wo晶体的常识基于核心素养建构 纪桂凤.docx

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wo晶体的常识基于核心素养建构纪桂凤

《晶体的常识——基于核心素养建构》教学设计

广东省沈新胜化学工作室汕头市下蓬中学纪桂凤

一、教材分析

本节课在《选修3》中起着承上启下的重要作用，之前的章节中，已对原子结构、分子结构和化学键做了详细的介绍，为本章内容的学习奠定了理论基础。

而本节课中对晶体常识的介绍，则是以后学习各种晶体结构与性质的一个重要开端。

关于晶体的常识，本节教材的内容包括四个部分：

1、晶体的形成途径；2、晶体与非晶体的区别（性质特征、结构特征）；3、鉴定方法；4、晶胞。

第一课时：

首先从人们熟悉的常见固体引入，节诶少了自然界中绝大多数固体都是晶体，介绍了晶体与非晶体的本质区别和性质差异。

点出了晶体的自范性、各向异性等是由于晶体中的粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的结构。

以铜晶体和铜晶胞为例，介绍了晶胞的概念以及两者之间的关系，并联系实际生活中的应用，使学生更好地体会化学学科的意义，落实立德树人的根本任务。

第二课时将重点针对晶胞结构进行相关计算，并结合学生的实际情况，做适当的拓展和引导。

二、学生分析

学生在初中物理的学习中，对晶体与非晶体在宏观上的性质差异有了一定的了解，但对微观本质了解并不多。

通过《选修3》前面章节的系统学习，学生基本可以运用原子结构、分子结构和化学键的知识对本节课进一步学习。

由于本章节的知识内容理论性强、空间感要求较高，在教学过程中需要充分利用多种教学媒体辅助学生理解教学内容，设计合适的情境和问题，化抽象为形象，提高学生的学习兴趣，主动参与学习活动，分析、归纳出晶体与非晶体的各种性质。

高二级学生具有一定的理论知识和实验素养，所以本节课在知识的理论性和应用性方面做了适当加深，满足学生的学科素养需求。

三、目标分析

1、教学目标

【核心素养建构】

【核心素养】

1、宏观辨识与微观辨析

通过晶体和非晶体在三维空间中的微观排列方式，认识晶体和非晶体的本质区别和性质差异，从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。

2、证据推理与模型认知

结合晶胞的结构模型，通过分析推理、计算等方法认识晶胞的结构、组成及其相互关系，奖励模型并应用于揭示晶胞的结构和晶体的构成规律。

【学习目标】

1、了解晶体、晶胞的概念以及二者之间的关系。

2、了解晶体与非晶体的本质区别与性质差异。

3、掌握晶体的基本性质

4、掌握晶胞中原子个数的计算方法——均摊法。

教学重点：

晶体和晶胞的概念；晶体与非晶体的本质区别和性质差异

教学难点：

晶胞的结构、晶胞的相关计算

2、评价目标

⑴通过晶体形成途径的学习，诊断并发展学生实验操作技能与科学探究能力；

⑵通过晶体性质特征的学习，诊断并发展宏观辨识素养，能从定性角度对晶体与非晶体进行初步鉴定；

⑶通过晶体结构特征的学习，诊断并发展微观辨析素养，能从微观角度对晶体与非晶体进行本质区分；

⑷通过晶体科学鉴定的学习，诊断并发展学生严谨细致的科学态度和社会责任。

⑸通过晶胞相关计算的学习，诊断并发展证据推理与模型认知素养，能从定量角度对晶胞进行分析。

四、思路分析

本教案利用多媒体课件展、实物展示和形象比喻等教学方式，使学生自主分析晶体和非晶体的不同，激发学生探究晶体和非晶体本质区别的热情。

通过晶体和非晶体的宏观性质上的区别，理解晶体和非晶体微观上的本质区别，建立结构决定性质的科学思维方法。

建构起晶胞的概念，形象比喻的方式，体会晶胞与晶体之间的关系；再以课本上的问题设置矛盾，通过学生自学讨论，教师的适当点拨，总结归纳出一个晶胞中平均所含粒子个数的计算方法，在此过程中，提升学生的空间想象能力。

五、教·学·评过程

过程环节1：

晶体的形成途径

学习任务

学生活动

教师活动

【学习任务1】

通过兴趣小组制备晶体过程的

了解，明确实验室形成晶体的

三种途径。

【评价任务1】

诊断并发展学生实验操作技能

与科学探究能力；

1.了解兴趣小组制备晶体的过程；

2.明确实验室形成晶体的三种途径：

（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。

展示真实情景，引导思考：

1.生活中常见的晶体与非晶体

2.水晶球结构剖析：

玛瑙和水晶

3.实验室中形成晶体一般有哪些

途径？

组织讨论、归纳总结。

【设计意图】通过真实情景，引导学生对晶体的存在有更深刻的认识，并引发思考，通过实验室制备晶体的

介绍和实物展示，使学生对晶体的形成有更系统的了解，提高实学生验操作技能与科学探究能

力的同时，激发兴趣和学习动力。

过程环节2：

晶体的性质特征

学习任务

学生活动

教师活动

【学习任务2】

通过三个情景，明确晶体与非晶体宏观表象上的差异，归纳晶体的性质特征。

【评价任务2】

诊断并发展学生的宏观辨识能力，能从定性角度对晶体与非晶体进行鉴定；

1.课前预习，收集晶体的相关信息，初步了解晶体与非晶体的性质特征差异。

2.讨论分析，归纳晶体的性质特征：

自范性、各向异性、固定熔点等。

1.展示晶体与非晶体宏观表象

差异的三个情景：

缺角氯化钠、

（云母片上）熔化石蜡呈椭圆形、

熔点变化曲线图。

2.引导学生分组讨论，归纳总结

晶体的性质特征

【设计意图】通过多媒体技术，展示晶体与非晶体宏观表象差异的三个情景。

让学生学会从定性角度对晶体

和非晶体进行初步鉴定，初步培养证据推理与模型认知素养。

过程环节3：

晶体的结构特征

学习任务

学生活动

教师活动

【学习任务3】

通过水晶球和玻璃球的结构特征差异，

归纳晶体的本质特征。

【评价任务3】

诊断并发展学生微观辨析能力，能从

微观角度对晶体与非晶体进行本质区分

1.宏观上的性质特征差异，其本质是晶体中粒子在微观空间里的排列差异造成的。

1.展示外观形状极其相似的水晶球和玻璃球

2.引导思考：

宏观上的性质特征差异是什么原因造成的？

【设计意图】通过多媒体技术，展示天然水晶球和石英玻璃球的微观结构特征差异，引导学生建立结构决定

性质的科学思维方法。

过程环节4：

晶体的科学鉴定

学习任务

学生活动

教师活动

【学习任务4】

了解晶体与非晶体的鉴别方法，明确X-射线衍射法是最可靠的科学方法。

【评价任务4】

诊断并发展学生严谨细致的科学态度和社会责任。

1.联系生活，了解晶体与非晶体的一些鉴别方法：

观察对称性、硬度不同、折光率差异等。

2.了解X-射线衍射法，懂得利用

图谱区分晶体与非晶体。

1.利用宏观性质特征差异，对晶体与非晶体进行初步鉴别的方法存在一定的局限性。

2.提供X-射线衍射图谱，引导学生思考。

【设计意图】通过联系生活，使学生明确晶体与非晶体的不同鉴别方法的利与弊，掌握最可靠的科学鉴定方法X-射线衍射法，进而培养学生的科学精神与社会责任。

过程环节5：

晶胞的相关计算

学习任务

学生活动

教师活动

【学习任务5】

掌握晶胞的形状、特征、结构、计算（均摊法）等相关知识，并融合其他学科知识解决相应问题。

【评价任务5】

诊断并发展学生证据推理与模型认知素养，能从定量角度对晶胞进行相关计算。

1.做好相关预习，特别是复习体积计算、单位换算、坐标参数等跨学科知识。

2.通过小组合作，完成相关晶胞结构的分析，完成配套习题。

1.利用多媒体技术展示晶胞结构，化抽象为形象，便于学生理解晶胞的相关知识。

2．做适当的拓展与引导：

求微粒个数→确定化学式→求坐标参数→求晶体密度→特殊晶胞及非晶胞

【设计意图】通过多媒体技术，展示晶胞结构，化抽象为形象，便于学生理解晶胞的相关知识。

并根据学生

的实际情况，因材施教，做适当的拓展与引导，融合相关学科知识解决相应问题。

六、学业质量评价

知识点一：

晶体的基本常识

例1.非晶硅光电薄膜产业的研发成长，在转换效率上已逐渐接近于多晶硅太阳能电池，发电成本仅为多晶硅的三分之一。

非晶硅薄膜技术将成为太阳能电池的市场主流。

试探究下列问题：

（1）右图中a、b是两种硅的部分结构，请指出哪种是晶体硅，哪种是非晶硅？

a：

____________；b：

____________。

（2）有关晶体常识的相关说法中正确的是（）。

A、玻璃可加工成具有规则几何外形的固体，所以玻璃是晶体。

B、水晶在不同方向上的硬度、导热性、导电性相同。

C、晶体具有自范性、有固定的熔点，可以使X光发生有规律的衍射。

D、晶体研碎后即变为非晶体。

知识点二：

晶体的相关计算

计算1：

求微粒个数

例题1

习题1

一个铜晶胞中含有多少个铜原子?

下图是钠（Na）、锌（Zn）、碘（I2）、金刚石（C）晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含有几个原子?

例1图————————————————习题1图—————————————————

计算2：

确定化学式

例题2

习题2

【2018年期末市统考改编】⑷钛酸钡的热稳定性好,介电常数高，在话筒和扩音器中都有应用。

其晶胞结构如图所示：

Ba、Ti、O分别处于体心、顶角、棱心位置；该化合物的化学式为。

如图所示的是晶体结构中的基本单元，

图中○-X、●-Y、⊕-Z。

其对应的化学式不正确的是（　　）

例2图———————————习题2图———————————

计算3：

求坐标参数

例题3

习题3

【2016年·全国卷Ⅰ·37】⑹晶胞两个基本要素①原子坐标参数②晶胞参数，原子坐标参数表示晶胞内各原子相对位置，上图为Ge单晶晶胞，其具有金刚石型结构（正四面体）其中原子坐标参数A（0,0,0）；B（1/2,0,1/2）；C（1/2,1/2,0）；则D原子的坐标参数为。

【2018·全国卷Ⅰ·37】⑷KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，有钙钛矿型的立方结构，边长a=0.446nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示：

K与O间的最短距离为______nm，与K紧邻的O个数为__。

———————例3图—————————习题3图

计算4：

求晶体密度

例题4

习题4

【2018·全国卷Ⅰ·35】⑸Li2O具有反萤石结构，晶胞如图（b）所示。

已知晶胞边长为0.4665nm，阿伏加德罗常数为NA，则

Li2O的密度为cm−3（列计算式）。

习题4、某金属晶体的晶胞是面心立方体，即在立方体的8个顶点各有一个原子，各个面心有一个原子，每个原子被相邻的晶胞共有。

原子直径d，阿伏加德罗常数NA，金属摩尔质量M。

计算：

（1）每个晶胞中含有的原子的数目是。

（2）一个晶胞的体积是。

（3）该晶体的密度是。

例4图———————习题4图—————————

计算5：

特殊晶胞及非晶胞

例5、某晶体的一部分为正三棱柱，如图所示，该晶体的化学式可能是（　　）

A、X2Y9Z4　　B、X3Y9Z4C、XY4Z2D、X3Y8Z4

例6、2001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。

如图：

镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有1个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。

则该化合物的化学式可表示为

A、MgBB、MgB2C、Mg2BD、Mg3B2

例7、石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构。

图中平均每个正六边形占有C原子数

为个、占有的碳碳键数为个。

例8、晶体硼基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中含有20个等边三角形和一定

数目的顶角,每个顶角各有一个原子。

这个基本结构单元由个硼原子组成，

共含有个B-B键。

例9、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图所示，顶角和面心的原子

是钛原子，棱中心和体心的原子是碳原子，的化学式是。

例5图例6图例7图例8图例9图

《晶体的常识——基于核心素养建构》教学设计

广东省沈新胜化学工作室汕头市下蓬中学纪桂凤

【核心素养·目标建构】

【核心素养建构】

【核心素养】

1、宏观辨识与微观辨析

通过晶体和非晶体在三维空间中的微观排列方式，认识晶体和非晶体的本质区别和性质差异，从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。

2、证据推理与模型认知

结合晶胞的结构模型，通过分析推理、计算等方法认识晶胞的结构、组成及其相互关系，奖励模型并应用于揭示晶胞的结构和晶体的构成规律。

【学习目标】

1、了解晶体、晶胞的概念以及二者之间的关系。

2、了解晶体与非晶体的本质区别与性质差异。

3、掌握晶体的基本性质

4、掌握晶胞中原子个数的计算方法——均摊法。

教学重点：

晶体和晶胞的概念；晶体与非晶体的本质区别和性质差异

教学难点：

晶胞的结构、晶胞的相关计算

【自主预习·基础认知】

1、平行六面体（长方体/正方体）

⑴特征：

个面、个顶点、条棱；

⑵体积：

=底面积×高或=；

2、单位换算：

1cm=10-2m；1nm=10-9m；1pm=10-12m；则1nm=cm；1pm=cm。

3、密度计算：

【课堂探究·核心突破】

探究一：

晶体的形成途径

探究二：

晶体的性质特征

探究三：

晶体的结构特征

探究四：

晶体的科学鉴定

探究五：

晶体的相关计算

【课时达标·课后提升】

知识点一：

晶体的基本常识

例1.非晶硅光电薄膜产业的研发成长，在转换效率上已逐渐接近于多晶硅太阳能电池，发电成本仅为多晶硅的三分之一。

非晶硅薄膜技术将成为太阳能电池的市场主流。

试探究下列问题：

（1）右图中a、b是两种硅的部分结构，请指出哪种是晶体硅，哪种是非晶硅？

a：

____________；b：

____________。

（2）有关晶体常识的相关说法中正确的是（）。

A、玻璃可加工成具有规则几何外形的固体，所以玻璃是晶体。

B、水晶在不同方向上的硬度、导热性、导电性相同。

C、晶体具有自范性、有固定的熔点，可以使X光发生有规律的衍射。

D、晶体研碎后即变为非晶体。

知识点二：

晶体的相关计算

计算1：

求微粒个数

例题1

习题1

一个铜晶胞中含有多少个铜原子?

下图是钠（Na）、锌（Zn）、碘（I2）、金刚石（C）晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含有几个原子?

例1图————————————————习题1图—————————————————

计算2：

确定化学式

例题2

习题2

【2018年期末市统考改编】⑷钛酸钡的热稳定性好,介电常数高，在话筒和扩音器中都有应用。

其晶胞结构如图所示：

Ba、Ti、O分别处于体心、顶角、棱心位置；该化合物的化学式为。

如图所示的是晶体结构中的基本单元，

图中○-X、●-Y、⊕-Z。

其对应的化学式不正确的是（　　）

例2图———————————习题2图———————————

计算3：

求坐标参数

例题3

习题3

【2016年·全国卷Ⅰ·37】⑹晶胞两个基本要素①原子坐标参数②晶胞参数，原子坐标参数表示晶胞内各原子相对位置，上图为Ge单晶晶胞，其具有金刚石型结构（正四面体）其中原子坐标参数A（0,0,0）；B（1/2,0,1/2）；C（1/2,1/2,0）；则D原子的坐标参数为。

【2018·全国卷Ⅰ·37】⑷KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，有钙钛矿型的立方结构，边长a=0.446nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示：

K与O间的最短距离为______nm，与K紧邻的O个数为__。

———————例3图—————————习题3图

计算4：

求晶体密度

例题4

习题4

【2018·全国卷Ⅰ·35】⑸Li2O具有反萤石结构，晶胞如图（b）所示。

已知晶胞边长为0.4665nm，阿伏加德罗常数为NA，则

Li2O的密度为cm−3（列计算式）。

习题4、某金属晶体的晶胞是面心立方体，即在立方体的8个顶点各有一个原子，各个面心有一个原子，每个原子被相邻的晶胞共有。

原子直径d，阿伏加德罗常数NA，金属摩尔质量M。

计算：

（1）每个晶胞中含有的原子的数目是。

（2）一个晶胞的体积是。

（3）该晶体的密度是。

例4图———————习题4图—————————

计算5：

特殊晶胞及非晶胞

例5、某晶体的一部分为正三棱柱，如图所示，该晶体的化学式可能是（　　）

A、X2Y9Z4　　B、X3Y9Z4C、XY4Z2D、X3Y8Z4

例6、2001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。

如图：

镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有1个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。

则该化合物的化学式可表示为

A、MgBB、MgB2C、Mg2BD、Mg3B2

例7、石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构。

图中平均每个正六边形占有C原子数

为个、占有的碳碳键数为个。

例8、晶体硼基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中含有20个等边三角形和一定

数目的顶角,每个顶角各有一个原子。

这个基本结构单元由个硼原子组成，

共含有个B-B键。

例9、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图所示，顶角和面心的原子

是钛原子，棱中心和体心的原子是碳原子，的化学式是。

例5图例6图例7图例8图例9图

【研究性学习】

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学习拓展

1、宏观辨识与微观辨析

通过晶体和非晶体在三维空间中的微观空间排列方式，认识晶体和非晶体的本质区别和性质差异，从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。

2、证据推理与模型认知

结合晶胞的结构模型，通过分析推理、计算等方法认识晶胞的结构、组成及其相互关系，奖励模型并应用于揭示晶胞的结构和晶体的构成规律。

3、变化观念与平衡思想

4、实验探究与创新意识

5、科学精神与社会责任