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2019-2020年高中化學(xué) 3.3.1《原子晶體》教案 魯科版選修4 【教學(xué)目標(biāo)】 1. 通過了解典型原子晶體金剛石的宏觀性質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生理解原子晶體的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及微粒的堆積方式， 2. 認(rèn)識(shí)由共價(jià)鍵構(gòu)成的晶體特點(diǎn)。 【重點(diǎn)難點(diǎn)】 重點(diǎn)：掌握原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)特點(diǎn)。 難點(diǎn)：理解原子晶體與離子晶體、金屬晶體的區(qū)別。 【教學(xué)方法】 自主合作探究型學(xué)案教學(xué) 【教學(xué)過程】 教 師 活 動(dòng) 學(xué) 生 活 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 意 圖 情景導(dǎo)入 【設(shè)問】通過初中和必修課程的學(xué)習(xí)我們知道，碳和硅雖然都是ⅣA族元素，但他們的氧化物二氧化硅和二氧化碳的性質(zhì)卻差別較大。例如，常溫下，二氧化碳是氣體，二氧化硅卻是熔點(diǎn)高、硬度大的晶體，這是為什么呢？這與它們的結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？這一節(jié)我們就來研究他們的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)上的不同。 學(xué)生聆聽、思考。 提出問題，引起學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。 問題發(fā)現(xiàn) 【自學(xué)】請同學(xué)們先自學(xué)課本，然后完成學(xué)案中的[基礎(chǔ)自測]內(nèi)容，再相互討論，將發(fā)現(xiàn)的疑難問題寫到學(xué)案的[問題發(fā)現(xiàn)]欄目中。（教師巡視，指導(dǎo)學(xué)生自學(xué)及正確使用學(xué)案。） 學(xué)生先閱讀教材，然后完成學(xué)案中的相應(yīng)內(nèi)容。相互討論，提出問題。 充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高課堂效率，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。 問題探究與應(yīng)用 問題探究與應(yīng)用 【問題探究1】在初中我們都學(xué)習(xí)過金剛石的性質(zhì)（展示金剛石的圖片），金剛石有哪些特性？這些性質(zhì)顯然是由金剛石的結(jié)構(gòu)決定的，已知金剛石中的碳原子的雜化軌道是sp3，那么，金剛石有怎樣的結(jié)構(gòu)呢？請各小組相互討論，并根據(jù)自己的想象制作金剛石的結(jié)構(gòu)模型。 思考 1. 在金剛石晶體中每個(gè)碳原子周圍緊鄰的碳原子有多少個(gè)？ 2. 在金剛石晶體中每個(gè)碳原子連接有幾個(gè)共價(jià)鍵？ 3. 在金剛石晶體中碳原子個(gè)數(shù)與C-C共價(jià)鍵個(gè)數(shù)之比是多少？ 【板書】一．原子晶體 １.概念：相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體． 【歸納拓展】（展示甲烷和金剛石的微觀結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合學(xué)生回答情況，共同分析總結(jié)）甲烷分子中的碳原子的雜化軌道是sp3雜化軌道，甲烷分子是正四面體形分子。金剛石中的碳原子的雜化軌道也是sp3雜化軌道，故每個(gè)碳原子以sp3雜化軌道和它近鄰的四個(gè)碳原子以共價(jià)鍵相互結(jié)合在一起形成正四面體形的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。其中C—C鍵鍵長為0.154nm，鍵能為347kJmol-1,正是這種特殊的排列方式造就了金剛石晶體的獨(dú)特性質(zhì)。 【遷移應(yīng)用】關(guān)于金剛石的下列說法中，錯(cuò)誤的是（ ）。 A．晶體中不存在獨(dú)立的分子 B．碳原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合 C．是硬度最大的物質(zhì)之一 D．化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也不會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng) 【板書】2.常見的原子晶體 金剛石（C）、晶體硅(Si)、 晶體硼（B）、晶體鍺(Ge) 碳化硅（SiC）晶體、氮化硼（BN）晶體 二氧化硅（ SiO２）晶體 【問題探究2】水晶是一種古老的寶石（展示水晶的圖片），晶體完好時(shí)呈六棱住鉆頭形，它的成分是二氧化硅。水晶的結(jié)構(gòu)可以看成是硅晶體中每個(gè)Si—Si鍵中“插入”一個(gè)氧原子形成的，那么在二氧化硅中原子是怎樣排列的呢？請各小組相互討論，并根據(jù)自己的想象制作二氧化硅的結(jié)構(gòu)模型。 思考1. 在SiO2晶體中每個(gè)硅原子周圍緊鄰的氧原子有多少個(gè)？每個(gè)氧原子周圍緊鄰的硅原子有多少個(gè)？在SiO2晶體中硅原子與氧原子個(gè)數(shù)之比是多少？ 思考2. 在SiO2晶體中每個(gè)硅原子連接有幾個(gè)共價(jià)鍵？每個(gè)氧原子連接有幾個(gè)共價(jià)鍵？ 【歸納拓展】（展示二氧化硅的微觀結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合學(xué)生回答情況，共同分析總結(jié)）碳和硅都是第ⅣA族元素，若以硅原子代替金剛石晶體結(jié)構(gòu)中的碳原子，便可得到晶體硅的結(jié)構(gòu)；若再在硅晶體每個(gè)Si—Si鍵中“插入”一個(gè)氧原子，便可得到以硅氧四面體為骨架的二氧化硅的結(jié)構(gòu)。在二氧化硅晶體里，一個(gè)硅原子能形成四個(gè)共價(jià)鍵，一個(gè)氧原子能形成兩個(gè)共價(jià)鍵，因此二氧化硅晶體中硅原子和氧原子的個(gè)數(shù)比為1:2。 【問題探究3】通過以上分析，比較金剛石、二氧化硅與我們前面學(xué)過的金屬晶體、離子晶體有何不同？ 【歸納拓展】金剛石、二氧化硅與金屬晶體、離子晶體的構(gòu)成微粒和微粒間的相互作用都不同?？闪斜肀容^如下（先讓學(xué)生自己填表，再分析講解）： 晶體類型 構(gòu)成微粒 微粒間作用力 實(shí) 例 金屬晶體 Ca、Cu、Mg 離子晶體 金剛石、 二氧化硅 像這樣相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成的具有空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體成為原子晶體。常見的原子晶體有金剛石、晶體硅、金剛砂、水晶等。 說明：由金剛石的晶體結(jié)構(gòu)可以看出，在每個(gè)碳原子周圍排列的碳原子只能有四個(gè)，這是由共價(jià)鍵的飽和性與方向性決定的。正是因?yàn)樵谥行脑又車帕械脑拥臄?shù)目是有限的，所以這種比較松散排列的結(jié)構(gòu)與金屬晶體和離子晶體中的緊密堆積排列有很大的不同。 【遷移應(yīng)用】在二氧化硅晶體中，原子未排列成“緊密堆積”結(jié)構(gòu)，其原因是（ ）。 A．共價(jià)鍵具有飽和性 B．共價(jià)鍵具有方向性 C．二氧化硅是化合物 D．二氧化硅是由非金屬元素的原子構(gòu)成的 【交流與研討】分析下表中的數(shù)據(jù)， 部分原子晶體的鍵能、熔點(diǎn)和硬度表 晶體 鍵能/kJmol-1 熔點(diǎn)/℃ 硬度* 金剛石 （C—C）347 3350 10 碳化硅 （C—Si）301 2600 9 晶體硅 （Si—Si）226 1415 7 【思考】1. 怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石、硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度依次下降？ 2. “具有共價(jià)鍵的晶體叫做原子晶體”。這種說法對嗎？為什么？ 【歸納拓展】 1．在原子晶體中，各原子均以共價(jià)鍵相結(jié)合，由于原子晶體熔化時(shí)必須破壞其中的共價(jià)鍵，而共價(jià)鍵的鍵能相對較大，破壞他們需要很高的溫度，所以原子晶體具有很高的熔點(diǎn)。 2．對結(jié)構(gòu)相似的原子晶體來說，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)就越高。 【板書】3.原子晶體的物理特性 在原子晶體中，由于原子間以較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，而且形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以原子晶體的 （1）熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高 （2）硬度大 （3）一般不導(dǎo)電 （4）且難溶于一些常見的溶劑 【遷移應(yīng)用】碳化硅的晶體有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它與晶體硅和金剛石相比較，正確的是（ ）。 A．熔點(diǎn)從高到低的順序是：金剛石＞碳化硅＞晶體硅 B．熔點(diǎn)從高到低的順序是：金剛石＞晶體硅＞碳化硅 C．三種晶體中的結(jié)構(gòu)單元都是正四面體結(jié)構(gòu) D．三種晶體都是原子晶體且均為電的良導(dǎo)體 學(xué)生分組討論、探究，并根據(jù)想象動(dòng)手制作金剛石的球棍模型。然后小組代表發(fā)表自己的看法。 學(xué)生回顧復(fù)習(xí)雜化軌道知識(shí)，完善自己的金剛石球棍模型。 學(xué)生練習(xí)，鞏固有關(guān)金剛石的知識(shí)。 學(xué)生分組討論、探究，并根據(jù)想象動(dòng)手制作二氧化硅的球棍模型。然后小組代表發(fā)表自己的看法。 學(xué)生根據(jù)分析，完善自己的二氧化硅球棍模型。 學(xué)生復(fù)習(xí)、填表，總結(jié)復(fù)習(xí)有關(guān)晶體的知識(shí)。 學(xué)生練習(xí)，鞏固有關(guān)原子晶體的知識(shí)。 學(xué)生分組討論，探究原子晶體的性質(zhì)遞變規(guī)律及原因。 學(xué)生練習(xí)，鞏固有關(guān)原子晶體性質(zhì)遞變規(guī)律的知識(shí)。 通過問題探究和遷移應(yīng)用，學(xué)習(xí)金剛石的知識(shí)。 通過問題探究及遷移應(yīng)用，學(xué)習(xí)二氧化硅的知識(shí)。 通過問題探究，總結(jié)出原子晶體的有關(guān)知識(shí)，比較金屬晶體、離子晶體、原子晶體的不同。 通過問題探究，總結(jié)原子晶體的熔點(diǎn)等遞變規(guī)律。 概括整合 1．金屬晶體、離子晶體、原子晶體在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上有何不同？請?zhí)顚懴卤怼? 晶體類型 金屬晶體 離子晶體 原子晶體 構(gòu)成微粒 微粒間的作用力 化學(xué)鍵 特征 實(shí) 例 2．常見的原子晶體有金剛石、晶體硅、金剛砂、水晶，比較并填寫下表。 常見原 子晶體 原子數(shù)與化 學(xué)鍵數(shù)比值 最小環(huán)上 的原子數(shù) 鍵長與 鍵能比較 金剛石 碳化硅 晶體硅 二氧化硅 學(xué)生填表練習(xí)，比較總結(jié)幾種晶體的有關(guān)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 學(xué)生填表練習(xí)，比較總結(jié)常見的幾種原子晶體的有關(guān)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 以問題的形式呈現(xiàn)，讓學(xué)生討論、總結(jié)，歸納出本節(jié)主要內(nèi)容及有關(guān)規(guī)律。 【板書設(shè)計(jì)】 一．原子晶體 １.概念：相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體． 2.常見的原子晶體 3.原子晶體的物理特性