最新高中化学选修三《第三章晶体结构与性质》全套教案.docx
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最新高中化学选修三《第三章晶体结构与性质》全套教案
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
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。
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
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、①③B、②④C、①②③D、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；
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：
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
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
课堂巩固练习
1、下列属于分子晶体的一组物质是
A、CaO、NO、COB、CCl4、H2O2、He
C、CO2、SO2、NaClD、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①B只有①②C只有②③D①②③④
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：
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？
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
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SiO2B、C02与H2OC、C与HClD、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、①③②B、②③①C、③①②D、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
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xmol石英晶体中，含有Si-O键数是
（A）xmol（B）2xmol（C）3xmol（D）4xmol
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1300℃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
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
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
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