新课标人教版高中化学选修3第3章第3节教案.docx

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新课标人教版高中化学选修3第3章第3节教案

第三章晶体结构与性质

第三节金属晶体

第1课时

【教材内容分析】

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。

【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。

【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4K（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。

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】

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

【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

教学内容分析：

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。

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？

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

[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、①②⑤B、①②C、①④⑤D、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

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。

（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：

NaCl

MgO>CaO

C、熔点：

NaI>NaBrD、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

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。