人教版 (2019)选择性必修2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优秀教案及反思

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课题： 3.1.2 晶胞
课时
1
授课年级
高二
课标要求
1.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．能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规律。
教材
分析
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。
教学目标
1.认识简单的晶胞，能运用多种晶体模型和晶胞结构确定微粒个数和化学式，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。
2.了解晶体结构的测定方法。
教学重、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。
核心素养
宏观辨识与微观探析：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。
变化观念与平衡思想：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。
证据推理与模型认知：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。
科学态度与社会责任：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。
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。
教学过程
教学环节
教学活动
设计意图
环节一、
情景导入
导入新知
【复习导入】常见的晶体与常见的非晶体
【学生】
常见的晶体：石英、云母、明矾、食盐、胆矾、味精、钻石、蔗糖；
常见的非晶体：玻璃、沥青、松香、塑料、石蜡、橡胶、硅胶。
【教师】借助铜晶体和铜晶胞的关系引出晶胞的概念
【学生】阅读教材总结晶胞的概念
描述晶体结构的基本单元
环节二、
问题驱动
活动一
、
介绍晶胞的特点
【过渡】阅读教材内容，理解晶胞概念
【学生】常规的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。
【问题1】怎样理解无隙并置？
【教师】无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙
并置：所有晶胞都是平行排列的，取向相同
【教师】通过金刚石的晶胞引出晶体的第三个特征
【学生】同一个晶体中，所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。
回归教材，抓纲本，培养学生的分析能力，调动学生学习的积极性，主动参与教学过程。
活动二
、介绍晶胞的特点
【教师】通过几何图像引导学生理解晶体的特点
【学生】晶胞是8个顶角相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。
【问题】判断下列4个图中结构，属于晶胞的是（ ）
【学生】分组讨论做出答案
【教师】给出答案A，再次解释晶胞的特点
促进对知识的理里解与掌握，实现知识的内化过程。知识问题化，促进知识的理解与应用。创设问题情境，促进对科学研究的深度理解。
环节三、
建立模型
活动一、探究晶胞的组成与结构
【问题】一个铜晶胞含有几个铜原子？
【学生】根据铜晶胞与铜晶体之间的关系，理解晶胞组成与结构
【教师】播放正方体的堆叠方式，点线面的关系，讲解晶胞内原子的计算方法--均摊法
【学生】归纳总结立方晶胞的均摊法，并记录笔记
【教师】给出三棱柱晶胞与六棱柱晶胞，有学生讨论均摊法

【学生】分组讨论，并记录笔记

作为拓展学生视见野的内容介绍，提高学生的学习兴趣。简单易操作的演示实验设殳置可以调动学生学习的积极性。
活动二、简单的晶胞计算
【教师】通过以上讨论及均摊法，引导学生理解晶体化学式的确定
【学生】归纳总结：晶体的化学式表示的是晶体（也可以说是晶胞）中各类原子或离子数目的最简整数比。
【教师】通过复习物质的量的计算，引导学生理解晶胞密度的计算
【学生】通过查阅资料了解长度单位
【教师】总结在晶体计算中经常出现的长度单位的换算
通过教学活动，激发学生对自然现象的关心，培养学生乐于探索自然现象的情感，以及善于实践和勇于克服困难的良好意志和品质。
活动三
晶胞结构的测定
【教师】介绍X射线衍射仪
【学生】阅读教材，总结X射线衍射仪的原理
单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰
【教师】讲解X射线衍射仪的原理
【展示】X射线衍射仪图谱
【学生】通过阅读教材归纳X射线衍射图通过计算获得
【教师】根据原子坐标，可以计算原子间的距离，判断哪些原子之间存在化学键,确定键长和键角，得出分子的空间结构。
环节四、课后巩固
作业设计
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1. 已知CsCl晶体的密度为ρ g/cm3，NA为阿伏加德罗常数的值，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，如图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为( )
A．NAa3ρ B.eq \f(NAa3ρ,6)
C.eq \f(NAa3ρ,4) D.eq \f(NAa3ρ,8)
【答案】 A
【解析】 由题图可知，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，即晶胞棱长为a cm，体积为a3 cm3，顶点在空间被8个晶胞共用，体心为1个晶胞拥有，可知含1个氯离子，Cs＋个数为8×eq \f(1,8)＝1，则由ρV＝eq \f(N·M,NA)可知，M＝eq \f(ρVNA,1)＝NAa3ρ(g/ml)，摩尔质量在以g/ml为单位时在数值上等于其相对分子质量，所以其相对分子质量是NAa3ρ。
2. CaC2晶体的晶胞结构(如图所示)与NaCl晶体的相似，但因为CaC2晶体中含有的哑铃形Ceq \\al(2－,2)的存在，使晶胞沿一个方向拉长。下列关于CaC2晶体的说法中正确的是( )
A．1个Ca2＋周围距离最近且等距离的Ceq \\al(2－,2)数目为4
B．该晶体中的阴离子和O2所含电子数相同
C．6.4 g CaC2晶体中含阴离子0.2 ml
D．与每个Ca2＋距离相等且最近的Ca2＋共有12个
【答案】 A
【解析】 晶胞沿一个方向拉长，再由题图中体心可知，1个Ca2＋周围距离最近的Ceq \\al(2－,2)有4个，A正确；Ceq \\al(2－,2)含电子数为2×6＋2＝14，O2的电子数为16，二者电子数不同，B错误；6.4 g CaC2的物质的量为0.1 ml，CaC2晶体中含有的阴离子为Ceq \\al(2－,2)，则含阴离子的物质的量为0.1 ml，C错误；晶胞沿一个方向拉长，与每个Ca2＋距离相等且最近的Ca2＋应为4个，D错误。
3．高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞，则下列说法中正确的是( )
A．超氧化钾的化学式为KO2
B．每个晶胞中含有8个K＋和4个Oeq \\al(－,2)
C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个
D．晶体中0价氧原子和－2价氧原子个数比为1∶3
【答案】 A
【解析】 由题中的晶胞结构知，有8个K＋位于晶胞顶角，6个K＋位于晶胞面心，则晶胞中含有K＋的个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，Oeq \\al(－,2)有12个位于棱上，1个处于体心，则晶胞中含有Oeq \\al(－,2)的个数为12×eq \f(1,4)＋1＝4；超氧化钾的化学式为KO2；晶体中与每个K＋距离最近的K＋有12个；设晶体中0价氧原子和－2价氧原子的个数分别为x、y，则有x＋y＝8，x×0＋y×(－2)＝－4，得x∶y＝3∶1。
科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图。下列说法正确的是( )
A．11BN和10BN的性质无差异
B．该晶体中含有σ键和π键
C．该晶胞中含有14个B原子，4个N原子
D．N原子周围等距且最近的N原子数为12
【答案】 D
【解析】 11B和10B互为同位素，11BN和10BN的性质相似，但不是完全相同，A错误；该晶体中只含有σ键，B错误；该晶胞中B位于顶点和面心，个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，N位于体内，个数为4，C错误。
5．热敏电阻的主要成分——钡钛矿晶体的晶胞结构如图所示，晶胞棱长为a cm。顶点位置被Ti4＋所占据，体心位置被Ba2＋所占据，所有棱心位置被O2－所占据。
(1)写出该晶体的化学式：____________。
(2)若将Ti4＋置于晶胞的体心，Ba2＋置于晶胞顶点，则O2－处于立方体的________位置。
(3)在该物质的晶体中，每个Ti4＋周围距离相等且最近的Ti4＋有________个；若将它们连接起来，形成的空间结构为________。
(4)若晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则a＝________。
【答案】 (1)BaTiO3 (2)面心 (3)6 正八面体 (4)eq \r(3,\f(233,NAρ))
【解析】 (1)在该晶胞中Ba2＋、Ti4＋和O2－的离子个数比为1∶(8×eq \f(1,8))∶(12×eq \f(1,4))＝1∶1∶3，则该晶体的化学式为BaTiO3。
课堂总结
晶胞的概念
晶胞的特征
晶胞的特点
均摊法及计算
X射线衍射
板书
设计
教学
反思
本次课程围绕晶胞概念及其计算方法展开。课程内容包括晶胞基础知识、晶胞参数的测定、晶体密度的计算以及晶胞中原子数的计算等。
教学目标旨在帮助学生理解晶胞的基本概念，掌握晶胞计算的方法，并能在实际问题中应用所学知识解决问题。
采用多媒体教学工具辅助讲解晶胞结构，通过三维动画演示不同晶系的特点。结合具体例题，引导学生逐步学会如何计算晶胞参数和晶体密度。安排了小组讨论和交流环节，鼓励学生相互解答疑惑，并共享解题策略。布置了相关习题作为课后练习，以检验学生的掌握程度。
大部分学生能够掌握立方晶系和非立方晶系的晶胞参数计算方法。少数学生对于晶体密度的计算存在误区，尤其是面对复杂晶体结构的计算时。分组讨论环节中，部分学生参与度不高，未能有效利用此机会巩固知识点。
教学方法还不够多样化，未能充分调动所有学生的学习积极性。对于抽象概念的解释需要更多实物或模型的辅助，以便学生更直观地理解。课后练习的反馈和讲解不够及时，导致部分学生对错误理解没有及时纠正。
尝试引入更多互动性教学活动，如模拟实验、角色扮演等，以提高学生的学习兴趣。计划购置或制作晶体模型，使学生能通过实际操作进一步理解晶胞结构。加强对课后练习的监督和辅导，确保及时反馈和答疑，帮助学生巩固所学知识。