《3.1物质的聚集状态与晶体的常识-教学设计下学期高二化学同步优质课堂(新教材人教版选择性必修2)-教案课件-高中化学选择性必修二》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3.1物质的聚集状态与晶体的常识-教学设计下学期高二化学同步优质课堂(新教材人教版选择性必修2)-教案课件-高中化学选择性必修二（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 晶体结构与性质第一节 物质的聚集状态与晶体的常识本节从实验室常见的固体引入，介绍了自然界中绝大多数固体都是晶体，晶体与非晶体的本质区别和性质上的差异。晶体呈现多面体的外形是由于晶体中的粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的结果。通过以铜晶体和铜晶胞为例，介绍了晶胞的概念和晶胞与晶体的关系。教学时要注意运用多种教学媒体帮助学生理解教学内容，并让学生主动参与学习活动。课程目标学科素养1. 了解晶体与非晶体的区别，了解获得晶体的一般途径。2. 知道物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变物质的聚集状态能获得特殊的材料。3. 认识简单的晶胞，类推其他晶胞的分析方法。4. 知道晶体X射线衍射实验是
2、测定物质结构的基本方法和实验手段。5. 学会晶胞中微粒数的计算方法(均摊法)，能根据晶胞的结构确定晶体的化学式。a. 变化观念与平衡思想:认识物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变物质的聚集状态可能获得特殊的材料b. 证据推理与模型认知：认识简单的晶胞c. 科学探究与创新意识：晶体X射线衍射实验是测定物质结构的基本方法和实验手段重点：晶体与非晶体的区别；晶体的自范性、各向异性，结晶的方法、对晶胞的认识难点：晶体与非晶体的区别、对晶胞的认识多媒体调试、讲义分发【新课导入】20世纪前，人们以为分子是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质三态的相互转化只是分子间距离发生了变化，分子在固态只能振
3、动，在气态能自由移动，在液态则介乎二者之间。【讲解】物质不同聚集状态的特点物质的聚集状态微观结构微观运动宏观性质固态微粒紧密排列，微粒间的空隙很小在固定的位置上振动大多有固定的形状，几乎不能被压缩液态微粒排列较紧密，微粒间的空隙较小介于固态和气态之间没有固定的形状，不易被压缩气态微粒间的距离较大可以自由移动没有固定的形状，容易被压缩【讲解】20世纪初，通过X射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子。例如，氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等。气态和液态物质也同样不一定都由分子构成。例如，等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子（分子或原子）组成的整体上呈电中性的气态物质；又如，离子
4、液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。此外，还有更多的物质聚集状态，如晶态、非晶态，以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。这些事实表明，描述的物质三态间的相互转化模型显然过于简单了。【学生活动】除了三态，还有更多的物质聚集状态，如等离子体 、离子液体、晶态、非晶态，以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。【设疑】阅读科学技术社会中的等离子体、液晶。总结等离子体、液晶态的概念、特征及应用。【总结】1.等离子体(1)概念：气态物质在高温或者在外加电场激发下，分子发生分解，产生电子和阳离子等。这种由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体称为等离子体。(2)特点：等离子体
5、具有良好的导电性和流动性。(3)应用运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器；利用等高子体可以进行化学合成；核聚变也是在等离子态下发生的等。2.液晶(1)概念：物质加热到达到熔点后，先呈浑浊态，再加热达到一定温度时，浑浊态变透明清亮态，将熔点至澄清点温度范围内的物质状态称为液晶。(2)特征：液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，既具有液体的流动性、黏度、性变形等，又具有晶体的某些物理性质，如导热性、光学性质等。(3)应用液晶已有广泛的应用。例如，手机、电脑和电视的液晶显示器，由于施加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变，从而显示数字、文字或图像。再如，合成高强度液晶纤维已广泛应用于飞机、火
6、箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等。【过渡】走进化学实验室，你能见到许多固体，如蜡状的白磷(P4)、黄色的硫黄(S8)、紫黑色的碘(I2)和高锰酸钾(KMnO4)、蓝色的硫酸铜(CuSO45H2O)、白色的碳酸钙等。放眼世界，自然界中绝大多数矿物也都是固体。你是否知道固体有晶体和非晶体之分？【总结】1.晶体和非晶体的概念(1)晶体概念：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性排列而构成的具有规则几何外形的固体。分类：根据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用，可分为离子晶体 、分子晶体、原子晶体和金属晶体。(2)非晶体概念：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈相对无序排列而构成的不具有
7、规则几何外形的固体。(3)晶体与非晶体的区别自范性微观结构晶体有(能自发呈现多面体外形)原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体没有(不能自发呈现多面体外形)原子排列相对无序【设疑】具有规则几何外形的固体一定是晶体吗？【回答】不一定，因为非晶体也能加工成规则的几何外形，如玻璃饰品。【总结】常见的晶体和非晶体晶体：食盐、冰、铁、铜等。非晶体：玻璃、橡胶等。晶体中粒子排列的周期性是指一定方向上每隔一定距离就重复出现的排列，粒子排列的周期性导致晶体呈现规则的几何外形。【设疑】晶体与非晶体有什么本质的差异呢？【讲解】晶体的自范性即晶体能自发地呈现多面体外形的性质。所谓自发过程，即自动发生的过程。不过，自
8、发过程的实现，仍需要一定的条件。晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快，常常只得到肉眼看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物，甚至形成的只是非晶态（玻璃态）。晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。【总结】晶体和非晶体的本质差异自范性微观结构晶体有 原子在三维空间周期性有序排列 非晶体没有 原子排列相对无序 【展示】天然水晶球里的玛瑙和水晶、晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图。【案例探析】在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡，用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡，你会发现石蜡在不同方向熔化的快慢不同。【讲解】1.
9、各向异性：同一晶体中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的许多物理性质，如硬度、导热性 、导电性、光学性质等，常常随方向的不同而有所差异。2.在考察固体的某些性质，如熔点，可以间接地确定某一固体是否是晶体，因为晶体的熔点较固定，而非晶体则没有固定的熔点，熔化过程温度会发生变化。【总结】晶体的特点(1)自范性。在适宜条件下，晶体能自发地呈现多面体外形的性质称之为自范性。晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表象。(2)各向异性。晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。(3)有固定的熔点。晶体有固定的熔点。常利用固体是否有固定的熔点间接确定某固体是否属于晶体。非晶体
10、没有固定的熔点。【学生活动】该如何鉴别晶体和非晶体【讲解】晶体物质能使X-射线产生衍射 ，非晶体只有散射效应。这是测定晶体结构的重要实验方法。【设疑】怎样获得需要的晶体呢？【演示实验】实验3-1【学生】思考与回答【讲解】获得晶体的途径(1)熔融态物质凝固实验步骤：用研钵把硫黄粉末研细，放入蒸发皿中，放在三脚架的铁圈上，用酒精灯加热至熔融态，自然冷却结晶后，观察实验现象。实验现象：硫加热融化，自然冷却结晶后，得到黄色晶体。(2)气态物质冷却不经液态直接凝固实验步骤：在一个小烧杯里加入少量碘，用一个表面皿盖在小烧杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯放在石棉网上小火加热，观察实验现象。实验现象：固
11、体直接变成紫色蒸气，蒸气遇冷又重新凝聚成紫黑色的固体。(3)溶质从溶液中析出实验步骤：在250 mL烧杯中加入半杯饱和氯化钠溶液，用滴管滴入浓盐酸，观察实验现象。实验现象：有白色细小晶体析出。【思考与讨论】(1) 图3-7是某同学找到的一张玻璃结构的示意图,根据这张图判断玻璃是不是晶体?为什么?(2) 根据晶体物理性质的各向异性的特点，能鉴别用玻璃仿造的假宝石。请你列举一些可能有效的方法鉴别假宝石。【讲解】1. 晶体与非晶体的根本区别在于构成固体中的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。观察教科书中的图3-7玻璃的结构示意图，构成玻璃的粒子无周期性的排列，是无序的,所以玻璃是非晶体。2.
12、利用晶体与非晶体的性质差异来鉴别玻璃和宝石。宝石是晶体，具有固定的熔点和各向异性，可用硬度、熔点、折光率等性质来鉴别宝石。(1)可观察宝石的形状,具有多面体的外形；实验它的硬度,可在玻璃上划出痕迹，初步确定它是晶体；(2)可利用宝石的折光率鉴别；(3)可利用X-射线衍射仪鉴别。【总结】固体外观微观结构自范性各向异性熔点晶体具有自发形成的规则的几何外形原子在三维空间呈周期性有序排列有有固定非晶体不能自发形成规则的几何外形原子排列相对无序没有没有不固定本质区别微观原子在三维空间里是否呈现周期性有序排列【过渡】如果我们把一块铜晶体切割，就会得到一小块铜，如果继续不停的切割，最后得到的是什么呢？这就是
13、我们这节课所要学习的晶体结构的基本单元晶胞。【讲解】1.晶胞(1)描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。(2)晶胞是晶体中最小的结构重复单元。这就好比我们要研究蜂巢，因为蜂巢是由无数多个蜂室构成的，所以我们只需研究一个个基本单元蜂室就可以了。晶体和其基本单元的关系就和蜂巢与蜂室的关系一样。(3)晶体也是由无数多个重复的基本单元“无隙并置”而成。【设疑】什么是无隙并置？【讲解】所谓“无隙”，是指相邻晶胞之间没有任何间隙；所谓“并置”，是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。【讲解】一般来说，晶胞都是平行六面体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何
14、排列是完全相同的。【学生活动】图3-8的右图是金属铜的一个晶胞，它是一个立方体，含4个铜原子。这张图里不是有14个铜原子吗?怎么说一个晶胞只含4个铜原子呢?请同学们分组讨论，原子再六面体上可以有几个不同的位置出现：顶点、棱上、面上、内部。【讲解】晶胞只是晶体微观空间结构里的一个基本单元，在它的上下左右前后无隙并置地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列(包括取向)是完全相同的。晶胞的结构(1)晶胞中不同位置的原子在晶胞中的占比。晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4个晶胞共用的，晶胞面上的原子是2个晶胞共用的。晶胞内部的原子是1个晶胞共用的。（2）晶胞中微粒数目的确定。 “均摊法”是计算每个晶胞平均拥有的粒子数目的常用方法。其基本理念是每个粒子被n个晶胞所共用，则该粒子有1/n属于这个晶胞。【学生活动】【例1】氯化钠晶胞中所含的Na+、Cl-数。 氯化钠晶胞如图所示，其中体积较小的为Na+，体积较大的为Cl-，则晶胞中含4个Na+(提示:晶胞中心还有一个Na+)和4个Cl-。【例2】试计算钠、锌、碘、金刚石晶胞中含有原子的数目钠、锌、碘、金刚石晶胞示意图金属钠的一个晶胞的原子数=金属锌的一个晶胞的原子数=碘的一个晶胞的原子数=金刚石的一个晶胞的原子数=【师拓展】非长方体晶胞中的粒子视具体情况而定【讲解】2、晶体结
