第三单元 从微观结构看物质的多样性课堂实录【2】

第三单元：从微观结构看物质的多样性

同素异形现象和同分异构现象

教学目标

知识与技能：

1、从同素异形现象和同分异构现象认识物质的多样性与微观结构的关系, 2、以金刚石、石墨等C的同素异形体为例，以正丁烷和异丁烷等为例，认识由于微观结构的不同从而导致的同素异形现象和同分异构现象。

过程与方法：通过认识同素异形现象和同分异构现象分析归纳能力。

情感态度与价值观:

通过学生观察图片和模型后的讨论、分析、让学生体验总结表达的过程。认识“物质的结构决定性质，性质体现结构”这一观点。

教学重点：以金刚石、石墨为例认识由于微观结构的不同从而导致的同素异形现象。

教学难点：金刚石、石墨、和纳米管道的结构。

教学方法：引导、讨论、总结、分析、归纳等。

教学过程：从课本P18第一段引入

人类已发现的元素仅100多种，而这些种类有限的元素却构成数千万种不同的物质，你们知道这是为什么吗？

思考：金刚石和石墨都是C单质，为什么它们的物理性质却有巨大的区别？

构成物质的碳原子排列方式和成键方式不同。

你知道吗？ P18

出示相关的模型

分析后总结：

一、同素异形体：同一元素形成的不同单质间的互称

同素异形现象：同种元素形成多种不同单质的现象。

强调：“两同”同一元素同一类别 “

三异”

物质不同，分子结构不同，性质不同。 实例：金刚石、石墨、C60 、纳米碳管 讲述：构成金刚石的微粒是C原子，C原子以共价键相连，结合成空间网状结构，金刚石的基本结构单元是正四面体；构成石墨的微粒也是C原子，C原子以共价键相连，在石墨的每一层，每个C原子与其余3个C原子以共价键相连，排列成平面六边行，无数平面六边行形成平面网状结构，石墨的不同层之间存在分子间作用力。

物理性质

硬度

熔沸点

导电性

金刚石

很硬

很高

不导电

石墨

质软

很高

导电

思考：为什么金刚石和石墨在硬度和导电性有差异？

介绍：足球烯 学生参看P19和信息提示

思考：足球烯结构和金刚石、C60、C70、纳米管碳有何不同

1 石墨中层与层之间有自由移动的电子

1、封闭笼状结构

2、60个碳原子形成三十二个面（12个五边形20个六边形）

3、有碳碳单键和碳碳双键

设问：Na和Na+是同素异形体吗？

为什么互为同素异形体物理性质差别那么大？

尽管由同一种元素组成但微观结构不同（原子连结方式或成键方式不同）。

讲述：除了C有同素异形体外，O、S、P也有同素异形现象

色、态

气味

*熔点

*沸点

化学性质

性质差别的原因

状态

颜色

毒性

*溶解性

*着火点

*相互转化

化学性质

性质差别的原因

O3

淡蓝色气体

刺激性气味（鱼腥味）

-251C -112.4C 00O2

无色气体

无味

-218C -183C 00臭氧比氧气活泼（O3氧化性极强）

分子中氧原子个数和氧原子的成键方式不同

白磷

蜡状固体

白色或浅黄色

剧毒

不溶于水，易于二硫化碳

40C OO放电时氧气转化为臭氧；加热时臭氧转化为氧气。

红磷

粉末状固体

红棕色或暗红色

无毒

不溶于水和二硫化碳

240C 0白磷隔绝空气热至260C得红磷，

0红磷加热到416C升华后冷凝得白磷

完全燃烧均生成五氧化二磷

分子中磷原子个数和磷原子的成键方式不同

说明：白磷的分子式为P4，其分子为正四面体结构，键角为60°，而红磷的分子结构比较复杂；保存方法：白磷由于着火点低，所以少量的通常保存在水中，红磷应该密封保存。 小结：1、同素异形体：化学性质相似，物理性质差别很大。

2、同素异形体是百余种元素能形成数千万种不同物质的原因之一。

二、同分异构现象：

以正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚为例介绍同分异构体和同分异构现象。利用上一单元学习的有关碳的成键特点与成键方式的知识，理解组成相同的分子由于原子间的成键方式、排列顺序不同可以形成不同的物质。

总体要求：

1、以正丁烷和异丁烷，乙醇和二甲醚为例，认识有机物的同分异构现象；

2、了解利用结构模型可以帮助研究物质的微观结构，提高空间想象能力；

2、认识“物质的结构决定性质，性质体现结构”这一观点。

过程：结合课后内容和模型认识和书写

1、书写正丁烷和异丁烷的结构式及结构简式并了解P21表1—9内容。

2、书写C2H6O可能的结构式及结构简式：CH3—CH2—OH和CH3—O—CH3

3、出示模型，运用三维空间结构模型，提高学生空间想象能力。并且进一

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步体会“物质的结构决定性质，性质体现结构”这一观点。

小结：同分异构体的物理、化学性质不同。

同分异构现象：化合物具有相同的分子式而不同结构的现象。

同分异构体：分子式相同而结构不同的化合物的互称。

布置作业：作业本

课后反思总结记录：

不同类型的晶体

教学目标：

知识与技能：以不同类型的晶体为例，认识物质的多样性与微观结构有关系；认识不同的物质可以形成不同的晶体，不同类型晶体的结构、构成微粒，物理性质不尽相同，各有特点；理解“物质的结构决定性质，性质体现结构”的观点。

过程与方法：使学生认识微观结构与物质多样性的关系。采用三维空间模型图片、表格、数据对比等，让学生了解它们各自的特点和区别，来加深印象，巩固知识。

情感态度与价值观:

以自然存在的晶体与相应晶体结构模型为实例来介绍不同类型的晶体。了解晶体结构的复杂性。

教学重点：原子晶体、金属晶体的结构与构成微粒、物理性质。

教学难点：相关晶体的晶体结构如二氧化硅的晶体结构。

教学方法：模型法、列表法、分析法、讨论法。

教学过程：

你知道吗？ P22 引入

何为晶体？凡固体都可叫晶体吗？

晶体:结晶而成,有规则几何外形,有固定熔点.固体

非晶体:无一定外形,无固定熔点.为何晶体有规则的几何外形？

晶体的规则的几何外形是其构成粒子有规则排列的外部反映。

构成晶体的粒子有分子、原子、离子等，据粒子种类及粒子间的相互作用的差别，可将晶体分为离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体等。

一、离子晶体

我们知道阴阳离子间通过离子键结合成的离子化合物在室温下都以晶体形式存在，我们称其为离子晶体。

离子晶体：离子间通过离子键结合而成的晶体。

离子晶体中，阴阳离子按一定规律在空间排列，请看NaCl晶体模型。

展示模型：分析Na＋、Cl－的排列方式，剖析氯化钠晶体的结构。

1.结构分析：

NaCl晶体呈立方体外形，其整齐的外形反映了晶体内部结构的规整性，用X

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射线衍射法可测定NaCl的晶体结构。右图所示为晶体的一个基本结构单元——晶胞，无数的这种晶胞在空间规则地重复排列就形成NaCl晶体。请同学们仔细观察，大胆想象，体会晶体结构的对称性和规整性。

下面请同学们结合氯化钠晶体模型思考以下问题，氯化钠晶体中：

1、每个Na＋同时跟几个Cl－通过离子键相结合，每个Cl－又同时跟几个Na＋相结合？1.每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋

2、Na＋和Cl－的数目之比为多少？2.Na＋和Cl－的数目比为1∶1。

3、整个晶体中是否存在单个的NaCl分子。

3.整个晶体中不存在单个的NaCl分子。

“NaCl”是表示离子晶体中离子个数比的化学式，而不是表示分子组成的分子式。

2、性质特点：

硬度较高，密度较大，难于压缩，难于挥发，有较高的熔、沸点。

碘晶体、萘的晶体、二氧化碳的晶体、雪花晶体、冰晶。均有易升华的特点，而雪花晶体、冰晶较易熔化，进而汽化。这些晶体并无离子晶体较高的熔、沸点。它们是本节将要学习的另一类晶体。

二、分子晶体

1、概念：分子间以分子间作用力相结合而形成的晶体叫分子晶体。

任何分子之间都存在分子间作用力。稀有气体，不少非金属单质（如H2、N2、O2、Cl2、I2等）和化合物（如H2O、HX、NH3、CH4、CO2等及大量有机分子）在常温下是气体、易挥发的液体或易熔化易升化的固体，处于气体和液体的分子在降温凝聚时可通过分子间作用力而聚集在一起，形成分子晶体。分子晶体的特点是分子依靠分子间作用力整齐地排列在晶体中。

模型展示：干冰及其晶体结构模型。

讲解：此为干冰晶体的一个晶胞，由此晶胞向空间规则、重复地排列即可形成二氧化碳的晶体，同学们仔细观察干冰晶胞的结构，分析分子的排列和取向。

干冰晶胞呈立方面心结构，其中八个顶角上排列着取向相同的8个二氧化碳分子，三组平行面的面心上各有一个二氧化碳分子，而且每组相对的分子排列取向也相同。由此可知，晶体中分子排列有一定的取向。那么，与离子晶体相比，则有，离子晶体中离子有阴阳之分，而分子晶体中分子有取向之分。其实分子晶体比离子晶体更为复杂些。

2、干冰晶体的结构：

立方面心结构——每8个CO2分子构成立方体且再在6个面心各占据1个，在每个CO2周围等距离（2a/2，a为立方体棱长）最近的CO2有12个（同层4个，上层4个，下层4个）。

以上我们以干冰晶体为例，认识到分子晶体是分子间通过分子间作用力结合而成的一类晶体，那么分子间作用力的存在对其物理性质有何影响呢？

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3、性质特点：硬度小，密度小，熔、沸点低。

气态物质分子能缩短彼此间的距离，并由无规则运动转变为有规则排列，这说明物质的分子间存在着作用力——分子间作用力。

从常见由分子构成的物质的状态（如气体O2、H2、N2、Cl2、HCl、NH3、CH4、CO2、SO2等，液体H2O、C2H5OH，液溴、H2SO4等）可知分子晶体的熔、沸点较低。

我们已经学习了离子晶体和分子晶体，它们在构成和微粒间作用上有很大的不同。C、Si同属ⅣA元素，且上下相邻，应具相似的性质。CO2的晶体为分子晶体，熔、沸点很低。那么SiO2晶体是否具有与其相似的结构和性质呢？

CO2和SiO2一些性质的比较：P6

从其元素组成和化合物类别看，SiO2不是离子化合物。它属于我们本节要学习的一类晶体。

三、原子晶体

SiO2和CO2性质的差别缘于两者结构的不同。

展示：SiO2的晶体结构模型。

构成SiO2晶体的粒子是什么？

粒子通过何种方式结合？怎样构成晶体？

构成SiO2晶体的粒子是中性原子，原子与原子间以共价键相结合。其中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，4个O原子占据四面体四个顶点；同时每个O原子跟2个Si原子相结合。许许多多的Si—O正四面体通过氧原子互相联结形成一种空间网状结构的晶体，这就是原子晶体。

1、概念：相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体。

观察SiO2晶体结构，那么晶体中存在SiO2的小分子吗？“SiO2”表示什么？

SiO2晶体中，Si、O原子通过共价键相结合，形成一个由“无限”数目原子构成的空间网状结构。由于在各个方向上这种共价键是相同的，因此在晶体中，不存在独立的小分子，而只能把整个晶体看成一个大分子。晶体有多大，分子也就有多大，没有确定的分子量。这跟CO2晶体中的小分子是不同的。那么，“SiO2”自然不叫分子式了。它只表示晶体中Si原子和O原子的个数比，为晶体的化学式。

纯净的SiO2晶体叫做水晶，它是六方柱状的透明晶体，是较贵重的宝石。江苏省东海县素有“水晶之乡”之称。1958年在该县发现我国最大的“水晶王”，质量达3.5 t。1983年1月又在该县南溜村2 m深的地下挖出一块质量为3 t高为1.4 m的水晶，同时出土的还有一块质量为400 kg的水晶体。水晶除可用于漂亮的装饰品外，还常用于制造精密仪器轴承，耐磨器皿和耐高温化学仪器。此外，SiO2可用来制造用于光纤通迅等的光导纤维，制造

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压电晶体，用于钟表工业和超声技术上。

请同学们从以上有关SiO2晶体及其用途中，推测并归纳原子晶体的性质。

2、性质特点：熔、沸点高，硬度大，一般不导电，难溶于常见溶剂。

为什么原子晶体的熔、沸点很高，硬度很大呢？

究其本质是因为原子晶体中原子通过很强的共价键连接，由于共价键比较牢固，要拆开它需要消耗较大的能量，所以原子晶体一般具有较高的熔、沸点和较大的硬度。

为什么原子晶体一般不导电？

原子晶体由中性原子通过牢固的共价键结合而成，晶体中不含离子和自由电子，所以一般不导电。

原子晶体特殊的结构决定了其特殊的性质，也就产生了其特殊的应用。如果说SiO2晶体是典型的原子晶体之一，那么还有最典型的一例，它是自然界中熔点最高（3550℃）、硬度最大的固体。那么，它是谁呢？

典型晶体：金刚石晶体。

且不说金刚石作为漂亮宝石的价值，由于它的坚硬，在精密机械工业中每年就要消耗几百万克拉（1克拉=200 mg），它还广泛用作为金属表面的磨料、石油勘探的钻头。它的结构是：

展示：金刚石晶体结构模型。

金刚石的晶体与SiO2晶体相似。金刚石晶体中，C原子的排列与Si原子完全相同，只是碳原子之间没有O原子，即每个C原子与相邻的4个C原子通过共价键相连，该C原子位于4个C原子的中心，形成正四面体结构，由无数正四面体互相联结构成空间网状结构的原子晶体。晶体中所有C—C键长相等，键角相等（均为109°28′）。

若去掉SiO2晶体中的O原子，则可得到与金刚石空间网状结构相同的晶体——Si的晶体。Si晶体也属原子晶体。

金刚石与晶体Si的熔、沸点比较

同为结构相同的原子晶体，为什么金刚石比晶体Si的熔、沸点高？

原子晶体熔、沸点高是因共价键键能大，而键能的大小又主要取决于原子半径的大小。在此，由于原子半径C＜Si，所以C—C键长＜Si—Si键长，C—C键能＞Si—Si键能，熔、沸点金刚石＞晶体Si。

小结：属于原子晶体的物质主要有：SiO2、金刚石、晶体Si、SiC。

在现在已知的一百多种元素中，金属元素约占4/5。在所有金属中，除汞在常温下为液体外，其余的都是晶体。通过X射线研究发现，在金属中，金属原子好像许多硬球一层一层紧密地堆积着，每一个金属原子周围有许多相同的金属原

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子围绕着。

那么，金属晶体中的原子与原子之间又是靠什么样的作用力堆积在一起的呢？我们所看到的决定金属晶体结构的圆球是否为中性金属原子呢？

金属晶体就是通过金属离子与自由电子之间的较强作用所形成的单质晶体，且自由电子几乎均匀地分布在整个晶体中，被许多金属离子所共有。

四、金属晶体：通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体。

1.金属晶体中是否可能有金属原子存在？答案：可能

2.在金属晶体中，金属离子与自由电子之间的作用力仅仅是静电吸引吗？

不是。这是因为：在金属晶体中，除了金属阳离子与自由电子之间因电荷异性而存在引力外，还有电子与电子、原子核与原子核之间的斥力。当金属原子的核间距达到某个固定数值时，引力和斥力达到暂时平衡，形成稳定的晶体。此时，金属离子在其平衡位置附近振动。因此，在金属晶体中，金属原子与金属原子之间并不能无限接近。而金属阳离子与自由电子之间的作用为引力和斥力的相对统一

金属晶体的物理性质

共性：有良好的延展性、容易导电、导热。

金属晶体结构与金属导电性：在金属晶体中，金属离子与金属离子在紧密堆积时，其间存有一定的空隙，而在空隙之间是易流动的自由电子，因这些自由电子并不与一定的离子相连，因此在很小一点电势差的影响下，它们就开始朝一定的方向流动而形成电流。这就是金属具有良好导电性的原因。在晶体中的离子，并不是绝对不能动，而是在作轻微的振动，当金属加热时，离子的振动就加强，电子在其间的移动自然就困难了，所以金属的导电性随温度的升高而降低。

金属晶体结构与金属导热性：金属容易导热，实际上是由于自由电子与金属离子之间发生了能量交换之故。即自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。

金属晶体结构与金属延展性：NaCl晶体受外力时，Na与Cl之间的离子键破坏，晶体碎裂。SiO2受外力，Si—O共价键被破坏，晶体碎裂。Cu受外力，晶体中的各原子层发生相对滑动，而自由电子也随着移动，使金属离子与自由电子之间的较强作用得以保持，而未发生碎裂。金属晶体正是由于自由电子的存在，才使得其在受到外力冲击时，不易断裂，但通常伴随着形变。因此，金属晶体一般具有较好的延展性。

＋－关于金属的密度、硬度、熔点等物理性质，主要与金属原子本身、金属晶体中金属原子的排列方式等因素有关，故没有一定的规律。

四种晶体的相互比较

类型

构成晶体微粒

组成晶体微粒间离子键

的相互作用力

共价键

范德华力

金属键

离子晶体

阴、阳离子

原子晶体

原子

分子晶体

分子

自由电子

*金属晶体

金属阳离子和

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溶沸点

硬度

物

理

传热性

性

质

延展性

导电性

较高

硬而脆

不良（熔化或溶很高

大

绝缘体

低

小

不良

不良

不良

极性分子易溶于极性溶剂；非一般较高

较大

良导体

良好

良好

于水后能导电）

不良

不良

易溶于极性溶溶解性

剂，难溶于有机溶剂

强碱；

典型实例

NaCl、KCl 二氧化硅

金刚石、硅晶体、H2、O2、冰、干冰等

Na、W、Cu等

不溶于任何溶剂

极性分子易溶于非极性溶剂

难溶

不良

不良

布置作业：

课后反思总结记录：

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