复习题ppt配套的教学设计及说课稿

《离子晶体堆积-填隙模型》教学设计

成都石室中学化学组 蒋宇瑛

一、教材分析

“离子晶体”是高中化学人教版选修3 第三章第四节的教学内容。选修三第三章比较全面而系统地介绍了晶体的结构和性质，作为本书的结尾章，与前两章一起构成“原子结构与性质、分子结构与性质、晶体结构与性质”三位一体的物质结构与性质模块的基本内容。其内容结构如下图

原子结构

原子结构与性质

原子结构与元素的性质

共价键

分子结构

分子的立体构型

分子结构与性质

分子的性质

分子性质

选修三

晶体的常识

晶体结构

分子晶体与原子晶体

晶体结构与性质

金属晶体

离子晶体

晶体性质

第三章第四节详细介绍了离子晶体的结构特点，以及决定离子晶体结构的重要因素。并没有从介绍离子晶体的堆积-填隙模型，学生无法从理解离子晶体为什么具有这样的结构，而近年的高考题中，涉及对离子晶体的填隙率大小的计算。这也需要填隙模型的知识才能解决。所以在离子晶体教学中，非常有必要给学生补充填隙模型的知识。

离子晶体的堆积-填隙模型

堆积-填隙模型是指离子晶体中的大离子（经常是阴离子）先在空间尽可能密地堆积起来，然后，小离子（经常是阳离子）填入堆积球之间的空隙。按照金属晶体里金属原子的空间堆积方式，把金属离子换成大离子，就得到离子晶体的堆积模型，然后电性相反的小离子填入堆积球的空隙中，就得到离子晶体的堆积－填隙模型。如简单立方堆积只存在立方体空隙（CN=8），如果所有立方体空隙都被小离子填满，大小离子个数比为1：1，这就是CsCl的堆积－填隙模型。面

心立方堆积存在八面体空隙（CN=6）和四面体空隙（CN=4）。堆积球与八面体空隙、四面体空隙之比是4：4：8=1：1：2。NaCI填充的八面体空隙，ZnS填充的四面体空隙。

二、学情分析

学生已经学习了金属晶体的四种堆积模型，知道简单立方堆积、面心立方最密堆积的模型，为离子晶体中阴离子堆积模型的学习奠定了基础。高二的学生已经学习了立体几何知识，为寻找阴离子堆积模型产生的空隙形状、计算阴阳离子半径比的范围提供数学知识支撑。本节课思维难度高，不少学生习惯教师直接传授教学，缺乏探索知识的勇气和分析能力，在分析离子晶体空隙形状的填充半径比范围时，存在较大困难。

三、设计思路

教材直接给出氯化钠和氯化铯的晶胞，然后在科学探究的基础上介绍影响离子晶体结构的因素，紧接着介绍了晶格能的概念和应用。学生只能是通过典型的离子晶体模型来理解离子晶体的结构特点，至于离子晶体中阴阳离子为什么这样堆积，不明其理，知其然而不知其所以然。实际在离子晶体结构的背后，还隐藏着空隙的模型、空隙率、晶体密度等高难度的理解、运用、计算的题型。如果只是单纯地记忆晶体的结构特点，不理解晶体是如何建构的。那么学生的知识必然是缄默式的，很难进一步提高到计算空隙率等高度。

化学的核心素养之一证据推理与模型认知：具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认识模型。

因此本节课的主要设计意图是让隐性知识浮出水面，改变学生对离子晶体的认知方式。从堆积——填隙模型入手认识离子晶体，理解知识的生成过程。具体思路如下：

画出阴

离子的堆积

模型

寻找阴离子堆积产生的空隙形

状

思考阳离子填充空隙的依据

计算空隙填充的半径比范围

判断氯化钠、氯化铯的填充形式

建立氯化钠、氯化铯的晶体模型

建构离子晶体模型

分析计算

得出结论

加工创造

理解运用

以离子晶体的堆积方式作为突破口，由阴离子的堆积模型而产生不同的空隙，由阴阳离子半径比计算，空隙的填充范围。让学生应用推理计算的方式，分析氯化钠和氯化铯的填充形式，从而得到对应的晶体结构。这样学生学的知识是自己加工创造而来的，具有思维价值的知识才是可以应用理解的知识，才是可以过目不忘的知识。

四、教学流程

【学习目标】1、通过绘画观察，认识空隙的种类和个数。

2、通过思考讨论，计算空隙填充的半径比范围。

3、通过观察理解，学会分析典型离子晶体中阴、阳离子的位置关系及相关计算。

【学习重点】典型离子晶体中阴、阳离子的位置关系及相关计算。

【学习过程】

【活动一

画晶胞

找空隙】

时间

6min

活动形式

绘画

展示

活动过程与结果

分别画出简单立方堆积、面心立方最密堆积的晶体结构，并用圆圈标出原子所在的位置。

设计意图

让学生熟悉晶胞结构，原子所在的位置。为后面晶体结构的应用打下良好的基础。

观察

思考

表达

试找出以上两种晶体中存在的空隙形状及个数。

【活动二

思考讨论

计算空隙填充的半径比范围】

活动过程与结果

离子晶体的填充模式为：阴离子做最密堆积，阳离子填充阴离子所形成的空隙。

以1:1型的离子晶体为例，小组讨论

1、

阳离子可以填充不同类型的空隙，这是什么因素决定的? 2、

试计算以下空隙类型，阳、阴离子半径比的范围。（提示：为了使离子晶体更稳定，需阴、阳离子彼此接触，而阴离子之间不接触。）

分析晶体产生的空隙，为后面阳离子的填充进行铺垫。

设计意图

计算三种空隙类型的填充范围，

时间

15 min

活动形式

思考讨论

计算推理

表达评价

结论

8min 分析应用

根据教材79页表3-5几种离子的离子半径，试判断NaC1、CsC1的晶体结构中，阳离子的填充形式，并说明理由。

活动三

【观察应用

分析典型离子晶体结构】

时间

活动形式

活动过程与结果

观察晶体结构模型，完成以下表格。

11min 观察

填写

表达

思1、

以上四种晶体模型，哪些晶体的阴、阳离子位置可以互换？互换的条件是什么？

考

2、CaF2晶体中，阴、阳离子位置互换后，分别在新晶胞的什么位置？