3.2.1 分子晶体（教学设计）-【上好课】高二化学同步高效课堂（人教版2019选择性必修2）

第三章 《晶体结构与性质》教学设计 第二节 分子晶体和共价晶体 第一课时 分子晶体 课题： 3.2.1 分子晶体 课时 1 授课年级 高二 课标要求 《普通高中化学课程标准（2017年版）》对本节课作出了明确的【内容要求】： 1.课程标准中的内容要求阐述 认识分子晶体的结构特点与性质之间的联系。 知道分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。 能举例说明分子间作用力对物质状态等方面的影响。 能列举含有氢键的物质，知道氢键的存在对物质性质的影响（如熔点、沸点、溶解性等），能从氢键的形成角度解释一些反常现象。 2.结构与性质联系方面 有助于学生从微观结构的角度理解分子晶体的性质。例如，分子晶体由分子构成，分子间通过分子间作用力（范德华力或氢键）相结合。由于分子间作用力较弱，所以分子晶体一般熔点、沸点较低，硬度较小等。像干冰（CO2 晶体），由CO2 分子通过范德华力构成，其熔点为 - 78.5℃，沸点为 - 56.6℃，硬度也很小。 3.与其他晶体类型对比方面 明确分子晶体与其他晶体在结构微粒和微粒间作用力上的区别，能加深学生对晶体类型多样性的认识。原子晶体由原子通过共价键结合，离子晶体由阴、阳离子通过离子键结合，金属晶体由金属阳离子和自由电子通过金属键结合，而分子晶体由分子通过分子间作用力结合。这有助于学生在对比中掌握不同晶体类型的本质特征，构建完整的晶体知识体系。 4.分子间作用力影响方面 让学生理解分子间作用力对物质状态的影响。例如，对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，物质的熔、沸点越高。I2 、Br2 、 Cl2 、F2 的相对分子质量逐渐减小，分子间作用力逐渐减弱，它们的熔点、沸点也逐渐降低。 5.氢键影响方面 氢键是一种特殊的分子间作用力，它对物质性质有着独特的影响。例如，水（ H2O ）中存在氢键，使得水的熔点、沸点在同族氢化物中反常地高。氨（NH3 ）、氟化氢（HF ）等物质也因为氢键的存在，在溶解性、熔点、沸点等性质上表现出与其他类似分子不同的特性。这部分内容有助于学生解释一些特殊的化学现象，深入理解物质性质的微观本质。 教材 分析 教材首先明确分子晶体的定义，即分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体。然后介绍分子晶体的构成微粒是分子，这有助于学生从微观角度理解分子晶体的结构基础。例如，教材可能会以冰为例，说明水分子是如何通过氢键（一种特殊的分子间作用力）形成规则的四面体结构，进而构成冰这种分子晶体的。 分子晶体在日常生活和化学学科中都有着广泛的应用。许多常见的物质，如冰、干冰、碘等都是分子晶体。通过对分子晶体的学习，学生能够更好地理解这些物质的性质，如熔点、沸点、溶解性等，从而将化学知识与实际生活联系起来，提高学生学习化学的兴趣和解决实际问题的能力。 教学目标 1. 知识与技能目标 （1）学生能够理解分子晶体的概念，明确分子晶体的构成微粒是分子，微粒间作用力为分子间作用力（包括范德华力和氢键）。 （2）学生能准确识别常见的分子晶体，如冰、干冰、碘晶体等，并能描述其物理性质（如熔点、沸点、硬度等）与分子晶体结构的关系。 （3）学生能够掌握分子晶体的结构特征，包括分子的密堆积方式（如面心立方最密堆积等），理解分子晶体中分子间作用力对晶体物理性质的影响机制。 （4）学生能运用分子晶体的知识解释一些实际现象，如冰的密度比水小的原因（氢键的影响）等。 2. 过程与方法目标 （1）通过对分子晶体结构模型的观察、分析和构建，培养学生的空间想象能力和抽象思维能力。 引导学生通过比较、归纳等方法，总结分子晶体的性质规律，提高学生的逻辑思维能力和归纳总结能力。 （2）让学生经历从宏观性质推测微观结构，再从微观结构解释宏观性质的科学探究过程，培养学生的科学探究能力。 3. 情感态度与价值观目标 （1）让学生体会到微观结构与宏观性质之间的紧密联系，感受化学学科的内在逻辑性和科学性，激发学生对化学学科的兴趣。 （2）通过对分子晶体在生产、生活中的应用实例（如干冰用于人工降雨等）的学习，使学生认识到化学知识在解决实际问题中的重要性，增强学生的社会责任感和环保意识。 （3）在小组合作学习（如构建分子晶体模型等活动）中，培养学生的合作精神和团队意识。 教学重、难点 1. 重点 分子晶体的概念和结构特点：理解分子晶体是由分子通过分子间作用力构成的，这是认识分子晶体性质的基础。只有明确了结构特点，学生才能理解分子晶体与其他晶体类型在性质上的差异。 分子晶体物理性质与结构的关系：掌握分子晶体的熔点、沸点、溶解性、硬度等物理性质是如何受分子间作用力和分子结构影响的，这有助于培养学生的结构 - 性质思维能力，也是化学学科核心素养的重要体现。 2. 难点 分子间作用力（尤其是氢键）的理解：分子间作用力是一种比较弱的相互作用，与化学键有本质区别。氢键作为一种特殊的分子间作用力，它既有方向性又有饱和性，其形成条件和对物质性质的影响比较复杂。例如，在解释冰的密度比水小这一现象时，需要深入理解氢键对水分子排列方式的影响，这对学生来说是一个难点。 核心素养 1. 宏观辨识与微观探析 宏观：能从宏观角度认识分子晶体的一些物理性质，如分子晶体一般具有较低的熔点、沸点，硬度较小等。例如，冰在常温常压下为固态，稍微受热就会熔化，碘晶体容易升华等现象。 微观：从微观结构上理解分子晶体是由分子通过分子间作用力（包括范德华力和氢键）构成的晶体。能够分析分子的结构特点（如分子的形状、极性等）对分子间作用力的影响，进而影响分子晶体的性质。例如，水分子是极性分子且存在氢键，这使得冰的结构比较特殊，密度比液态水小。 2. 证据推理与模型认知 证据推理：根据分子晶体的组成、结构特点等证据，推断分子晶体的性质。例如，已知二氧化碳分子是非极性分子，分子间只存在范德华力，根据范德华力较弱的特点，可以推断二氧化碳晶体（干冰）的熔点、沸点较低。 模型认知：构建分子晶体的结构模型，如通过球棍模型或比例模型来表示分子晶体中分子的排列方式。以冰的结构模型为例，理解每个水分子与周围四个水分子通过氢键形成四面体结构，从而解释冰的一些特殊性质。 3. 科学探究与创新意识 科学探究：探究分子晶体性质与结构的关系。例如通过实验探究不同分子晶体在溶解性、导电性等方面的差异，并从分子晶体的结构角度进行分析解释。如探究葡萄糖和油脂在水中溶解性的不同，分析葡萄糖分子中含有多个羟基，与水分子之间能形成氢键，而油脂分子为长链烃基和酯基，与水分子间作用力较弱，从而解释溶解性的差异。 创新意识：在探究分子晶体相关知识的过程中，提出新的实验方案或对已有实验进行改进。例如在探究分子晶体的熔点影响因素时，设计新的对比实验，除了考虑分子间作用力的类型，还考虑分子的大小、形状等因素对熔点的综合影响。 4. 科学态度与社会责任 科学态度：在学习分子晶体知识时，尊重事实和数据。例如在研究分子晶体的性质时，如实记录实验现象和数据，严谨地分析实验结果，不随意篡改数据。 社会责任：了解分子晶体在生产、生活中的应用，关注与分子晶体相关的社会热点问题。例如，了解干冰在人工降雨、食品保鲜中的应用，关注新型分子晶体材料的研发对社会发展（如医药、电子等领域）的推动作用，以及在使用分子晶体材料过程中的环境保护等问题。 学情分析 在学习分子晶体之前，学生已经学习了化学键（离子键、共价键等）的概念。分子晶体的学习是对化学键知识的进一步拓展，它让学生认识到分子间存在着一种弱相互作用（分子间作用力），这种作用不同于化学键，但却对物质的物理性质有着重要影响。同时，也为后续学习原子晶体、金属晶体等其他晶体类型奠定了基础。 教学过程 教学环节 教学活动 设计意图 活动一、 分子晶体 任务一、 分子晶体 任务二 、 分子晶体及其熔沸点的判断方法 【导入】以《开讲啦》其中一期有关“水的特殊性”来引入新课，引发学生思考为什么水会“热缩冷涨”？在生活中你们有这些生活体验吗？ 【学生】分组讨论，小组代表回答 【教师】评价，总结 活动一、分子晶体 【任务一】分子晶体 【学生活动1】阅读教材，总结分子晶体的定义、粒子间的作用力以及分子内各原子间的作用力？ 【学生】阅读教材，分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】评价、强调，补充 总结： 1.定义：只含分子的晶体。 2.粒子间的作用力---分子间作用力 3.分子内各原子间---共价键 【学生活动2】阅读教材，常见的分子晶体的类型有哪些？ 【学生】阅读课本，小组代表回答 【教师】强调，补充 总结： 1.所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX 2.部分非金属单质：X2，O2，H2， S8，P4， C60 3.部分非金属氧化物：CO2， SO2， NO2， P4O6， P4O10 4.几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4 5.绝大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖 【学生活动3】阅读教材，常见的分子晶体的物理性质有哪些？ 【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，补充 总结： 1.较低的熔点和沸点；原因：分子间作用力很弱； 2.较小的硬度（多数分子晶体在常温时为气态或液态）； 3.一般不导电，熔融状态也不导电，部分溶于水导电； 4.溶解性与溶质、溶剂的分子的极性相关——相似相溶。 【学生活动4】阅读教材以及分子晶体CO2和H2O的结构图示分析二者的结构特征？ CO2的结构图示H2O的结构图示 【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，补充 总结： 1.与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个 2.与水分子距离最近的水分子共有4个 3. 【学生活动5】为什么水在4℃时的密度最大？ 【学生】阅读教材，小组代表回答 【教师】强调，补充 总结： 氢键的存在迫使在四面体中心的水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，其密度比液态水小。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大。超过4℃时，由于热运动加剧，分子间距离加大，密度逐渐减小，所以4℃时水的密度最大。 【典型例题】 例1．分子晶体具有的本质特征是（ ） A．晶体硬度小 B．熔融时不导电 C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合 D．熔点一般比共价晶体低 【答案】C 【详解】分子晶体的熔、沸点较低，硬度较小，导致这些性质特征的本质原因是其构成微粒间的相互作用——分子间作用力，它相对于化学键来说是极其微弱的，C项符合题意。 例2.下列关于分子晶体的说法不正确的是（ ） A．分子晶体中含有分子 B．固态或熔融态时均能导电 C．分子间以分子间作用力相结合 D．熔、沸点一般比较低 【答案】B 【详解】A．分子晶体是由分子构成的，A正确； B．固态或熔融态时，分子晶体既不电离也没有自由移动的电子，均不能导电，B错误； C．分子间以分子间作用力相结合，C正确； D．分子晶体的熔、沸点一般比较低，D正确。 故选：B。 例3.下列物质中，属于分子晶体的是（ ） ①二氧化硅　②碘　③食盐　④蔗糖　⑤磷酸 A．②④⑤ B．①②④ C．②③④⑤ D．①②③⑤ 【答案】A 【详解】离子间通过离子键形成的晶体是离子晶体，分子间通过分子间作用力形成的晶体是分子晶体，原子间通过共价键形成的空间网状结构的晶体是原子晶体，所以②④⑤都是分子晶体，①是原子晶体，③是离子晶体。答案选A。 例4.结合课本上干冰晶体图分析每个CO2分子周围距离相等且最近的CO2分子数目为（ ） A．6 B．8 C．10 D．12 【答案】D 【详解】1个CO2分子周围距离最近的CO2分子个数=3×8×=12，故答案为D。 例5.图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H。下列有关说法正确的是（ ） A．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构 B．冰晶体具有空间网状结构，是共价晶体 C．水分子间通过键形成冰晶体 D．冰融化后，水分子之间的空隙增大 【答案】A 【详解】A．如图所示，每个水分子可以与另外四个水分子之间形成氢键，从而形成四面体结构，A正确； B．冰晶体属于分子晶体，B错误； C．冰晶体中的水分子主要是靠氢键结合在一起，氢键不是化学键，而是一种分子间作用力，C错误； D．冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性，故水分子间由氢键连接后，分子间空隙变大，而冰融化成水后，体积减小，水分子之间空隙减小，D错误； 故选A。 【任务二】分子晶体及其熔沸点的判断方法 【学生活动1】阅读教材，总结分子晶体熔沸点高低的判断方法？ 【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，讲解、补充 总结： （1）若不含有氢键: ①组成和结构相似的物质，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高； ②相对分子质量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高 （2）若含有氢键: ①组成和结构相似的物质，含有分子间氢键的分子晶体的熔沸点高于不含有分子间氢键的分子晶体。 ②组成和结构相似的物质，含有分子间氢键的分子晶体的熔沸点高于含有分子内氢键的分子晶体。 【典型例题】 例1.下列说法正确的是（ ） A．冰融化时，分子中H—O发生断裂 B．共价晶体中，共价键越强，熔点越高 C．分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定 D．所有分子晶体中都存在化学键 【答案】B 【详解】A．冰融化时，破坏了水分子间的分子间作用力和氢键，没有破坏分子中的氢氧键，A错误； B．共价晶体中，原子间的作用力越强，即共价键越强，晶体的熔点越高，B正确； C．分子晶体的稳定性与共价键的强弱有关，与分子间作用力的大小无关，C错误； D．不是所有分子晶体中都存在化学键，如He、Ne、Ar等单原子分子形成的分子晶体中不存在任何化学键，D错误； 故答案为：B。 例2.（1）比较下列化合物熔、沸点的高低（填“>”或“<” ①CO2 SO2；         ②NH3 PH3；         ③O3 O2 ④Ne Ar         ⑤CH3CH2OH CH3OH； （2）已知AlCl3为分子晶体。设计实验判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物： 【答案】 < > > < > 在熔融状态下，验证其是否导电，若不导电是共价化合物 【详解】(1) ①CO 2 和SO 2 相对分子质量后者大，且CO 2 为非极性分子，SO 2 为极性分子，范德华力CO 2 小于SO 2 ，所以CO 2 ＜SO 2 ； ②尽管NH 3 相对分子质量小于PH 3 ，但NH 3 分子间存在氢键，所以NH 3 ＞PH 3； ③O 3 为极性分子，O 2 为非极性分子，且相对分子质量O 3 大于O 2 ，所以范德华力O3 ＞O 2 ，因此熔沸点O 3 大于O 2 ； ④Ne、Ar均为稀有气体、单原子分子，范德华力随相对分子质量的增大而递增，所以Ar的熔沸点高于Ne。 ⑤组成和结构相似的分子，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，分子晶体的熔沸点越高，故熔、沸点： CH3CH2OH＞CH3OH； （2） 要验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可在熔融状态下检验AlCl3是否导电，若不导电，则AlCl3是共价化合物。 例3.下列说法正确的是（ ） A．分子晶体中一定存在分子间作用力，不一定存在共价键 B．水加热到很高的温度都难以分解与氢键有关 C．CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体 D．HF、HCl、HBr、HI的熔沸点随着相对分子质量的增加依次升高 【答案】A 【详解】A．分子晶体中一定存在分子间作用力，可能有共价键（如水分子），可能没有（如稀有气体分子），A正确； B．水是一种非常稳定的化合物，属于化学性质的表现，其中含有氢键，会导致沸点较高，和性质稳定无关，B错误； C．CO2晶体是由二氧化碳分子之间通过范德华力结合构成的分子晶体，二氧化硅是由硅原子和氧原子按照个数比1∶2通过Si-O键构成原子晶体，C错误； D．同一主族氢化物的相对分子质量越大其熔沸点越高，但含有氢键的氢化物熔沸点最高，HF中含有氢键，其熔沸点最高，D错误， 答案选A。 以视频引入新课，提出问题，引发学生的思考，引起共鸣。 通过小组讨论得出结论，学生代表回答，加深学生对知识的理解。 教师知识讲解，学生认真听讲并记忆， 通过小组讨论得出结论，学生代表回答，加深学生对知识的理解。 教师知识讲解，学生认真听讲并记忆， 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。 通过小组讨论得出结论，学生代表回答，加深学生对知识的理解。 教师知识讲解，学生认真听讲并记忆， 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。 板书 设计 一、分子晶体 1.含义 2.常见的分子晶体 3.分子晶体的物理性质 4.分子晶体的结构特征 二、分子晶体及其熔沸点的判断方法 1.分子晶体的判断方法 2.分子晶体熔沸点高低的判断方法 （1）若不含有氢键: ①组成和结构相似的物质，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高； ②相对分子质量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高 （2）若含有氢键: ①组成和结构相似的物质，含有分子间氢键的分子晶体的熔沸点高于不含有分子间氢键的分子晶体。 ②组成和结构相似的物质，含有分子间氢键的分子晶体的熔沸点高于含有分子内氢键的分子晶体。 教学 反思 在讲解分子晶体概念时，我首先从学生熟悉的物质入手，如冰、干冰等，引导学生观察这些物质的物理性质（如较低的熔点、沸点，易升华等），进而分析其微粒间的作用力，逐步引出分子晶体的定义。这种从具体到抽象的教学顺序有助于学生理解概念的本质。 在后续讲解分子晶体的结构特点时，通过展示多种分子晶体的球棍模型（如二氧化碳晶体、碘晶体等），让学生直观地看到分子在晶体中的堆积方式，以及分子间作用力对晶体结构的影响。然后再总结出分子晶体结构的共性和特性，这样的教学安排使得教学内容层次分明，易于学生接受。 在讲解分子晶体的导电性时，为了让学生更全面地了解分子晶体的性质，我引入了一些关于晶体缺陷和杂质对导电性影响的内容。然而，这部分内容对于选修二的学生来说难度较大，超出了课程标准的要求，导致部分学生在理解上出现困难，影响了教学进度。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$