第三章 晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第一節(jié) 晶體的常識(shí)
【目標(biāo)】
1、了解晶體的初步知識(shí)，知道晶體與非晶體的本質(zhì)差異，學(xué)會(huì)識(shí)別晶體與非晶體的結(jié)構(gòu)示意圖。
2、知道晶胞的概念，了解晶胞與晶體的關(guān)系，學(xué)會(huì)通過(guò)分析晶胞得出晶體的組成。
3、培養(yǎng)空間想象能力和進(jìn)一步認(rèn)識(shí)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)覺(jué)得物質(zhì)性質(zhì)”的客觀規(guī)律。
【重點(diǎn)】晶體、晶胞的概念。
【教學(xué)難點(diǎn)】計(jì)算晶胞的化學(xué)式。
【教學(xué)過(guò)程】
[導(dǎo)入]走進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，你能見(jiàn)到許多固體，如蠟狀的白磷(P4)、黃色的硫黃、紫黑色的碘(I2)和高錳酸鉀(KMnO4)、藍(lán)色的硫酸銅(CuSO4?5H20)、白色的碳酸鈣等。放眼世界，自然界中絕大多數(shù)礦物也都是固體。你一定還能說(shuō)出生活中常見(jiàn)的更多的固體，如金屬、玻璃、陶瓷、磚瓦、水泥、塑料、橡膠、木材……
你是否知道固體有晶體和非晶體之分?絕大多數(shù)常見(jiàn)的固體是晶體，只有如玻璃之類的物質(zhì)屬于非晶體(又稱玻璃體)。晶體與非晶體有什么本質(zhì)的差異呢?今天我們開(kāi)始學(xué)習(xí)…。
[板書] 第三章 晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第一節(jié) 晶體的常識(shí)
[投影]常見(jiàn)的晶體（或展示實(shí)物）：
[思考]晶體規(guī)則的幾何外型與組成晶體的微粒在空間的存在什么關(guān)系？
[投影]表3-1晶體與非晶體的本質(zhì)差異
自范性微觀結(jié)構(gòu)
晶體有（能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外型）原子在三維空間里呈周期性的有序排列
非晶體沒(méi)有（不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外型）原子排列相對(duì)無(wú)序
[講解] 晶體的自范性即晶體能白發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。所謂自發(fā)過(guò)程，即自動(dòng)發(fā)生的過(guò)程。不過(guò)，“自發(fā)”過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，仍需要一定的條件。例如，水能白發(fā)地從高處流向低處，但不打開(kāi)攔截水流的閘門，水庫(kù)里的水就不能下瀉。晶體呈現(xiàn)自范性的條件之一是晶體生長(zhǎng)的速率適當(dāng)。熔融態(tài)物質(zhì)冷卻凝固，有時(shí)得到晶體，但凝固速率過(guò)快，常常只得到看不到多面體外形的粉末或沒(méi)有規(guī)則外形的塊狀物。
[板書]1、晶體的自范性即晶體能白發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。
[投影]圖3-1天然水晶球里的瑪瑙和水晶。
[講述]最有趣的例子是天然的水晶球。水晶球是巖漿里熔融態(tài)的Si02侵入地殼內(nèi)的空洞冷卻形成的。剖開(kāi)水晶球，常見(jiàn)它的外層是看不到晶體外形的瑪瑙，內(nèi)層才是呈現(xiàn)晶體外形的水晶。其實(shí)，瑪瑙和水晶都是二氧化硅晶體，不同的是，瑪瑙是熔融態(tài)Si02快速冷卻形成的，而水晶則是熱液緩慢冷卻形成的。
[討論]除以上水晶和瑪瑙是熔融態(tài)冷卻得到的，根據(jù)所學(xué)知識(shí)還有那些方法得到晶體？
[匯報(bào)并板書]
2、得到晶體一般有三條途徑：(1)熔融態(tài)物質(zhì)凝固；(2)氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)； (3)溶質(zhì)從溶液中析出。
[投影]硫晶體、碘晶體、硫酸銅晶體的獲得
[分組實(shí)驗(yàn)1] 在一個(gè)小燒杯里加入少量碘，用一個(gè)表面皿蓋在小燒杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小燒杯放在石棉網(wǎng)上加熱，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
[分組實(shí)驗(yàn)2]用顯微鏡觀察幾種晶體結(jié)構(gòu)：（K2Cr2O7、KNO3、萘）
[板書]3、晶體的自范性是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列的宏觀表象。
[投影]晶體二氧化硅與非晶體二氧化硅微粒排列情況：
[自學(xué)]晶體特點(diǎn)自然段。
[提問(wèn)]什么是晶體的各向異性？
[板書]4、晶體的特點(diǎn)①外形和內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列的高度有序性；②各向異性；③晶體的熔點(diǎn)較固定。
[講述]各向異性：像人們?cè)谟^察大幅圖案畫時(shí)的視覺(jué)感受，對(duì)不同的圖案畫的感受當(dāng)然是不同的，而對(duì)于同一幅圖案畫來(lái)說(shuō)，由不同的方向?qū)徱晻r(shí)，也會(huì)產(chǎn)生不同的感受。所以，晶體的某些物理性質(zhì)的各向異性同樣反映了晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列的有序性，而且通過(guò)這些性質(zhì)可以了解晶體的內(nèi)部排列與結(jié)構(gòu)的一些信息。而非晶體則不具有物理性質(zhì)各向異性的特點(diǎn)。區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學(xué)方法是對(duì)固體進(jìn)行X―射線衍射實(shí)驗(yàn)，有興趣的同學(xué)可以閱讀相關(guān)的科學(xué)視野。
[分組探討]1、某同學(xué)在網(wǎng)站土找到一張玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3―5所示，這張圖說(shuō)明玻璃是不是晶體?為什么?
2．根據(jù)晶體物理性質(zhì)的各向異性的特點(diǎn)，人們很容易識(shí)別用玻璃仿造的假寶石。你能列舉出一些可能有效的方法鑒別假寶石嗎?
[匯報(bào)]1、不是，因?yàn)闃?gòu)成玻璃的微粒許多是孤立存在的，沒(méi)有形成立體網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。
2、（1）玻璃無(wú)固定的熔點(diǎn)（2）形狀、硬度等�！�
[投影]蜂巢、銅晶體及銅晶胞模型：
[講述] 為了描述晶體在微觀空間里原子的排列，無(wú)須畫出千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)原子，只需在晶體微觀空間里取出一個(gè)基本單元即可。這種描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元叫做晶胞。可用蜂巢和蜂室的關(guān)系比喻晶體和晶胞的關(guān)系。
[板書]二、晶胞
1、晶胞：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。
[講解]銅晶體的排列方式：整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無(wú)隙并置”而成；所謂“無(wú)隙”，是指相鄰晶胞之間沒(méi)有任何間隙；所謂“并置”，是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。
[設(shè)問(wèn)]銅晶胞含有4個(gè)銅原子，為什么不是14個(gè)？
[講解] 我們?cè)谟^察晶胞圖時(shí)，千萬(wàn)不能忘記，晶胞只是晶體微觀空間里的一個(gè)基本單元，在它的上下左右前后無(wú)隙并置地排列著無(wú)數(shù)晶胞，而且所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個(gè)數(shù)及幾何排列是完全相同的。因而，晶胞的頂角原子是8個(gè)晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4個(gè)晶胞共用的，晶胞面上的原于是兩個(gè)晶胞共用的。
[投影]3-8學(xué)生探究晶胞占有原子的規(guī)律：
[學(xué)生匯報(bào)?板書]2、晶胞中原子占有率：頂點(diǎn)：1/8；邊心：1/4；面心：1/2；體心：1。
[投影探究] 圖3―9依次是金屬鈉(Na)、金屬鋅(Zn)、碘(12)、金剛石(C)晶胞的示意圖，數(shù)一數(shù)，它們分別平均含幾個(gè)原子?
[匯報(bào)?副板書]鈉、鋅晶胞都是：8×1/8+1=2；碘：（8×1/8+6×1/2）×2=8；金剛石：8×1/8+6×1/2+4=8。
[小結(jié)]略。
[作業(yè)]P67 1、2、3、4
[課堂練習(xí)]
1、如圖是CsCl晶體的晶胞（晶體中最小的重復(fù)單元）已知晶體中2個(gè)最近的Cs+核間距離為acm，氯化銫的摩爾質(zhì)量為M，NA為阿佛加德
羅常數(shù)，則CsCl晶體的密度為（單位：g/cm3）
A、8M/a3NA B、a3M/8NA
C、M/a3NA D、a3M/NA
2、某離子晶體晶胞結(jié)構(gòu)如右圖所示，X位于立方體的頂點(diǎn)， Y位于立方體的中心，晶體中距離最近的兩個(gè)X與一個(gè)Y形成的夾角∠XYX的角度為：
A. 90° B. 60° C. 120° D. 109°28′
3、右面圖形是石墨晶體的層面結(jié)構(gòu)圖，
試分析圖形推測(cè)層面上每個(gè)正六邊型擁有的
共價(jià)鍵數(shù)和碳原子數(shù)是分別：
A、6，6 B、2，4 C、2，3 D、3，2
4、圖是超導(dǎo)化合物一鈣鈦礦晶體中最小重復(fù)單元(晶胞)的結(jié)構(gòu).請(qǐng)回答：
(1)該化合物的化學(xué)式為_(kāi)______.
(2)在該化合物晶體中，與某個(gè)鈦離子距離最近且相等的其他鈦離子共有__________個(gè).
(3)設(shè)該化合物的摩爾質(zhì)量為M，密度為 ，阿伏加德羅常數(shù)為 ，則晶體中鈣離子與鈦離子之間的最短距離為_(kāi)______.
參考答案：1、C 2、D 3、D 4、解本題的關(guān)鍵是：
①要將最小重復(fù)單元在空間無(wú)限延伸從而構(gòu)成整個(gè)晶體.
②要有數(shù)形結(jié)合的意識(shí)與思維方式，有正確的空間想像，明確各個(gè)結(jié)構(gòu)微粒如何對(duì)一個(gè)晶胞“做貢獻(xiàn)”，明確在空間該晶胞的一個(gè)鈦原子與其他晶胞中的鈦原子位置關(guān)系.
③注意靈活應(yīng)用密度、質(zhì)量及體積之間的相互關(guān)系，注意在一個(gè)晶胞的基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)模型.
④運(yùn)算過(guò)程要注意單位的使用，數(shù)據(jù)的處理要準(zhǔn)確無(wú)誤.
[答案](1) （2）6 （3）
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