3.2.1 金属晶体与离子晶体 教学设计

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第三章不同聚集状态的物质与性质
第2节　金属晶体与离子晶体


本节教材以构建几种典型的晶体结构模型为主线，以不同类型的晶体中微粒在空间如何排列，
排列受哪些因素影响、各类晶体的晶胞有何特点等为核心问题分别介绍了金属晶体、离子晶体、共
价晶体和分子晶体。
教材设计了多样化的探究活动栏目，帮助学生建立物质结构与性质之间的联系，构建晶体结构模型，落实"证据推理与模型认知"化学学科核心素养培养目标。为了让学生积极主动地获取知识，能够描述晶胞的结构特点并计算晶胞中含有的原子数是通过活动探究来完成的。其中还设置了针对离子晶体中离子的排布规律的"交流·研讨"。通过观察认识氯化钠晶胞中实际填入的离子个数并分析表中的数据，研讨结构相似的离子晶体的晶格能大小与哪些因素有关;通过交流研讨表中数据，认识影响不同分子晶体熔点、沸点差异的原因。
为了拓宽学生视野，教材还设置了关于金属晶体的堆积模型、离子液体等资料性栏目。通过"追根寻源"，让学生了解合金为什么比纯金属的性能更优越，丰富学生的认识。通过木节的学习，引导学生深入认识物质的结构与性质之间的关系，提升对物质结构与性质的基本认识，促进"宏观辨识与微观探析""证据推理与模型认知""科学探究与创新意识"化学学科核心素养的发展。


宏观辨识与微观探析：
能用金属键和离子键的理论解释金属晶体和离子晶体的物理性质。
证据推理与模型认知：
了解金属晶体的三种原子堆积模型和几种典型离子晶体的晶胞结构。


    金属晶体、离子晶体的结构特点；晶胞的分析与计算


    金属晶体、离子晶体模型；课件素材；学案


【知识回顾】根据学案完成对离子键、金属键以及晶体类型的知识回顾
【联想质疑】尽管晶体世界丰富多彩、复杂多样，但人们在研究之初总是从简单的晶体入手，金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体等。各类晶体具有不同的结构特点，决定着它们具有不同的性质和用途。那么，不同类型的晶体中，微粒在空间如何排列?它们的排列受哪些因素影响?各类晶体的晶胞又有什么特点呢?
【投影】

• 【自主阅读】阅读教材P94-95页内容，总结归纳金属晶体的结构特点和类型。
  

【板书】一.金属晶体
【讲述】金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。由于“自由电子”为整个金属所共有，所以金属键没有饱和性和方向性，从而导致金属晶体可以看做等径圆球的堆积。
【投影】


【讲述】在日常生活中，我们常常能发现密堆积的例子，如水果的密堆积。
【投影】


【质疑】因为金属键没有方向性，所以金属晶体可以看成由直径相等的圆球在三维空间堆积而成。等径圆球的堆积的方式有哪些呢？请大家阅读教材“拓展视野”，了解等径圆球的堆积形式。
【投影】



【讲述】不同的金属其原子的堆积方式也不完全相同，常见金属的堆积模型有三种。
【投影】


【交流研讨】请结合表 3-2-1 中辅助线的提示，描述其晶胞的结构特点，并计算晶胞中含有的原子数。
【投影】


【思考回顾】金属的一般通性是什么?结合金属键的特点以及金属晶体的特征分析原因。
【讲述】金属晶体有金属光泽，有良好的导电性、导热性、延展性。在锻压或锤打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，这种滑动不会破坏密堆积的排列方式，而且在滑动过程中"自由电子"能够维系整个金属键的存在，即各层之间始终保持着金属键的作用，因此金属晶体虽然发生了形变但不致断裂。
【讲述】金属铝很软，但如果将铝与铜、镁按一定比例混合，经高温熔融后冷却可以得到硬铝，硬度会大大提高。像这样由一种金属与另一种或几种金属或某些非金属所组成的、具有金属特性的物质叫作合金。合金一般是将各组分按一定比例熔合成均匀的液体，再经冷凝而制得的。合金的性能一般比纯金属更优越，原因是什么？请大家阅读教材“追根寻源”栏目。
【投影】



【交流研讨】当离子化合物以晶体形式存在时，晶体中的微粒会怎样分布呢？请以你了解的简单离子化合物为例，分析构成这些物质的微粒及微粒间相互作用的特点，猜想他们所形成的晶体中离子的排布具有怎样的规律。
【投影】


【板书】二.离子晶体
【讲述】阴、阳离子在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体。阅读教材相关内容，了解氯化钠晶体的形成。
【投影】动画展示氯化钠晶体的形成


【观察思考】观察氯化钠晶体的微观结构示意图，你将如何截取氯化钠晶体的晶胞? 在你截取的晶胞中，实际填入的 Na+与 Cl—各是多少个?
【投影】


【讲述】在氯化钠晶体中处于定点的氯离子有8个，处于面心的有6个，故晶胞中含有四个氯离子；处于棱心的钠离子有12个，体心的有1个，故晶胞中含有四个钠离子。
【投影】


【讲述】在氯化钠晶体中，其实并不存在单独的"NaCl"分子，Na+和Cl-的个数比是1:1，因此，可以用"NaCl"这一化学式表示氯化钠的组成，但不是分子的组成。不同的离子晶体其阴阳离子个数比不同，晶胞构成也不相同。
【投影】常见离子晶体的晶胞


【观察思考】观察常见离子晶体的几种类型，分析晶胞结构特点，计算晶胞中含有离子数目。
【投影】


【讲述】离子晶体中阴、阳离子间作用力的强弱在一定程度上可以用离子晶体的晶格能来衡量。晶格能是指将1mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量;吸收的能量越多，晶格能越大，表示离子间作用力越强，离子晶体越稳定。
【交流研讨】 依据表3-2-3 中的数据分析晶格能的大小与离子晶体的熔点的关系，并与同学们交流研讨结构相似的离子晶体其晶格能的大小与哪些因素有关。
【投影】


【总结】根据表中数据可知，离子晶体的晶格能越大，晶体的熔点越高。阴阳离子的离子间距越小，晶格能越大，离子所带的电荷越多，离子晶体的晶格能越大。
【讲述】在许多晶体中。离子间不再以离子键相互作用。而是以氢键、范德华力相互作用，这些晶体的熔点远比NaCl 等以离子键相互作用的离子晶体低得多;有些在常温下甚至以液态形式存在，称为离子液体。请同学们阅读教材“拓展视野”了解离子液体的特性。


【投影】
【迁移应用】完成学案迁移应用题目
【课堂小结】




   本节课对于金属晶体和离子晶体的特点和认识通过学生自主学习完成，对于金属晶体和离子晶体结构的认识较抽象，可结合课本活动探究，让学生通过观察有关晶体的模型进行直观探究分析。