《物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體》教案一、課標(biāo)解讀1．內(nèi)容要求了解晶體中微粒的空間排布存在周期性，認(rèn)識(shí)簡單的晶胞。2．學(xué)業(yè)要求能結(jié)合實(shí)例描述晶體中微粒排列的周期性規(guī)律。認(rèn)識(shí)物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)可以借助某些實(shí)驗(yàn)手段來測定，通過這些手段所獲得的信息為建立物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型或相關(guān)理論解釋提供支撐。知道晶體X射線衍射等是測定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本方法和實(shí)驗(yàn)手段。二、教材分析本課時(shí)的內(nèi)容包括晶胞的概念以及應(yīng)用X射線衍射法測定晶體結(jié)構(gòu)兩部分。1．晶胞晶胞是研究晶體結(jié)構(gòu)的最基本概念。教材介紹了晶胞的概念和特點(diǎn)，并通過銅晶胞中所含原子數(shù)的求算，介紹了晶胞中所含粒子數(shù)的計(jì)算方法。與舊教材相比，新教材加強(qiáng)了對(duì)晶胞的結(jié)構(gòu)特征的要求，在晶胞的形狀是平行六面體的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化了對(duì)晶胞內(nèi)部微粒幾何排列的認(rèn)識(shí)要求，并強(qiáng)調(diào)了多原子微粒的取向也是幾何排列的內(nèi)容之一。2．晶體結(jié)構(gòu)的測定利用X射線衍射實(shí)驗(yàn)測定物質(zhì)結(jié)構(gòu)是新增內(nèi)容，教材簡單介紹了X射線衍射實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜原理的探討，重點(diǎn)是定性說明X射線衍射實(shí)驗(yàn)測定晶體結(jié)構(gòu)的思路，同時(shí)通過給出衍射圖譜使學(xué)生對(duì)學(xué)科前沿有一定的感性認(rèn)識(shí)。與舊教材相比，此處變化最大，一是X射線衍射實(shí)驗(yàn)由拓展型的“科學(xué)視野”欄目變?yōu)榻滩恼?，二是增加了X射線衍射實(shí)驗(yàn)測定分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，教學(xué)要求明顯提升。這一變化體現(xiàn)了教材內(nèi)容的時(shí)代性和前沿性，有助于學(xué)生形成“分子是有空間結(jié)構(gòu)的，分子的空間結(jié)構(gòu)可以通過實(shí)驗(yàn)測定”的認(rèn)識(shí)。內(nèi)容舊人教版新人教版晶胞晶胞是8個(gè)頂角相同的最小平行六面體，晶胞的平行棱和平行面相同。晶胞是8個(gè)頂角相同，3套各4根平行棱分別相同，3套各2個(gè)平行面分別相同的最小平行六面體。所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個(gè)數(shù)及幾何排列完全相同。所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個(gè)數(shù)及幾何排列（包括取向）完全相同。X射線衍射實(shí)驗(yàn)“科學(xué)視野”欄目教材正文簡要說明了X射線衍射的原理，給出了晶態(tài)和非晶態(tài)二氧化硅的衍射強(qiáng)度圖譜簡要說明了X射線衍射的原理，增加了單晶衍射的勞厄圖以及X射線衍射儀的圖片。只涉及了晶體結(jié)構(gòu)的測定。在晶體結(jié)構(gòu)測定的基礎(chǔ)上，以乙酸分子為例，介紹了分子結(jié)構(gòu)測定的方法。三、學(xué)情分析學(xué)生在之前學(xué)習(xí)過化學(xué)鍵、分子的空間結(jié)構(gòu)等知識(shí)，也了解了晶體與非晶體在宏觀性質(zhì)上的差異，以及這種差異來自于微觀結(jié)構(gòu)排列的不同。但是，學(xué)生尚未接觸過晶體這種大量微粒形成的聚集尺度，對(duì)大量微粒周期性排列的空間結(jié)構(gòu)問題比較陌生，而晶胞無隙并置堆積等概念對(duì)學(xué)生的空間想象力和幾何能力有一定要求。X射線衍射實(shí)驗(yàn)屬于學(xué)科前沿，盡管教學(xué)要求不高，但陌生度較強(qiáng)，因此，本課時(shí)是第三章教學(xué)中的難點(diǎn)。四、素養(yǎng)目標(biāo)【教學(xué)目標(biāo)】1．知道晶胞是晶體的基本重復(fù)單元，建立晶胞模型，能根據(jù)模型認(rèn)識(shí)晶胞結(jié)構(gòu)，體驗(yàn)?zāi)Ｐ偷瓤茖W(xué)方法在物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中的重要性。2．能理解晶體由大量晶胞無隙并置形成，通過晶胞的堆積體驗(yàn)晶體與晶胞的關(guān)系。3．能描述微粒在晶胞中的某些特定空間位置如頂點(diǎn)、體心、面心等，并能利用均攤法計(jì)算晶胞的化學(xué)組成。4．了解X射線衍射實(shí)驗(yàn)測定晶體結(jié)構(gòu)與分子結(jié)構(gòu)的一般過程?！驹u(píng)價(jià)目標(biāo)】1．通過對(duì)晶胞形狀、堆積方式的討論，診斷學(xué)生建立思維模型解決問題的能力。2．通過對(duì)晶胞沿一定取向平移可以復(fù)原的本質(zhì)特征的分析，診斷學(xué)生并發(fā)展學(xué)生對(duì)晶體周期性排列的認(rèn)識(shí)3．通過均攤法的學(xué)習(xí)，診斷學(xué)生對(duì)晶胞與晶體關(guān)系的認(rèn)識(shí)。五、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：晶胞的形狀、堆積方式以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；均攤法計(jì)算晶胞的化學(xué)組成。難點(diǎn)：晶胞的無隙并置堆積方式及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。六、教學(xué)方法教法：情境導(dǎo)學(xué)；問題激學(xué)；模型助學(xué)。學(xué)法：模型建構(gòu)；聯(lián)想遷移。七、教學(xué)思路目標(biāo)落實(shí)環(huán)節(jié)問題線活動(dòng)線素養(yǎng)線教學(xué)目標(biāo)1新課導(dǎo)入形成晶體特性的微觀原因是什么？回顧晶體與非晶體的宏觀差異與微觀原因宏觀辨識(shí)與微觀探析教學(xué)目標(biāo)1、2引入晶胞概念如何入手研究晶體？怎樣選取基本重復(fù)單元？晶胞應(yīng)滿足什么要求？思考小結(jié)晶胞的要求：能表征晶體組成與周期性排列特征，無隙堆積成整塊晶體證據(jù)推理與模型認(rèn)知教學(xué)目標(biāo)2、3建立晶胞模型活動(dòng)一探究晶胞形狀活動(dòng)二探究晶胞的排列方式活動(dòng)三探究晶胞的組成與結(jié)構(gòu)在探究活動(dòng)中加深對(duì)晶胞平移復(fù)原的本質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)，建立起正確的晶胞模型，掌握計(jì)算的均攤法宏觀辨識(shí)與微觀探析證據(jù)推理與模型認(rèn)知教學(xué)目標(biāo)4X射線衍射實(shí)驗(yàn)X射線衍射實(shí)驗(yàn)可以提供哪些關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息？體會(huì)測定晶體結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的思路和一般過程科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)證據(jù)推理與模型認(rèn)知八、教學(xué)過程環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖新課引入【復(fù)習(xí)回顧】晶體不同于非晶體的特點(diǎn)有哪些？形成這些特性的微觀原因是什么？【投影】晶態(tài)二氧化硅與非晶態(tài)二氧化硅的微觀結(jié)構(gòu)模型

回顧已學(xué)習(xí)的晶體與非晶體的宏觀差異與微觀原因

強(qiáng)化結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀念?！就队啊?種晶體的微觀結(jié)構(gòu)的比例模型和球棍模型【小結(jié)】晶體由大量微粒聚集而成，這些微粒在空間周期性重復(fù)排列。觀察小結(jié)：晶體的聚集尺度與周期性排列特征

使學(xué)生初步體會(huì)晶體構(gòu)成微粒的周期性無限伸展【設(shè)疑1】如何入手研究晶體？【設(shè)疑2】怎樣選取基本重復(fù)單元？思考基本單元的要求引導(dǎo)學(xué)生加深對(duì)晶體特征的認(rèn)識(shí)引入晶胞概念【設(shè)問】晶胞是表征晶體結(jié)構(gòu)的基本重復(fù)單元，它應(yīng)足什么要求？【引導(dǎo)】從形狀、堆積方式、周期性重復(fù)等角度認(rèn)識(shí)晶胞思考回答：晶胞具有單一形狀，能無隙堆積，晶胞之間能重合。循序漸進(jìn)，降低學(xué)生對(duì)晶胞的理解難度。建立晶胞模型活動(dòng)一探究晶胞形狀【情境導(dǎo)學(xué)】地面鋪磚的無隙堆積如何選取合適形狀實(shí)現(xiàn)無隙堆積？【引導(dǎo)】所選形狀應(yīng)滿足平移復(fù)原【小結(jié)】晶胞在三維空間的形狀為平行六面體思考回答：三角形、平行四邊形、正六邊形等體會(huì)三角形、平行四邊形的平移重合的差異結(jié)合生活實(shí)際，激發(fā)學(xué)生興趣活動(dòng)二探究晶胞的排列方式【設(shè)疑】晶胞與晶體的關(guān)系可否類比于品字形砌墻？【討論】在滿足無隙堆積的基礎(chǔ)上，晶胞如何排列才能實(shí)現(xiàn)平移復(fù)原？【結(jié)論】無隙并置交流研討并回答：共頂點(diǎn)共棱共面進(jìn)一步加深對(duì)晶胞平移復(fù)原的本質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)活動(dòng)三探究晶胞的組成與結(jié)構(gòu)【設(shè)疑】晶胞的組成計(jì)算？【引導(dǎo)】晶胞并非孤立存在，可用均攤法計(jì)算晶胞的化學(xué)組成【設(shè)疑】晶胞是否一定要選擇晶體中最小的平行六面體？【結(jié)論】晶胞是頂點(diǎn)、平行面、平行棱等同的平行六面體交流研討，計(jì)算回答體會(huì)晶胞頂點(diǎn)、平行面、平行棱等同的要求，并應(yīng)用于解決問題使學(xué)生體會(huì)晶胞與晶體的關(guān)系，掌握均攤法從化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)一步加深對(duì)晶胞的認(rèn)識(shí)X射線衍射實(shí)驗(yàn)【投影】X射線衍射實(shí)驗(yàn)測定物質(zhì)結(jié)構(gòu)與諾貝爾獎(jiǎng)

【介紹】X射線衍射實(shí)驗(yàn)測定晶體結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的思路和一般過程閱讀體會(huì)激發(fā)興趣，對(duì)X射線衍射方法建立感性認(rèn)識(shí)，體驗(yàn)現(xiàn)代儀器分析方法的作用課堂小結(jié)課堂練習(xí)學(xué)生思考、回答遷移應(yīng)用，鞏固相關(guān)知識(shí)。九、板書設(shè)計(jì)十、課堂練習(xí)1.下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是A．測定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是X射線衍射儀B．石英玻璃和水晶的衍射圖譜不同C．X射線衍射實(shí)驗(yàn)?zāi)軠y定晶體與分子結(jié)構(gòu)，但不能確定青蒿素這樣復(fù)雜分子的空間結(jié)構(gòu)D．單晶硅在X射線衍射圖譜上有明銳的衍射峰2．下列有關(guān)晶胞的敘述，正確的是A．晶胞是從晶體結(jié)構(gòu)中截取出的最小的平行六面體B．晶胞排列時(shí)的取向相同C．不同晶體中的晶胞大小和形狀均相同D．要推知晶體的結(jié)構(gòu)，需要研究大量的晶胞2．如圖是某化合物的晶胞，不正確的是A．X原子對(duì)該晶胞組成的貢獻(xiàn)率為eq\f(1,4)B．Y原子對(duì)該晶胞組成的貢獻(xiàn)率有eq\f(1,8)和1兩種C．晶胞中含有的Z原子最少D．該化合物的化學(xué)式為XY2Z3．某小組同學(xué)用A、B兩種小球搭建幾類晶體的晶胞模型，如圖所示，有關(guān)說法不正確的是A．甲的8個(gè)頂點(diǎn)不相同，不是晶胞B．乙中每個(gè)B球周圍有8個(gè)A球緊鄰C．丙的夾角不是直角，但仍可無隙堆積成晶體D．丁是一種復(fù)雜晶胞5．CaTiO3的晶胞如圖所示，Ti4＋位于立方體的頂點(diǎn)，晶胞參數(shù)為a。下列說法正確的是A．圖中黑球表示Ca2＋B．CaTiO3晶體中每個(gè)Ti4＋與8個(gè)O2－相緊鄰C．若以Ca2＋為晶胞頂點(diǎn)，則新的晶胞邊長為eq\r(2)aD．若以Ca2＋為晶胞頂點(diǎn)，則新的晶胞中O2－、Ti4＋分別處于棱心、體心位置參考答案題號(hào)12345答案CBCDD《物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體》作業(yè)一、單項(xiàng)選擇題I1．下列有關(guān)晶胞的敘述正確的是()A．晶胞的形狀可以任意指定B．不同的晶體中，晶胞的大小和形狀都相同C．晶胞中的任何一個(gè)粒子都完全屬于該晶胞D．已知晶胞的組成就可推知晶體的組成【參考答案】D【質(zhì)量水平】考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平晶胞的概念A(yù)晶胞的形狀為平行六面體L1B相同晶體中晶胞的大小和形狀完全相同，不同晶體中，晶胞的大小和形狀不一定相同L1C晶體中的大部分粒子被若干個(gè)晶胞所共有，不完全屬于某個(gè)晶胞L1D知道晶胞的組成，利用“均攤法”即可推知晶體的組成L12．整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成。對(duì)這句話的理解錯(cuò)誤的是()A．晶胞是描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元B．晶體是晶胞簡單、隨意堆積而成C．晶胞排列時(shí)，取向相同D．相鄰晶胞之間沒有任何間隙【參考答案】B【質(zhì)量水平】考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平晶胞的排列A晶胞是用于描述晶體結(jié)構(gòu)的基本重復(fù)單元L1B晶體并不是晶胞簡單、隨意堆積而成，而是晶胞平行排列而成的L1C為滿足無隙并置，晶胞排列時(shí)取向必須相同L2D無隙即相鄰晶胞之間沒有任何間隙L13．下列六面體可作為晶胞的是（）【參考答案】A【質(zhì)量水平】考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平晶胞的選擇要求AA圖中的晶體結(jié)構(gòu)滿足晶胞的特點(diǎn)，是晶胞L1BB圖中的晶體結(jié)構(gòu)，不滿足晶胞“8個(gè)頂角相同”的要求，不是晶胞L1CC圖中的晶體結(jié)構(gòu)，不滿足晶胞“三套各4根平行棱分別相同”的要求，無法進(jìn)行“無隙并置”，不是晶胞。L1DD圖中的晶體結(jié)構(gòu)，不滿足“三套各兩個(gè)平行面分別相同”的要求，無法進(jìn)行“無隙并置”，不是晶胞。L14．下列各項(xiàng)是晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單元(晶胞)的排列方式，圖中：—X，—Y，—Z。其中對(duì)應(yīng)的化學(xué)式不正確的是()【參考答案】B【質(zhì)量水平】考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平晶胞組成的計(jì)算AA項(xiàng)中X、Y的位置、數(shù)目完全等同，化學(xué)式為XY；L2BB項(xiàng)中X、Y的個(gè)數(shù)比為1∶(8×eq\f(1,8))＝1∶1，化學(xué)式為XY，錯(cuò)誤；L2CC項(xiàng)中X的數(shù)目：4×eq\f(1,8)＋1＝eq\f(3,2)，Y的數(shù)目：4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，化學(xué)式為X3Y；L2DD項(xiàng)中X的數(shù)目：8×eq\f(1,8)＝1，Y的數(shù)目：6×eq\f(1,2)＝3，Z位于體心，數(shù)目為1，化學(xué)式為XY3Z。L35．某晶體的一種結(jié)構(gòu)單元如圖所示，下列說法正確的是()A．該三棱柱可作為晶胞 B．該三棱柱中含有6個(gè)A原子C．僅根據(jù)上圖無法計(jì)算該晶體的化學(xué)式D．這種晶體中A、B、C三種粒子數(shù)之比是3∶8∶4【參考答案】B【質(zhì)量水平】考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平晶胞概念的類比拓展A晶胞的形狀為平行六面體L1BA原子并不完全屬于該三棱柱L1C三棱柱不是晶胞，但仍可根據(jù)均攤法計(jì)算化學(xué)組成L2D正三棱柱結(jié)構(gòu)使用均攤法，頂點(diǎn)原子貢獻(xiàn)率為eq\f(1,12)，水平棱上eq\f(1,4)，豎棱上eq\f(1,6)，面上eq\f(1,2)，內(nèi)部為1。A、B、C三種粒子數(shù)的比為1∶4∶2L36．石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是()A．石墨中的碳原子呈周期性有序排列B．在石墨的X射線衍射圖譜上有明銳的衍射峰C．圖中的正六邊形是石墨晶胞的二維投影D．石墨晶體中碳原子數(shù)與共價(jià)鍵數(shù)之比為2∶3【參考答案】C【質(zhì)量水平】考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平晶體知識(shí)的應(yīng)用A石墨是晶體，其原子呈周期性有序排列，X射線衍射圖譜上有明銳的衍射峰L1BL1C晶胞是平行六面體，二維投影為平行四邊形L2D每個(gè)碳原子被3個(gè)六邊形共用，每個(gè)共價(jià)鍵被2個(gè)六邊形共用，則石墨晶體中碳原子數(shù)與共價(jià)鍵數(shù)之比為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.下列有關(guān)干冰晶體的敘述錯(cuò)誤的是（）A．干冰晶體由分子組成，具有規(guī)則的幾何外形B．晶胞中的CO2分子取向相同C．X-射線衍射實(shí)驗(yàn)可以測定上圖晶胞的形狀和大小D．X-射線衍射實(shí)驗(yàn)可以測定晶胞中C、O原子的位置【參考答案】C【質(zhì)量水平】考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平晶體知識(shí)的應(yīng)用A晶體具有規(guī)則的幾何外形L1B從圖中可以看出干冰晶胞中的CO2分子有不同的取向L2CX-射線衍射實(shí)驗(yàn)可以測定晶體中晶胞的形狀和大小，并測定原子在晶胞中所處的位置L2DL2二、單項(xiàng)選擇題II8．食鹽晶體是由鈉離子和氯離子組成的，且均為等距離的交錯(cuò)排列。已知NaCl晶胞（如圖）的邊長為acm，下列說法錯(cuò)誤的是：A．晶體中每個(gè)Na＋周圍最近且等距的Cl－有3個(gè)B．1mol該晶胞含有4molNa＋與4molCl－C．該晶胞的體積為a3cm3 D．晶體中距離最近的鈉離子間的距離為eq\f(eq\r(2),2)a【參考答案】A【質(zhì)量水平】考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平晶胞知識(shí)的應(yīng)用ANa＋周圍最近且等距的Cl－應(yīng)該為6個(gè)L3B運(yùn)用均攤法可計(jì)算出1mol該晶胞含有Na＋與Cl－各4molL3C依據(jù)立方體邊長計(jì)算晶胞體積L1D兩個(gè)距離最近的Na＋中心間的距離d為面對(duì)角線的一半，即d＝eq\f(eq\r(2),2)aL39．如圖是由Q、R、G三種元素組成的一種高溫超導(dǎo)體的晶胞結(jié)構(gòu)，其中Q為＋3價(jià)，G為－2價(jià)，則R的化合價(jià)為()A．＋1