高中化学人教版 (新课标)选修3 物质结构与性质第三章 晶体结构与性质第二节 分子晶体与原子晶体教学设计及反思

第二节 分子晶体与原子晶体

第一课时 分子晶体

教学目标 ：

1、使学生了解分子晶体的组成粒子、结构模型和结构特点及其性质的一般特点。

2、使学生了解晶体类型与性质的关系。

3、使学生理解分子间作用力和氢键对物质物理性质的影响。

4、知道一些常见的属于分子晶体的物质类别。

5、使学生主动参与科学探究，体验研究过程，激发他们的学习兴趣。

教学重点难点：

重点掌握分子晶体的结构特点和性质特点

难点是氢键的方向性和氢键对物体物理性质的影响

从三维空间结构认识晶胞的组成结构

教学方法建议：

运用模型和类比方法诱导分析归纳

教学过程设计：

复问：什么是离子晶体？哪几类物质属于离子晶体？

（离子化合物为固态时均属于离子晶体，如大部分盐、碱、金属氧化物属于离子晶体）

投影

展示实物：冰、干冰、碘晶体

教师诱导：这些物质属于离子晶体吗？构成它们的基本粒子是什么？这些粒子间通过什么作用结合而成的？

学生分组讨论回答

板书 ：分子通过分子间作用力形成分子晶体

一、分子晶体

1、定义：含分子的晶体称为分子晶体

也就是说：分子间以分子间作用力相结合的晶体叫做分子晶体

看图3-9，如：碘晶体中只含有I2分子，就属于分子晶体 问：还有哪些属于分子晶体？

2、较典型的分子晶体有非金属氢化物，部分非金属单质，部分非金属氧化物，几乎所有的酸，绝大多数有机物的晶体。

3、分子间作用力和氢键

过度：首先让我们回忆一下分子间作用力的有关知识

阅读必修2P22科学视眼

教师诱导：分子间存在着一种把分子聚集在一起的作用力叫做分子间作用力，也叫范徳华力。分子间作用力对物质的性质有怎么样的影响。

学生回答：一般来说，对与组成和结构相似的物质，相对分子量越大分子间作用力越大，物质的熔沸点也越高。

教师诱导：但是有些氢化物的熔点和沸点的递变却与此不完全符合，如：NH3，H2O和HF的沸点就出现反常。

指导学生自学：教材中有些氢键形成的条件，氢键的定义，氢键对物质物理性质的影响。

多媒体动画片

氢键形成的过程：

①氢键形成的条件：半径小，吸引电子能力强的原子（N，O，F）与H核

②氢键的定义：半径小、吸引电子能力强的原子与H核之间的静电吸引作用。氢键可看作是一种比较强的分子间作用力。

③氢键对物质性质的影响：氢键使物质的熔沸点升高。

④投影 氢键的表示 如：冰一个水分子能和周围4个水分子从氢键相结合组成一个正四面体 见图3-11

教师诱导：在分子晶体中，分子内的原子以共价键相结合，而相邻分子通过分子间作用力相互吸引。分子晶体有哪些特性呢？学生回答

4．分子晶体的物理特性：熔沸点较低、易升华、硬度小。固态和熔融状态下都不导电。

教师诱导：大多数分子晶体结构有如下特征：如果分子间作用力只是范德华力。以一个分子为中心，其周围通常可以有几个紧邻的分子。如图3-10的O2，C60，我们把这一特征叫做分子紧密堆积。如果分子间除范德华力外还有其他作用力（如氢键），如果分子间存在着氢键，分子就不会采取紧密堆积的方式

学生讨论回答：在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，形成正四面体。氢键不是化学键，比共价键弱得多却跟共价键一样具有方向性，而氢键的存在迫使四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子的相互吸引，这一排列使冰晶体中空间利用率不高，皆有相当大的空隙使得冰的密度减小。

教师诱导，还有一种晶体叫做干冰，它是固体的CO2的晶体。干冰外观像冰，干冰不是冰。其熔点比冰低的多，易升华。

出示干冰的晶体结构晶胞模型。

教师讲解：干冰晶体中CO2分子之间只存在分子间力不存在氢键，因此干冰中CO2分子紧密堆积，每个CO2分子周围，最近且等距离的CO2分子数目有几个？

一个CO2分子处于三个相互垂直的面的中心，在每个面上，处于四个对角线上各有一个CO2分子周围，所以每个CO2分子周围最近且等距离的CO2分子数目是12个。

投影小结完成表格

课堂巩固练习

1、下列属于分子晶体的一组物质是

A 、CaO、NO、CO      B、 CCl4、H2O2、He 

C、 CO2、SO2、NaCl     D 、CH4、O2、Na2O

2、下列性质符合分子晶体的是

A、 熔点1070℃，易熔于水，水溶液能导电

B、 熔点是10.31℃，液体不导电，水溶液能导电

C、 熔点97.81℃，质软，能导电，密度是0.97g/cm3

D、 熔点，熔化时能导电，水溶液也能导电

3、下列物质的液体中，不存在分子是

A  二氧化硅     B  二氧化硫     C 二氧化碳  D二硫化碳

4、下列说法正确的是

A、离子化合物中可能含有共价键

B、分子晶体中的分子内不含有共价键

C、分子晶体中一定有非极性共价键

D、分子晶体中分子一定紧密堆积

5、干冰汽化时，下列所述内容发生变化的是

A、分子内共价键        B、分子间作用力

C、分子间距离          D、分子间的氢键

6、“可燃冰”是深藏在海底的白色晶体，存储量巨大，是人类未来极具潜在优势的洁净能源。在高压低温条件下,由水分子形成空间笼状结构，笼中“关”甲烷而形成，如某种可燃冰的存在形式为CH4·5.75H2O。

（1）“可燃冰” CH4·5.75H2O的分子中，m（CH4）：m（H2O）=           

（2）若要从“可燃冰”中分离出甲烷，可用下列两中方法：①在一定温度下，      使气体从水合物中分离出来，在一定压力下，        使气体从水合物中分离出来。

7、选择以下物体填写下列空白

A干冰     B氯化铵    C烧碱     D固体碘

⑴晶体中存在分子的是            (填写序号，下同)

⑵晶体中既有离子键又有共价键的是             

⑶熔化时不需要破坏共价键的是             

⑷常况下能升华的是           

8．四氯化硅的分子结构与四氯化碳类似，对其作出如下推测

①四氯化硅晶体是分子晶体。②常温常压四氯化硅下是液体。③四氯化硅分子是由极性键形成的分子。④四氯化硅熔点高于四氯化碳。

其中正确的是

A只有①   B只有①②   C只有②③   D①②③④

第二课时

〖教学目标设定〗

1、掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体和分子晶体。

2、了解金刚石等典型原子晶体的结构特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。

〖教学难点重点〗

原子晶体的结构与性质的关系

〖教学过程设计〗

复习提问：1、什么是分子晶体？试举例说明。

          2、分子晶体通常具有什么样的物理性质？

引入新课：

分析下表数据，判断金刚石是否属于分子晶体

展示：金刚石晶体

阅读：P71 ，明确金刚石的晶型与结构

归纳：

1．原子晶体：相邻原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。

2．构成粒子：原子；

3．粒子间的作用：共价键；

展示：金刚石晶体结构

填表：

归纳：

4．原子晶体的物理性质

熔、沸点_______，硬度________；______________一般的溶剂；_____导电。

思考：

（1）原子晶体的化学式是否可以代表其分子式，为什么？

（2）为什么金刚石的熔沸点很高、硬度很大？

（3）阅读：P72 ，讨论“学与问 1 ”

归纳：晶体熔沸点的高低比较

①对于分子晶体，一般来说，对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔沸点也越高。

②对于原子晶体，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越大。

合作探究：

（1）在金刚石晶体中,每个C与多少个C成键？形成怎样的空间结构？最小碳环由多少个石中,含CC原子组成？它们是否在同一平面内？

（2）在金刚石晶体中，C原子个数与C—C键数之比为多少？

（3）12克金刚—C键数为多少NA？

比较:CO2与SiO2晶体的物理性质

阅读：P72 ，明确SiO2的重要用途

推断：SiO2晶体与CO2晶体性质相差很大，SiO2晶体不属于分子晶体

展示：展示SiO2的晶体结构模型（看书、模型、多媒体课件），分析其结构特点。

引导探究：SiO2和C02的晶体结构不同。在SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。

阅读：P72 ，明确常见的原子晶体

5．常见的原子晶体有____________________________等。

6．各类晶体主要特征

阅读：P72 ，讨论“学与问 2 ”

归纳：判断晶体类型的依据

（1）看构成晶体的微粒种类及微粒间的相互作用。

对分子晶体,构成晶体的微粒是______________，微粒间的相互作用是_____  ______；

对于原子晶体，构成晶体的微粒是__    _____，微粒间的相互作用是___________键。

（2）看物质的物理性质(如：熔、沸点或硬度)。

一般情况下，不同类晶体熔点高低顺序是原子晶体比分子晶体的熔、沸点高得多

〖练习〗

1、下列的晶体中，化学键种类相同，晶体类型也相同的是                   

A、SO2与SiO2    B、C02与H2O    C、C与HCl    D、CCl4与SiC

2、碳化硅SiC的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石  ②晶体硅  ③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是

A、①③②     B、②③①    C、③①②      D、②①③

3、1999年美国《科学》杂志报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，人们成功制得了原子晶体干冰，下列推断中不正确的是                              

A、原子晶体干冰有很高的熔点、沸点，有很大的硬度

B、原子晶体干冰易气化，可用作制冷材料

C、原子晶体干冰的硬度大，可用作耐磨材料

D、每摩尔原子晶体干冰中含4molC—O键

4、①在SiO2晶体中，每个Si原子与      个O原子结合，

构成        结构，Si位于_____     ________，O 位于________    _____

②在SiO2晶体中，Si原子与O原子个数比为         

③在SiO2晶体中，最小的环为      个Si和        个O组成的         环。

5、单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据

①晶体硼的晶体类型属于____________晶体，理由是________________。

已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三

角形的面和一定数目的顶点，每个项点上各有1个B原子。通过视察图

形及推算，此晶体体结构单元由________________个硼原子构成。

其中B—B键的键角为____________。

〖作业〗

1．下列晶体中不属于原子晶体的是                                      

（A）干冰    （B）金刚砂   （C）金刚石    （D）水晶

2．在金刚石的网状结构中，含有共价键形成的碳原子环，其中最小的环上，碳原子数是

（A）2个     （B）3个     （C）4个      （D）6个                 

3．下列各物质中，按熔点由低到高排列正确的是                          

（A）O2、I2、Hg             （B）CO2、K、SiO2

（C）Na、K、Rb             （D）SiC、NaCl、SO2

4．下列各晶体中任意一个原子都被相邻的4个原子所包围；以共价键结合成正四面体结构，并向空间伸展成网状结构的是                                      

（A）甲烷      （B）石墨      （C）晶体硅     （D）水晶

5．在x mol石英晶体中，含有Si-O键数是                               

（A）x mol     （B）2x mol    （C）3 x mol    （D）4x mol

6．固体熔化时，必须破坏非极性共价键的是                              

（A）冰        （B）晶体硅    （C）溴         （D）二氧化硅

7．石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原于都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是                               

（A）10个    （B）18个   （C）24个    （D）14个

8．石英玻璃是将纯石英在1600℃高温下熔化，冷却后形成的玻璃体。关于石英玻璃的结构和性质的叙述中正确的是     

（A）石英玻璃属于原子晶体

（B）石英玻璃耐高温且能抵抗一切酸的腐蚀

（C）石英玻璃的结构类似于液体

（D）石英玻璃能经受高温剧变且能抗碱的腐蚀

9．已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法错误的是                                           

（A）该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石中的碳碳键更牢固

（B）该晶体中每个碳原子连接4个氮原子、每个氮原子连接3个碳原子

（C）该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构

（D）该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成空间网状结构

10．氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300℃反应获得。

(1)氮化硅晶体属于__________晶体。

(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间以单键相连，且N原子和N原子，Si原子和S原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构。请写出氮化硅的化学式__________

(3)现用SiCl4和N2在H2气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为__________________________________________________

11．短周期元素K、Y、Z在周期表中位置关系如图：

（1）x元素的单质分子式是_______，若x核内中子数和质子数相等，x单质的摩尔质量为_______，单质是_______晶体。 

（2）z单质的晶体类型属于_______，Z的氢化物和最高价氧化物的浓溶液反应的化学方程式为____________________________。