晶体结构与性质教案.docx
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晶体结构与性质教案
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：
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
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。
[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。
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；
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。
5、C70分子是形如椭球状的多面体，该结构的建立基于以下考虑：
（1）C70分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；
（2）C70分子中只含有五边形和六边形；
（3）多面体的顶点数、面数和棱边数的关系遵循欧拉定理：
顶点数+面数-棱边数=2。
根据以上所述确定：
（1）C70分子中所含的单键数和双键数；
（2）C70分子中的五边形和六边形各有多少？
第二节分子晶体与原子晶体
第一课时分子晶体
教学目标：
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
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2P22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
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
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
熔点
很低
3550℃
沸点
很低
4827℃
展示：
金刚石晶体
阅读：
P71，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：
P72，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？
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：
P72，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
典型实例
P4、干冰、硫
金刚石、二氧化硅
阅读：
P72，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
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
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
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。
第二课时
【教学目标】
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
【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
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
【教学目标】
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
【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
NaKFe
68℅
8
镁型
MgZnTi
74℅
12
铜型
CuAgAu
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。
第四节离子晶体
第一课时
教学目标：
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？
Na2ONH4ClO2Na2SO4NaClCsClCaF2
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
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
第二课时
教学目标：
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
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
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