物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識高中化學(xué)人教版選修第二冊公開課教案

第三章 晶體構(gòu)造與性質(zhì)第一節(jié) 物質(zhì)的聚攏狀態(tài)與晶體的常識課程目標學(xué)科素養(yǎng)課程目標學(xué)科素養(yǎng)1. 了解晶體與非晶體的區(qū)分，了解獲得晶體的一a. 變化觀念與平衡思想:生疏物質(zhì)的聚攏狀般途徑。態(tài)會影響物質(zhì)的性質(zhì)，通過轉(zhuǎn)變物質(zhì)的聚攏2. 知道物質(zhì)的聚攏狀態(tài)會影響物質(zhì)的性質(zhì)，通過狀態(tài)可能獲得特別的材料轉(zhuǎn)變物質(zhì)的聚攏狀態(tài)能獲得特別的材料。b. 證據(jù)推理與模型認知：生疏簡潔的晶胞3. 生疏簡潔的晶胞，類推其他晶胞的分析方法。c. 科學(xué)探究與創(chuàng)意識：晶體X射線衍射4.試驗是測定物質(zhì)構(gòu)造的根本方法和試驗手段知道晶體X射線衍射試驗是測定物質(zhì)構(gòu)造的基本方法和試驗手段。5. 學(xué)會晶胞中微粒數(shù)的計算方法(均攤法)，能根據(jù)晶胞的構(gòu)造確定晶體的化學(xué)式。重點：晶體與非晶體的區(qū)分；晶體的自范性、各向異性，結(jié)晶的方法、對晶胞的生疏難點：晶體與非晶體的區(qū)分、對晶胞的生疏多媒體調(diào)試、講義分發(fā)【課導(dǎo)入】20世紀前，人們以為分子是全部化學(xué)物質(zhì)能夠保持其性質(zhì)的最小粒子，物質(zhì)三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化只是分子間距離發(fā)生了變化，分子在固態(tài)只能振動，在氣態(tài)能自由移動，在液態(tài)則介乎二者之間?！局v解】物質(zhì)不同聚攏狀態(tài)的特點物質(zhì)的聚攏狀態(tài)物質(zhì)的聚攏狀態(tài)微觀構(gòu)造微觀運動宏觀性質(zhì)微粒嚴密排列，微粒微粒嚴密排列，微粒在固定的位置上振大多有固定的外形，幾固態(tài)間的空隙很小動乎不能被壓縮微粒排列較嚴密，微介于固態(tài)和氣態(tài)之沒有固定的外形，不易液態(tài)粒間的空隙較小間被壓縮沒有固定的外形，簡潔氣態(tài)微粒間的距離較大可以自由移動被壓縮【講解】20世紀初，通過X射線衍射等試驗手段，覺察很多常見的晶體中并無分子。例如，氯化鈉、石墨、二氧化硅、金剛石以及各種金屬等。氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)也同樣不肯定都由分子構(gòu)成。例如，等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子〔分子或原子〕組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)；又如，離子液體是熔點不高的僅由離子組成的液體物質(zhì)。此外，還有更多的物質(zhì)聚攏狀態(tài)，如晶態(tài)、非晶態(tài)，以及介乎晶態(tài)和非晶態(tài)之間的塑晶態(tài)、液晶態(tài)等。這些事實說明，描述的物質(zhì)三態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化模型明顯過于簡潔了?！緦W(xué)生活動】除了三態(tài)，還有更多的物質(zhì)聚攏狀態(tài)，如等離子體、離子液體、晶態(tài)、非晶態(tài)，以及介乎晶態(tài)和非晶態(tài)之間的塑晶態(tài)、液晶態(tài)等?！驹O(shè)疑】閱讀［科學(xué)?技術(shù)?社會］中的等離子體、液晶?？偨Y(jié)等離子體、液晶態(tài)的概念、特征及應(yīng)用?！究偨Y(jié)】等離子體概念：氣態(tài)物質(zhì)在高溫或者在外加電場激發(fā)下，分子發(fā)生分解，產(chǎn)生電子和陽離子等。這種由電子、陽離子和電中性粒子組成的整體上呈電中性的物質(zhì)聚攏體稱為等離子體。特點：等離子體具有良好的導(dǎo)電性和流淌性。(3)應(yīng)用運用等離子體顯示技術(shù)可以制造等離子體顯示器；利用等高子體可以進展化學(xué)合成；核聚變也是在等離子態(tài)下發(fā)生的等。液晶概念：物質(zhì)加熱到到達熔點后，先呈渾濁態(tài)，再加熱到達肯定溫度時，渾濁態(tài)變透亮清亮態(tài)，將熔點至澄清點溫度范圍內(nèi)的物質(zhì)狀態(tài)稱為液晶。特征：液晶是介于液態(tài)和晶態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài)，既具有液體的流淌性、黏度、性變形等，又具有晶體的某些物理性質(zhì)，如導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等。應(yīng)用液晶已有廣泛的應(yīng)用。例如，手機、電腦和電視的液晶顯示器，由于施加電場可使液晶的長軸取向發(fā)生不同程度的轉(zhuǎn)變，從而顯示數(shù)字、文字或圖像。再如，合成高強度液晶纖維已廣泛應(yīng)用于飛機、火箭、坦克、艦船、防彈衣、防彈頭盔等?！具^渡】走進化學(xué)試驗室，你能見到很多固體，如蠟狀的白磷(P4)、黃色的硫黃(S8)、紫黑色的碘(I2)和高錳酸鉀(KMnO4)、藍色的硫酸銅(CuSO4?5H2O)、白色的碳酸鈣等。放眼世界，自然界中絕大多數(shù)礦物也都是固體。你是否知道固體有晶體和非晶體之分？【總結(jié)】1.晶體和非晶體的概念(1)晶體概念：內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在三維空間里呈周期性排列而構(gòu)成的具有規(guī)章幾何外形的固體。分類：依據(jù)組成晶體的微粒和微粒間的相互作用，可分為離子晶體、分子晶體、原子晶體和金屬晶體。非晶體概念：內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在三維空間里呈相對無序排列而構(gòu)成的不具有規(guī)章幾何外形的固體。晶體與非晶體的區(qū)分自范性自范性微觀構(gòu)造晶體有(能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形)原子在三維空間里呈周期性有序排列非晶體沒有(不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形)原子排列相對無序【設(shè)疑】具有規(guī)章幾何外形的固體肯定是晶體嗎？【答復(fù)】不肯定，由于非晶體也能加工成規(guī)章的幾何外形，如玻璃飾品。【總結(jié)】常見的晶體和非晶體晶體：食鹽、冰、鐵、銅等。非晶體：玻璃、橡膠等。晶體中粒子排列的周期性是指肯定方向上每隔肯定距離就重復(fù)消滅的排列，粒子排列的周期性導(dǎo)致晶體呈現(xiàn)規(guī)章的幾何外形?！驹O(shè)疑】晶體與非晶體有什么本質(zhì)的差異呢？【講解】晶體的自范性即晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。所謂自發(fā)過程，即自動發(fā)生的過程。不過，自發(fā)過程的實現(xiàn)，仍需要肯定的條件。晶體呈現(xiàn)自范性的條件之一是晶體生長的速率適當。熔融態(tài)物質(zhì)冷卻凝固，有時得到晶體，但凝固速率過快，常常只得到肉眼看不到多面體外形的粉末或沒有規(guī)章外形的塊狀物，甚至形成的只是非晶態(tài)〔玻璃態(tài)〕。晶體的自范性是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列的宏觀表象?！究偨Y(jié)】晶體和非晶體的本質(zhì)差異自范性自范性微觀構(gòu)造晶體有原子在三維空間周期性有序排列非晶體沒有原子排列相對無序【展現(xiàn)】2 自然水晶球里的瑪瑙和水晶、晶體SiO和非晶體SiO2 【案例探析】在水晶柱面上滴一滴熔化的石蠟，用一根紅熱的鐵針刺中凝固的石蠟，你會覺察石蠟在不同方向熔化的快慢不同?！局v解】各向異性：同一晶體中，在不同方向上質(zhì)點排列一般是不一樣的，因此，晶體的很多物理性質(zhì)，如硬度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、光學(xué)性質(zhì)等，常常隨方向的不同而有所差異。在考察固體的某些性質(zhì)，如熔點，可以間接地確定某一固體是否是晶體，由于晶體的熔點較固定，而非晶體則沒有固定的熔點，熔化過程溫度會發(fā)生變化?！究偨Y(jié)】晶體的特點自范性。在適宜條件下，晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)稱之為自范性。晶體的自范性是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性有序排列的宏觀表象。各向異性。晶體在不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)。有固定的熔點。晶體有固定的熔點。常利用固體是否有固定的熔點間接確定某固體是否屬于晶體。非晶體沒有固定的熔點?！緦W(xué)生活動】該如何鑒別晶體和非晶體【講解】晶體物質(zhì)能使X-射線產(chǎn)生衍射，非晶體只有散射效應(yīng)。這是測定晶體構(gòu)造的重要試驗方法?！驹O(shè)疑】怎樣獲得需要的晶體呢？3-1【學(xué)生】思考與答復(fù)【講解】獲得晶體的途徑熔融態(tài)物質(zhì)凝固試驗步驟：用研缽把硫黃粉末研細，放入蒸發(fā)皿中，放在三腳架的鐵圈上，用酒精燈加熱至熔融態(tài)，自然冷卻結(jié)晶后，觀看試驗現(xiàn)象。試驗現(xiàn)象：硫加熱溶化，自然冷卻結(jié)晶后，得到黃色晶體。氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固試驗步驟：在一個小燒杯里參加少量碘，用一個外表皿蓋在小燒杯上，并在外表皿上加少量冷水。把小燒杯放在石棉網(wǎng)上小火加熱，觀看試驗現(xiàn)象。試驗現(xiàn)象：固體直接變成紫色蒸氣，蒸氣遇冷又重分散成紫黑色的固體。溶質(zhì)從溶液中析出250mL燒杯中參加半杯飽和氯化鈉溶液，用滴管滴入濃鹽酸，觀看試驗現(xiàn)象。試驗現(xiàn)象：有白色細小晶體析出?！舅伎寂c爭論】3-7是某同學(xué)找到的一張玻璃構(gòu)造的示意圖,依據(jù)這張圖推斷玻璃是不是晶體?為什么?依據(jù)晶體物理性質(zhì)的各向異性的特點，能鑒別用玻璃仿造的假寶石。請你列舉一些可能有效的方法鑒別假寶石?！局v解】晶體與非晶體的根本區(qū)分在于構(gòu)成固體中的粒子在微觀空間里是否呈現(xiàn)周期3-7玻璃的構(gòu)造示意圖，構(gòu)成玻璃的粒子無周期性的排列，是無序的,所以玻璃是非晶體。利用晶體與非晶體的性質(zhì)差異來鑒別玻璃和寶石。寶石是晶體，具有固定的熔點和各向異性，可用硬度、熔點、折光率等性質(zhì)來鑒別寶石?？捎^看寶石的外形,具有多面體的外形；試驗它的硬度,可在玻璃上劃出痕跡，初步確定它是晶體；可利用寶石的折光率鑒別；(3)可利用X-射線衍射儀鑒別。固體外觀固體外觀微觀構(gòu)造自范性各向異性熔點具有自發(fā)形成的原子在三維空間呈晶體 有 有固定規(guī)章的幾何外形 周期性有序排列不能自發(fā)形成規(guī)非晶體原子排列相對無序沒有沒有不固定則的幾何外形本質(zhì)區(qū)分微觀原子在三維空間里是否呈現(xiàn)周期性有序排列【過渡】假設(shè)我們把一塊銅晶體切割，就會得到一小塊銅，假設(shè)連續(xù)不停的切割，最終得到的是什么呢？這就是我們這節(jié)課所要學(xué)習(xí)的晶體構(gòu)造的根本單元——晶胞。【講解】1.晶胞描述晶體構(gòu)造的根本單元叫做晶胞。晶胞是晶體中最小的構(gòu)造重復(fù)單元。這就好比我們要爭論蜂巢，由于蜂巢是由很多多個蜂室構(gòu)成的，所以我們只需爭論一個個根本單元——蜂室就可以了。晶體和其根本單元的關(guān)系就和蜂巢與蜂室的關(guān)系一樣。晶體也是由很多多個重復(fù)的根本單元“無隙并置”而成?！驹O(shè)疑】什么是無隙并置？【講解】所謂“無隙”，是指相鄰晶胞之間沒有任何間隙；所謂“并置”，是指全部晶胞都是平行排列的，取向一樣?！局v解】一般來說，晶胞都是平行六面體，整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成。全部晶胞的外形及其內(nèi)部的原子種類、個數(shù)及幾何排列是完全一樣的?！緦W(xué)生活動】3-8的右圖是金屬銅的一個晶胞，它是一個立方體，含4個銅原子。這張14個銅原子嗎?4個銅原子呢?請同學(xué)們分組爭論，原子再六面體上可以有幾個不同的位置消滅：頂點、棱上、面上、內(nèi)部?！局v解】晶胞只是晶體微觀空間構(gòu)造里的一個根本單元，在它的上下左右前后無隙并置地排列著很多晶胞，而且全部晶胞的外形及其內(nèi)部的原子種類、個數(shù)及幾何排列(包括取向)是完全一樣的。晶胞的構(gòu)造(1)晶胞中不同位置的原子在晶胞中的占比。晶胞的頂角原子是8個晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4個晶胞共用的，晶胞面上的原子是2個晶胞共用的。晶1個晶胞共用的。〔2〕晶胞中微粒數(shù)目確實定?！熬鶖偡ā眓個晶胞所1/n屬于這個晶胞?！緦W(xué)生活動】1Na+、Cl-數(shù)。Na+Cl-4Na+(提示:晶胞中Na+)4Cl-?！纠?】試計算鈉、鋅、碘、金剛石晶胞中含有原子的數(shù)目鈉、鋅、碘、金剛石晶胞示意圖金屬鈉的一個晶胞的原子數(shù)=

1+8

1=28金屬鋅的一個晶胞的原子數(shù)=

1+81=28碘的一個晶胞的原子數(shù)=

121+161=82 861+81+4=8金剛石的一個晶胞的原子數(shù)= 2 8【師拓展】非長方體晶胞中的粒子視具體狀況而定【講解】晶胞類型晶胞類型六方體正三棱柱頂角奉獻16112棱上奉獻13水平；豎11面上奉獻1212內(nèi)部奉獻11462、晶體構(gòu)造的測定〔1〕X射線衍射原理單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的電子相互作用，會在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點或明銳的衍射峰?！?〕X射線衍射試驗獲得晶胞信息晶體的X射線衍射試驗圖經(jīng)過計算，可以獲得包括晶胞外形和大小、分子或原子在微觀空間有序排列呈現(xiàn)的對稱類型、原子在晶胞里的數(shù)目和位置等，以及結(jié)合晶體化學(xué)組成的信息推出原子之間的相互關(guān)系?！?〕X射線衍射試驗獲得分子信息通過晶體X射線衍射試驗，可以測定晶胞中各個原子的位置(坐標)，依據(jù)原子坐標，可以計算原子間的距離，推斷哪些原子之間存在化學(xué)鍵，確定鍵長和鍵角，得出分子的空間構(gòu)造?！菊n堂小結(jié)】第一節(jié) 物質(zhì)的聚攏狀態(tài)與晶體的常識一、晶體與非晶體二、晶胞以下關(guān)于晶體與非晶體的說法正確的選項是晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)分在于是否有固定的熔、沸點B.晶體有自范性的緣由是粒子在微觀空間呈周期性有序排列C.固體食鹽、水晶、塑料、膽礬、玻璃均屬于晶體D.區(qū)分晶體與非晶體的最科學(xué)牢靠的方法是檢測其是否具有各向異性【答案】B【解析】A.晶體與非晶體的根本區(qū)分在于其內(nèi)部粒子在空間上是否按肯定規(guī)律做周期性重復(fù)排列，故A錯誤；B.晶體有自范性的緣由是粒子在微觀空間呈周期性有序排列，故B正確；C.塑料、玻璃沒有固定的熔沸點，不屬于晶體，故C錯誤；D.D錯誤。以下有關(guān)晶胞的說法正確的選項是

射線衍射法是區(qū)分晶體和非晶體的最科學(xué)的方法，故晶胞是晶體中最小的構(gòu)造單元B.晶胞中全部的粒子都為幾個晶胞共用C.晶胞均為長方D.不同晶體的晶胞不肯定一樣【答案】D【解析】A.晶胞是晶體的最小重復(fù)單元，但不肯定是最小構(gòu)造單元，故A錯誤；B.晶胞中有些粒子為晶胞單獨擁有，故B錯誤；C.晶胞多數(shù)為平行六面體，不肯定為長方體，故C錯誤；D.不同晶體的晶胞可能一樣，也可能不一樣，故D正確。元素X的某價態(tài)離子

中全部電子正好布滿K、L、M三個電子層，它與A.C.【答案】A

形成的晶胞構(gòu)造如下圖．以下說法中錯誤的選項是18B.該晶體中陽離子與陰離子的個數(shù)比為D.晶體中每個 四周有2個等距離且最近的【解析】A.由中

全部電子正好布滿K、L、M三個電子層，可知

為 ，其核外電子數(shù)為28，故A錯誤；B.利用均攤法可知該晶胞中

的個數(shù)為 ，

的個數(shù)為 ，該晶體中陽離子與陰離子的個數(shù)比為

，故B正確；C.該晶體中陽離子與陰離子的個數(shù)比為

，晶體的化學(xué)式為

，依據(jù)化合物中各元素正、負化合價代數(shù)和為0可以確定

，故C正確；D.由圖可知，晶體中與

等距離且最近的 有2個，故D正確。 射線金相學(xué)中記載關(guān)于銅與金可形成兩種有序的金屬互化物，其構(gòu)造如下圖。以下有關(guān)說法正確的選項是圖Ⅰ、Ⅱ中物質(zhì)的化學(xué)式一樣B.圖Ⅱ中物質(zhì)的化學(xué)式為 C.圖Ⅱ中與每個銅原子3D.設(shè)圖Ⅰ中晶胞的邊長為【答案】B【解析】A.依據(jù)均攤法可知，圖Ⅰ中含有銅原子數(shù)為

，則圖Ⅰ中合金的密度為，金原子數(shù)為 ，圖Ⅱ中含有銅原子數(shù)為 ，金原子數(shù)為

，圖Ⅰ中物質(zhì)的化學(xué)式AuCu，圖Ⅱ中物質(zhì)的化學(xué)式，故A錯誤；B.依據(jù)A中計算可知圖Ⅱ中物質(zhì)的化學(xué)式為 ，故B正確；C.依據(jù)圖Ⅱ的構(gòu)造圖可知，以頂點銅原子為例，與每個銅原子緊鄰的銅原子分布在經(jīng)過該頂點的晶胞的棱邊6個，故C錯誤；D.依據(jù)A的計算可知圖Ⅰ22，所以晶體的密度為 ，故D錯誤。應(yīng)選B。NaH的晶胞如圖，晶胞邊長為a。以下說法中錯誤的選項是鈉離子的配位數(shù)是6B.該構(gòu)造單元中氫離子數(shù)目為4C.氫離子之間的最短距離為 D.基態(tài)鈉離子的價電子排布式為【答案】C【解析】A.66，故A正確；B.理由均攤法計算，該結(jié)構(gòu)單元中氫離子數(shù)目為

，故B正確；C.氫離子之間的