3.3 金属晶体与离子晶体 第2课时（教学设计）化学人教版选择性必修2

第3节 金属晶体与离子晶体 第2课时 过渡型晶体与混合型晶体 一、知识目标 1. 了解过渡型晶体的概念，能依据元素电负性差值等分析过渡型晶体化学键组成及类型判断，如判断、、、等晶体类型。 1. 了解混合型晶体的概念，掌握石墨晶体的结构特点（如杂化、层状结构、未参与杂化的轨道等）及其与性质（熔点高、质软、能导电等）的关系。 1. 了解硅酸盐和纳米晶体的相关知识，知道纳米晶体在性能上的新特性及原因。 二、素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识过渡型晶体和混合型晶体的性质差异，从微观上分析其化学键、晶体结构等对性质的影响，如通过分析石墨的微观结构解释其宏观性质。 1. 证据推理与模型认知：通过分析元素电负性差值等数据，推理过渡型晶体的离子键成分变化，建立晶体类型判断的思维模型；通过对石墨晶体结构模型的认知，理解混合型晶体的特点。 1. 科学探究与创新意识：通过对不同晶体性质和结构的探究，培养探究精神和创新思维，如探究纳米晶体不同于大块晶体特性的原因。 一、教学重点 过渡型晶体和混合型晶体的概念，石墨晶体的结构与性质。 二、教学难点 过渡型晶体的判断，石墨晶体结构与多种晶体特征的关联及对其性质的综合影响。 本节教学内容源自人教版选择性必修2《物质结构与性质》第3章《晶体的结构与性质》中3.3《金属晶体与离子晶体》的第2课时《过渡晶体与混合型晶体》。该部分内容是在学生学习了金属晶体、离子晶体、分子晶体和共价晶体等典型晶体的结构与性质之后展开的，是对晶体知识体系的进一步完善和深化，有助于学生更全面、深入地认识晶体世界，发展化学核心素养。 教材首先通过回顾几种典型晶体的相关知识，自然地引出晶体类型之间是否存在绝对界限的问题，进而引入过渡晶体和混合型晶体的概念。对于过渡晶体，教材以Na₂O、MgO、Al₂O₃、SiO₂等氧化物为例，引导学生分析化学键中离子键成分的变化，理解过渡晶体的特点及判断方法。对于混合型晶体，教材重点以石墨为例，从其结构特点入手，详细分析了石墨兼具共价晶体、金属晶体和分子晶体特征的原因。此外，教材还拓展介绍了硅酸盐和纳米晶体的相关知识，拓宽了学生的知识面。 教学对象是高二学生，他们在之前的学习中已经掌握了金属晶体、离子晶体、分子晶体和共价晶体等典型晶体的结构与性质，具备了一定的晶体知识基础。然而，学生可能习惯于将晶体简单地划分为这几种典型类型，对于晶体类型之间的过渡情况缺乏深入的认识和理解。 在思维能力方面，高二学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，具备了一定的逻辑推理和分析能力，但对于较为抽象的化学键组成、晶体结构与性质的关系等内容，理解起来可能仍存在一定困难。 在学习方法上，学生已经适应了高中化学的学习节奏和方法，但在面对新知识时，可能仍需要教师的引导和启发，以帮助他们将新知识与已有的知识体系建立联系。 此外，学生对于化学学科的兴趣和学习积极性存在一定差异。在教学过程中，教师应充分考虑学生的个体差异，采用多样化的教学方法和手段，激发学生的学习兴趣，引导学生积极主动地参与到学习中来，帮助他们更好地理解和掌握过渡晶体与混合型晶体的相关知识。 教学环节一 课堂导入 【引导学生回顾】同学们，前面我们已经学习了几种晶体的结构与性质，现在请大家回忆一下，我们都学过哪些晶体类型呢？给大家一点时间思考，然后请几位同学来回答。（等待学生思考并请学生回答，引导学生说出金属晶体、离子晶体、分子晶体和共价晶体） 【展示生活实例】大家说得很准确。其实，这些晶体在我们的生活中无处不在。比如，金属晶体中的铜，广泛应用于电线电缆中，利用了它良好的导电性；离子晶体中的氯化钠，就是我们日常生活中食用的食盐；分子晶体中的干冰，常用于舞台造雾和食品保鲜；共价晶体中的金刚石，是自然界中最硬的物质，常被用于制作切割工具。 【提出疑问】但是，大家有没有想过，这些晶体类型之间存在绝对的界限吗？是不是所有的晶体都能严格地归为这四类典型晶体呢？就像我们生活中，有些事物并不是非黑即白，可能存在一些过渡状态。那么在晶体的世界里，会不会也有这样的“过渡晶体”呢？ 【引出同素异形体对比】接下来，老师再给大家介绍两种有趣的物质，它们都是由碳元素组成的单质，但是性质却截然不同。一种是金刚石，它非常坚硬，可以用来切割玻璃；另一种是石墨，它质地很软，常被用作铅笔芯。同样是碳元素组成的晶体，为什么它们的性质会有这么大的差异呢？这背后是不是隐藏着什么特殊的晶体结构秘密呢？带着这些疑问，让我们一起走进今天的课堂，探索过渡晶体与混合型晶体的奥秘。 【设计意图】 1. 激发学生兴趣：通过让学生回顾已学的晶体类型，激活他们的已有知识，为新知识的学习做好铺垫。展示生活中常见晶体的应用实例，能让学生感受到化学知识与生活的紧密联系，提高他们对化学的学习兴趣。 1. 引发思考：提出晶体类型是否存在绝对界限的问题，打破学生对晶体分类的固有认知，引发他们的思考和好奇心，使学生更积极地参与到课堂讨论中来。 1. 对比引入新课：以碳的同素异形体金刚石和石墨性质差异为例，进一步激发学生的探究欲望，自然地引出本节课要学习的过渡晶体和混合型晶体的概念，让学生带着问题去学习，明确学习目标，提高学习的主动性和积极性。 教学任务一 过渡型晶体 活动一 过渡晶体的概念引入 【引入】同学们，我们前面已经学过了金属晶体、离子晶体、分子晶体和共价晶体这几种晶体的结构与性质。那大家思考一下，晶体类型之间存在绝对的界限吗？其实在实际情况中，有些晶体的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，这就是我们接下来要学习的过渡晶体。 【问题】请大家回顾之前学过的晶体知识，思考一下什么样的晶体可能会出现这种过渡的情况呢？ 【学生思考】学生们可能会进行小组讨论，然后有同学回答：可能是在元素性质介于典型金属和典型非金属之间的元素形成的晶体，会出现过渡情况。 【讲解】评价学生的回答，给予肯定和补充。强调过渡晶体是介于某两种晶体类型之间的晶体，其化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键。比如、、、，它们就体现了从离子晶体到共价晶体的过渡。 【设计意图】通过回顾旧知识，引发学生思考晶体类型的界限问题，从而引入过渡晶体的概念，激发学生的学习兴趣和探究欲望。 【对应训练1】下列关于过渡晶体的说法正确的是(　　) A. 过渡晶体就是两种晶体简单混合在一起 B. 过渡晶体的化学键一定是离子键和共价键的简单组合 C. 过渡晶体是介于某两种晶体类型之间的晶体 D. 所有晶体都可以看作过渡晶体 【答案】C 【解析】过渡晶体不是两种晶体简单混合，也不是离子键和共价键的简单组合，A、B选项错误；并不是所有晶体都可看作过渡晶体，D选项错误；过渡晶体是介于某两种晶体类型之间的晶体，C选项正确。 【对应训练2】下列物质中属于过渡晶体的是(　　) A. B. C. D. 【答案】B 【解析】是典型的离子晶体，是分子晶体，是金属晶体，而是偏向共价晶体的过渡晶体，当作共价晶体处理，属于过渡晶体的范畴，B选项正确。 活动二 过渡晶体的判断及分析 【问题】观察教材中给出的、、、四种元素氧化物的相关数据表格，思考、、、化学键中离子键成分为何逐渐减少？ 【学生思考】学生们会根据所学的电负性知识进行分析，然后回答：因为各个元素与氧元素的电负性差值逐渐减小。 【讲解】评价学生的回答，给予肯定和进一步解释。强调电负性差值与离子键成分的关系，差值越大，离子键成分越高。并引导学生推测、、的离子键成分变化趋势，得出百分数小于33，且逐渐减少的结论。同时说明晶体性质偏向某一晶体类型的过渡晶体通常当作该晶体类型处理。 【设计意图】通过对具体数据的分析，让学生理解过渡晶体中化学键成分变化的原因，掌握过渡晶体的判断方法，培养学生的数据分析和逻辑推理能力。 【对应训练3】下列氧化物中所含离子键成分的百分数最大的是(　　) A. B. C. D. 【答案】C 【解析】与氧元素的电负性差值较大，中离子键成分百分数相对较大，而、、与氧元素的电负性差值相对较小，所以离子键成分百分数相对较小，C选项正确。 教学任务二 混合型晶体 活动一 混合型晶体的引入及石墨性质差异分析 【引入】同学们，我们知道金刚石和石墨都是碳单质的晶体，但是它们的性质却有很大的不同。接下来我们就一起来探讨一下它们性质差异的原因，从而引出混合型晶体的概念。 【问题】请大家对比金刚石和石墨的部分物理性质（展示表格：金刚石熔点、莫氏硬度10、电导率；石墨熔点、莫氏硬度1、电导率），思考它们的性质存在哪些异同？你认为是什么造成了这种差异？ 【学生思考】学生们会进行观察和讨论，然后回答：熔点均较高，但金刚石硬度很高、不导电，石墨质软、能导电。原因可能是它们的结构不同。 【讲解】评价学生的回答，给予肯定。强调结构决定性质，引出石墨的结构特点，进而引入混合型晶体的概念。 【设计意图】通过对比金刚石和石墨的性质差异，引发学生对结构与性质关系的思考，从而自然地引入混合型晶体的概念，激发学生的探究兴趣。 【对应训练1】下列关于金刚石和石墨性质差异的原因说法正确的是(　　) A. 是因为它们的元素组成不同 B. 是因为它们的化学键类型不同 C. 是因为它们的晶体结构不同 D. 是因为它们的物理状态不同 【答案】C 【解析】金刚石和石墨都是由碳元素组成，化学键类型也都有共价键，物理状态也相同，它们性质差异的主要原因是晶体结构不同，C选项正确。 【对应训练2】下列性质中，石墨与金刚石不同的是(　　) A. 都是固体 B. 都能燃烧生成 C. 硬度 D. 都由碳元素组成 【答案】C 【解析】石墨和金刚石都是固体，都由碳元素组成，燃烧产物都是，但石墨质软，金刚石硬度很高，C选项正确。 活动二 石墨晶体结构及性质分析 【问题】展示石墨晶体的二维平面结构和层状结构图片，提问图中碳原子的核间距、层间距离等数据的意义是什么？决定了石墨的什么性质？ 【学生思考】学生们会仔细观察图片并思考，然后回答：共价键的键长很短，键能很大，决定了石墨的熔点很高；层与层之间靠范德华力维系，层间距离较远，层与层之间易于断开而滑动，决定了石墨质地较软，常用作润滑剂。 【讲解】评价学生的回答，给予肯定和补充。进一步讲解石墨结构中未参与杂化的轨道，说明轨道中的电子能在整个碳原子平面运动，因此石墨有类似金属晶体的导电性，且导电性只能沿石墨平面的方向。并总结石墨性质特征（熔点高、质软、能导电）体现了共价晶体、金属晶体和分子晶体的特征，所以石墨是混合型晶体。 【设计意图】通过对石墨晶体结构的分析，让学生理解结构与性质的关系，掌握石墨作为混合型晶体的特点，培养学生的空间想象和逻辑推理能力。 【对应训练3】下列性质能说明石墨具有金属晶体性质的是(　　) A. 熔点很高 B. 硬度小 C. 能导电 D. 燃烧产物是 【答案】C 【解析】能导电是金属晶体的典型性质之一，石墨能导电体现了其具有类似金属晶体的性质，C选项正确；熔点高体现了共价晶体的特征，硬度小体现了分子晶体的特征，燃烧产物是与晶体类型无关，A、B、D选项错误。 第三节 金属晶体与离子晶体 第2课时 过渡型晶体与混合型晶体 一、过渡型晶体 1. 概念 化学键既非纯粹离子键，也非纯粹共价键，介于两种晶体类型之间 1. 判断 依据元素与氧元素电负性差值，偏向某类晶体按该类处理 例：Na₂O（偏向离子晶体）、Al₂O₃、SiO₂（偏向共价晶体） 二、混合型晶体 1. 概念 1. 石墨晶体 · 结构 · 层状结构，碳原子sp²杂化，平面六元并环 · 层间靠范德华力维系 · 未参与杂化p轨道，电子可在平面运动 · 性质 · 熔点高（C - C共价键键能大） · 质软（层间易滑动） · 能导电（沿平面方向） 1. 拓展 · 硅酸盐结构 · 纳米晶体特性 1.正误判断。 (1)纯粹的典型晶体是没有的(　　) 【答案】√ 【解析】实际上，大多数晶体都或多或少地表现出过渡性质，纯粹的典型晶体在自然界中几乎不存在，所以该说法正确。 (2)离子键成分的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键成分的百分数越小(　　) 【答案】× 【解析】电负性差值越大，说明两元素吸引电子能力差异越大，形成的化学键中离子键成分的百分数越大，所以该说法错误。 (3)在共价晶体中可以认为共价键贯穿整个晶体，而在分子晶体中共价键仅限于晶体微观空间的一个个分子中(　　) 【答案】√ 【解析】共价晶体是原子通过共价键形成的空间网状结构，共价键贯穿整个晶体；分子晶体是分子通过分子间作用力结合而成，共价键只存在于分子内部，所以该说法正确。 (4)四类晶体都有过渡型(　　) 【答案】√ 【解析】四种典型晶体类型（金属晶体、离子晶体、分子晶体、共价晶体）都存在过渡晶体，所以该说法正确。 (5)石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3(　　) 【答案】√ 【解析】在石墨的每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，所以配位数为3，该说法正确。 (6)石墨的导电只能沿石墨平面的方向进行(　　) 【答案】√ 【解析】石墨结构中未参与杂化的p轨道中的电子能在整个碳原子平面运动，因此导电性只能沿石墨平面的方向，该说法正确。 (7)石墨晶体层与层之间距离较大，所以石墨的熔点不高(　　) 【答案】× 【解析】虽然石墨晶体层与层之间距离较大，层间靠范德华力维系，但C - C共价键的键长很短，键能很大，所以石墨的熔点很高，该说法错误。 1. 下列关于第三周期主族元素的氧化物形成的晶体的说法正确的是(　　) A. 氧元素与钠元素电负性相差很大，所以Na₂O是纯粹的离子晶体 B. MgO不具有共价晶体的性质 C. SiO₂是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体，但常看作共价晶体 D. P₂O₅、SO₃是纯粹的分子晶体，晶体中没有离子键成分 【答案】C 【解析】A. 晶体类型之间没有绝对界限，Na₂O是偏向离子晶体的过渡晶体，并非纯粹的离子晶体，A选项错误；B. MgO的化学键中也有一定的共价成分，具有一定共价晶体的性质，B选项错误；C. SiO₂是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体，因其性质更偏向共价晶体，通常当作共价晶体处理，C选项正确；D. P₂O₅、SO₃是分子晶体，但也存在一定的离子键成分，只是离子键成分百分数较小，D选项错误。 1. 以下有关石墨晶体的说法中，错误的有( ) ①石墨中仅存在分子间作用力；②石墨是混合型晶体；③石墨中的C原子为sp²杂化；④石墨熔、沸点都比金刚石低；⑤石墨中碳原子数和C—C数之比为2:3 ；⑥石墨和金刚石的硬度相同；⑦石墨层内导电性和层间导电性不同；⑧每个六元环完全占有的碳原子数是2 A. 2个 B. 3个 C. 4个 D. 5个 【答案】C 【解析】①石墨中存在共价键、范德华力，并非仅存在分子间作用力，①错误；②石墨具有共价晶体、金属晶体、分子晶体的部分特征，是混合型晶体，②正确；③石墨中碳原子采取sp²杂化，③正确；④石墨的熔点比金刚石高，④错误；⑤在石墨中，每个碳原子形成3个C - C键，每个C - C键被2个碳原子共用，所以碳原子数和C - C数之比为2:3，⑤正确；⑥石墨质软，金刚石硬度很大，二者硬度不同，⑥错误；⑦石墨层内有自由移动的电子能导电，层间靠范德华力维系，导电性差，层内和层间导电性不同，⑦正确；⑧每个碳原子被3个六元环共用，所以每个六元环完全占有的碳原子数是6×1/3 = 2，⑧正确。错误的有①④⑥，共4个，答案选C。 1. 石墨烯是从石墨材料中剥离出来，由碳原子组成的只有一层原子厚度的晶体。下列关于石墨与石墨烯的说法中正确的是( ) A. 从石墨中剥离出石墨烯需要破坏化学键 B. 石墨中的碳原子采取sp²杂化，每个sp²杂化轨道含1/3 s轨道与2/3 p轨道 C. 石墨属于混合型晶体，层与层之间存在范德华力，层内碳原子间存在共价键，能导电 D. 石墨烯中平均每个六元环含有3个碳原子 【答案】C 【解析】A. 从石墨中剥离出石墨烯只需克服层间的范德华力，不需要破坏化学键，A选项错误；B. 石墨中的碳原子采取sp²杂化，每个sp²杂化轨道含1/3 s轨道与2/3 p轨道表述不准确，应该是一个s轨道和两个p轨道杂化形成三个sp²杂化轨道，B选项错误；C. 石墨属于混合型晶体，层与层之间存在范德华力，层内碳原子间存在共价键，结构中未参与杂化的p轨道中的电子能在整个碳原子平面运动，能导电，C选项正确；D. 石墨烯中每个碳原子被3个六元环共用，所以平均每个六元环含有6×1/3 = 2个碳原子，D选项错误。 在本节课的教学中，过渡晶体和混合型晶体的概念较为抽象，学生理解起来有一定难度。在讲解过渡晶体时，通过分析元素电负性差值与化学键成分的关系，学生能较好地掌握判断方法，但对于一些实际例子的应用还不够熟练，后续需加强针对性练习。对于混合型晶体，以石墨为例进行讲解，结合其结构分析性质，学生能理解结构决定性质的化学思想，但在分析石墨结构对性质的具体影响时，部分学生存在理解偏差。在今后的教学中，应多运用直观的模型和动画展示晶体结构，帮助学生更好地理解抽象概念，同时增加课堂互动环节，及时了解学生的学习情况并调整教学策略。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $