教学设计17：3.1晶体的常识

第一节晶体的常识
【教学目标】
1．了解晶体的初步知识，知道晶体与非晶体的本质差异，学会识别晶体与非晶体的结构示意图。

2．知道晶胞的概念，了解晶胞与晶体的关系，学会通过分析晶胞得出晶体的组成。

3．培养空间想象能力和进一步认识“物质结构与物质性质”的客观规律。

【教学重点】
晶体、晶胞的概念。

【教学难点】
计算晶胞的化学式。

【教学过程】
[导入]走进化学实验室，你能见到许多固体，如蜡状的白磷(P4)、黄色的硫黄、紫黑色的碘(I2)和高锰酸钾(KMnO4)、蓝色的硫酸铜(CuSO4·5H20)、白色的碳酸钙等。

放眼世界，自然界中绝大多数矿物也都是固体。

你一定还能说出生活中常见的更多的固体，如金属、玻璃、陶瓷、砖瓦、水泥、塑料、橡胶、木材……
你是否知道固体有晶体和非晶体之分？绝大多数常见的固体是晶体，只有如玻璃之类的物质属于非晶体(又称玻璃体)。

晶体与非晶体有什么本质的差异呢？今天我们开始学习…。

晶体的结构与性质
一、晶体的常识
[投影]常见的晶体（或展示实物）：
[思考]晶体规则的几何外型与组成晶体的微粒在空间的存在什么关系？
[投影]表3-1晶体与非晶体的本质差异
过程。

不过，“自发”过程的实现，仍需要一定的条件。

例如，水能自发地从高处流向低处，但不打开拦截水流的闸门，水库里的水就不能下泻。

晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。

熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快，常常只得到看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物。

【板书设计】
1．晶体的自范性即晶体能自发地呈现多面体外形的性质。

[讲述]最有趣的例子是天然的水晶球。

水晶球是岩浆里熔融态的Si02侵入地壳内的空洞冷却
形成的。

剖开水晶球，常见它的外层是看不到晶体外形的玛瑙，内层才是呈现晶体外形的水晶。

其实，玛瑙和水晶都是二氧化硅晶体，不同的是，玛瑙是熔融态Si02快速冷却形成的，而水晶则是热液缓慢冷却形成的。

[讨论]除以上水晶和玛瑙是熔融态冷却得到的，根据所学知识还有那些方法得到晶体？[汇报并板书]
2．得到晶体一般有三条途径：
（1）熔融态物质凝固；
（2）气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)；
（3）溶质从溶液中析出。

[分组实验1]在一个小烧杯里加入少量碘，用一个表面皿盖在小烧杯上，并在表面皿上加少量冷水。

把小烧杯放在石棉网上加热，观察实验现象。

[分组实验2]用显微镜观察几种晶体结构：（K2Cr2O7、KNO3、萘）
[板书]3．晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。

[自学]晶体特点自然段。

[提问]什么是晶体的各向异性？
[板书]4．晶体的特点
（1）外形和内部质点排列的高度有序性；
（2）各向异性；
（3）晶体的熔点较固定。

[讲述]各向异性：像人们在观察大幅图案画时的视觉感受，对不同的图案画的感受当然是不同的，而对于同一幅图案画来说，由不同的方向审视时，也会产生不同的感受。

所以，晶体的某些物理性质的各向异性同样反映了晶体内部质点排列的有序性，而且通过这些性质可以了解晶体的内部排列与结构的一些信息。

而非晶体则不具有物理性质各向异性的特点。

区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X—射线衍射实验，有兴趣的同学可以阅读相关的科学视野。

[分组探讨]1．某同学在网站上找到一张玻璃的结构示意图如图所示，说明玻璃是不是晶体？为什么？
2．根据晶体物理性质的各向异性的特点，人们很容易识别用玻璃仿造的假宝石。

你能列举
出一些可能有效的方法鉴别假宝石吗？
[汇报]
1．不是，因为构成玻璃的微粒许多是孤立存在的，没有形成立体网状的结构。

2．（1）玻璃无固定的熔点（2）形状、硬度等。

[投影]蜂巢、铜晶体及铜晶胞模型：
[讲述]为了描述晶体在微观空间里原子的排列，无须画出千千万万个原子，只需在晶体微观空间里取出一个基本单元即可。

这种描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。

可用蜂巢和蜂室的关系比喻晶体和晶胞的关系。

二、晶胞
1．晶胞：描述晶体结构的基本单元。

[讲解]铜晶体的排列方式：整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成；所谓“无隙”，是指相邻晶胞之间没有任何间隙；所谓“并置”，是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。

[设问]铜晶胞含有4个铜原子，为什么不是14个？
[讲解] 我们在观察晶胞图时，千万不能忘记，晶胞只是晶体微观空间里的一个基本单元，在它的上下左右前后无隙并置地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。

因而，晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4个晶胞共用的，晶胞面上的原于是两个晶胞共用的。

2．晶胞中原子占有率：顶点：1/8；边心：1/4；面心：1/2；体心：1 。

[课堂练习]
1．如图是CsCl晶体的晶胞（晶体中最小的重复单元）已知晶体中2个最近的Cs+核间距离为acm，氯化铯的摩尔质量为M，NA为阿佛加德罗常数，则CsCl晶体的密度为（单位：g/cm3）（）
A．8M/a3NA B．a3M/8NA
C．M/a3NA D．a3M/NA
2．某离子晶体晶胞结构如右图所示，X位于立方体的顶点，Y位于立方体的中心，晶体中距离最近的两个X与一个Y形成的夹角∠XYX的角度为（）
A．90°B．60°C．120°D．109°28′
3．右面图形是石墨晶体的层面结构图，试分析图形推测层面上每个正六边型拥有的共价键数和碳原子数是分别（）
A．6，6 B．2，4 C．2，3 D．3，2
4．如图是超导化合物一钙钛矿晶体中最小重复单元(晶胞)的结构。

请回答：
（1）该化合物的化学式为_______。

（2）在该化合物晶体中，与某个钛离子距离最近且相等的其他钛离子共有__________个。

（3）设该化合物的摩尔质量为M，密度为
3
/cm
ag，阿伏加德罗常数为
A
N，则晶体中钙
离子与钛离子之间的最短距离为_______。

参考答案：1．C 2．D 3．D 4．（1）CaTiO3
（2）6
（3）。