《物质的聚集状态与晶体》教案

《物质的聚集状态与晶体》教案一、课标解读1．内容要求了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞。2．学业要求能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规律。认识物质的空间结构可以借助某些实验手段来测定，通过这些手段所获得的信息为建立物质结构模型或相关理论解释提供支撑。知道晶体X射线衍射等是测定物质结构的基本方法和实验手段。二、教材分析本课时的内容包括晶胞的概念以及应用X射线衍射法测定晶体结构两部分。1．晶胞晶胞是研究晶体结构的最基本概念。教材介绍了晶胞的概念和特点，并通过铜晶胞中所含原子数的求算，介绍了晶胞中所含粒子数的计算方法。与旧教材相比，新教材加强了对晶胞的结构特征的要求，在晶胞的形状是平行六面体的基础上，强化了对晶胞内部微粒几何排列的认识要求，并强调了多原子微粒的取向也是几何排列的内容之一。2．晶体结构的测定利用X射线衍射实验测定物质结构是新增内容，教材简单介绍了X射线衍射实验的复杂原理的探讨，重点是定性说明X射线衍射实验测定晶体结构的思路，同时通过给出衍射图谱使学生对学科前沿有一定的感性认识。与旧教材相比，此处变化最大，一是X射线衍射实验由拓展型的“科学视野”栏目变为教材正文，二是增加了X射线衍射实验测定分子结构的内容，教学要求明显提升。这一变化体现了教材内容的时代性和前沿性，有助于学生形成“分子是有空间结构的，分子的空间结构可以通过实验测定”的认识。内容旧人教版新人教版晶胞晶胞是8个顶角相同的最小平行六面体，晶胞的平行棱和平行面相同。晶胞是8个顶角相同，3套各4根平行棱分别相同，3套各2个平行面分别相同的最小平行六面体。所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列完全相同。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）完全相同。X射线衍射实验“科学视野”栏目教材正文简要说明了X射线衍射的原理，给出了晶态和非晶态二氧化硅的衍射强度图谱简要说明了X射线衍射的原理，增加了单晶衍射的劳厄图以及X射线衍射仪的图片。只涉及了晶体结构的测定。在晶体结构测定的基础上，以乙酸分子为例，介绍了分子结构测定的方法。三、学情分析学生在之前学习过化学键、分子的空间结构等知识，也了解了晶体与非晶体在宏观性质上的差异，以及这种差异来自于微观结构排列的不同。但是，学生尚未接触过晶体这种大量微粒形成的聚集尺度，对大量微粒周期性排列的空间结构问题比较陌生，而晶胞无隙并置堆积等概念对学生的空间想象力和几何能力有一定要求。X射线衍射实验属于学科前沿，尽管教学要求不高，但陌生度较强，因此，本课时是第三章教学中的难点。四、素养目标【教学目标】1．知道晶胞是晶体的基本重复单元，建立晶胞模型，能根据模型认识晶胞结构，体验模型等科学方法在物质结构研究中的重要性。2．能理解晶体由大量晶胞无隙并置形成，通过晶胞的堆积体验晶体与晶胞的关系。3．能描述微粒在晶胞中的某些特定空间位置如顶点、体心、面心等，并能利用均摊法计算晶胞的化学组成。4．了解X射线衍射实验测定晶体结构与分子结构的一般过程。【评价目标】1．通过对晶胞形状、堆积方式的讨论，诊断学生建立思维模型解决问题的能力。2．通过对晶胞沿一定取向平移可以复原的本质特征的分析，诊断学生并发展学生对晶体周期性排列的认识3．通过均摊法的学习，诊断学生对晶胞与晶体关系的认识。五、教学重点、难点重点：晶胞的形状、堆积方式以及结构特点；均摊法计算晶胞的化学组成。难点：晶胞的无隙并置堆积方式及其结构特点。六、教学方法教法：情境导学；问题激学；模型助学。学法：模型建构；联想迁移。七、教学思路目标落实环节问题线活动线素养线教学目标1新课导入形成晶体特性的微观原因是什么？回顾晶体与非晶体的宏观差异与微观原因宏观辨识与微观探析教学目标1、2引入晶胞概念如何入手研究晶体？怎样选取基本重复单元？晶胞应满足什么要求？思考小结晶胞的要求：能表征晶体组成与周期性排列特征，无隙堆积成整块晶体证据推理与模型认知教学目标2、3建立晶胞模型活动一探究晶胞形状活动二探究晶胞的排列方式活动三探究晶胞的组成与结构在探究活动中加深对晶胞平移复原的本质特征的认识，建立起正确的晶胞模型，掌握计算的均摊法宏观辨识与微观探析证据推理与模型认知教学目标4X射线衍射实验X射线衍射实验可以提供哪些关于物质结构的信息？体会测定晶体结构和分子结构的思路和一般过程科学探究与创新意识证据推理与模型认知八、教学过程环节教师活动学生活动设计意图新课引入【复习回顾】晶体不同于非晶体的特点有哪些？形成这些特性的微观原因是什么？【投影】晶态二氧化硅与非晶态二氧化硅的微观结构模型

回顾已学习的晶体与非晶体的宏观差异与微观原因

强化结构决定性质的观念。【投影】4种晶体的微观结构的比例模型和球棍模型【小结】晶体由大量微粒聚集而成，这些微粒在空间周期性重复排列。观察小结：晶体的聚集尺度与周期性排列特征

使学生初步体会晶体构成微粒的周期性无限伸展【设疑1】如何入手研究晶体？【设疑2】怎样选取基本重复单元？思考基本单元的要求引导学生加深对晶体特征的认识引入晶胞概念【设问】晶胞是表征晶体结构的基本重复单元，它应足什么要求？【引导】从形状、堆积方式、周期性重复等角度认识晶胞思考回答：晶胞具有单一形状，能无隙堆积，晶胞之间能重合。循序渐进，降低学生对晶胞的理解难度。建立晶胞模型活动一探究晶胞形状【情境导学】地面铺砖的无隙堆积如何选取合适形状实现无隙堆积？【引导】所选形状应满足平移复原【小结】晶胞在三维空间的形状为平行六面体思考回答：三角形、平行四边形、正六边形等体会三角形、平行四边形的平移重合的差异结合生活实际，激发学生兴趣活动二探究晶胞的排列方式【设疑】晶胞与晶体的关系可否类比于品字形砌墙？【讨论】在满足无隙堆积的基础上，晶胞如何排列才能实现平移复原？【结论】无隙并置交流研讨并回答：共顶点共棱共面进一步加深对晶胞平移复原的本质特征的认识活动三探究晶胞的组成与结构【设疑】晶胞的组成计算？【引导】晶胞并非孤立存在，可用均摊法计算晶胞的化学组成【设疑】晶胞是否一定要选择晶体中最小的平行六面体？【结论】晶胞是顶点、平行面、平行棱等同的平行六面体交流研讨，计算回答体会晶胞顶点、平行面、平行棱等同的要求，并应用于解决问题使学生体会晶胞与晶体的关系，掌握均摊法从化学组成和结构特征进一步加深对晶胞的认识X射线衍射实验【投影】X射线衍射实验测定物质结构与诺贝尔奖

【介绍】X射线衍射实验测定晶体结构和分子结构的思路和一般过程阅读体会激发兴趣，对X射线衍射方法建立感性认识，体验现代仪器分析方法的作用课堂小结课堂练习学生思考、回答迁移应用，巩固相关知识。九、板书设计十、课堂练习1.下列有关说法错误的是A．测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪B．石英玻璃和水晶的衍射图谱不同C．X射线衍射实验能测定晶体与分子结构，但不能确定青蒿素这样复杂分子的空间结构D．单晶硅在X射线衍射图谱上有明锐的衍射峰2．下列有关晶胞的叙述，正确的是A．晶胞是从晶体结构中截取出的最小的平行六面体B．晶胞排列时的取向相同C．不同晶体中的晶胞大小和形状均相同D．要推知晶体的结构，需要研究大量的晶胞2．如图是某化合物的晶胞，不正确的是A．X原子对该晶胞组成的贡献率为eq\f(1,4)B．Y原子对该晶胞组成的贡献率有eq\f(1,8)和1两种C．晶胞中含有的Z原子最少D．该化合物的化学式为XY2Z3．某小组同学用A、B两种小球搭建几类晶体的晶胞模型，如图所示，有关说法不正确的是A．甲的8个顶点不相同，不是晶胞B．乙中每个B球周围有8个A球紧邻C．丙的夹角不是直角，但仍可无隙堆积成晶体D．丁是一种复杂晶胞5．CaTiO3的晶胞如图所示，Ti4＋位于立方体的顶点，晶胞参数为a。下列说法正确的是A．图中黑球表示Ca2＋B．CaTiO3晶体中每个Ti4＋与8个O2－相紧邻C．若以Ca2＋为晶胞顶点，则新的晶胞边长为eq\r(2)aD．若以Ca2＋为晶胞顶点，则新的晶胞中O2－、Ti4＋分别处于棱心、体心位置参考答案题号12345答案CBCDD《物质的聚集状态与晶体》作业一、单项选择题I1．下列有关晶胞的叙述正确的是()A．晶胞的形状可以任意指定B．不同的晶体中，晶胞的大小和形状都相同C．晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞D．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成【参考答案】D【质量水平】考点细化内容质量水平晶胞的概念A晶胞的形状为平行六面体L1B相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中，晶胞的大小和形状不一定相同L1C晶体中的大部分粒子被若干个晶胞所共有，不完全属于某个晶胞L1D知道晶胞的组成，利用“均摊法”即可推知晶体的组成L12．整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。对这句话的理解错误的是()A．晶胞是描述晶体结构的基本单元B．晶体是晶胞简单、随意堆积而成C．晶胞排列时，取向相同D．相邻晶胞之间没有任何间隙【参考答案】B【质量水平】考点细化内容质量水平晶胞的排列A晶胞是用于描述晶体结构的基本重复单元L1B晶体并不是晶胞简单、随意堆积而成，而是晶胞平行排列而成的L1C为满足无隙并置，晶胞排列时取向必须相同L2D无隙即相邻晶胞之间没有任何间隙L13．下列六面体可作为晶胞的是（）【参考答案】A【质量水平】考点细化内容质量水平晶胞的选择要求AA图中的晶体结构满足晶胞的特点，是晶胞L1BB图中的晶体结构，不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，不是晶胞L1CC图中的晶体结构，不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。L1DD图中的晶体结构，不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。L14．下列各项是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，图中：—X，—Y，—Z。其中对应的化学式不正确的是()【参考答案】B【质量水平】考点细化内容质量水平晶胞组成的计算AA项中X、Y的位置、数目完全等同，化学式为XY；L2BB项中X、Y的个数比为1∶(8×eq\f(1,8))＝1∶1，化学式为XY，错误；L2CC项中X的数目：4×eq\f(1,8)＋1＝eq\f(3,2)，Y的数目：4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，化学式为X3Y；L2DD项中X的数目：8×eq\f(1,8)＝1，Y的数目：6×eq\f(1,2)＝3，Z位于体心，数目为1，化学式为XY3Z。L35．某晶体的一种结构单元如图所示，下列说法正确的是()A．该三棱柱可作为晶胞 B．该三棱柱中含有6个A原子C．仅根据上图无法计算该晶体的化学式D．这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是3∶8∶4【参考答案】B【质量水平】考点细化内容质量水平晶胞概念的类比拓展A晶胞的形状为平行六面体L1BA原子并不完全属于该三棱柱L1C三棱柱不是晶胞，但仍可根据均摊法计算化学组成L2D正三棱柱结构使用均摊法，顶点原子贡献率为eq\f(1,12)，水平棱上eq\f(1,4)，竖棱上eq\f(1,6)，面上eq\f(1,2)，内部为1。A、B、C三种粒子数的比为1∶4∶2L36．石墨晶体的层状结构如图所示，下列说法错误的是()A．石墨中的碳原子呈周期性有序排列B．在石墨的X射线衍射图谱上有明锐的衍射峰C．图中的正六边形是石墨晶胞的二维投影D．石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为2∶3【参考答案】C【质量水平】考点细化内容质量水平晶体知识的应用A石墨是晶体，其原子呈周期性有序排列，X射线衍射图谱上有明锐的衍射峰L1BL1C晶胞是平行六面体，二维投影为平行四边形L2D每个碳原子被3个六边形共用，每个共价键被2个六边形共用，则石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(6×\f(1,3)))∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(6×\f(1,2)))＝2∶3。L37.下列有关干冰晶体的叙述错误的是（）A．干冰晶体由分子组成，具有规则的几何外形B．晶胞中的CO2分子取向相同C．X-射线衍射实验可以测定上图晶胞的形状和大小D．X-射线衍射实验可以测定晶胞中C、O原子的位置【参考答案】C【质量水平】考点细化内容质量水平晶体知识的应用A晶体具有规则的几何外形L1B从图中可以看出干冰晶胞中的CO2分子有不同的取向L2CX-射线衍射实验可以测定晶体中晶胞的形状和大小，并测定原子在晶胞中所处的位置L2DL2二、单项选择题II8．食盐晶体是由钠离子和氯离子组成的，且均为等距离的交错排列。已知NaCl晶胞（如图）的边长为acm，下列说法错误的是：A．晶体中每个Na＋周围最近且等距的Cl－有3个B．1mol该晶胞含有4molNa＋与4molCl－C．该晶胞的体积为a3cm3 D．晶体中距离最近的钠离子间的距离为eq\f(eq\r(2),2)a【参考答案】A【质量水平】考点细化内容质量水平晶胞知识的应用ANa＋周围最近且等距的Cl－应该为6个L3B运用均摊法可计算出1mol该晶胞含有Na＋与Cl－各4molL3C依据立方体边长计算晶胞体积L1D两个距离最近的Na＋中心间的距离d为面对角线的一半，即d＝eq\f(eq\r(2),2)aL39．如图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中Q为＋3价，G为－2价，则R的化合价为()A．＋1