3.2.1 分子晶体 教学设计-2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修2

3.2.1 分子晶体 详案 一、基本信息 课题：3.2.1 分子晶体 课时：1 课时（两节课讲解完） 授课对象：物化地 奥赛B班、物化生 班平行班 授课教师：吗喽 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析 通过观察分子晶体的宏观物理性质，建立晶体类型与微观结构的关联，能从分子间作用力、分子密堆积角度解释分子晶体的特性，如干冰易升华、冰的密度比水小等宏观现象的微观原因。 2. 证据推理与模型认知 借助干冰、冰等晶体结构模型，推理分子晶体的构成微粒与作用力特点，构建 “分子→分子间作用力→分子晶体” 的结构认知模型，能基于模型推理分子晶体的物理性质。 3. 科学探究与创新意识 了解分子晶体的结构特征，能设计实验判断物质是否为分子晶体，尝试探究分子间作用力对晶体结构的影响，培养科学探究的能力和创新意识。 4. 科学态度与社会责任 认识分子晶体在材料、生活中的应用，体会物质结构理论对生产生活的指导价值，培养严谨求实的科学态度，了解可燃冰等分子晶体在能源领域的应用，增强社会责任感。 三、教学重难点 （一）教学重点 1. 分子晶体的概念和物理特性，能从分子间作用力的角度解释分子晶体的性质。 2. 分子晶体的结构特征，理解分子密堆积和非密堆积的区别。 3. 分子晶体的判断方法，能准确判断常见物质是否为分子晶体。 （二）教学难点 1. 分子间作用力对分子晶体结构和性质的影响，能比较不同分子晶体的熔点高低。 2. 冰的晶体结构特点，能解释冰的密度比水小的原因。 3. 分子晶体与其他晶体类型的区分，能准确判断物质的晶体类型。 四、教学方法 讲授法、探究法、模型演示法、小组合作法、多媒体辅助教学法 五、教学准备 1. 多媒体课件（包含分子晶体的图片、干冰和冰的晶体结构模型、动画等） 2. 分子晶体模型（干冰、冰的结构模型，碘晶体模型等） 3. 练习题单（基础版：针对 12 班平行班；提升版：针对 26 班奥赛班） 六、教学过程 （一）课堂引入（5 分钟）【PPT3】 1. 展示干冰用于人工降雨的图片、碘晶体的实物图片、冰浮在水面上的图片，提问：“同学们，大家看这些物质，干冰可以用于人工降雨，碘晶体是紫黑色的固体，冰可以浮在水面上，它们都属于分子晶体。为什么干冰的熔点很低，常温下就能升华？为什么冰的密度比水小？这些有趣的现象都和它们的微观结构有关，今天我们就来深入学习分子晶体的相关知识。” 2. 板书课题：3.2.1 分子晶体 （二）新课讲授（30 分钟） 1. 分子晶体的基本概念（10 分钟） （1）分子晶体的定义【PPT4】 讲解：“分子晶体是只含分子的晶体，它的构成微粒是分子。在分子晶体中，分子内的原子之间通过共价键结合（稀有气体除外，稀有气体是单原子分子，分子内没有共价键），而分子之间通过分子间作用力结合，分子间作用力包括范德华力和氢键。” 强调：“分子晶体熔化或汽化时，破坏的是分子间作用力，而不是分子内的共价键，分子晶体的稳定性与分子内的共价键有关，共价键越强，分子越稳定，而分子间作用力影响的是分子晶体的物理性质，比如熔点、硬度等。” ① 讲解稀有气体晶体的特点，“稀有气体是单原子分子，它们的晶体中只存在分子间的范德华力，没有共价键，所以稀有气体晶体也是分子晶体。” ② 通过具体实例帮助学生理解，“比如干冰是 CO₂分子构成的晶体，CO₂分子内 C 和 O 之间通过共价键结合，而 CO₂分子之间通过范德华力结合，干冰升华时，CO₂分子之间的范德华力被破坏，而 CO₂分子内的共价键并没有被破坏。” （2）分子晶体的实例 展示常见分子晶体的图片，比如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等非金属氢化物，卤素（X₂）、氧（O₂）、硫（S₈）、氮（N₂）、白磷（P₄）、碳 60（C₆₀）等非金属单质，CO₂、P₄O₆、P₄O₁₀、SO₂等非金属氧化物，以及冰、蔗糖等有机物的晶体，帮助学生直观认识分子晶体。 2. 分子晶体的物理特性（8 分钟） （1）熔点特点【PPT5-6】 展示部分分子晶体的熔点数据： 物质 熔点 /℃ 物质 熔点 /℃ 氧气 -218.3 甲烷 -182 氮气 -210.1 乙酸 16.6 白磷 44.2 水 0 硫化氢 -85.6 尿素 132.7 引导学生分析：“从这些数据可以看出，分子晶体的熔点普遍较低，这是因为分子间作用力较弱，破坏分子间作用力需要的能量较少。而且分子间作用力越大，分子晶体的熔点越高。” 讲解影响分子间作用力的因素：“范德华力的大小与相对分子质量、分子极性、支链数目有关，相对分子质量越大，分子极性越强，支链数目越少，范德华力越大；而氢键的存在会使分子间作用力显著增大，比如水的熔点比硫化氢高很多，就是因为水分子间存在氢键。” ① 让学生分组讨论 “如何比较 CO₂和 SO₂、H₂O 和 H₂S、CH₄和 C₂H₆的熔点高低”，然后请小组代表分享讨论结果，教师进行点评和总结。 ② 通过具体实例帮助学生理解，“CO₂和 SO₂都是分子晶体，SO₂的相对分子质量比 CO₂大，而且 SO₂是极性分子，CO₂是非极性分子，所以 SO₂的分子间作用力更大，熔点更高；H₂O 和 H₂S 相比，H₂O 分子间存在氢键，所以 H₂O 的熔点更高。” （2）分子晶体的硬度很小，这是因为分子间作用力较弱，容易被破坏； （3）分子晶体的溶解度遵循相似相溶原理，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，此外，溶质和溶剂之间形成氢键、溶质和溶剂发生反应也会影响溶解度； （4）分子晶体在熔融状态下不导电，因为分子晶体中没有自由移动的离子或电子。（部分分子晶体，溶于水之后发生电离，可以导电） 3. 分子晶体的常见类别和判断方法（6 分钟） （1）常见类别【PPT7】 讲解分子晶体的常见类别： ① 所有非金属氢化物：水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等。 ② 部分非金属单质：卤素（X₂）、氧（O₂）、硫（S₈）、氮（N₂）、白磷（P₄）、碳 60（C₆₀）等，注意金刚石、石墨、单晶硅 Si 等不是分子晶体，它们是共价晶体。 ③ 部分非金属氧化物：CO₂、P₄O₆、P₄O₁₀、SO₂等。 ④ 稀有气体：氦、氖、氩等，它们是单原子分子晶体。 ⑤ 几乎所有的酸：盐酸、硫酸、硝酸、乙酸等。 ⑥ 绝大多数有机物的晶体：蔗糖、淀粉、蛋白质等。 ⑦ 少部分盐：AlCl₃、FeCl₃、(CH₃COO)₂Pb、HgCl₂、AlBr₃、AlI₃、BeCl₂等，这些盐是共价化合物，属于分子晶体。 （2）判断方法【PPT8】 讲解分子晶体的判断方法： 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、少部分盐是分子晶体。 ② 依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断：组成分子晶体的微粒是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。 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。 【PPT9-12】课堂练习：完成导学案例题1、2、6、7、3，通过例题3，引出分子间作用力的类别对分子结构的影响。 4. 分子晶体的结构特征（6 分钟） （1）分子密堆积【PPT13-19】 讲解：“当分子间作用力只有范德华力时，范德华力无方向性、无饱和性，分子会形成紧密堆积的结构，这种结构称为分子密堆积。在分子密堆积中，以一个分子为中心，其周围最多可以有 12 个紧邻的分子（分子晶体中的配位数：一个分子/原子距离最近且相等的相同分子/原子）。” 展示干冰晶体的结构模型和动画，讲解：“干冰是 CO₂分子构成的晶体，属于分子密堆积，干冰晶胞是面心立方晶胞，每个 CO₂分子周围有 12 个紧邻的 CO₂分子，CO₂分子在晶胞中存在四种取向。”回顾碘晶体的结构模型，讲解：“碘晶体的晶胞是长方体，每个顶点和面心各有一个 I₂分子，平均每个晶胞中有 4 个碘分子，I₂分子在晶胞中存在两种取向。” ① 让学生推导干冰晶胞中 CO₂分子的个数，“干冰晶胞是面心立方晶胞，顶点的 CO₂分子被 8 个晶胞共用，面心的 CO₂分子被 2 个晶胞共用，所以每个晶胞中 CO₂分子的个数是 8×1/8 + 6×1/2 = 4。” ② 通过模型演示帮助学生理解干冰的结构，“大家看这个干冰模型，每个 CO₂分子周围有 12 个紧邻的 CO₂分子，就像把 CO₂分子紧密地堆积在一起。” （2）分子非密堆积 展示冰和液态水的结构对比图片，讲解：“冰中水分子间存在大量的氢键，氢键具有方向性和饱和性，这就迫使水分子采取非密堆积的形式排列，导致冰中水分子间存在大量空隙，所以冰的密度比液态水小。”【PPT20-21】 同时讲解清楚水的密度变化规律：0－4℃：温度升高，部分氢键断裂，分子间隙减小；超过4℃：温度升高，分子热运动加快，分子距离加大【PPT22】 展示冰的晶体结构模型，讲解：“在冰的晶体中，每个水分子周围有 4 个水分子形成四面体结构，1 个冰晶胞中存在 8 个 H₂O 分子，一共有 16 个氢键，平均 1 个 H₂O 分子形成 2 个氢键，所以 1mol 冰中有 2mol 氢键。”【PPT23】 ① 让学生推导冰中氢键的数目，“每个水分子可以形成 4 个氢键，但是每个氢键被 2 个水分子共用，所以每个水分子实际拥有的氢键数目是 4×1/2 = 2，所以 1mol 冰中有 2mol 氢键。” ② 通过动画展示冰的结构，“大家看这个冰的动画，水分子通过氢键连接成四面体结构，分子之间有很多空隙，所以冰的密度比水小，能浮在水面上。” （三）课堂练习（7 分钟） （四）课堂小结（3 分钟） 1. 总结本节课的重点内容： 2. 分子晶体是只含分子的晶体，构成微粒是分子，分子内存在共价键（稀有气体除外），分子间存在分子间作用力。 3. 分子晶体的物理特性：熔点低、硬度小、溶解度遵循相似相溶原理、熔融状态不导电，分子间作用力越大，熔点越高。 4. 分子晶体的常见类别包括非金属氢化物、部分非金属单质、部分非金属氧化物、稀有气体、酸、有机物等，可通过类别、粒子及作用力、性质判断分子晶体。 5. 分子晶体的结构特征：分子密堆积（只有范德华力，12 个紧邻分子）和分子非密堆积（存在氢键，4 个紧邻分子，如冰）。 （五）作业布置 1. 完成教材上的相关基础习题。 2. 查阅资料，了解可燃冰的结构和应用。 3. 完成全品导学案及课时作业后面的习题。 七、板书设计 3.2.1 分子晶体 一、分子晶体的基本概念 1. 定义：只含分子的晶体 2. 构成微粒：分子 3. 作用力：分子内共价键，分子间分子间作用力（范德华力、氢键） （熔化时破坏分子间作用力，不破坏共价键） 二、分子晶体的物理特性 1. 熔点低，分子间作用力越大，熔点越高 （范德华力：相对分子质量、极性、支链；氢键） 2. 硬度小 3. 溶解度：相似相溶 4. 熔融状态不导电 三、分子晶体的常见类别和判断方法 1. 常见类别： 非金属氢化物、部分非金属单质、部分非金属氧化物、 稀有气体、酸、有机物、少部分盐 （注意：金刚石、石墨、Si不是分子晶体） 2. 判断方法：类别、粒子及作用力、性质 四、分子晶体的结构特征 1. 分子密堆积：范德华力，12个紧邻分子（干冰、碘、C₆₀） 2. 分子非密堆积：氢键，4个紧邻分子（冰） 冰的密度比水小的原因：氢键的方向性，分子间有空隙 八、教学反思 1. 教学亮点 （1）采用探究式教学方法，让学生自主讨论分子晶体熔点的比较方法、推导冰中氢键的数目等，培养了学生的逻辑推理能力和合作探究能力，学生在讨论中积极发言，展现了较强的学习能力。 （2）拓展了可燃冰的相关知识，让学生了解分子晶体在能源领域的应用，增强了学生的社会责任感，学生对可燃冰的应用表现出了浓厚的兴趣。 （3）分层练习的设计满足了学生的学习需求，提升版的练习题难度适中，学生能够独立完成，并且在课堂上积极分享解题思路，展现了较强的分析问题和解决问题的能力。 （4）通过模型演示和动画展示，帮助学生直观地理解分子晶体的结构，尤其是干冰和冰的结构，学生能够快速掌握分子密堆积和非密堆积的区别。 2. 存在的问题 （1）部分学生在推导冰中氢键的数目时，对晶胞的结构理解不够透彻，导致推导过程出现错误，说明部分学生对晶胞的均摊法应用还不够熟练。 （2）在拓展内容的讲解中，对分子晶体在新材料领域的应用介绍不够深入，部分学生对相关知识的理解还不够到位，需要补充更多的实例。 （3）课堂时间的把控不够精准，在小组讨论环节花费的时间稍多，导致后续的课堂练习时间略有不足。 3. 改进措施 （1）在后续的教学中，加强晶胞结构的讲解，通过更多的实例帮助学生掌握均摊法的应用，尤其是复杂晶胞的计算。 （2）增加更多的拓展内容，比如分子晶体在药物研发、材料科学中的应用，让学生了解更多的实际应用案例，拓宽学生的视野。 （3）优化课堂时间的安排，合理分配每个环节的时间，确保课堂练习和小结的时间充足。 （4）设计更多的探究性实验，让学生自主设计实验方案，探究分子间作用力对晶体结构的影响，进一步培养学生的科学探究能力。 课程结束时间：2026年3月3日 ( 第 1 页 共 8 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 $