3.2 分子晶体与共价晶体 第1课时（教学设计）化学人教版选择性必修2

该高中化学教学设计聚焦分子晶体的概念、类型、性质及判断方法，通过生活实例（冰融化、碘升华）和科技应用（传感器、药物研发）导入，承接分子结构、化学键知识，为后续晶体学习搭建支架。 资料融合宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知等核心素养，以干冰和冰为典型案例，通过问题驱动、自主总结及对应训练，培养学生科学思维，为教师提供结构化教学资源，提升课堂效率与学生微观探析能力。

第二节 分子晶体与共价晶体 第1课时 分子晶体 一、知识目标 1.了解分子晶体的概念，掌握分子晶体中粒子间的相互作用力。 2.熟悉常见的分子晶体类型，包括所有非金属氢化物、部分非金属单质、部分非金属氧化物、几乎所有的酸和绝大多数有机物。 3.掌握分子晶体的性质，如较低的熔、沸点和较小的硬度、不导电、溶解性符合“相似相溶”规律等，以及分子晶体熔沸点的比较方法。 4.学会判断分子晶体的方法，包括依据物质的类别、组成晶体的粒子及粒子间作用和物质的性质进行判断。 二、素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识分子晶体的性质，如熔、沸点、硬度、溶解性等；从微观上理解分子晶体中分子间作用力（范德华力、氢键）对其性质的影响。 2.证据推理与模型认知：通过分析干冰和冰等典型分子晶体的结构模型，推理出分子晶体的堆积方式、粒子间的相互作用与晶体性质之间的关系。 3.科学探究与创新意识：通过对冰和干冰等晶体结构的探究，培养学生的探究能力和创新思维，理解氢键对物质性质的特殊影响。 一、教学重点 分子晶体的概念、常见分子晶体的类型、分子晶体的性质及判断方法。 二、教学难点 分子晶体的堆积方式、氢键对分子晶体性质的影响以及分子晶体熔沸点的比较方法。 本节教学内容源于人教版选择性必修2《物质结构与性质》第三章《晶体的结构与性质》第二节《分子晶体与共价晶体》的第1课时《分子晶体》。晶体结构是化学物质结构的重要组成部分，分子晶体作为晶体的一种重要类型，在教材中起着承上启下的作用。它既承接了前面所学的分子结构、化学键等知识，又为后续学习共价晶体、金属晶体和离子晶体等其他类型的晶体奠定基础。 教材围绕分子晶体展开，首先介绍了分子晶体的概念，通过列举常见的分子晶体，让学生对分子晶体有直观的认识。接着详细探讨了分子晶体的性质，包括堆积方式、熔沸点、导电性、溶解性等，并结合干冰和冰这两种典型的分子晶体进行深入分析，引导学生理解分子晶体的结构与性质之间的关系。通过对分子晶体相关知识的学习，有助于学生构建完整的晶体结构知识体系，培养学生的微观探析和结构决定性质的化学观念。 教学对象是高二学生，他们在之前的化学学习中已经掌握了原子结构、分子结构、化学键等基础知识，具备了一定的微观想象能力和逻辑思维能力。但对于晶体这种微观有序的结构，学生可能还缺乏深入的理解，需要进一步引导他们从微观角度认识物质的结构和性质。 在思维方面，高二学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，对于抽象的分子晶体结构和性质的理解可能存在一定困难。他们需要借助直观的模型、图片和实例来帮助理解。同时，学生在学习过程中可能会出现对概念混淆、对知识理解不深入等问题，例如对分子间作用力和化学键的区别、氢键对分子晶体性质的影响等方面可能存在疑惑。 此外，学生在学习过程中可能缺乏自主探究和归纳总结的能力，需要教师引导他们通过分析、比较、归纳等方法来掌握分子晶体的相关知识。在教学过程中，教师应充分考虑学生的实际情况，结合生活实例和实验现象，采用多样化的教学方法，激发学生的学习兴趣，帮助学生突破学习难点，提高学生的化学学科核心素养。 教学环节一 课堂导入 【展示生活实例】同学们，在日常生活中，大家有没有注意到这样的现象：当冬天来临时，河水会结冰，冰块会漂浮在水面上；我们在舞台上看到的云雾缭绕的效果，很多时候是干冰升华造成的；还有，我们用的碘酒，碘很容易升华变成紫色的碘蒸气。大家能思考一下，为什么冰容易融化、碘容易升华吗？（给学生一些时间思考和讨论，鼓励他们发表自己的看法） 【引入科技应用】其实，这些现象都和一种特殊的晶体——分子晶体有关。在现代科技中，分子晶体也有着广泛的应用。比如，在一些高科技的传感器中，会用到分子晶体材料来实现对特定物质的检测；在药物研发领域，很多药物是以分子晶体的形式存在的，它们的性质对于药物的疗效和稳定性有着重要影响。那么，到底什么是分子晶体，它又有哪些独特的性质呢？接下来，让我们一起揭开分子晶体的神秘面纱。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过展示生活中常见的冰融化、碘升华等现象以及介绍分子晶体在现代科技中的应用，将抽象的分子晶体知识与学生熟悉的生活场景和前沿科技联系起来，能迅速吸引学生的注意力，激发他们的好奇心和学习兴趣，使学生主动参与到课堂讨论中来。 2.引发思考：提出关于冰融化和碘升华原因的问题，让学生进行思考和讨论，培养他们的思维能力和自主探究精神，同时也为新知识的学习做好铺垫。 3.自然导入新课：从生活实例和科技应用引出分子晶体的概念，自然地过渡到本节课的主题，让学生明确学习目标，带着问题去探索分子晶体的相关知识，提高学习的主动性和积极性。 教学任务一 分子晶体的概念 活动一 引入分子晶体概念 【引入】同学们，在生活中我们会发现冰很容易融化，碘很容易升华，这是为什么呢？学完本节课内容，大家就能回答这个问题了。现在我们先来了解分子晶体的概念。 【问题】请大家思考，什么样的晶体被称为分子晶体呢？ 【学生思考】学生阅读教材相关内容后回答：只含分子的晶体称为分子晶体。 【讲解】评价、强调：非常正确。构成分子晶体的微粒是分子，分子晶体内相邻分子间以分子间作用力（范德华力）相互吸引，分子内原子之间以共价键结合。比如碘晶体和干冰晶体，它们都是典型的分子晶体。（展示碘晶胞示意图和干冰晶胞示意图） 【设计意图】通过生活中常见的现象引入课题，激发学生的学习兴趣。引导学生自主思考和阅读教材，培养学生的自主学习能力。 【对应训练1】下列关于分子晶体概念的理解，正确的是（ ） A. 分子晶体中一定只含分子 B. 分子晶体中分子间一定存在共价键 C. 分子晶体中原子之间一定存在离子键 D. 分子晶体中分子内一定存在离子键 【答案】A 【解析】分子晶体是只含分子的晶体，A选项正确；分子间存在的是分子间作用力（范德华力），不是共价键，B选项错误；分子内原子之间以共价键结合，不存在离子键，C、D选项错误。 【对应训练2】下列物质中，属于分子晶体的是（ ） A. 金刚石 B. 氯化钠 C. 二氧化碳 D. 铜 【答案】C 【解析】金刚石是共价晶体，A选项错误；氯化钠是离子晶体，B选项错误；二氧化碳是分子晶体，C选项正确；铜是金属晶体，D选项错误。 活动二 常见的分子晶体 【问题】请同学们结合教材内容，总结一下常见的分子晶体有哪些类型？ 【学生任务】学生自主总结并回答： 1.所有非金属氢化物：如， ，等； 2.部分非金属单质：如， ，白磷等； 3.部分非金属氧化物：如，， 等； 4.几乎所有的酸； 5.绝大多数有机物。 【讲解】评价、强调：总结得很全面。这些常见的分子晶体在我们的生活和化学学习中都经常会遇到，大家要牢记。 【设计意图】培养学生的归纳总结能力，让学生对常见的分子晶体有清晰的认识。 【对应训练3】下列各组物质都属于分子晶体的是（ ） A. 碘、二氧化碳、白磷、 B. 、二氧化碳、白磷、二氧化硫 C. 、金刚石、、铜 D. 醋酸、甲烷、石墨、氧化钠 【答案】A 【解析】是离子晶体，B选项错误；金刚石是共价晶体，铜是金属晶体，C选项错误；石墨是混合晶体，氧化钠是离子晶体，D选项错误；碘、二氧化碳、白磷、都属于分子晶体，A选项正确。 教学任务二 分子晶体的性质 活动一 分子晶体常见的堆积方式 【问题】分子晶体常见的堆积方式有哪些呢？请大家阅读教材相关内容并思考。 【学生思考】学生阅读后回答：若分子间作用力只有范德华力，则分子晶体有分子密堆积特征，即每个分子周围有12个紧邻的分子；若分子间还含有其他作用力，如氢键，则每个分子周围紧邻的分子要少于12个，如冰中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。 【讲解】评价、强调：回答正确。我们可以通过氧（）的晶体结构和碳60（）的晶胞来进一步理解分子晶体的堆积方式。（展示相关图片） 【设计意图】引导学生自主阅读和思考，培养学生的阅读理解能力。通过图片展示，帮助学生直观地理解分子晶体的堆积方式。 【对应训练1】下列关于分子晶体堆积方式的说法正确的是（ ） A. 所有分子晶体都具有分子密堆积特征 B. 分子间存在氢键的分子晶体一定不具有分子密堆积特征 C. 冰中水分子的堆积方式是分子密堆积 D. 氧（）的晶体结构是分子非密堆积 【答案】B 【解析】只有分子间作用力只有范德华力的分子晶体才具有分子密堆积特征，A选项错误；分子间存在氢键时，会影响分子的堆积方式，一定不具有分子密堆积特征，B选项正确；冰中水分子间存在氢键，不是分子密堆积，C选项错误；氧（）分子间只有范德华力，其晶体结构是分子密堆积，D选项错误。 【对应训练2】下列分子晶体中，分子周围紧邻分子数为12个的是（ ） A. 冰 B. 干冰 C. 氟化氢 D. 氨气 【答案】B 【解析】冰中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，A选项错误；干冰中分子间只存在范德华力，每个分子周围有12个紧邻的分子，B选项正确；氟化氢和氨气分子间存在氢键，分子周围紧邻分子数少于12个，C、D选项错误。 活动二 两种典型分子晶体的分析 【问题】我们以干冰和冰为例，来详细分析一下两种典型分子晶体的结构和特点。请大家阅读教材相关内容，总结干冰的晶体结构和特点。 【学生任务】学生阅读后总结回答： 干冰的晶体结构：在干冰晶体中，分子在范德华力作用下，以密堆积方式排列成面心立方结构，8个分子分别位于立方体的8个顶点，6个分子位于立方体的6个面心。每个分子周围，离该分子最近且距离相等的分子共12个，分别分布于3个相互垂直的平面上，每个平面上有4个。 特点： 1.干冰中的分子间只存在范德华力，不存在氢键。 2.每个晶胞中均摊4个分子，含有12个原子。 3.每个分子周围等距离紧邻的分子数为12个。 4.干冰在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂。 【讲解】评价、强调：总结得很准确。干冰的这些结构和特点决定了它的性质和用途。接下来，请大家再总结一下冰的晶体结构和特点。 【学生任务】学生总结回答： 冰晶体的结构：由于水分子中原子采取杂化，因此成键电子对与孤对电子之间有特定的伸展方向，所以分子间氢键的形成也有特定的方向和数目。每个分子只能通过氢键与4个直接相邻排列。每个氧原子周围都有4个氢原子，其中2个氢原子是通过共价键结合，距离较近，另外2个氢原子通过氢键结合，距离较远，因此冰晶体中每个水分子均在氢键的作用下形成以它为中心其他4个水分子为顶点的变形四面体结构。 特点： 1.水分子之间的作用力有范德华力、氢键，但主要是氢键。 2.由于氢键具有方向性，使四面体中心的每个水分子与四面体顶点的4个相邻的水分子相互吸引。 3.冰的硬度和干冰相似，而熔点比干冰的熔点高得多。 【讲解】评价、强调：非常好。冰和干冰虽然都是分子晶体，但由于分子间作用力的不同，它们的结构和性质也有很大差异。 【设计意图】通过对干冰和冰这两种典型分子晶体的分析，让学生深入理解分子晶体的结构和性质与分子间作用力的关系。培养学生的总结归纳能力和分析问题的能力。 【对应训练3】下列关于干冰和冰的说法正确的是（ ） A. 干冰和冰中分子间都存在氢键 B. 干冰和冰的晶体结构相同 C. 干冰和冰的熔点都很高 D. 干冰易升华，冰在常温下会融化 【答案】D 【解析】干冰中分子间只存在范德华力，不存在氢键，A选项错误；干冰是分子密堆积结构，冰中水分子间存在氢键，结构与干冰不同，B选项错误；干冰在常压下极易升华，熔点很低，冰的熔点比干冰高，但也不是很高，C选项错误；干冰易升华，冰在常温下会融化，D选项正确。 活动三 分子晶体的性质总结 【问题】请大家结合前面的学习内容，总结一下分子晶体的性质有哪些？ 【学生思考】学生总结回答： 1.分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华（如干冰、碘、红磷、萘等），且硬度较小。 2.分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如、乙酸等。 3.分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。 【讲解】评价、强调：总结得很全面。这些性质都是由分子晶体的结构和分子间作用力决定的。我们还可以进一步探讨分子晶体熔沸点的比较方法。 【设计意图】培养学生的总结归纳能力，让学生对分子晶体的性质有系统的认识。 【对应训练4】下列性质适合于分子晶体的是（ ） ①熔点1 070 °C，易溶于水，水溶液导电 ②熔点10.31 °C，液态不导电，水溶液导电 ③能溶于，熔点112.8°C，沸点444.6 °C ④熔点97.81 °C，质软、导电，密度为0.97 g·cm⁻³ A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ②④ 【答案】C 【解析】分子晶体熔沸点较低，①中熔点1 070 °C较高，不符合分子晶体特点，A、B选项错误；分子晶体在固态和熔融状态下不导电，④中能导电不符合分子晶体特点，D选项错误；②③符合分子晶体熔沸点低、溶解性等性质特点，C选项正确。 活动四 分子晶体熔沸点的比较 【问题】分子晶体熔沸点的高低是由什么决定的呢？有哪些比较方法？请大家阅读教材相关内容并思考。 【学生思考】学生阅读后回答：分子晶体的熔、沸点的高低是由分子间作用力决定的，而分子间作用力与化学键相比是一种较弱的作用，所以分子晶体在熔、沸点上表现出共性，即熔、沸点均较低，有些分子晶体具有易挥发、升华的性质。比较方法如下： 1.少数含氢键的分子晶体，比一般的分子晶体的熔点高，如含有、、等共价键的分子间可以形成氢键，所以、、、醇、氨基酸、糖等物质的熔点相对较高。 2.组成和结构相似，分子之间不含氢键而利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔点逐渐升高。例如，常温下为气态，为液态，而为固态，为气态，为液态。 3.相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如的熔、沸点比的熔、沸点高。 4.有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。 【讲解】评价、强调：回答得很准确。这些比较方法在我们判断分子晶体熔沸点高低时非常有用，大家要熟练掌握。 【设计意图】让学生掌握分子晶体熔沸点的比较方法，培养学生运用知识解决问题的能力。 【对应训练5】下列物质的熔沸点由高到低排列正确的是（ ） A. 、、、 B. 、、、 C. 、、 D. 正戊烷、异戊烷、新戊烷 【答案】D 【解析】分子间存在氢键，熔沸点最高，、、随着相对分子质量增大，熔沸点升高，顺序应为，A选项错误；、、、组成和结构相似，随着相对分子质量增大，熔沸点升高，B选项错误；是极性分子，、是非极性分子，的熔沸点比、高，C选项错误；正戊烷、异戊烷、新戊烷是同分异构体，支链越多，熔沸点越低，D选项正确。 活动五 分子晶体的判断方法 【问题】如何判断一种物质是否为分子晶体呢？请大家总结一下判断方法。 【学生思考】学生总结回答： 1.依据物质的类别判断，部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。 2.依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断，组成分子晶体的粒子是分子，粒子间作用是分子间作用力。 3.依据物质的性质判断，分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。 【讲解】评价、强调：总结得很好。这些判断方法可以帮助我们快速准确地判断一种物质是否为分子晶体。 【设计意图】培养学生的总结归纳能力，让学生掌握判断分子晶体的方法。 【对应训练6】下列说法正确的是（ ） A. 分子晶体中只存在分子间作用力 B. 分子晶体熔化时共价键断裂 C. 分子晶体中氢键越强，分子越稳定 D. 分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键 【答案】D 【解析】分子晶体中分子内可能存在共价键，A选项错误；分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，共价键不断裂，B选项错误；氢键影响的是物质的熔沸点等物理性质，与分子的稳定性无关，C选项错误；分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键，如稀有气体形成的分子晶体，D选项正确。 第二节 分子晶体与共价晶体 第1课时 分子晶体 分子晶体的判断方法 1.依据构成晶体的微粒种类和微粒间的作用力判断：构成分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力。 2.依据晶体的熔点判断：分子晶体熔点低，常在数百度以下甚至更低温度。 3.依据晶体的导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电，如HCl。 4.依据晶体的硬度和机械性能判断：分子晶体硬度小且较脆。 5.依据物质的分类判断：大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。 6.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。 7.根据溶解性判断：分子晶体的溶解性遵循“相似相溶”规律。 1.判断正误。 (1)分子晶体中只存在分子间作用力 ( ) (2)分子晶体熔化时共价键断裂 ( ) (3)分子晶体中氢键越强，分子越稳定 ( ) (4)分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键 ( ) 【答案】（1）×；（2）×；（3）×；（4）√ 【解析】 (1)分子晶体中除了分子间作用力，分子内可能存在共价键，如冰中水分子内存在 H - O 共价键，所以该说法错误。 (2)分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，共价键不断裂，所以该说法错误。 (3)分子的稳定性与分子内的共价键有关，氢键影响的是物质的熔沸点等物理性质，所以该说法错误。 (4)分子晶体中分子间一定存在分子间作用力，而稀有气体形成的分子晶体中不存在化学键，所以该说法正确。 2.下列有关冰和干冰的叙述不正确的是( ) A. 干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体 B. 冰晶体中每个水分子周围只有 4 个紧邻的水分子 C. 干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华 D. 干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有 12 个紧邻的分子 【答案】A 【解析】冰中水分子间存在氢键，氢键具有方向性，使冰不具有分子密堆积特征；而干冰中 CO₂ 分子间只存在范德华力，具有分子密堆积特征，所以 A 选项错误。冰晶体中每个水分子通过氢键与 4 个水分子相连，即每个水分子周围只有 4 个紧邻的水分子，B 选项正确。干冰在常压下极易升华，熔点比冰低得多，C 选项正确。干冰中 CO₂ 分子间只存在范德华力，不存在氢键，每个 CO₂ 分子周围有 12 个紧邻的分子，D 选项正确。 3.下列有关分子晶体的说法中一定正确的是( ) A. 分子内均存在共价键 B. 分子间一定存在范德华力 C. 分子间一定存在氢键 D. 其结构一定为分子密堆积 【答案】B 【解析】稀有气体形成的分子晶体中，分子内不存在共价键，A 选项错误。范德华力普遍存在于分子之间，所以分子晶体中分子间一定存在范德华力，B 选项正确。只有部分分子晶体中存在氢键，如 HF、H₂O、NH₃ 等，不是所有分子晶体都有氢键，C 选项错误。若分子间存在氢键，会使分子晶体不具有分子密堆积特征，如冰，D 选项错误。 4.HF 分子晶体、NH₃ 分子晶体与冰的结构极为相似，在 HF 分子晶体中，与 F 原子距离最近的 HF 分子有( ) A. 3 个 B. 4 个 C. 5 个 D. 12 个 【答案】B 【解析】因为 HF 分子晶体与冰的结构极为相似，冰中每个水分子周围有 4 个紧邻的水分子，所以在 HF 分子晶体中，与 F 原子距离最近的 HF 分子有 4 个，B 选项正确。 在本次教学中，通过引入生活中冰易融化、碘易升华的现象导入新课，能有效激发学生的学习兴趣。在讲解分子晶体的概念和性质时，结合具体的例子，如干冰和冰，让学生更容易理解抽象的知识。但在教学过程中，发现部分学生对分子晶体的堆积方式和熔沸点比较的规律理解存在困难，可能是由于这部分内容较为抽象。在今后的教学中，可以多运用动画、模型等直观的教学手段，帮助学生更好地理解。同时，在课堂练习环节，应更加注重引导学生分析题目，培养他们的解题能力和思维能力。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $