3.2.2共价晶体教学设计高二下学期化学人教版选择性必修2

（一）课标要求：内容要求：借助共价晶体模型认识晶体的结构特点。学业要求：能借助共价晶体模型说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。（二）教材分析本节内容是高中化学人教版（2020版）选择性必修二《物质结构与性质》第三章第二节《分子晶体与共价晶体》第二课时内容，该内容是高中选修课程中，四大典型晶体的第二类晶体。因此，学习本节内容对以后学习金属晶体、离子晶体等具有指导性作用；同时本节课也是承接本章第一节关于晶体结构知识的延续，所以本节课在整个《物质结构与性质》模块的学习中至关重要。第二节《分子晶体与共价晶体》包括分子晶体、共价晶体共两大方面的内容，内容较少，但较为抽象，对学生的空间想象能力要求较高，教参将本节内容划分成3课时进行探究。本节课时主要介绍《共价晶体》，这部分主要研究了共价晶体的结构特征和共价晶体的特性两个问题。教材以典型的共价晶体金刚石为例，描述了碳原子间的连接方式、碳碳键的夹角、碳的杂化方式，通过图片的方式描述了金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞。然后由金刚石中碳碳单键的键长和键能出发，解释了其硬度大、熔点高的特性，并指明该特性为许多结构相似的共价晶体的共有。之后介绍了另一种常见的共价晶体：二氧化硅。介绍了其熔点高，以及在多种结构中最常见的低温石英的结构、应用，并附图让“顶角相连的硅氧四面体形成的螺旋长链”直观化，便于理解。之后附图介绍了二氧化硅在生产生活中的广泛应用。最后列举了其他常见共价晶体。在本节，教材设置了一个“思考与讨论”栏目，一个介绍某些共价晶体的熔点和硬度的“资料卡片”，一个介绍天然金刚石和人工金刚石的“科学•技术•社会”。（三）学情分析在本课时的学习前，学生已经有共价键、杂化轨道理论、晶体的常识、分子晶体等知识储备，掌握了分析分子晶体中组成微粒、微粒间的作用力及其对分子性质的影响，具备一定的分析晶胞结构的相关技能和能力，能够理解共价晶体构成微粒、晶体结构及其性质之间的关系，通过对比分子晶体结构的差异性，并分析其对性质的影响，形成共价晶体的认识思路，也为后续金属晶体、离子晶体的学习奠定基础。本节课学生之后可以通过晶体中的微粒、微粒间的相互作用，判断晶体的类型，比较一些晶的熔沸点大小，进一步强化结构决定性质的观念。（四）教学目标1、认识金刚石晶体中由碳原子形成的三维骨架结构，能运用模型解释物质的性质。2、借助实物模型、计算机软件模拟、视频等多种直观手段，认识共价晶体的结构特点，能利用共价晶体的结构特点解释它的性质特点。（五）教学重难点1、教学重点：共价晶体的概念；共价晶体结构与性质之间的关系。2、教学难点：共价晶体的结构特点；依据共价晶体的微观结构，描述或预测共价晶体的性质。（六）教学过程：【引入】“钻石恒久远，一颗永流传”，说起钻石，想来大家都不陌生。因为它的璀璨夺目、坚不可摧，钻石成了当今的一种价格昂贵的饰品。但你知道吗，我们的老祖宗其实比我们更早得戴上了钻石戒指。【PPT】展示图片，如图44。图44东晋嵌金刚石金指环【讲述】这枚戒指距今已有1700多年的历史，是我国目前已发现最早的钻石戒指。镶嵌在金指环斗内的钻石是半个八面体，严格意义上说，这枚“钻石”没有经过精细的切割打磨，更应该称为金刚石。这件嵌金刚石金指环出自东晋的一处墓葬，考古专家综合墓葬情况和史料记载推断墓主人可能就是王羲之的叔叔兼书法老师王廙。学者考证，当时的“钻戒”，更多是因其硬度实现“削玉之用”。正如《玄中记》中记载：“金钢（刚）……一名削玉刀，削玉如铁刀削木，大者长尺许，小者如稻米。欲刻玉时，当作大金环著手指，开其背如月，以割玉刀内环中，以刻玉。”【设问】金刚石为什么在古代可以用作削玉刀呢？又是什么让金刚石拥有了这样的特性呢？【任务一】探究金刚石的空间结构特点。【学生活动】结合已学知识，请各小组交流讨论，利用课桌上的道具（小球及球棍）制作金刚石的结构模型。【小组展示】展示搭建好的金刚石模型，如图45。图45金刚石球棍模型【引导学生观察】同学们，请仔细观察金刚石的晶体结构，分析金刚石中碳原子的成键特点、碳碳单键的夹角，碳的杂化特点。【学生总结】在金刚石中，每个碳原子以四个共价单键与四个碳原子相连，所以碳原子是sp3杂化，碳碳单键的夹角就是109°28′。【设问】金刚石的结构与我们上一节课学习过的冰和干冰晶体有什么区别呢？【学生】金刚石晶体中没有分子，只由原子构成。【教师】金刚石是一种典型的共价晶体，其微观空间里没有分子，请你试着从构成微粒、微粒间的相互作用、微粒的空间排布等角度给共价晶体下一个定义。【学生总结】共价晶体是一种相邻原子间以共价键相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。【设问】我们在定义中看到了两个关键词，分别是共价晶体的构成微粒“原子”、微粒间的相互作用力“共价键”，请你思考以下三个问题，并和小组成员交流观点。【PPT】①由原子构成的晶体一定是共价晶体吗？②存在共价键的晶体都是共价晶体吗？③共价晶体中存在分子吗？【小组讨论】①不是。稀有气体由单个原子直接构成分子，微粒之间的作用力属于分子间作用力，所以稀有气体晶体是分子晶体而非共价晶体。②不是。像干冰中，碳原子与氧原子之间存在共价键，但属于分子晶体。③不存在。因为共价晶体是三维的共价键网状结构，不断往外延伸，所以不存在独立的小分子。【任务二】借助VESTA三维显示软件，探究金刚石、晶体硅的晶胞，分析其晶胞特点。【课前准备】在VESTA官网（:///vesta/en/download.html）压缩包安装运行后，在晶体学数据库（）提前金刚石、晶体硅、石英的晶胞的cif文件并运行金刚石的晶胞，如图46。图46金刚石晶胞【观察】金刚石晶体中最小的碳环由几个碳原子组成？【学生】金刚石晶体中最小的碳环由6个碳原子组成。【追问】这6个碳原子在同一平面内吗？【学生】这6个碳原子不在同一平面内，最多有4个碳原子在同一平面。【追问】这6个碳原子为什么不在同一平面内？【学生】因为金刚石晶体中Ｃ原子是sp3杂化，与相邻的4个碳原子以共价键相结合，正四面体形结构，键角是109°28′。【观察】：金刚石晶体中每个Ｃ原子被几个6元环共用？平均每个碳原子形成几个碳碳单键？【学生】每个C—C被6个六元环共用，每个C形成4个C—C。【追问】每个C原子被几个六元环共用？1个碳环占有的碳原子数是几个？【学生】每个C原子被12个六元环共用，1个碳环占有的碳原子就是0.5个。【观察】金刚石的立方形的晶胞中，碳原子数目是多少？每个碳原子的配位数是多少？【学生】碳原子处于金刚石晶胞中的８个顶点、６个面心，其余４个原子在体内，利用均摊法计算，则金刚石晶胞中的碳原子数为８。每个碳原子周围与其距离最近且相等的碳原子有４个，所以配位数是４。【教师】导入晶体硅的晶胞数据，观察其晶胞结构单元，如图47。图47Si晶胞【总结】①晶体硅中，1molSi形成2mol或Si—Si；②晶体硅中最小环上的原子数为6个Si；③晶体硅的一个晶胞中硅原子数为8。【推理】二氧化硅的晶胞与晶体硅的晶胞高度相似，只需在其基础上稍作变动，那么，我们应该怎么表示二氧化硅晶体的结构？【学生】在晶体硅结构中的每个Si—Si单键之间插入１个O。【教师】导入二氧化硅的晶胞数据，观察其晶胞结构单元，如图48。图48SiO2晶胞【总结】SiO2晶体的晶胞特点①1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个O原子和2个Si原子相结合。②1molSiO2中含4molSi—O。③最小环是由6个Si原子和6个O原子组成。④每个Si原子被12个12元环共用，每个O原子被6个12元环共用。⑤每个Si—O被6个12元环共用。【PPT】总结金刚石、硅、石英的晶体结构特点，填写表格。共价晶体最小环上原子数原子数：共价键数最小环原子实占数金刚石61∶20.5个C硅61∶20.5个Si石英122∶30.5个Si，1个O【任务三】探究共价晶体的熔点和硬度特点。【教师】通过刚刚的观察，大家可以发现，从结构来看，这三者都是以共价键形成的三维骨架结构。那么结构如此相似的三种晶体，物理性质有和异同呢？分析金刚石、硅和石英之间熔点、硬度的关系是什么？【PPT】展示三种晶体部分物理性质表格，已知键长：C—C<Si—O共价晶体金刚石硅石英熔点/℃>350014101710硬度106.57【学生分析】三种晶体的结构相似，差别就在于组成晶体的原子之间的区别。从原子半径的角度来解释，原子半径：Si>C>O。随着原子的半径变大，键长变长，三者键长：C—C<Si—Si,Si—O<Si—Si,结合已知，则C—C<Si—O<Si—Si，键长越长，键能越小，共价键越容易断。所以C—C的键能最大，断键所需的能量最高，所以金刚石的熔点最高，其次是石英，最后是硅。硬度排序也是因为键能的影响。【教师评价】值得特别表扬的是在研究三种晶体的熔点和硬度时，同学们注意到前提条件是这三种晶体的结构相似。【回归教材】结合教材78页表32某些分子晶体的熔点和82页表33某些共价晶体的熔点和硬度数据，总结一下分子晶体和共价晶体的物理性质差异，并完成PPT上的表格。【PPT】晶体类型共价晶体分子晶体概念组成微粒微粒间作用力物理性质熔化时破坏的作用力实例【PPT】播放美丽科学《重现化学|晶习：多面体王国》视频，感受化学之美，感受晶体之美。【板书设计】第二节分子晶体与共价晶体第二课时共价晶体1．共价晶体的结构特点及物理性质(1)概念：相邻原子间以共