也 叫范徳华力。分子间作用力对物质的性质有怎么样的影响。 学生回答：一般来说，对与组成和结构相似的物质，相对分子量越大分子间作用 力越大，物质的熔沸点也越高。 教师诱导：但是有些氢化物的熔点和沸点的递变却与此不完全符合，如：NH3， H2O 和 HF 的沸点就出现反常。 指导学生自学：教材中有些氢键形成的条件，氢键的定义，氢键对物质物理性质 的影响。 多媒体动画片 氢键形成的过程： ①氢键形成的条件：半径小，吸引电子能力强的原子（N，O，F）与 H 核 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 8 ②氢键的定义：半径小、吸引电子能力强的原子与 H 核之间的静电吸引作用。氢 键可看作是一种比较强的分子间作用力。 ③氢键对物质性质的影响：氢键使物质的熔沸点升高。 ④投影 氢键的表示 如：冰一个水分子能和周围 4 个水分子从氢键相结合组成一 个正四面体 见图 3-11 教师诱导：在分子晶体中，分子内的原子以共价键相结合，而相邻分子通过分子 间作用力相互吸引。分子晶体有哪些特性呢？学生回答 4．分子晶体的物理特性：熔沸点较低、易升华、硬度小。固态和熔融状态下都不 导电。 教师诱导：大多数分子晶体结构有如下特征：如果分子间作用力只是范德华力。 以一个分子为中心，其周围通常可以有几个紧邻的分子。如图 3-10 的 O2，C60， 我们把这一特征叫做分子紧密堆积。如果分子间除范德华力外还有其他作用力（如 氢键），如果分子间存在着氢键，分子就不会采取紧密堆积的方式 学生讨论回答：在冰的晶体中，每个水分子周围只有 4 个紧邻的水分子，形成正 四面体。氢键不是化学键，比共价键弱得多却跟共价键一样具有方向性，而氢键 的存在迫使四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的 4 个相邻水分子的相互 吸引，这一排列使冰晶体中空间利用率不高，皆有相当大的空隙使得冰的密度减 小。 教师诱导，还有一种晶体叫做干冰，它是固体的 CO2 的晶体。干冰外观像冰，干 冰不是冰。其熔点比冰低的多，易升华。 出示干冰的晶体结构晶胞模型。 教师讲解：干冰晶体中 CO2 分子之间只存在分子间力不存在氢键，因此干冰中 CO2 分子紧密堆积，每个 CO2 分子周围，最近且等距离的 CO2 分子数目有几个？ 一个 CO2 分子处于三个相互垂直的面的中心，在每个面上，处于四个对角线上各 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 9 有一个 CO2 分子周围，所以每个 CO2 分子周围最近且等距离的 CO2 分子数目是 12 个。 投影小结完成表格 晶体类型 分子晶体 结构 构成晶体的粒子 分子 粒子间的相互作用力 分子间作用力 性质 硬度 小 熔沸点 较低 导电性 固态熔融状态不导电 溶解性 相似相溶 课堂巩固练习 1、下列属于分子晶体的一组物质是 A 、CaO、NO、CO B、 CCl4、H2O2、He C、 CO2、SO2、NaCl D 、CH4、O2、Na2O 2、下列性质符合分子晶体的是 A、 熔点 1070℃，易熔于水，水溶液能导电 B、 熔点是 10.31℃，液体不导电，水溶液能导电 C、 熔点 97.81℃，质软，能导电，密度是 0.97g/cm3 D、 熔点，熔化时能导电，水溶液也能导电 3、下列物质的液体中，不存在分子是 A 二氧化硅 B 二氧化硫 C 二氧化碳 D 二硫化碳 4、下列说法正确的是 A、离子化合物中可能含有共价键 B、分子晶体中的分子内不含有共价键 C、分子晶体中一定有非极性共价键 D、分子晶体中分子一定紧密堆积 5、干冰汽化时，下列所述内容发生变化的是 A、分子内共价键 B、分子间作用力 C、分子间距离 D、分子间的氢键 6、“可燃冰”是深藏在海底的白色晶体，存储量巨大，是人类未来极具潜在优势的 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 10 洁净能源。在高压低温条件下,由水分子形成空间笼状结构，笼中“关”甲烷而形成， 如某种可燃冰的存在形式为 CH4·5.75H2O。 （1）“可燃冰” CH4·5.75H2O 的分子中，m（CH4）：m（H2O）= （2）若要从“可燃冰”中分离出甲烷，可用下列两中方法：①在一定温度下， 使 气体从水合物中分离出来，在一定压力下， 使气体从水合物中分离出来。 7、选择以下物体填写下列空白 A 干冰 B 氯化铵 C 烧碱 D 固体碘 ⑴晶体中存在分子的是 (填写序号，下同) ⑵晶体中既有离子键又有共价键的是 ⑶熔化时不需要破坏共价键的是 ⑷常况下能升华的是 8．四氯化硅的分子结构与四氯化碳类似，对其作出如下推测 ①四氯化硅晶体是分子晶体。②常温常压四氯化硅下是液体。③四氯化硅分子是 由极性键形成的分子。④四氯化硅熔点高于四氯化碳。 其中正确的是 A 只有① B 只有①② C 只有②③ D①②③④ 第二课时 〖教学目标设定〗 1、掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体和分子晶体。 2、了解金刚石等典型原子晶体的结构特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体 的结构与性质的关系。 〖教学难点重点〗 原子晶体的结构与性质的关系 〖教学过程设计〗 复习提问：1、什么是分子晶体？试举例说明。 2、分子晶体通常具有什么样的物理性质？ 引入新课： 分析下表数据，判断金刚石是否属于分子晶体 项目/物质 干冰 金刚石 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 11 熔点 很低 3550℃ 沸点 很低 4827℃ 展示：金刚石晶体 阅读：P68 ，明确金刚石的晶型与结构 归纳： 1．原子晶体：相邻原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。 2．构成粒子：原子； 3．粒子间的作用：共价键； 展示：金刚石晶体结构 填表： 键长 键能 键角 熔点 硬度 归纳： 4．原子晶体的物理性质 熔、沸点_______，硬度________；______________一般的溶剂；_____导电。 思考： （1）原子晶体的化学式是否可以代表其分子式，为什么？ （2）为什么金刚石的熔沸点很高、硬度很大？ （3）阅读：P69 ，讨论“学与问 1 ” 归纳：晶体熔沸点的高低比较 ①对于分子晶体，一般来说，对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大， 分子间作用力越大，物质的熔沸点也越高。 ②对于原子晶体，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质 的熔沸点越高，硬度越大。 合作探究： （1）在金刚石晶体中,每个 C 与多少个 C 成键？形成怎样的空间结构？最小碳环 由多少个石中,含 CC 原子组成？它们是否在同一平面内？ （2）在金刚石晶体中，C 原子个数与 C—C 键数之比为多少？ （3）12 克金刚—C 键数为多少 NA？ 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 12 比较:CO2 与 SiO2 晶体的物理性质 物质/项目 熔点℃ 状态(室温) CO2 -56.2 气态 SiO2 1723 固态 阅读：P68 -69，明确 SiO2 的重要用途 推断：SiO2 晶体与 CO2 晶体性质相差很大，SiO2 晶体不属于分子晶体 展示：展示 SiO2 的晶体结构模型（看书、模型、多媒体课件），分析其结构特点。 引导探究：SiO2 和 C02 的晶体结构不同。在 SiO2 晶体中，1 个 Si 原子和 4 个 O 原 子形成 4 个共价键，每个 Si 原子周围结合 4 个 O 原子；同时，每个 O 原子跟 2 个 Si 原子相结合。实际上，SiO2 晶体是由 Si 原子和 O 原子按 1：2 的比例所组成的 立体网状的晶体。 阅读：P72 ，明确常见的原子晶体 5．常见的原子晶体有____________________________等。 6．各类晶体主要特征 类型 比较 分子晶体 原子晶体 构成晶体微粒 形成晶体作用 力 物 理 性 质 熔沸点 硬度 导电性 传热性 延展性 溶解性 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 13 典型实例 P4、干冰、硫 金刚石、二氧化硅 阅读：P69 ，讨论“学与问 2 ” 归纳：判断晶体类型的依据 （1）看构成晶体的微粒种类及微粒间的相互作用。 对分子晶体,构成晶体的微粒是______________，微粒间的相互作用是_____ ______； 对于原子晶体，构成晶体的微粒是__ _____，微粒间的相互作用是___________ 键。 （2）看物质的物理性质(如：熔、沸点或硬度)。 一般情况下，不同类晶体熔点高低顺序是原子晶体比分子晶体的熔、沸点高得多 〖练习〗 1、下列的晶体中，化学键种类相同，晶体类型也相同的是 A、SO2 与 SiO2 B、C02 与 H2O C、C 与 HCl D、CCl4 与 SiC 2、碳化硅 SiC 的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中 C 原子和 S 原子的位置是 交替的。在下列三种晶体①金刚石 ②晶体硅 ③碳化硅中，它们的熔点从高到 低的顺序是 A、①③② B、②③① C、③①② D、②①③ 3、1999 年美国《科学》杂志报道：在 40GPa 高压下，用激光器加热到 1800K， 人们成功制得了原子晶体干冰，下列推断中不正确的是 A、原子晶体干冰有很高的熔点、沸点，有很大的硬度 B、原子晶体干冰易气化，可用作制冷材料 C、原子晶体干冰的硬度大，可用作耐磨材料 D、每摩尔原子晶体干冰中含 4molC—O 键 4、①在 SiO2 晶体中，每个 Si 原子与 个 O 原子结合， 构成 结构，Si 位于_____ ________，O 位于________ _____ ②在 SiO2 晶体中，Si 原子与 O 原子个数比为 ③在 SiO2 晶体中，最小的环为 个 Si 和 个 O 组成的 环。 5、单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 14 金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点 >3823 1683 2573 沸点 5100 2628 2823 硬度 10 7.0 9.5 ①晶体硼的晶体类型属于____________晶体，理由是________________。 已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有 20 个等边三 角形的面和一定数目的顶点，每个项点上各有 1 个 B 原子。通过视察图 形及推算，此晶体体结构单元由________________个硼原子构成。 其中 B—B 键的键角为____________。 〖作业〗 1．下列晶体中不属于原子晶体的是 （A）干冰 （B）金刚砂 （C）金刚石 （D）水晶 2．在金刚石的网状结构中，含有共价键形成的碳原子环，其中最小的环上，碳原 子数是 （A）2 个 （B）3 个 （C）4 个 （D）6 个 3．下列各物质中，按熔点由低到高排列正确的是 （A）O2、I2、Hg （B）CO2、K、SiO2 （C）Na、K、Rb （D）SiC、NaCl、SO2 4．下列各晶体中任意一个原子都被相邻的 4 个原子所包围；以共价键结合成正四 面体结构，并向空间伸展成网状结构的是 （A）甲烷 （B）石墨 （C）晶体硅 （D）水晶 5．在 x mol 石英晶体中，含有 Si-O 键数是 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 15 （A）x mol （B）2x mol （C）3 x mol （D）4x mol 6．固体熔化时，必须破坏非极性共价键的是 （A）冰 （B）晶体硅 （C）溴 （D）二氧化硅 7．石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原于都 跟其他 3 个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图， 则图中 7 个六元环完全占有的碳原子数是 （A）10 个 （B）18 个 （C）24 个 （D）14 个 8．石英玻璃是将纯石英在 1600℃高温下熔化，冷却后形成 的玻璃体。关于石英玻璃的结构和性质的叙述中正确的是 （A）石英玻璃属于原子晶体 （B）石英玻璃耐高温且能抵抗一切酸的腐蚀 （C）石英玻璃的结构类似于液体 （D）石英玻璃能经受高温剧变且能抗碱的腐蚀 9．已知 C3N4 晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结 合。下列关于 C3N4 晶体的说法错误的是 （A）该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石中的碳碳键更牢固 （B）该晶体中每个碳原子连接 4 个氮原子、每个氮原子连接 3 个碳原子 （C）该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足 8 电子结构 （D）该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成空间网状结构 10．氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。工业上 曾普遍采用高纯硅与纯氮在 1 300℃反应获得。 (1)氮化硅晶体属于__________晶体。 (2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间以单键相连，且 N 原子和 N 原子，Si 原子和 S 原子不直接相连，同时每个原子都满足 8 电子稳定结构。请写出氮化硅的化学式 __________ (3)现用 SiCl4 和 N2 在 H2 气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。 反应的化学方程式为__________________________________________________ 11．短周期元素 K、Y、Z 在周期表中位置关系如图： X Y 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 16 Z （1）x 元素的单质分子式是_______，若 x 核内中子数和质子数相等，x 单质的摩 尔质量为_______，单质是_______晶体。 （2）z 单质的晶体类型属于_______，Z 的氢化物和最高价氧化物的浓溶液反应的 化学方程式为____________________________。 教学反思： 晶体具有的规则的几何外形源于组成晶体的微粒按一定规律周期性的重复排 列。本节延续前面一节离子晶体，以“构成微粒---晶体类型---晶体性质”的认知模式 为主线，着重探究了典型分子晶体冰和干冰的晶体结构特点。并谈到了分子间作 用力和氢键对物质性质的影响。使学生对分子晶体的结构和性质特点有里一个大 致的了解。并为后面学习原子晶体做好了知识准备，以形成比较。 第三节 金属晶体 第 1 课时 【教学目标】 1、理解金属键的概念和电子气理论 2、初步学会用电子气理论解释金属的物理性质 【教学难点】金属键和电子气理论 【教学重点】金属具有共同物理性质的解释。 【教学过程设计】 【引入】大家都知道晶体有固定的几何外形、有确定的熔点，水、干冰等都属于 分子晶体，靠范德华力结合在一起，金刚石、金刚砂等都是原子晶体，靠共价键 相互结合，那么我们所熟悉的铁、铝等金属是不是晶体呢？它们又是靠什么作用 结合在一起的呢？ 【板书】一、金属键 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 17 金属晶体中原子之间的化学作用力叫做金属键。 【讲解】金属原子的电离能低，容易失去电子而形成阳离子和自由电子，阳离子 整体共同整体吸引自由电子而结合在一起。这种金属离子与自由电子之间的较强 作用就叫做金属键。金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特殊形式的 共价键，这种键既没有方向性也没有饱和性，金属键的特征是成键电子可以在金 属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金 属键相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。 【强调】金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。 【板书】二、电子气理论及其对金属通性的解释 1．电子气理论 【讲解】经典的金属键理论叫做“电子气理论”。它把金属键形象地描绘成从金属原 子上“脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原 子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。 2．金属通性的解释 【展示金属实物】展示的金属实物有金属导线(铜或铝)、铁丝、镀铜金属片等，并 将铁丝随意弯曲，引导观察铜的金属光泽。叙述应用部分包括电工架设金属高压 电线，家用铁锅炒菜，锻压机把钢锭压成钢板等。 【教师引导】从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢? 【学生分组讨论】请一位同学归纳，其他同学补充。 【板书】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。 ⑴金属导电性的解释 在金属晶体中，充满着带负电的“电子气”，这些电子气的运动是没有一定方向的， 但在外加电场的条件下电子气就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易 导电。 【设问】导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体 导热过程中电子气中的自由电子担当什么角色? ⑵金属导热性的解释 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 18 金属容易导热，是由于电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞从 而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。 ⑶金属延展性的解释 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来 的排列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的 作用，所以在各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即 使在外力作用下，发生形变也不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。 【练习】 1．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 2．金属能导电的原因是 A、金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱 B、金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 C、金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动 D、金属晶体在外加电场作用下可失去电子 课后阅读材料 1．超导体——一类急待开发的材料 一般说来，金属是电的良好导体(汞的很差)。 1911 年荷兰物理学家 H·昂内斯在研 究低温条件下汞的导电性能时，发现当温度降到约 4 K(即—269、)时汞的电阻“奇 异”般地降为零，表现出超导电性。后又发现还有几种金属也有这种性质，人们将 具有超导性的物质叫做超导体。 2．合金 两种和两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，叫做合 金，合金属于混合物，对应的固体为金属晶体。合金的特点①仍保留金属的化学 性质，但物理性质改变很大；②熔点比各成份金属的都低；③强度、硬度比成分 金属大；④有的抗腐蚀能力强；⑤导电性比成分金属差。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 19 3．金属的物理性质由于金属晶体中存在大量的自由电子和金属离子(或原子)排列 很紧密，使金属具有很多共同的性质。 (1)状态：通常情况下，除 Hg 外都是固体。 (2)金属光泽：多数金属具有光泽。但除 Mg、Al、 Cu、Au 在粉末状态有光泽外， 其他金属在块状时才表现出来。 (3)易导电、导热：由于金属晶体中自由电子的运动，使金属易导电、导热。 (4)延展性 (5)熔点及硬度：由金属晶体中金属离子跟自由电子间的作用强弱决定。金属除有 共同的物理性质外，还具有各自的特性。 ①颜色：绝大多数金属都是银白色，有少数金属具有颜色。如 Au 金黄色 Cu 紫红 色 Cs 银白略带金色。 ②密度：与原子半径、原子相对质量、晶体质点排列的紧密程度有关。最重的为 锇(Os)铂(Pt)最轻的为锂(Li) ③熔点：最高的为钨(W)，最低的为汞(Hg)，Cs，为 28．4℃ Ca 为 30℃ ④硬度：最硬的金属为铬(Cr)，最软的金属为钾 (K)，钠(Na)，铯(Cs)等，可用小 刀切割。 ⑤导电性：导电性能强的为银(Ag)，金(Au)，铜 (Cu)等。导电性能差的为汞(Hg) ⑥延展性：延展性最好的为金(Au)，Al 第二课时 【教材内容分析】 晶体知识和分子晶体、原子晶体已经做了介绍，学生对晶体内微粒的空间排列有 了初步的认识。学生自己探究金属晶体的结构有了可能。 【教学目标设定】 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。 3． 培养学生的合作意识 【教学重点难点】 金属晶体内原子的空间排列方式 【教学方法建议】 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 20 活动探究 【教学过程设计】 【引入】分子晶体中，分子间的范德华力使分子有序排列；原子晶体中，原子之 间的共价键使原子有序排列；金属晶体中，金属键使金属原子有序排列。今天， 我们一起讨论有关金属原子的空间排列问题。 【分组活动 1】 利用 20 个大小相同的玻璃小球，有序地排列在水平桌面上（二维平面上），要求 小球之间紧密接触。可能有几种排列方式。讨论每一种方式的配位数。（配位数： 同一层内与一个原子紧密接触的原子数） 【学生活动 1】 学生分四组活动，各由一人汇报结果。利用多媒体展示，学生排列结果主要介绍 以下两种方式。（配位数：同一层内与一个原子紧密接触的原子数） 非密置层，配位数 4 密置层，配位数 6 我们继续讨论，原子在三维空间的排列。首先讨论非密置层这种情况。 【学生活动 2】 非密置层排列的金属原子，在空间内可能的排列。汇总各类情况逐一讨论。 （一）简单立方体堆积 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 21 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，只有金属钋采取这种堆积方式。 （二）钾型 如果是非密置层上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆 积，如下图： 这种堆积方式的空间利用率显然比简单立方堆积的高多了，许多金属是这种堆积 方式，如碱金属，简称为钾型。 第三课时 【教材内容分析】 晶体知识和分子晶体、原子晶体已经做了介绍，学生对晶体内微粒的空间排列有 了初步的认识。学生自己探究金属晶体的结构有了可能。 【教学目标设定】 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。 3． 培养学生的合作意识 【教学重点难点】 金属晶体内原子的空间排列方式 【教学方法建议】 活动探究 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 22 【教学过程设计】 密置层的原子按钾型堆积方式堆积，会得到两种基本堆积方式，镁型和铜型。镁 型如下图左侧，按 ABABABAB……的方式堆积;铜型如图右侧,按 ABCABCABC……的方式堆积.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℅,但所得的晶胞的形式不同. [归纳与整理] 金属晶体的四种堆积模型对比 堆积模型 采用这种堆积 的典型代表 空间利用率 配位数 晶胞 简单立方 Po 52℅ 6 钾型 Na K Fe 68℅ 8 镁型 Mg Zn Ti 74℅ 12 铜型 Cu Ag Au 74℅ 12 混合晶体 石墨不同于金刚石,这的碳原子不像金刚石的碳原子那样呈 sp3 杂化.而是呈 sp2 杂 化,形成平面六元并环结构,因此石墨晶体是层状结构的,层内的碳原子的核间距为 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 23 142pm 层间距离为 335pm，说明层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的；石 墨的二维结构内，每一个碳原子的配位数为 3，有一个末参与杂化的 2p 电子，它 的原子轨道垂直于碳原子平面。石墨晶体中，既有共价键，又有金属键，还有范 德华力，不能简单地归属于其中任何一种晶体，是一种混合晶体。 【教学反思】 在必修 2 中，学生已初步了解了物质结构和元素周期律、离子键、共价键、分 子间作用力等知识。本节内容是在介绍了分子晶体和原子晶体等知识的基础上，再 介绍金属晶体的知识，可以使学生对于晶体有一个较全面的了解，也可使学生进一 步深化对所学的知识的认识。教材从介绍金属键和电子气理论入手，对金属的通性 作出了解释，并在金属键的基础上，简单的介绍了金属晶体的几种常见的堆积模型， 让学生对金属晶体有一个较为全面的认识。 第四节 离子晶体 第一课时 教学目标设定： 1．掌握离子晶体的概念，能识别氯化钠、氯化铯、氟化钙的晶胞结构。 2．学会离子晶体的性质与晶胞结构的关系。 3．通过探究知道离子晶体的配位数与离子半径比的关系。 4、通过碳酸盐的热分解温度与阳离子半径的自学，拓展学生视野。 教学重点难点： 1、离子晶体的物理性质的特点 2、离子晶体配位数及其影响因素 教学方法建议：分析、归纳、讨论、探究 教学过程设计： [引入] 1、什么是离子键？什么是离子化合物？ 2、下列物质中哪些是离子化合物？哪些是只含离子键的离子化合物？ Na2O NH4Cl O2 Na2SO4 NaCl CsCl CaF2 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 24 3、我们已经学习过几种晶体？它们的结构微粒和微粒间的相互作用分别是什么？ [板书]一、离子晶体 [展示] NaCl 、CsCl 晶体模型 [板书]阴、阳离子通过离子键形成离子晶体 1、离子晶体定义：由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体 注： （1）结构微粒：阴、阳离子 （2）相互作用：离子键 （3）种类繁多：含离子键的化合物晶体：强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐 （4）理论上，结构粒子可向空间无限扩展 [思考]下列物质的晶体，哪些属离子晶体？离子晶体与离子化合物之间的关系是什 么？ 干冰、NaOH、H2SO4 、K2SO4 、NH4Cl、CsCl [投影] 2、离子晶体的物理性质及解释 性质 解释 硬度（ ） 熔沸点（ ） 溶于水（ ） 熔融（ ） 离子晶体溶解性差异较大：NaCl、 KNO3、(NH4)2SO4_______ BaSO4 、CaCO3_______ [板书]3、离子晶体中离子键的配位数（C.N.） （1）定义：是指一个离子周围邻近的异电性离子的数目 [探究] NaCl 和 CsCl 晶体中阴、阳离子的配位数 离子晶体 阴离子的配位数 阳离子的配位数 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 25 NaCl CsCl （2）决定离子晶体结构的主要因素：正、负离子的半径比 [投影] 离子 Na+ Cs+ Cl- 离子半径 /pm 95 169 181 [学生活动] NaCl、CsCl 中正、负离子的半径比和配位数 NaCl CsCl r+/r- = r+/r- = C.N.=6 C.N.=8 [自主探究]CaF2 晶体中阴、阳离子的配位数 [板书] （3）影响阴、阳离子的配位数的因素| ①正、负离子半径比的大小 ②正、负离子所带电荷的多少 [学生活动]四种类型晶体的比较 晶体类型 离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体 构成粒子 粒子间相互作用 可能的相互作用 硬度 熔沸点 导电性 溶解性 典型实例 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 26 [练习] 1、下列含有极性键的离子晶体是 1 醋酸钠 ②氢氧化钾 ③金刚石 ④乙醇 ⑤氯化钙 A、①②⑤ B、①② C、①④⑤ D、①⑤ 2 下列说法正确的是 A、 一种金属元素和一种非金属元素一定能形成离子化合物 B、 离子键只存在于离子化合物中 C、 共价键只存在于共价化合物中 D、 离子化合物中必定含有金属元素 3、CsCl 晶体中 Cs+的 C.N.是 ____ Cl-的 C.N.是_____. CaF2 晶体中 Ca2+的 C.N.是 ____ F-的 C.N.是_____. 已知 KCl 的晶体结构与 NaCl 的相似，则 KCl 晶体中 K+的 C.N.是 ____ Cl-的 C.N.是_____. 第二课时 教学目标设定： 通过分析数据和信息，能说明晶格能的大小与离子晶体性质的关系。 教学重点、难点： 晶格能的定义和应用。 教学方法建议： 分析、归纳、应用 教学过程设计： [复 习]：四种类型晶体的比较： 晶体类型 离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体 构成粒子 粒子间相互作 用 硬度 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 27 熔沸点 导电性 溶解性 典型实例 [阅读与思考]：阅读下表，讨论、分析得出哪些结论？（小组讨论、交流、汇报） 表 1： F- Cl- Br- I- Li+ 1036 853 807 757 Na+ 923 786 747 704 K+ 821 715 682 649 Cs+ 785 689 660 630 Rb+ 740 659 631 604 表 2： AB 型离子晶 体 离子电 荷 晶格能（KJ/mol 熔点 摩氏硬度 NaF 1 923 993 3.2 NaCl 1 786 801 2.5 NaBr 1 747 747 <2.5 NaI 1 704 661 <2.5 MgO 2 3791 2852 6.5 CaO 2 3401 2614 4.5 SrO 2 3223 2430 3.5 BaO 2 3054 1918 3.3 [板 书]：二、晶格能 1、定义：气态离子形成 1mol 离子晶体时释放的能量。 2、规律： （1）离子电荷越大，离子半径越小的离子晶体的晶格能越大。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 28 （2）晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。 [科学视野]：阅读 P84----科学视野，从中你知道了什么？ [板 书]：3、岩浆晶出规则：晶格能高的晶体，熔点较高，更容易在岩浆冷却 过程中先结晶析出。（美国矿物学家鲍文） 教学习题设计： 1、下列大小关系正确的是 A、晶格能：NaClCaO C、熔点：NaI>NaBr D、熔沸点：CO2>NaCl 2、已知：三种氟化物的晶格能如下表： 晶格能（KJ/mol） Na+ 923 Mg2+ 2957 Al3+ 5492 三种氟化物的晶格能的递变原因是 。 3、已知：硅酸盐和石英的晶格能如下表： 硅酸盐矿物和石 英 晶格能（KJ/mol） 橄榄石 4400 辉石 4100 角闪石 3800 云母 3800 长石 2400 石英 2600 回答下列问题： （1）橄榄石和云母晶出的顺序是 。 （2）石英总是在各种硅酸盐析出后才晶出的原因是 。 （3）推测云母和橄榄石的熔点顺序为 ，硬度大小为 。 4、下表列出了钠的卤化物和硅的卤化物的熔点： NaX NaF NaCl NaBr NaI 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 29 熔点 995 801 775 651 SiX4 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 熔点 —90.2 —70.4 5.2 120.5 回答下列问题： （1）钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高很多，其原因 是 。 （2）NaF 的熔点比 NaBr 的熔点高的原因 是 。 SiF4 的熔点比 SiBr4 的熔点低的原因 是 。 （3）NaF 和 NaBr 的晶格能的高低顺序为 ，硬度大小 为 。 教学反思： 学生具备了离子键、离子半径、离子化合物等基础知识，本节直接给出氯化 钠、氯化铯晶胞，然后在科学探究的基础上介绍影响离子晶体结构的因素，通过 制作典型的离子晶体模型来进一步理解离子晶体结构特点，为学习晶格能作好知 识的铺垫。