3.2.2 共价晶体与分子晶体教学设计

skybamboo · 发表于 5 小时前

第三章不同聚集状态的物质与性质
第2节　共价晶体与分子晶体

本节在学习了金属晶体和离子晶体的基础上，进一步介绍了共价晶体和分子晶体，最后以石墨等为例介绍了混合型晶体，使学生了解由干微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体，从而进一步认识到人多数实际晶体要复杂得多。
教材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；通过观察思考冰晶体中存在的微粒间的相互作用，认识其对冰晶体的结构与性质产生的影响；通过"联想质疑"，引导学生认识金刚石具有怎样的结构，认识以分子为基本构成微粒的晶体中分子的排列，以石墨为例认识晶体的复杂性，借助过渡晶体及混合型晶体模型，解释其具有的独特性质。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：了解共价晶体、分子晶体的结构特点及性质。
证据推理与模型认知：能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。
变化观念与平衡思想：知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。

共价晶体、分子晶体的结构和性质、金刚石晶体的结构分析

晶体模型、课件、学案

【知识回顾】根据学案，回顾金属晶体以及离子晶体的有关知识
【投影】

【联想质疑】科学研究表明，30 亿年前，在地壳下 200 km 左右的地幔中，处在高温、高压岩浆中的碳元素逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质∶ 熔点高，不导电，硬度极高。这些性质显然是由金刚石的结构决定的。那么，金刚石具有怎样的结构呢?
【投影】

【讲述】在金刚石晶体中，碳原子采用sp3杂化，以共价键形成一种空间网状结构，每个碳原子和与它紧邻的四个碳原子构成一个正四面体结构单元。

【投影】

【观察思考】观察金刚石结构，思考以下问题
1.在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有多少个？
2.在金刚石晶体中每个碳原子连接有几个共价键？
3.在金刚石晶体中碳原子个数与C-C共价键个数之比是多少？
【板书】三.共价晶体
【讲述】相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为共价晶体。常见的共价晶体有碳化硅、晶体硅、水晶等。在共价晶体中由于共价键的饱和性与方向性，使每个中心原子周围排列的原子数目是有限的，由于所有原子间均以共价键相结合，所以晶体中不存在单个分子。
【自主探究】阅读教材有关内容，了解碳化硅、晶体硅、二氧化硅的结构特点。
【讲述】碳化硅又叫金刚砂，晶体与金刚石结构相似，其空间结构中碳原子和硅原子交替排列。碳原子和硅原子个数之比为1∶1。碳化硅硬度大，具有耐热性、耐氧化性和耐腐蚀性，可用作磨料、耐火材料、电热元件等，还可用来制造机械工程中的结构件和化学工程中的密封件等。
【投影】

【讲述】若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子，便可得到晶体硅的结构;若再向晶体硅结构中的每个 Si—Si 键中"插入"一个氧原子，便可得到以硅氧四面体为骨架的二氧化硅晶体的结构。
【投影】

【讲述】在二氧化硅晶体里，硅原子和氧原子交替排列，每个硅原子与相邻的4个氧原子以共价键相结合构成正四面体结构，硅原子在正四面体的中心，4个氧原子在正四面体的4个顶点，则每个正四面体占有1个完整的硅原子、2个氧原子。因此，二氧化硅晶体中硅原子和氧原子的个数比为1∶2，化学式为SiO2 。
【交流研讨】从表 3-2-4 中的数据可以看出，尽管金刚石、碳化硅和晶体硅都是共价晶体且它们的结构相似，但是它们的熔点和硬度有较大差异，请讨论产生这种差异的原因。
【投影】

【讲述】在共价晶体中，各原子均以共价键相结合，只要共价键不被破坏，原子就不能自由移动。由于共价晶体熔化或被粉碎时必须破坏其中的共价键，因此共价晶体具有很高的熔点，很大的硬度。对结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。
【联想质疑】在金属晶体、离子晶体和共价晶体中，原子或离子之间都是通过化学键相互结合的，相应化学键的特点对晶体中微粒的空间排布方式会产生影响。那么，像碘、干冰、等这些以分子为基本构成微粒的晶体中，分子会如何排列呢?
【投影】

【板书】四.分子晶体
【讲述】分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体，常见的分子晶体有非金属单质、非金属的氧化物和氢化物等无机物以及多数有机化合物形成的晶体。
【观察思考】观察碘晶体和干冰晶体的晶胞，分析晶胞中好友的分子数。
【投影】

【交流研讨】表 3-2-5 列出了一些分子晶体的熔点和沸点。请根据表中所列数据猜想;影响不同分子晶体熔点、沸点的原因可能有哪些?
【投影】

【讲述】影响影响分子晶体熔点的主要因素是分子间作用力，因此分子晶体的熔沸点一般较低，硬度较小。组成和结构相似且晶体中没有氢键的分子晶体来说，相对分子量越大，分子间作用力增强，熔沸点升高。
【观察思考】常温下，液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0 ℃以下，水凝结为冰，其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。观察图，思考∶冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用? 这对冰晶体的结构与性质产生了怎样的影响?
【投影】

【讲述】水分子之间存在氢键，冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶点的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状体，所以冰的密度比水小，结的冰会浮在水面上。
【投影】

【总结】通过以上分析我们可以得出，分子晶体的结构特点为：分子间只存在范德华力的分子晶体，服从紧密堆积排列原理；分子间存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性、饱和性，故不服从紧密堆积排列原理。
【联想质疑】实验测定，石墨的熔点高达 3850 ℃，这说明石墨晶体具有共价晶体的特点。但是，石墨很软并且能导电，是非常好的润滑剂，这说明它又不同于共价晶体。那么，石墨究竞属于哪种类型的晶体呢?
【投影】

【归纳总结】石墨晶体中C原子采取sp2杂化，C—C键之间的夹角为120°。石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个C原子与其他3个C原子以共价键结合，形成无限的六边形平面网状结构。每个C原子有1个未参与杂化的2p轨道并含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的大π键，层与层之间以范德华力结合。
【投影】

【总结】石墨中既含有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性，因此石墨属于混合型晶体。在自然界中存在的晶体中，很多具有类型石墨晶体结构的晶体，请大家阅读教材“拓展视野”，了解黑磷晶体的结构。阅读教材第五部分，了解晶体结构的复杂性
【投影】

【板书】五.晶体结构的复杂性
【投影】

【讲述】晶体结构复杂性的原因为:一方面，物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间作用，这也使这类晶体具有重要应用。另一方面，金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是，原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。
【归纳总结】金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等模型都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多，都是过渡型或混合型的。请大家根据前面所学内容，总结归纳四种晶体的类型的比较，完成学案表格。
【投影】

【课堂小结】

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[鲁科版] 3.2.2 共价晶体与分子晶体 教学设计

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