化學(xué)鍵和晶體結(jié)構(gòu)教案

1、第19講化學(xué)鍵和晶體結(jié)構(gòu)教案 教學(xué)目標(biāo)知識(shí)技能：熟悉三類晶體的代表物結(jié)構(gòu)；學(xué)會(huì)在晶體中尋找晶胞；學(xué)會(huì)計(jì)算晶體中各種微粒的個(gè)數(shù)之比。能力培養(yǎng)：通過晶體（或晶胞）結(jié)構(gòu)的觀察，提高學(xué)生的觀察能力。通過對(duì)“晶胞”概念的闡述，力求學(xué)生能夠想象整個(gè)晶體結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的想象能力。通過分析“晶體中的每個(gè)微粒為幾個(gè)晶胞所共有”，計(jì)算“晶體中原子的個(gè)數(shù)、化學(xué)鍵的數(shù)目”等問題的訓(xùn)練，提高學(xué)生分析推理能力。科學(xué)思想：熱愛科學(xué)，依靠科學(xué)解決實(shí)際問題?？茖W(xué)品質(zhì)：通過使用計(jì)算機(jī)軟件或立體模型，刺激學(xué)生的感官，產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。通過教師的引導(dǎo)和精心設(shè)問，激發(fā)學(xué)生的求知欲?？茖W(xué)方法：由個(gè)別到一般的歸納法及運(yùn)用一般規(guī)律解決個(gè)別問題的

2、演繹法。重點(diǎn)、難點(diǎn)三類晶體代表物結(jié)構(gòu)的觀察；想象和分析推理能力的培養(yǎng)。 教學(xué)過程設(shè)計(jì) 第一課時(shí) 教師活動(dòng)【引入】考試說明中明確提出：對(duì)原子、分子、化學(xué)鍵等微觀結(jié)構(gòu)要有三維想象能力，這就要求我們能夠通過對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的研究，提高自己觀察、想象和分析推理的能力。本節(jié)課我們將把晶體按著科學(xué)分類的方法進(jìn)行研究。【板書】一、離子晶體：代表物：NaCl、CsCl【軟件或模型展示】NaCl的晶體?！局v述】在NaCl晶體中，存在可重復(fù)的最小單元，我們稱之為晶胞?！就队啊烤О壕w中的最小重復(fù)單元?！爸貜?fù)”的含義：通過上、下、左、右、前、后的平移能與下一個(gè)最小單元（即晶胞）完全重合?！局v述】現(xiàn)在我們來尋找NaCl晶

3、體的晶胞?！拒浖蚰Ｐ驼故尽縉aCl晶體。【講述】晶體是由無數(shù)個(gè)晶胞連在一起形成的，故晶胞的結(jié)構(gòu)反映了晶體的結(jié)構(gòu)，所以對(duì)于某些晶體我們就可以通過研究晶胞結(jié)構(gòu)來研究晶體結(jié)構(gòu)。學(xué)生活動(dòng)觀察與思考。觀察軟件或模型，思考、討論問題，找到NaCl的晶胞。思考?！拒浖蚰Ｐ驼故尽縉aCl晶體?！咎釂枴空?qǐng)觀察所給出的NaCl的晶體模型分析氯化鈉的化學(xué)式用“NaCl”來表示，原因何在？能否把“NaCl”稱之為分子式？觀察NaCl晶體模型，分析問題，得出答案：每個(gè)Na+離子吸引著6個(gè)Cl-離子，而每個(gè)Cl-離子也吸引著6個(gè)Na+離子，所以在NaCl晶體中Na+離子與Cl-離子的個(gè)數(shù)比為11，故可用“NaCl”來

4、表示氯化鈉。在氯化鈉晶體中不存在獨(dú)立的氯化鈉分子，所以只能把“NaCl”稱之為化學(xué)式，而不叫分子式?！咎釂枴坑^察NaCl的晶體模型，分析在NaCl晶體的每個(gè)晶胞中，Na+占據(jù)的位置有_種？每種位置各有_個(gè)？Cl-占據(jù)的位置有_種？每種位置各有_個(gè)？觀察NaCl 的晶體模型，分析問題，得出答案：在每個(gè)NaCl晶胞中Na+的位置有兩種：8個(gè)位于晶胞的頂點(diǎn)，6個(gè)位于晶胞的面心；Cl-的位置有兩種：12個(gè)位于晶胞的棱邊，1個(gè)位于晶胞的體心?！咎釂枴亢暧^的NaCl晶體是由無數(shù)個(gè)晶胞相互延伸構(gòu)成的。位于頂點(diǎn)、面心、棱邊、體心上的微粒實(shí)際提供給每個(gè)晶胞的比例是多少？思考、討論問題，得出答案：頂點(diǎn)提供給每個(gè)晶

5、胞只是它的1/8；面心是1/2；棱邊是1/4；體心是1?！拒浖驁D片展示】位于頂點(diǎn)、面心、棱邊、體心上的微粒實(shí)際提供給每個(gè)晶胞的比例。觀察加深理解?！疽龑?dǎo)】在每個(gè)NaCl晶胞中，平均占有Na+ 離子多少個(gè)？Cl-離子多少個(gè)？能否從晶胞的角度出發(fā)，再分析氯化鈉化學(xué)式的由來？思考、討論問題，得出答案：在每個(gè)NaCl晶胞中，平均占有Na+離子： 1/8×8+/2×6=4；Cl-離子：1/4×12+1=4。由此可見，NaCl晶胞中Na+離子與Cl-離子的個(gè)數(shù)比為11，故晶體中Na+離子與Cl-離子的個(gè)數(shù)比為11，所以可用“NaCl”來表示氯化鈉的組成。教師活動(dòng)【提問】在N

6、aCl晶體中：每個(gè)Na+周圍與之等距離且最近的Na+有個(gè)；每個(gè)Cl-周圍與之等距離且最近的Cl-有_個(gè)？學(xué)生活動(dòng)觀察模型，得出答案：每個(gè)Na+周圍與之等距離且最近的Na+有12個(gè)；每個(gè)Cl-周圍與之等距離且最近的Cl-有12個(gè)。【軟件或模型展示】給出CsCl晶胞。【提問】觀察CsCl的晶胞，想象CsCl晶體結(jié)構(gòu)，試從兩個(gè)不同角度分析“CsCl”化學(xué)式的由來？觀察CsCl晶胞、想象晶體結(jié)構(gòu)、思考并回答問題：在CsCl晶胞中占有Cs+離子的個(gè)數(shù)為1個(gè)，Cl-離子1個(gè)，故Cs+與Cl-的個(gè)數(shù)比為11；由CsCl晶胞可想象其晶體結(jié)構(gòu)，在晶體中，每個(gè)Cs+吸引著8個(gè)Cl-離子，每個(gè)Cl-離子吸引著8個(gè)C

7、s+離子，故可用“CsCl”來表示其化學(xué)組成，稱之為化學(xué)式?！咎釂枴吭贑sCl晶體中：每個(gè)Cs+周圍與之等距離且最近的Cs+有_個(gè)？每個(gè)Cl-周圍與之等距離且最近的Cl-有_個(gè)？想象CsCl晶體結(jié)構(gòu)，回答問題：在CsCl晶體中：每個(gè)Cs+周圍與之等距離且最近的Cs+有6個(gè)，每個(gè)Cl-周圍與之等距離且最近的Cl-有6個(gè)。請(qǐng)根據(jù)以上兩種晶體中微粒個(gè)數(shù)的求算方法，小結(jié)如何計(jì)算立方晶體中的微粒個(gè)數(shù)比？歸納小結(jié)。要點(diǎn)如下：（1）找到晶體的晶胞；（2）分析晶胞中各微粒的位置：位于晶胞頂點(diǎn)的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有_個(gè)；位于晶胞棱邊的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有_個(gè)；位于晶胞面心的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有

8、_個(gè)；位于晶胞中心的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有_個(gè)。（3）數(shù)清晶胞中各微粒的個(gè)數(shù)：【投影】將學(xué)生的小結(jié)內(nèi)容投影展示（1）找到晶體的最小重復(fù)單元晶胞；（2）分析晶胞中各微粒的位置：位于晶胞頂點(diǎn)的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有1/8；位于晶胞棱邊的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有1/4；位于晶胞面心的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有1/2；位于晶胞中心的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有1。（3）數(shù)清晶胞中各微粒的個(gè)數(shù)：晶體中的微粒個(gè)數(shù)比=“微粒提供給每個(gè)晶胞的數(shù)值×晶胞中微粒個(gè)數(shù)”之比。</PGN0057.TXT/PGN>教師活動(dòng)【板書】二、原子晶體 代表物：金剛石、晶體硅、石英【軟件或模型展示】

9、金剛石的結(jié)構(gòu)。【提問】觀察金剛石結(jié)構(gòu)，思考其鍵角是多少度？構(gòu)成最小碳環(huán)所需碳原子數(shù)為多少？學(xué)生活動(dòng)觀察并回答問題：鍵角為109°28，構(gòu)成最小碳環(huán)所需的碳原子數(shù)為6個(gè)?！拘畔⒔o予】請(qǐng)運(yùn)用元素周期律的知識(shí)想象并描述晶體硅結(jié)構(gòu)。描述晶體硅的結(jié)構(gòu)：硅原子與硅原子之間通過非極性共價(jià)鍵形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鍵角為109°28，形成最小圓環(huán)需6個(gè)硅原子?！咎釂枴勘容^晶體硅與金剛石的不同之處，它將影響晶體硅的哪些不同于金剛石的性質(zhì)？思考并回答問題：由于硅原子的半徑大于碳原子，所以硅硅鍵的鍵長(zhǎng)大于碳碳鍵的鍵長(zhǎng)，使得其鍵能小于碳碳鍵的鍵能，這將使晶體硅的熔、沸點(diǎn)低于金剛石?！局v述】石英與金剛石

10、、晶體硅一樣，也具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如果我們把每個(gè)原子在平面上的投影點(diǎn)連接，就得到石英的平面結(jié)構(gòu)圖?！拒浖驁D片展示】石英平面結(jié)構(gòu)圖?！咎釂枴扛鶕?jù)石英的平面結(jié)構(gòu)圖分析石英晶體化學(xué)式的由來？能否稱之為分子式？觀察、分析、回答問題：在石英晶體中每個(gè)Si原子通過SiO極性鍵與4個(gè)O原子作用，而每個(gè)O原子也通過SiO極性鍵與2個(gè)Si原子作用，所以在石英晶體中Si原子與O原子的原子個(gè)數(shù)比為12，可用“SiO2”來表示石英的組成。因在晶體中不存在石英分子，故只能稱其為化學(xué)式，不能叫分子式?！咎釂枴扛鶕?jù)石英晶體的平面結(jié)構(gòu)圖分析：在石英晶體中，每個(gè)Si原子獨(dú)有多少個(gè)SiO鍵？由此分析nmolSiO2晶體中約含多

11、少摩SiO鍵？分析并回答問題：在石英晶體中，每個(gè)Si原子獨(dú)有4個(gè)SiO鍵，n molSiO2中含有n molSi原子，故約含4nmolSiO鍵。【信息給予】我們也可以將SiO2的晶體結(jié)構(gòu)想象為：在晶體硅的SiSi鍵之間插入O原子。請(qǐng)想象SiO2的空間結(jié)構(gòu)。想象SiO2的空間結(jié)構(gòu)。觀察證實(shí)結(jié)論?！拒浖蚰Ｐ驼故尽縎iO2晶體結(jié)構(gòu)圖?！咎釂枴坑^察SiO2晶體結(jié)構(gòu)，思考構(gòu)成一個(gè)最小的環(huán)需多少個(gè)原子？以Si原子為中心的SiO鍵之間的鍵角為多少度？觀察并回答問題：需12個(gè)原子。鍵角：109°28。教師活動(dòng)【板書】三、分子晶體 代表物：干冰【軟件或模型展示】干冰晶胞結(jié)構(gòu)?！咎釂枴坑^察干冰的晶胞結(jié)

12、構(gòu)，計(jì)算每個(gè)晶胞中含有CO2分子的個(gè)數(shù)？學(xué)生活動(dòng)觀察并回答問題：4個(gè)?！咎釂枴吭诟杀w結(jié)構(gòu)中，每個(gè)CO2分子周圍與之最近且等距離CO2分子的個(gè)數(shù)？干冰的晶胞結(jié)構(gòu)與我們見過的哪種結(jié)構(gòu)相似？觀察并回答問題：每個(gè)CO2分子周圍與之最近且等距離CO2分子有12個(gè)。這13個(gè)CO2分子的位置關(guān)系相當(dāng)于NaCl晶體中的13個(gè)Na+離子或13個(gè)Cl-離子的位置關(guān)系。【小結(jié)】在研究各類晶體代表物的結(jié)構(gòu)時(shí)，我們展開了空間想象，解決了“化學(xué)式的由來、求與之最近且等距離的微粒個(gè)數(shù)、鍵角、最小圓環(huán)”等問題；同時(shí)運(yùn)用分析推理能力，計(jì)算出每個(gè)微粒為幾個(gè)這樣的單元所共有，解決了“晶體中微粒的個(gè)數(shù)比、化學(xué)鍵的數(shù)目”等問題。從

13、而提高了我們的觀察、想象和分析問題的綜合能力。 第二課時(shí) 教師活動(dòng)【復(fù)習(xí)引入】上節(jié)課我們研究了各類代表物的結(jié)構(gòu)，位于不同位置的微粒提供給一個(gè)晶胞的數(shù)值各是多少？學(xué)生活動(dòng)回憶并回答問題：位于晶胞頂點(diǎn)的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有1/8；位于晶胞棱邊的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有1/4；位于晶胞面心的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有1/2；位于晶胞中心的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有1?！具^渡】本節(jié)課我們將運(yùn)用上節(jié)課研究問題的方法通過典型實(shí)例進(jìn)行更深層次的問題討論。例1 C60是碳單質(zhì)家族中的新成員，已知每個(gè)碳原子與其它三個(gè)碳原子相連。請(qǐng)根據(jù)碳的成鍵方式計(jì)算C60分子中存在_條CC單鍵；_條C=C雙鍵？【引導(dǎo)】

14、題目給出了哪些直接信息，是否有隱藏信息？分析得出答案：直接信息：C60分子中的每個(gè)碳原子與其它三個(gè)碳原子成鍵；間接信息：C60是一種單質(zhì)，分子中有60個(gè)原子；注意從碳原子的成鍵方式思考問題?！咎釂枴刻荚尤绾纬涉I？回答問題：碳原子通過4條共價(jià)鍵與其它原子成鍵。【提問】每個(gè)碳原子擁有多少條C-C單鍵和多少條C=C雙鍵才能滿足碳原子的成鍵方式？畫出碳原子的成鍵方式圖。思考問題，畫出碳原子的成鍵方式圖：【提問】每個(gè)CC單鍵為幾個(gè)碳原子所擁有？計(jì)算每個(gè)碳原子占有多少條 CC單鍵？在分子中共有多少條 CC單鍵？同理計(jì)算分子中共有多少條C=C雙鍵？分析問題，得出答案：每個(gè)CC單鍵為2個(gè)碳原子所擁有，故每個(gè)

15、碳原子占有2×1/2=1條CC單鍵，分子中共有1×60=60條CC單鍵；每個(gè)C=C雙鍵為2個(gè)碳原子所擁有，故每個(gè)碳原子占有1×1/2=1/2條C=C雙鍵，分子中共有1/2×60=30條C=C雙鍵。例2 某離子晶體晶胞如圖所示，X位于立方體的頂點(diǎn)，Y位于立方體的中心，試分析：（1）晶體中每個(gè)Y同時(shí)吸引著多少個(gè)X？每個(gè)X同時(shí)吸引著多少個(gè)Y？該晶體的化學(xué)式為_？（2）晶體中在每個(gè)X周圍與它最接近且距離相等的X共有多少個(gè)？（3）晶體中距離最近的2個(gè)X與1個(gè)Y形成的夾角XYX角度為多少？（4）該晶體的摩爾質(zhì)量為Mg·mol-1，晶體密度為g·c

16、m-3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體中兩個(gè)距離最近的X中心間的距離為多少？【引導(dǎo)】觀察晶胞結(jié)構(gòu)，可以直接得出什么答案？觀察晶胞結(jié)構(gòu)，回答問題：從晶胞結(jié)構(gòu)可以看出每個(gè)Y同時(shí)吸引著4個(gè)X。而且可以計(jì)算出晶胞中X的個(gè)數(shù)為1/8×4=1/2，Y的個(gè)數(shù)為1。則在該晶體中X與Y的個(gè)數(shù)比為1/12，即21，由此該晶體的化學(xué)式為XY2?！疽龑?dǎo)】從晶胞結(jié)構(gòu)展開想象晶體結(jié)構(gòu)，每個(gè)X同時(shí)吸引著多少個(gè)Y？畫出Y的位置。想象晶體結(jié)構(gòu)，回答問題：每個(gè)X同時(shí)吸引著8個(gè)Y，其位置關(guān)系如圖所示：【提問】從晶胞結(jié)構(gòu)展開想象晶體結(jié)構(gòu)，每個(gè)X周圍與它距離最近且相等的X共有多少個(gè)？畫出這些X的位置。想象晶體結(jié)構(gòu)，回答問題：每

17、個(gè)X周圍與它距離最近且相等的X共有12個(gè)，其位置關(guān)系如圖所示：【提問】將晶胞中的四個(gè)X連接在一起可以構(gòu)成何種立體圖形？Y在立體圖形中的位置？這種位置關(guān)系與哪種分子結(jié)構(gòu)相似？觀察晶胞結(jié)構(gòu)，回答問題：四個(gè)X構(gòu)成正四面體。Y位于正四面體的中心。這種結(jié)構(gòu)與CH4分子的結(jié)構(gòu)完全相同。【提問】由CH4分子的鍵角可知此晶體中距離最近的2個(gè)X與1個(gè)Y形成的夾角XYX角度為多少？回憶舊知識(shí)：CH4分子的鍵角為109°28，故XYX角度為109°28?！咎釂枴?mol該晶體的體積為多少？1個(gè)XY2微粒的體積為多少？【提問】一個(gè)XY2微粒的體積與一個(gè)晶胞的體積是否相等？一個(gè)晶胞的體積為多少？【提

18、問】晶胞的邊長(zhǎng)如何計(jì)算？晶體中兩個(gè)距離最近的X中心間的距離為多少？例3 （1）將NaCl的晶胞向三維空間延伸就可得到完美晶體。NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl相同，Ni2+與最鄰近O2-的核間距離為a×10-8cm，計(jì)算NiO晶體的密度（已知NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g·mol-1）。（2）天然的和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如在某種NiO晶體中就存在如右圖所示的缺陷：一個(gè)Ni2+空缺，另有兩個(gè)Ni2+被兩個(gè)Ni3+所取代。其結(jié)果晶體仍呈電中性但化合物中Ni和O的比值卻發(fā)生了變化。某氧化鎳樣品組成為Ni0.97O，試計(jì)算該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比?！咎釂枴咳绾稳胧秩デ笏憔w密度？思考討論，得出解題思路：求算晶體密度即求算1cm3中NiO的質(zhì)量?！疽龑?dǎo)】如何計(jì)算1cm3中陰、陽離子總數(shù)？1cm3中Ni2+O2-