《分子晶体与原子晶体》教案(人教版选修3)

2 分子晶体与原子晶体

第一课时分子晶体

[教材内容分析]

晶体具有的规则的几何外形源于组成晶体的微粒按一定规律周期性的重复排列。本节延续前面一节离子晶体，以“构成微粒---晶体类型---晶体性质”的认知模式为主线，着重探究了典型分子晶体冰和干冰的晶体结构特点。并谈到了分子间作用力和氢键对物质性质的影响。使学生对分子晶体的结构和性质特点有里一个大致的了解。并为后面学习原子晶体做好了知识准备，以形成比较。

[教学目标设定]

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）

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

二、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。

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

课后巩固训练

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①B只有①②C只有②③D①②③④

第二节分子晶体与原子晶体

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：

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

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N A？

比较

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。

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

课堂总结：

〖随堂练习〗

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

金刚石晶体硅晶体硼

熔点>3823 1683 2573

沸点5100 2628 2823

硬度10 7.0 9.5

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____________。

〖补充作业〗

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

（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____________________________。

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