3.2.2 共价晶体 教案 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

教学设计 课题 第三章晶体结构与性质 第二节 分子晶体与共价晶体 第2课时 共价晶体 授课类型 新授课 授课对象 授课时间 课时 1课时 教材 选择性必修2（人教版） 教学目标及教学重点、难点 教学目标：1．能结合金刚石和晶体硅的晶体结构描述共价晶体中微粒排列的周期性规律。 2． 借助金刚石和晶体硅等的模型认识共价晶体的结构特点，并能说明共价晶体中的微粒及微粒间的相互作用。 教学重点：共价晶体的结构特点与性质之间的关系； 教学难点：共价晶体的结构特点，金刚石、二氧化硅的晶体内部结构分析。 核心素养 1.借助共价晶体模型认识共价晶体的结构特点，发展“证据推理与模型认知”学科核心素养。 2.能够从化学键的特征，分析理解共价晶体的物理特性，发展“宏观辨识与微观探析”学科核心素养。 教学方法和手段 PPT 演示、 教学过程(表格描述) 教学环节 主要教学活动 设置意图 导入 新课 【引入】 碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么CO2晶体的熔点很低，而SiO2晶体的熔点很高？ 干冰 熔点：-56.2℃ 二氧化硅 熔点：1723℃ 激发学生的学习兴趣，建立知识框架，激发思考和探究，以及增强学习动力。 【讲解】二者的熔点差异较大，说明形成二氧化硅晶体的共价键是远强于分子间作用力的。 【学生】阅读教材，认识组成共价晶体的粒子和粒子间的作用力。 【过渡】有的晶体的微观空间里没有分子，共价晶体就是其中之一。 【讲解并展示】一、共价晶体 1.概念：相邻原子以共价键相结合形成三维骨架结构的晶体（立体网状结构）叫共价晶体。 2.构成粒子：原子 3. 粒子间的作用力：共价键 4. 空间结构：三维骨架结构 【过渡】有概念可知，共价晶体是由原子构成的，原子间以共价键相结合。那么，常见的共价晶体有哪些？ 【PPT展示】二、常见的共价晶体 某些非金属单质： 晶体硼、金刚石、晶体硅、晶体锗、灰锡等 某些非金属化合物： 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等 某些氧化物： 二氧化硅(SiO2)等 【过渡】下面，我们共同学习两种典型共价晶体的结构。 【学生】小组合作，认真观看金刚石的球棍模型，尝试画出金刚石的晶胞示意图。 【小组展示】 1.金刚石晶体 （1）在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合，C-C-C夹角为109°28′，即金刚石中的碳采取sp3杂化轨道形成共价键三维骨架结构。 （2）晶体中最小的碳环由6个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有4个碳原子在同一平面。 （3）每个C形成4个C-C，每个C-C占有2个C，即C与C-C数目之比为1：2。 （4）每个C被12个六元环共用（播放视频），1个碳环占有的碳原子为0.5个。 正四面体的中心原子与任意两个原子可形成6个面，即6个环。 【学生】做好笔记。 【过渡】我们接着认识二氧化硅的结构。 【讲解并展示】2.二氧化硅晶体 （1）在SiO2晶体中，每个硅原子采取sp3杂化与4个氧原子结合；每个氧原子与2个硅原子结合；在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是1：2。在SiO2晶体中，没有单个的SiO2分子存在。 （2）在SiO2 晶体中，每个硅原子形成4个共价键；每个氧原子形成2个共价键； （3）在SiO2 晶体中，最小环为12元环，由6个Si和6个O构成。 （4）1 mol SiO2中含4 mol Si-O 【练习】60 g 二氧化硅含有NA个Si 含有2NA个O 含有4NA个Si-O Si与Si-O 共价键个数之是1：4； O与Si-O 共价键个数之比是1：2。 二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α­SiO2)。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性。 石英的左、右型晶体 二氧化硅用途 二氧化硅具有许多用途，是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 单晶硅 单晶硅制的芯片 硅太阳能电池 二氧化硅光导纤维 【思考探究】 干冰晶体结构 冰晶体结构 金刚石晶胞 思考为什么干冰采取密堆积，而金刚石和冰采取非密堆积呢？ 【学生】小组讨论，并完成下表内容。 【讲解并展示】 晶体类型 粒子间作用力 粒子间作用力的特征 堆积方式 例子 分子晶体 范德华力 没有方向性和饱和性 密堆积 干冰 分子晶体 氢键 有方向性和饱和性 非密堆积 冰 共价晶体 共价键 有方向性和饱和性 非密堆积 金刚石 三、晶体类型的判断 1．依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断 构成共价晶体的粒子是原子，原子间的作用力是共价键； 构成分子晶体的粒子是分子，分子间的作用力是分子间作用力。 2．依据物质的分类判断 (1)常见的共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼、晶体锗等单质和二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化硼等化合物。 (2)所有非金属氢化物、部分非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅等除外)、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。 3．根据物质的熔、沸点高低判断 共价晶体的熔、沸点很高，熔点一般在1000℃以上；分子晶体的熔、沸点较低 4．根据溶解性判断 共价晶体一般不溶于任何溶剂；分子晶体的溶解性遵循“相似相溶”规律 5．依据挥发性判断 一般易挥发的物质呈固态时都属于分子晶体 6．依据硬度和机械性能判断 共价晶体的硬度大，分子晶体的硬度小 【学生】小组合作，从不同角度对比共价晶体和分子晶体。 【PPT展示】 四、分子晶体与共价晶体的比较 晶体类型 共价晶体 分子晶体 概念 相邻原子间以共价键相结合而形成三维骨架结构 分子间以分子间作用力结合 组成微粒 原子 分子 作用力 共价键 分子间作用力 熔沸点 很大 较小 硬度 很大 较小 溶解性 不溶于任何溶剂 部分溶于水 导电性 不导电，个别为半导体 固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电 对比CO2和SiO2的性质差异，从形成粒子与粒子间作用力出发，探析晶体物理性质与粒子间作用力之间的关系。 从晶体模型的分析认识晶体的构成粒子与粒子间作用力，理解结构决定性质。 运用类比法学习新知，在金刚石的结构上学习二氧化硅的结构。培养学生知识迁移能力。 通过了解二氧化硅的用途，让学生感受化学对生产、生活起到的巨大作用。 深化“性质决定用途”的观念。 运用对比的方法，进一步巩固共价晶体和分子晶体的有关知识。 课堂练习 1.下列有关共价化合物的说法： ①具有较低的熔、沸点； ②不是电解质； ③固态时是分子晶体 ④都由分子构成； ⑤固态时不导电，其中一定正确的是（ ） A．①③④ B．②⑤ C．①②③④⑤ D．⑤ 【答案】D 【解析】共价化合物形成的晶体可能是共价晶体，如SiO2，在SiO2晶体中没有单个的“SiO2分子”，其熔、沸点很高，是非电解质，固态时不导电；共价化合物形成的晶体也可能是分子晶体，如HNO3、蔗糖，HNO3是电解质，而蔗糖是非电解质，二者固态时均不导电；由此可以看出，共价化合物形成的晶体无论是共价晶体还是分子晶体，在固态时都不导电，D满足题意。 2.金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是(　　) A．晶体中不存在独立的分子 B．碳原子间以共价键相结合 C．是自然界中硬度最大的物质 D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应 【答案】D 【解析】 在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间三维骨架结构，不存在具有固定组成的分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能很高，所以金刚石的硬度很大，故A、B、C选项正确；由于金刚石是碳的单质，高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项错误。 3.美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1 800 K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是(　　) A．该共价晶体中含有极性键 B．该共价晶体易气化，可用作制冷材料 C．该共价晶体有很高的熔、沸点 D．该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料 【答案】B 【解析】 共价晶体具有高硬度，高熔、沸点等性质，不易气化，不可用作制冷材料，B项错误。 4.下列关于SiO2晶体的叙述错误的是( ) A．每个Si周围有4个O B．每个O周围有2个Si C．阴、阳离子数目之比为1:2 D．Si和O的比例为1:2 【答案】C 【解析】SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子形成4个Si—O共价键，A项正确； SiO2晶体中每个O与2个Si成键，B项正确；晶体中每个Si与4个O成键，每个O与2个Si成键，晶体中Si与O的个数之比为1:2，其化学式为SiO2，SiO2晶体属于共价晶体不存在离子，C项错误；晶体中每个Si与4个O成键，每个O与2个Si成键，晶体中Si与O的个数之比为1:2，D项正确。 5.下列物质属于共价晶体的是( ) ①干冰 ② ③晶体硅 ④白磷 ⑤氨基乙酸 ⑥固态 A．①②③④⑤⑥ B．②③④⑥ C．②③ D．①②⑤⑥ 【答案】C 【解析】 干冰、白磷、氨基乙酸和固态He属于分子晶体，SiO2和晶体硅属于共价晶体。故选C。 巩固学生对所学知识的理解和掌握，并帮助他们将所学知识熟练运用。 课堂小结 概括学习要点，检查学习效果，引导思考和问题解决，以及激发学习兴趣和动力。 板书设计 1、 共价晶体 2、 常见的共价晶体 3、 晶体类型的判断 4、 分子晶体与共价晶体的比较 教学设计反思 学生本身听课情绪较高，有很大的学习兴趣，今后在教育教学中会努力提升自己，强化技能，更好的适应新教材和新课改的要求。 学科网（北京）股份有限公司 $$