課題： 3.1.2 晶胞
課時
1
授課年級
高二
課標(biāo)要求
1.了解晶體中微粒的空間排布存在周期性，認(rèn)識簡單的晶胞。
2．能結(jié)合實例描述晶體中微粒排列的周期性規(guī)律。
教材
分析
晶胞是研究晶體結(jié)構(gòu)的最基本概念。教材介紹了晶胞的概念和特點，并通過銅晶胞中所含原子數(shù)的求算，介紹了晶胞中所含粒子數(shù)的計算方法。
與舊教材相比，新教材加強了對晶胞的結(jié)構(gòu)特征的要求，在晶胞的形狀是平行六面體的基礎(chǔ)上，強化了對晶胞內(nèi)部微粒幾何排列的認(rèn)識要求，并強調(diào)了多原子微粒的取向也是幾何排列的內(nèi)容之一。
教學(xué)目標(biāo)
1.認(rèn)識簡單的晶胞，能運用多種晶體模型和晶胞結(jié)構(gòu)確定微粒個數(shù)和化學(xué)式，促進(jìn)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。
2.了解晶體結(jié)構(gòu)的測定方法。
教學(xué)重、難點
重點：晶胞的形狀、堆積方式以及結(jié)構(gòu)特點；均攤法計算晶胞的化學(xué)組成。
難點：晶胞的無隙并置堆積方式及其結(jié)構(gòu)特點。
核心素養(yǎng)
宏觀辨識與微觀探析：能理解晶體由大量晶胞無隙并置形成，通過晶胞的堆積體驗晶體與晶胞的關(guān)系。
變化觀念與平衡思想：能描述微粒在晶胞中的某些特定空間位置如頂點、體心、面心等，并能利用均攤法計算晶胞的化學(xué)組成。
證據(jù)推理與模型認(rèn)知：知道晶胞是晶體的基本重復(fù)單元，建立晶胞模型，能根據(jù)模型認(rèn)識晶胞結(jié)構(gòu)，體驗?zāi)Ｐ偷瓤茖W(xué)方法在物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中的重要性。
科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任：了解X射線衍射實驗測定晶體結(jié)構(gòu)與分子結(jié)構(gòu)的一般過程。
學(xué)情分析
學(xué)生在之前學(xué)習(xí)過化學(xué)鍵、分子的空間結(jié)構(gòu)等知識，也了解了晶體與非晶體在宏觀性質(zhì)上的差異，以及這種差異來自于微觀結(jié)構(gòu)排列的不同。但是，學(xué)生尚未接觸過晶體這種大量微粒形成的聚集尺度，對大量微粒周期性排列的空間結(jié)構(gòu)問題比較陌生，而晶胞無隙并置堆積等概念對學(xué)生的空間想象力和幾何能力有一定要求。X射線衍射實驗屬于學(xué)科前沿，盡管教學(xué)要求不高，但陌生度較強，因此，本課時是第三章教學(xué)中的難點。
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié)
教學(xué)活動
設(shè)計意圖
環(huán)節(jié)一、
情景導(dǎo)入
導(dǎo)入新知
【復(fù)習(xí)導(dǎo)入】常見的晶體與常見的非晶體
【學(xué)生】
常見的晶體：石英、云母、明礬、食鹽、膽礬、味精、鉆石、蔗糖；
常見的非晶體：玻璃、瀝青、松香、塑料、石蠟、橡膠、硅膠。
【教師】借助銅晶體和銅晶胞的關(guān)系引出晶胞的概念
【學(xué)生】閱讀教材總結(jié)晶胞的概念
描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元
環(huán)節(jié)二、
問題驅(qū)動
活動一
、
介紹晶胞的特點
【過渡】閱讀教材內(nèi)容，理解晶胞概念
【學(xué)生】常規(guī)的晶胞都是平行六面體，整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成。
【問題1】怎樣理解無隙并置？
【教師】無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙
并置：所有晶胞都是平行排列的，取向相同
【教師】通過金剛石的晶胞引出晶體的第三個特征
【學(xué)生】同一個晶體中，所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個數(shù)及幾何排列是完全相同的。
回歸教材，抓綱本，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，主動參與教學(xué)過程。
活動二
、介紹晶胞的特點
【教師】通過幾何圖像引導(dǎo)學(xué)生理解晶體的特點
【學(xué)生】晶胞是8個頂角相同、三套各4根平行棱分別相同、三套各兩個平行面分別相同的最小平行六面體。
【問題】判斷下列4個圖中結(jié)構(gòu)，屬于晶胞的是（ ）
【學(xué)生】分組討論做出答案
【教師】給出答案A，再次解釋晶胞的特點
促進(jìn)對知識的理里解與掌握，實現(xiàn)知識的內(nèi)化過程。知識問題化，促進(jìn)知識的理解與應(yīng)用。創(chuàng)設(shè)問題情境，促進(jìn)對科學(xué)研究的深度理解。
環(huán)節(jié)三、
建立模型
活動一、探究晶胞的組成與結(jié)構(gòu)
【問題】一個銅晶胞含有幾個銅原子？
【學(xué)生】根據(jù)銅晶胞與銅晶體之間的關(guān)系，理解晶胞組成與結(jié)構(gòu)
【教師】播放正方體的堆疊方式，點線面的關(guān)系，講解晶胞內(nèi)原子的計算方法--均攤法
【學(xué)生】歸納總結(jié)立方晶胞的均攤法，并記錄筆記
【教師】給出三棱柱晶胞與六棱柱晶胞，有學(xué)生討論均攤法

【學(xué)生】分組討論，并記錄筆記

作為拓展學(xué)生視見野的內(nèi)容介紹，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。簡單易操作的演示實驗設(shè)殳置可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
活動二、簡單的晶胞計算
【教師】通過以上討論及均攤法，引導(dǎo)學(xué)生理解晶體化學(xué)式的確定
【學(xué)生】歸納總結(jié)：晶體的化學(xué)式表示的是晶體（也可以說是晶胞）中各類原子或離子數(shù)目的最簡整數(shù)比。
【教師】通過復(fù)習(xí)物質(zhì)的量的計算，引導(dǎo)學(xué)生理解晶胞密度的計算
【學(xué)生】通過查閱資料了解長度單位
【教師】總結(jié)在晶體計算中經(jīng)常出現(xiàn)的長度單位的換算
通過教學(xué)活動，激發(fā)學(xué)生對自然現(xiàn)象的關(guān)心，培養(yǎng)學(xué)生樂于探索自然現(xiàn)象的情感，以及善于實踐和勇于克服困難的良好意志和品質(zhì)。
活動三
晶胞結(jié)構(gòu)的測定
【教師】介紹X射線衍射儀
【學(xué)生】閱讀教材，總結(jié)X射線衍射儀的原理
單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的電子相互作用，會在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點或明銳的衍射峰
【教師】講解X射線衍射儀的原理
【展示】X射線衍射儀圖譜
【學(xué)生】通過閱讀教材歸納X射線衍射圖通過計算獲得
【教師】根據(jù)原子坐標(biāo)，可以計算原子間的距離，判斷哪些原子之間存在化學(xué)鍵,確定鍵長和鍵角，得出分子的空間結(jié)構(gòu)。
環(huán)節(jié)四、課后鞏固
作業(yè)設(shè)計
一、選擇題(每小題只有1個選項符合題意)
1. 已知CsCl晶體的密度為ρ g/cm3，NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，相鄰的兩個Cs＋的核間距為a cm，如圖所示，則CsCl的相對分子質(zhì)量可以表示為( )
A．NAa3ρ B.eq \f(NAa3ρ,6)
C.eq \f(NAa3ρ,4) D.eq \f(NAa3ρ,8)
【答案】 A
【解析】 由題圖可知，相鄰的兩個Cs＋的核間距為a cm，即晶胞棱長為a cm，體積為a3 cm3，頂點在空間被8個晶胞共用，體心為1個晶胞擁有，可知含1個氯離子，Cs＋個數(shù)為8×eq \f(1,8)＝1，則由ρV＝eq \f(N·M,NA)可知，M＝eq \f(ρVNA,1)＝NAa3ρ(g/ml)，摩爾質(zhì)量在以g/ml為單位時在數(shù)值上等于其相對分子質(zhì)量，所以其相對分子質(zhì)量是NAa3ρ。
2. CaC2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)(如圖所示)與NaCl晶體的相似，但因為CaC2晶體中含有的啞鈴形Ceq \\al(2－,2)的存在，使晶胞沿一個方向拉長。下列關(guān)于CaC2晶體的說法中正確的是( )
A．1個Ca2＋周圍距離最近且等距離的Ceq \\al(2－,2)數(shù)目為4
B．該晶體中的陰離子和O2所含電子數(shù)相同
C．6.4 g CaC2晶體中含陰離子0.2 ml
D．與每個Ca2＋距離相等且最近的Ca2＋共有12個
【答案】 A
【解析】 晶胞沿一個方向拉長，再由題圖中體心可知，1個Ca2＋周圍距離最近的Ceq \\al(2－,2)有4個，A正確；Ceq \\al(2－,2)含電子數(shù)為2×6＋2＝14，O2的電子數(shù)為16，二者電子數(shù)不同，B錯誤；6.4 g CaC2的物質(zhì)的量為0.1 ml，CaC2晶體中含有的陰離子為Ceq \\al(2－,2)，則含陰離子的物質(zhì)的量為0.1 ml，C錯誤；晶胞沿一個方向拉長，與每個Ca2＋距離相等且最近的Ca2＋應(yīng)為4個，D錯誤。
3．高溫下，超氧化鉀晶體呈立方體結(jié)構(gòu)，晶體中氧的化合價部分為0價，部分為－2價。如圖為超氧化鉀晶體的一個晶胞，則下列說法中正確的是( )
A．超氧化鉀的化學(xué)式為KO2
B．每個晶胞中含有8個K＋和4個Oeq \\al(－,2)
C．晶體中與每個K＋距離最近的K＋有8個
D．晶體中0價氧原子和－2價氧原子個數(shù)比為1∶3
【答案】 A
【解析】 由題中的晶胞結(jié)構(gòu)知，有8個K＋位于晶胞頂角，6個K＋位于晶胞面心，則晶胞中含有K＋的個數(shù)為8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，Oeq \\al(－,2)有12個位于棱上，1個處于體心，則晶胞中含有Oeq \\al(－,2)的個數(shù)為12×eq \f(1,4)＋1＝4；超氧化鉀的化學(xué)式為KO2；晶體中與每個K＋距離最近的K＋有12個；設(shè)晶體中0價氧原子和－2價氧原子的個數(shù)分別為x、y，則有x＋y＝8，x×0＋y×(－2)＝－4，得x∶y＝3∶1。
科學(xué)家合成了富集11B的非碳導(dǎo)熱材料立方氮化硼晶體，晶胞結(jié)構(gòu)如圖。下列說法正確的是( )
A．11BN和10BN的性質(zhì)無差異
B．該晶體中含有σ鍵和π鍵
C．該晶胞中含有14個B原子，4個N原子
D．N原子周圍等距且最近的N原子數(shù)為12
【答案】 D
【解析】 11B和10B互為同位素，11BN和10BN的性質(zhì)相似，但不是完全相同，A錯誤；該晶體中只含有σ鍵，B錯誤；該晶胞中B位于頂點和面心，個數(shù)為8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，N位于體內(nèi)，個數(shù)為4，C錯誤。
5．熱敏電阻的主要成分——鋇鈦礦晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞棱長為a cm。頂點位置被Ti4＋所占據(jù)，體心位置被Ba2＋所占據(jù)，所有棱心位置被O2－所占據(jù)。
(1)寫出該晶體的化學(xué)式：____________。
(2)若將Ti4＋置于晶胞的體心，Ba2＋置于晶胞頂點，則O2－處于立方體的________位置。
(3)在該物質(zhì)的晶體中，每個Ti4＋周圍距離相等且最近的Ti4＋有________個；若將它們連接起來，形成的空間結(jié)構(gòu)為________。
(4)若晶體的密度為ρ g·cm－3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則a＝________。
【答案】 (1)BaTiO3 (2)面心 (3)6 正八面體 (4)eq \r(3,\f(233,NAρ))
【解析】 (1)在該晶胞中Ba2＋、Ti4＋和O2－的離子個數(shù)比為1∶(8×eq \f(1,8))∶(12×eq \f(1,4))＝1∶1∶3，則該晶體的化學(xué)式為BaTiO3。
課堂總結(jié)
晶胞的概念
晶胞的特征
晶胞的特點
均攤法及計算
X射線衍射
板書
設(shè)計
教學(xué)
反思
本次課程圍繞晶胞概念及其計算方法展開。課程內(nèi)容包括晶胞基礎(chǔ)知識、晶胞參數(shù)的測定、晶體密度的計算以及晶胞中原子數(shù)的計算等。
教學(xué)目標(biāo)旨在幫助學(xué)生理解晶胞的基本概念，掌握晶胞計算的方法，并能在實際問題中應(yīng)用所學(xué)知識解決問題。
采用多媒體教學(xué)工具輔助講解晶胞結(jié)構(gòu)，通過三維動畫演示不同晶系的特點。結(jié)合具體例題，引導(dǎo)學(xué)生逐步學(xué)會如何計算晶胞參數(shù)和晶體密度。安排了小組討論和交流環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生相互解答疑惑，并共享解題策略。布置了相關(guān)習(xí)題作為課后練習(xí)，以檢驗學(xué)生的掌握程度。
大部分學(xué)生能夠掌握立方晶系和非立方晶系的晶胞參數(shù)計算方法。少數(shù)學(xué)生對于晶體密度的計算存在誤區(qū)，尤其是面對復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的計算時。分組討論環(huán)節(jié)中，部分學(xué)生參與度不高，未能有效利用此機會鞏固知識點。
教學(xué)方法還不夠多樣化，未能充分調(diào)動所有學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。對于抽象概念的解釋需要更多實物或模型的輔助，以便學(xué)生更直觀地理解。課后練習(xí)的反饋和講解不夠及時，導(dǎo)致部分學(xué)生對錯誤理解沒有及時糾正。
嘗試引入更多互動性教學(xué)活動，如模擬實驗、角色扮演等，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。計劃購置或制作晶體模型，使學(xué)生能通過實際操作進(jìn)一步理解晶胞結(jié)構(gòu)。加強對課后練習(xí)的監(jiān)督和輔導(dǎo)，確保及時反饋和答疑，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識。

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第一節(jié) 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修2

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