苏教版必修2专题1第3单元从微观结构看物质的多样性教案.doc

第三单元 从微观结构看物质的多样性【教学目标】1、从同素异形现象认识物质的多样性2、从金刚石、石墨、足球烯等碳的同素异形体为例，认识由于微观结构不同而导致的同素异形现象【教材处理】1、以生活中熟悉的两种碳的同素异形体金刚石和石墨性质的“异”、“同”点为切入点，从“同素”和“异形”两个角度帮助学生认识同素异形现象和同素异形体。帮助学生从微观结构角度认识两种晶体中碳元素原子间的结合方式，作用力和空间排列方式的不同，认识它们性质不同的原因。同时，通过介绍现代科学研究中的热点：c60和碳纳米管等知识来拓展学生的视野，增长学生的知识点。2、运用电脑图片，向学生展示“足球烯”、“纳米碳管”等碳的不同单质。3、用三维空间结构模型，学习金刚石、石墨的结构知识。【教学重点】 以金刚石、石墨为例认识由于微观结构的不同从而导致的同素异形现象【教学难点】 金刚石、石墨、和纳米管道的结构【教学过程】引入人类已发现的元素仅百余种，可它们却能形成数千万种不同的物质。这是什么原因呢？思考金刚石和石墨都是c单质，为什么它们的物理性质却有很大的区别？展示金刚石与石墨的图片和视频资料，让同学们从视觉上感受差异性。归纳 同素异形体定义： 。强调： 实例： 。讲述 构成金刚石的微粒是c原子，c原子以共价键相连，结合成空间网状结构，金刚石的基本结构单元是正四面体； 构成石墨的微粒是c原子，c原子以共价键相连，在石墨的每一层，每个c原子与周围3个c原子以共价键相连，排列成平面六边行，无数平面六边行形成平面网状结构，石墨的不同层之间存在分子间作用力。 列表比较物理性质金刚石石墨硬度熔沸点导电性思考 为什么金刚石和石墨在硬度和导电性有差异？介绍 明星分子“足球烯”思考 足球烯结构和金刚石、始末、纳米管道有何不同1、 。2、 。3、 。设问 na和na+是同素异形体吗？讲述 除了c元素有同素异形体外，o、s、p元素也有同素异形现象 o3o2色、味、态溶解度熔点沸点相互转化白磷红磷状态颜色毒性溶解性着火点相互转化小结板书设计一、同素异形现象1.同素异形体：2.强调：同种元素 不同结构（性质不同）可以相互转化3.实例：金刚石与石墨氧气与臭氧红磷与白磷课后练习1、下列各组中互为同位素的是( )，互为同素异形体的是( )a.o2和o3 b.h和h c.h2o和h2o2 d.o2和o2、最近医学界通过用放射性14c标记c60，发现一种c60的羧酸衍生物在特定条件下可通过断裂dna杀死细胞，从而抑制艾滋病（aids），则有关14c的叙述正确的是 ( )（a）与c60中普通碳原子的化学性质不同（b）与14n含的中子数相同（c）是c60的同素异形体（d）与12c互为同位素3、1995年诺贝尔化学奖授予致力于研究臭氧层被破坏问题的三位环境科学家。大气中的臭氧层可滤除大量的紫外光，保护地球上的生物。氟利昂可在光的作用下分解，产生cl原子，cl 原子会对臭氧层产生长久的破坏作用。有关反应为 。根据以上叙述，回答12小题：在上述臭氧变成氧气的反应过程中，cl 是 ；o2和o3是 。第二课时 同分异构现象【课题二】同分异构现象【教学目标】1、以同分异构现象为例，认识物质的多样性与微观结构有关系。2、以正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚为例，认识有机物的同分异构现象3、运用活动与探究方法，学习正丁烷和异丁烷的同分异构现象【教材处理】1、运用活动与探究方法，学习正丁烷和异丁烷的同分异构现象2、运用三维空间结构模型，学习正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚的结构知识3、利用碳的成键特点与成键方式的知识，理解组成相同的分子由于原子间的成键方式、排列顺序不同可以形成不同的物质。4、让学生自己尝试连接丁烷的分子结构球棍模型，体验和感知同分异构现象。【情感、态度和价值观】认识“物质的结构决定性质，性质体现结构”这一观点。学生依照碳原子成键的可能方式动手实验，探究原子的不同连接方式和连接顺序，观察原子在分子中的空间位置，将会对分子的空间结构、同分异构现象和同分异构体产生深刻的印象。【教学重点】以正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚为例，认识由于微观结构不同而导致的同分异构现象【教学难点】各种同分异构现象【教学过程】复习回顾1同素异形体的定义： 。2常见的同素异形体有 、 、 。知识梳理依据碳原子和氢原子的价键规律，请你思考一下你可以拼成几种分子式符合c4h10的结构？请用结构式表达出来。（可不填满也可再加） 课堂活动p20制作分子结构模型归纳总结1同分异构现象： 。2同分异构体： 。说明1：概念中的“结构”所包含的内容主要是：主链碳数不同碳链异构支链（或官能团）位置不同位置异构官能团不同类别异构。说明2：分子式相同，式量必相，但反之是不成立的，也就是说式量相同，并不表示分子式就一定相同。举例说明。说明3：分子式相同，组成元素质量分数必相同，反之则不一定成立。举例说明。说明4：同分异构体的最简式必相同，但最简式相同，则不一定是同分异构体。说明5：同分异构体的熔沸点比较：支链越多，熔沸点越低。因为支链越多，分子就越不容易靠近，分子间距离越远，分子间作用力也就越小，熔沸点越低。3写出你所了解的同分异构体的名称及结构式：例题下列说法正确的是：a 相对分子质量相同的物质是同一种物质b 相对分子质量相同的不同有机物一定为同分异构体c 金刚石和石墨是同分异构体d 分子式相同的不同种有机物，一定是同分异构体小结“三同”的比别：概念描述对象相同之处不同之处同位素同素异形体同分异构体 课后习题1、对于同位素的概念，下列叙述中正确的是 （ ）a原子序数相等，化学性质与质量数不同b原子序数相等，并有相同的化学性质和相同的质量数c原子序数相等，化学性质几乎完全相同，则中子数不同d化学性质相同，而质量数与原子序数不同2、818o、816o、o2、o2、o3是 （ ）a氧元素的五种不同微粒 b.五种氧元素c.氧的五种同素异形体 d.氧的五种同位素3、已知a、b、c、d四种短周期元素原子序数依次增大，并依c、d、 b、a顺序原子半径逐渐减小。且已知a、c同主族，b、d同主族；b、d两原子核外电子数之和为a、c的原子核外电子数之和的两倍；c元素与其它三种元素均能形成离子化合物。试回答下列问题。写出有关化学用语：a的元素符号 ； b的原子结构示意图 ；c、d形成的化合物的电子式 。同时含有上述四种元素的化合物有多种，试写出其中两种的化学式（要求：其中有一种水溶液呈中性） 、 。x、y、z、w四种常见化合物分别由上述四种元素中的三种构成，且各自组成元素均不完全相同。x、y、w均为离子化合物；z为共价化合物，且极易分解。在溶液中x、y、z两两之间均可反应，其中y和z发生复分解反应可生成w；x与过量z发生氧化还原反应时可生成d的单质。试写出上述反应的离子方程式： 、 a、b、c、d、e五种常见共价化合物分子分别由上述四种元素中的两种构成，其中只有a、c、d为三原子分子，c与e分子中原子核外电子数相同，且知a、e均具有漂白性，b、c两分子以一定比例混合共热可得a、d两种分子，试写出有关化学反应方程式：a+e 。b+c a+d 。 第三课时 不同类型的晶体【教学目标】1、以不同类型的晶体为例，认识物质的多样性与微观结构有关系。2、认识不同的物质可以形成不同的晶体，不同类型的晶体的结构、构成微粒、物质性质不尽相同各有特点。3、认识原子晶体、离子晶体、分子晶体的结构与物理性质【教材处理】1、运用电脑图片，向学生展示一些常见的晶体。2、运用三维空间结构模型，向学生展示一些晶体的微观结构。3、运用列表对比的方法，比较不同类型晶体的结构、构成微粒、物理性质等内容。【情感、态度与价值观】理解“物质的结构决定性质，性质体现结构”这一观点。培养学生自觉的在事物的实质和现象之间建立联系，训练透过现象看本质的思维方式，培养高品质的思维能力。【教学重点】相关晶体的结构、构成微粒与物理性质【教学难点】相关晶体的结构【教学过程】知识回顾1离子键、共价键、分子间作用力、氢键的定义2晶体的定义： 。知识梳理1自然界中的固态物质分为 和 ；晶体具有规则的几何外形的原因是_ _。2构成晶体的微粒有 。板书 一离子晶体1）定义： 。2）在nacl晶体中 每个na+离子周围同时吸引着 个cl-离子，每个cl-离子周围同时吸引着 个na+离子； 晶体中阴阳离子数目之比是 ； 在nacl晶体中是否有nacl分子存在？ ；3）注意：一个晶胞中离子的四种位置、晶胞里的离子 、晶胞面上的离子、晶胞棱上的离子 、晶胞顶点上的离子4）离子晶体的物理性质一般说来，离子晶体硬度 ，密度 ，有较 的熔点和沸点；（为什么？）离子晶体的导电 。二分子晶体1）定义： 的晶体叫做分子晶体。 举例：_ _。判断的方法：看晶体的构成微粒是否是分子。 2）物理性质 分子晶体具有较 的熔沸点和较 的硬度，如co的熔点为199，沸点为191.5。（ 为什么？） 分子晶体 导电性。3）常见的分子晶体卤素、氧气、氢气等多数非金属单质、稀有气体、非金属氢化物、多数非金属氧化物、含氧酸、大多数有机物4）二氧化碳的分子结构在二氧化碳的晶体中，每个二氧化碳的周围有 个二氧化碳分子三原子晶体1、 定义： 。2、 构成微粒 。 作用力 。3、原子晶体物理性质的特点： a. 熔、沸点 b. 硬度 c. 溶解性 4、二氧化硅的晶体结构：在sio2晶体中，每个si原子和 个o原子形成 个共价键，每个si原子周围结合 个o原子；同时，每个o原子周围和 个si原子相结合成键。回顾金刚石、石墨的晶体结构四金属晶体及其特点小结 三种晶体的比较晶体类型微粒作用力熔沸点事例离子晶体分子晶体原子晶体 课后练习1、下列物质属于分子晶体的是 （ ）a熔点是1070，易溶于水，水溶液能导电b熔点是10.31，液态不导电，水溶液能导电c能溶于cs2，熔点是112.8，沸点是444.6d熔点是97.80，质软、导电，密度是0.97g/cm32、下列晶体中不属于原子晶体的是 （ ）a干冰 b.金刚石 c.水晶 d.晶体硅3、下列各组物质的晶体中化学键类型相同，晶体类型也相同的是 （ ）a. so2和sio2 b. co2和h2o c. nacl和hcl d. naoh和na2o24、设nacl的摩尔质量为m克/摩，食盐晶体的密度为克/厘米3，阿佛加德落常数为na。则食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为 厘米。（写出计算过程）5下表中给出几种氯化物的熔点和沸点naclmgcl2alcl3sicl4熔点（）80171419070沸点（）141314121805757有关表中所列四种氯化物的性质，有以下叙述：氯化铝在加热时能升华，四氯化硅在晶态时属于分子晶体，氯化钠晶体中微粒间以分子间作用力结合，氯化铝晶体是典型的离子晶体，其中与表中数据一致的是：（依据晶体的性质和题给数据来分析） a只有 b c d 【教学参考资料】1.碳的同素异形体（1）碳的同素异形体有金刚石、石墨和碳60等富勒烯，它们的不同性质是由微观结构的不同所决定的。外观密度（g/cm3）熔点（k）沸点（k）莫氏硬度导电、导热性燃烧热（kj/mol）化学活泼性金刚石无色透明3513823510010不导电39540不活泼石墨灰黑色不透明225392551001导电、导热性好39350比金刚石稍活泼金刚石呈正四面体空间网状立体结构，碳原子之间形成共价键。当切割或熔化时，需要克服碳原子之间的共价键，金刚石是自然界已经知道的物质中硬度最大的材料，它的熔点高。上等无暇的金刚石晶莹剔透，折光性好，光彩夺目，是人们喜爱的饰品，也是尖端科技不可缺少的重要材料。颗粒较小、质量略为低劣的金刚石常用在普通工业方面，如用于制作仪器仪表轴承等精密元件、机械加工、地质钻探等。钻石在磨、锯、钻、抛光等加工工艺中，是切割石料、金属、陶瓷、玻璃等所不可缺少的；用金刚石钻头代替普通硬质合金钻头，可大大提高钻进速度，降低成本；镶嵌钻石的牙钻是牙科医生得心应手的工具；镶嵌钻石的眼科手术刀的刀口锋利光滑，即使用1000被的显微镜也看不到一点缺陷，是摘除眼睛内白内障普遍使用的利器。金刚石在机械、电子、光学、传热、军事、航天航空、医学和化学领域有着广泛的应用前景。石墨是片层状结构，层内碳原子排列成平面六边形，每个碳原子以三个共价键与其它碳原子结合，同层中的离域电子可以在整层活动，层间碳原子以分子间作用力（范德华力）相结合。石墨是一种灰黑色、不透明、有金属光泽的晶体。天然石墨耐高温，热膨胀系数小，导热、导电性好，摩擦系数小。石墨被大量用来做电极、坩埚、电刷、润滑剂、铅笔等。具有层状结构的石墨在适当条件下使某些原子或基团插入层内与c原子结合成石墨层间化合物。这些插入化合物的性质基本上不改变石墨原有的层状结构，但片层间的距离增加，称为膨胀石墨，它具有天然石墨不具有的可绕性，回弹性等，可作为一种新型的工程材料，在石油化工、化肥、原子能、电子等领域广泛应用。（2）碳601985年，美国德克萨斯洲罗斯大学的科学家们制造出了第三种形式的单质碳c60， c60是由60个碳原子形成的封闭笼状分子，形似足球，c60为黑色粉末，易溶于二硫化碳、苯等溶剂中。人们以建筑大师b.富勒的名字命名了这种形式的单质碳，称为富勒烯（fullarene）。这是因为富勒设计了称为球状穹顶的建筑物，而某些富勒烯的结构正好与其十分相似。c60曾又被称足球烯、巴基球等，它属于球碳族，这一类物质的分子式可以表示为cn，n为28到540之间的整数值，有c50、c70、c84、c240等，在这些分子中，碳原子与另外三个碳原子形成两个单键和一个双键，它们实际上是球形共扼烯。富勒烯分子由于其独特的结构和性质，受到了广泛的重视。人们发现富勒烯分子笼状结构具有向外开放的面，而内部却是空的，这就有可能将其他物质引入到该球体内部，这样可以显著地改变富勒烯分子的物理和化学性质。例如化学家已经尝试着往这些中空的物质中加进各种各样的金属，使之具有超导性，已发现c60和某些碱金属化合得到的超导体其临界温度高于近年研究过的各种超导体，科学家预言c540有可能实现室温超导；也有设想将某些药物置入c60球体空腔内，成为缓释型的药物，进入人体的各个部位。在单分子纳米电子器件等方面有着广泛的应用前景，富勒烯已经广泛地影响到物理、化学、材料科学、生命及医药科学各领域。（3）碳纳米管碳纳米管可分单层及多层的碳纳米管，它是由单层或多层同心轴石墨层卷曲而成的中空碳管，管直径一般为几个纳米到几十个纳米，多层碳纳米管是管壁的石墨层间距为0.34纳米，与平面石墨层的间距一样，不论是单层还是多层碳纳米管，前后末端类似半圆形，结构基本上与碳六十相似，使整个碳管成为一个封闭结构，故纳米碳管也是碳簇的成员之一。碳纳米管非常微小，5万个并排起来才有人的一根头发丝宽，是长度和直径之比很高的纤维。碳纳米管强度高具有韧性、重量轻、比表面积大，性能稳定，随管壁曲卷结构不同而呈现出半导体或良导体的特异导电性，场发射性能优良。自1991年单层碳纳米管的发现和宏观量的合成成功以来，由于具有独特的电子结构和物理化学性质，碳纳米管在各个领域中的应用已引起了各国科学家的普遍关注，已成为富勒烯和纳米科技领域的研究热点。利用碳纳米管可以制成高强度碳纤维材料和复合材料，如其强度为钢的100倍，重量则只有钢的1/6，被科学家称为未来的“超级纤维”；在航天事业中，利用碳纳米管制造人造卫星的拖绳，不仅可以为卫星供电，还可以耐受很高的温度而不会烧毁；用金属灌满碳纳米管，然后把碳层腐蚀掉，还可以得到导电性能非常好的纳米尺度的导线；利用碳纳米管做为锂离子电池的正极和负极材料可以延长电池寿命，改善电池的充放电性能；利用碳纳米管制成极好的发光、发热、发射电子的准点光源，制成平面显示器等，使壁挂电视成为可能；在电子工业上、用碳纳米管生产的晶体管，体积只有半导体的1/10，用碳基分子电子装置取代电脑芯片，将引发计算机的新的革命；碳纳米管可以在较低的气压下存储大量的氢元素，利用这种方法制成的燃料不但安全性能高，而且是一种清洁能源，在汽车工业将会有广阔的发展前景；碳纳米管还可作为催化剂载体和膜材料。2.磷的同素异形体磷有多种的同素异形体，其中主要有白磷、红磷、黑磷等。固体白磷（p4）是白色的，遇光逐渐变成黄色，它难溶于水，易溶于二硫化碳。白磷有毒，误食0.1g就能致死。白磷呈正四面体结构。白磷性质较活泼。它和空气或潮气接触时发生缓慢氧化反应，部分能量以光的形式放出，这便是白磷在暗处发光的原因，叫做磷光现象。白磷的着火点为313k，在空气中容易自燃。白磷要保存在水中。利用白磷的易燃性和生成物五氧化二磷能形成烟雾的特性，可制燃烧弹和烟雾弹。在工业上，白磷主要用在制造高纯度的磷酸、磷酸盐、农药、信号弹等的制造。红磷是一种暗红色粉末，它难溶于水和二硫化碳，没有毒性。红磷的结构可能为p4正四面体的一个pp键断裂后形成的长链状。红磷的化学性质比白磷稳定得多。红磷要加热到513k才燃烧，生成物也是五氧化二磷。红磷用于火柴生产，火柴盒侧面所涂的物质就是红磷与三硫化二锑等的化合物。黑磷具有石墨状片层结构，有导电性，有“金属磷”之称。黑磷化学性质最稳定。将白磷隔绝空气加热到在533k，就会转化为红磷，红磷加热到689k时升华，它的蒸气冷却后凝华为白磷。白磷和红磷的相互转化实验：取一支长约30厘米、直径约1厘米的玻璃管，一端用橡皮塞塞紧。在玻璃管里放入两粒黄豆大小的干燥红磷，用细玻璃棒把它推到玻璃管的中部。把玻璃管平夹在铁架台上，在盛红磷的部分微微加热。开始时红磷会着火燃烧，有白烟产生。但因玻璃管的一端已被塞住，空气不能流通，火焰就熄灭了。不久在红磷两旁玻璃管的内壁上各有一薄层白磷出现。把这支玻璃管取下，放在开有一个小孔的纸盒里。在暗处通过小孔观察，可以看到白磷在发光，不久即熄灭。拔掉一端的塞子，轻轻摇动玻璃管使空气流通，白磷又重行发光。3.硫的同素异形体硫有几种同素异形体，最常见的是晶状的斜方硫和单斜硫。斜方硫在369k以下稳定，单斜硫在369k以上稳定。将单质硫加热到369k，斜方硫不经熔化直接变成单斜硫。当它冷却时，发生相反的变化。若把加热到503k的熔融态的硫急速倾入冷水中，纠缠在一起的长链被固定下来，它就会快速冷却形成一种软橡胶状、可以拉伸的弹性硫，经放置后弹性硫会逐渐转变为晶状硫。4.臭氧(1)臭氧的化学性质 臭氧是氧的同素异性体，为无色气体，有特殊臭味。臭氧在常温下分解缓慢，在高温下分解迅速，形成氧气。ag、hg等在空气或氧气中不易被氧化的金属，可以与臭氧反应。臭氧在大气污染中有着重要的意义，在紫外线的作用下，臭氧与烃类和氮氧化物的光化学反应，形成具有强烈刺激作用的有机化合物称为光化学烟雾。臭氧在水中的溶解度比较高，是一种广普高效消毒剂。(2)臭氧对人体的危害臭氧具有强烈的刺激性，对人体有一定的危害。它主要是刺激和损害深部呼吸道，并可损害中枢神经系统，对眼睛有轻度的刺激作用。当大气中臭氧浓度为0.1mg/m3时，可引起鼻和喉头粘膜的刺激；浓度在0.1-0.2mg/m3时，引起哮喘发作，导致上呼吸道疾病恶化，同时刺激眼睛，使视觉敏感度和视力降低。臭氧浓度在2mg/m3以上可引起头痛、胸痛、思维能力下降，严惩时可导致肺气肿和肺水肿。此外，臭氧还能阻碍血液输氧功能，造成组织缺氧；使甲状腺功能受损、骨骼钙化，还可引起潜在性的全身影响，如诱发淋巴细胞染色体畸变，损害某些酶的活性和产生溶血反应。(3)室内空气中臭氧的来源 臭氧主要来自室外的光化学烟雾。此外，室内的电视机、复印机、激光印刷机、负离子发生器、紫外灯、电子消毒柜等在使用过程中也都能产生臭氧。室内的臭氧可以氧化空气中的其他化合物而自身还原成氧气；还可被室内多种物体所吸附而衰减，如橡胶制品、纺织品、塑料制品等。臭氧是室内空气中最常见的一种氧化型污染物。 三 室内空气中臭氧浓度的限值 我国公共场所卫生标准规定臭氧浓度不得大于0.1mg/m3。我国室内空气中臭氧卫生标准规定，1h平均最高容许浓度为0.1mg/m3。（gb/t18202-2000）5.固体的晶态和非晶态晶态的固体称为晶体，非晶态的固体称为非晶体。晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体。晶体中的内部构成微粒都在空间呈有规则的三维重复排列而组成一定型式的晶格。这种排列称为晶体结构。晶体点阵是晶体粒子所在位置的点在空间的排列，相应地在外形上表现为一定形状的几何多面体，晶体具有固定的熔点，不同的晶体有不同的熔点，且在熔化过程中温度保持不变。晶体还具有各向异性，即在各个不同的方向上具有不同的物理性质，如力学性质（硬度、弹性模量等等）、热学性质（热膨胀系数、导热系数等等）、电学性质（介电常数、电阻率等等）光学性质（吸收系数、折射率等等）。例如，外力作用在石墨上，垂直与石墨片层的方向很容易裂开，但在片层上裂开则非易事。在云母片上涂层薄石蜡，用烧热的钢针触云母片，便会以接触点为中心，逐渐化成椭圆形，说明云母在不同方向上导热系数不同。晶体共同的性质各向异性：晶体种不同的方向上具有不同的物理性质。 固定熔点：晶体具有周期性结构，熔化时，各部分需要同样的温度。 规则外形：理想环境中生长的晶体应为凸多边形。 对 称 性：晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。 单晶体简称“单晶”。单个晶体构成的物体。在单晶体中所有晶胞均呈相同的位向。单晶体具有各向异性。自然界存在的单晶，如金刚石的晶体等。亦可由人工将多晶体拉制成单晶体，如电子器件中所用的锗及硅的单晶体