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2019-2020年高中化學 3.3.1《原子晶體》教案 魯科版選修4 【教學目標】 1. 通過了解典型原子晶體金剛石的宏觀性質，引導學生理解原子晶體的空間結構特點及微粒的堆積方式， 2. 認識由共價鍵構成的晶體特點。 【重點難點】 重點：掌握原子晶體的結構與性質特點。 難點：理解原子晶體與離子晶體、金屬晶體的區(qū)別。 【教學方法】 自主合作探究型學案教學 【教學過程】 教 師 活 動 學 生 活 動 設 計 意 圖 情景導入 【設問】通過初中和必修課程的學習我們知道，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，二氧化硅卻是熔點高、硬度大的晶體，這是為什么呢？這與它們的結構有什么關系？這一節(jié)我們就來研究他們的結構及性質上的不同。 學生聆聽、思考。 提出問題，引起學生思考，激發(fā)學生學習的興趣。 問題發(fā)現(xiàn) 【自學】請同學們先自學課本，然后完成學案中的[基礎自測]內容，再相互討論，將發(fā)現(xiàn)的疑難問題寫到學案的[問題發(fā)現(xiàn)]欄目中。（教師巡視，指導學生自學及正確使用學案。） 學生先閱讀教材，然后完成學案中的相應內容。相互討論，提出問題。 充分發(fā)揮學生的主體作用，提高課堂效率，培養(yǎng)學生的自學能力。 問題探究與應用 問題探究與應用 【問題探究1】在初中我們都學習過金剛石的性質（展示金剛石的圖片），金剛石有哪些特性？這些性質顯然是由金剛石的結構決定的，已知金剛石中的碳原子的雜化軌道是sp3，那么，金剛石有怎樣的結構呢？請各小組相互討論，并根據(jù)自己的想象制作金剛石的結構模型。 思考 1. 在金剛石晶體中每個碳原子周圍緊鄰的碳原子有多少個？ 2. 在金剛石晶體中每個碳原子連接有幾個共價鍵？ 3. 在金剛石晶體中碳原子個數(shù)與C-C共價鍵個數(shù)之比是多少？ 【板書】一．原子晶體 １.概念：相鄰原子間以共價鍵相結合而形成空間立體網狀結構的晶體． 【歸納拓展】（展示甲烷和金剛石的微觀結構圖，結合學生回答情況，共同分析總結）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，故每個碳原子以sp3雜化軌道和它近鄰的四個碳原子以共價鍵相互結合在一起形成正四面體形的空間立體網狀結構。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特性質。 【遷移應用】關于金剛石的下列說法中，錯誤的是（ ）。 A．晶體中不存在獨立的分子 B．碳原子間以共價鍵相結合 C．是硬度最大的物質之一 D．化學性質穩(wěn)定，即使在高溫下也不會與氧氣發(fā)生反應 【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），晶體完好時呈六棱住鉆頭形，它的成分是二氧化硅。水晶的結構可以看成是硅晶體中每個Si—Si鍵中“插入”一個氧原子形成的，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構模型。 思考1. 在SiO2晶體中每個硅原子周圍緊鄰的氧原子有多少個？每個氧原子周圍緊鄰的硅原子有多少個？在SiO2晶體中硅原子與氧原子個數(shù)之比是多少？ 思考2. 在SiO2晶體中每個硅原子連接有幾個共價鍵？每個氧原子連接有幾個共價鍵？ 【歸納拓展】（展示二氧化硅的微觀結構圖，結合學生回答情況，共同分析總結）碳和硅都是第ⅣA族元素，若以硅原子代替金剛石晶體結構中的碳原子，便可得到晶體硅的結構；若再在硅晶體每個Si—Si鍵中“插入”一個氧原子，便可得到以硅氧四面體為骨架的二氧化硅的結構。在二氧化硅晶體里，一個硅原子能形成四個共價鍵，一個氧原子能形成兩個共價鍵，因此二氧化硅晶體中硅原子和氧原子的個數(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、離子晶體的構成微粒和微粒間的相互作用都不同?？闪斜肀容^如下（先讓學生自己填表，再分析講解）： 晶體類型 構成微粒 微粒間作用力 實 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鍵相結合而形成的具有空間立體網狀結構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：由金剛石的晶體結構可以看出，在每個碳原子周圍排列的碳原子只能有四個，這是由共價鍵的飽和性與方向性決定的。正是因為在中心原子周圍排列的原子的數(shù)目是有限的，所以這種比較松散排列的結構與金屬晶體和離子晶體中的緊密堆積排列有很大的不同。 【遷移應用】在二氧化硅晶體中，原子未排列成“緊密堆積”結構，其原因是（ ）。 A．共價鍵具有飽和性 B．共價鍵具有方向性 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、熔點和硬度表 晶體 鍵能/kJmol-1 熔點/℃ 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. 怎樣從原子結構角度理解金剛石、硅和鍺的熔點和硬度依次下降？ 2. “具有共價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，各原子均以共價鍵相結合，由于原子晶體熔化時必須破壞其中的共價鍵，而共價鍵的鍵能相對較大，破壞他們需要很高的溫度，所以原子晶體具有很高的熔點。 2．對結構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，由于原子間以較強的共價鍵相結合，而且形成空間立體網狀結構，所以原子晶體的 （1）熔點和沸點高 （2）硬度大 （3）一般不導電 （4）且難溶于一些常見的溶劑 【遷移應用】碳化硅的晶體有類似金剛石的結構，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．熔點從高到低的順序是：金剛石＞碳化硅＞晶體硅 B．熔點從高到低的順序是：金剛石＞晶體硅＞碳化硅 C．三種晶體中的結構單元都是正四面體結構 D．三種晶體都是原子晶體且均為電的良導體 學生分組討論、探究，并根據(jù)想象動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。 學生回顧復習雜化軌道知識，完善自己的金剛石球棍模型。 學生練習，鞏固有關金剛石的知識。 學生分組討論、探究，并根據(jù)想象動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。 學生根據(jù)分析，完善自己的二氧化硅球棍模型。 學生復習、填表，總結復習有關晶體的知識。 學生練習，鞏固有關原子晶體的知識。 學生分組討論，探究原子晶體的性質遞變規(guī)律及原因。 學生練習，鞏固有關原子晶體性質遞變規(guī)律的知識。 通過問題探究和遷移應用，學習金剛石的知識。 通過問題探究及遷移應用，學習二氧化硅的知識。 通過問題探究，總結出原子晶體的有關知識，比較金屬晶體、離子晶體、原子晶體的不同。 通過問題探究，總結原子晶體的熔點等遞變規(guī)律。 概括整合 1．金屬晶體、離子晶體、原子晶體在結構和性質上有何不同？請?zhí)顚懴卤怼? 晶體類型 金屬晶體 離子晶體 原子晶體 構成微粒 微粒間的作用力 化學鍵 特征 實 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 學生填表練習，比較總結幾種晶體的有關結構和性質。 學生填表練習，比較總結常見的幾種原子晶體的有關結構和性質。 以問題的形式呈現(xiàn)，讓學生討論、總結，歸納出本節(jié)主要內容及有關規(guī)律。 【板書設計】 一．原子晶體 １.概念：相鄰原子間以共價鍵相結合而形成空間立體網狀結構的晶體． 2.常見的原子晶體 3.原子晶體的物理特性