高中人教版 (2019)第一节 物质的聚集状态与晶体的常识优质教案

这是一份高中人教版 (2019)第一节 物质的聚集状态与晶体的常识优质教案，共9页。教案主要包含了课后巩固等内容，欢迎下载使用。

课题： 3.1.1 晶体与非晶体
课时
1
授课年级
高二
课标要求
1.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性
2.知道在一定条件下，物质的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间相互作用、微粒聚集程度的不同而有所不同。知道物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变物质的聚集状态可能获得特殊的材料
教材
分析
本节内容的功能价值是“发展宏观辨识与微观探析”等化学学科核心素养，引导学生形成微观结构决定晶体宏观特征的思想。能从微观角度认识晶体不同于非晶体明显特征的原因，并从微观角度得出晶体与非晶体的区别，进而了解认识物质结构的方法，并为研究晶胞、认识物质结构的大门做准备。
在新人教版教材中不仅介绍了得到晶体的三条途径，并安排了得到晶体的三个实验，通过实验让学生用肉眼看到晶体外形，进一步对晶体有更多的感性认识。在新人教版中以资料卡片的形式增加了芯片等几种有重要价值的大晶体的制备，开阔学生的视野，激发学生的学习兴趣。新人教版中删除了某些晶体的显微镜照片，并且将晶体的X射线衍射单独放在晶体结构测定中介绍。删减了晶体结构等径圆球与非等径圆球的堆积模型。删除了晶体的分类。
教学目标
（1）能说出包含“固、液、气”在内的更多的物质聚集状态。
（2）能说出晶体和非晶体的区别，了解获得晶体的一般途径。
教学重、难点
重点：晶体与非晶体的差异，晶体的自范性、各向异性，结晶的方法
难点：晶体与非晶体的差异，晶体的自范性、各向异性，结晶的方法
核心素养
宏观辨识与微观探析：通过对晶体实例的学习，诊断并发展学生建立一些晶体学的基本知识，引发学生对固体物质微观结构的思考；
变化观念与平衡思想：能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规律，并用以解释晶体的自范性、各向异性、确定的熔点等宏观特性，帮助学生建立结构与性质之间的关系；
证据推理与模型认知：能根据需要，完成简单的晶体制备或晶体的性质实验，根据实验现象形成初步结论；
科学态度与社会责任：通过介绍晶体的应用及非晶体优异性能，激发学生学习兴趣，发展学生辩证思维，培养学生科学态度与社会责任。
学情分析
在第一章和第二章同学们已经学习了原子与分子的结构与性质，已经掌握了化学键的分类与成键原理，为这节课的学习打下了良好的基础，但并不知道微粒在晶体中微如何排列，本节课将引导同学初步认识晶体里微粒的排列规律，知道晶体是微粒按一定规律做周期性重复排列而构成的宏观物质。学生在日常生活中已经接触过晶体实物，但对什么是晶体还没有一个完整、科学、全面地认识。学生的三维空间想象能力，以及用微观结构解释宏观现象的能力依然薄弱。
教学过程
教学环节
教学活动
设计意图
环节一、
情景导入
导入新知
【视频导入】通过观看《美丽化学》中一段晶体析出的片段，引起学生的兴趣和好奇心，为后续的知识学习做好铺垫。
【教师】展示三态变化图
【学生】阅读教材了解三种状态以外的聚集状态
【教师】借助生活中常见的霓虹灯、手机液晶显示器等介绍等离子体、晶态、非晶态等更多的物质聚集状态
环节二、
问题驱动
活动一
、
介绍晶体的自范性
【过渡】阅读教材内容，理解晶体的定义
【问题1】能否从外观判断一个物质是晶体还是非晶体？
【学生】有些可以，有些不可以
【问题2】晶体与非晶体究竟有什么不同？
【教师】解释晶体和非晶体的基本概念，包括它们的结构特点和物理性质。强调晶体具有规则的几何形状和各向异性，而非晶体则没有固定的几何形状且物理性质在各个方向上相同。
【学生】填写表格
回归教材，抓纲本，培养学生的分析能力，调动学生学习的积极性，主动参与教学过程。
活动二
、介绍晶体的各向异性
【问题】为什么云母片的蜡熔化成椭圆形，玻璃片的蜡熔化成圆形？
【学生】晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。
包括晶体的强度、导电性 、导热性、光学性质等。
【教师】非晶体则不具有物理性质各向异性的特点
【问题】间接确定某固体是否属于晶体：
【学生】晶体有固定的熔点；非晶体没有固定的熔点。
【教师】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
【教师】引导学生对晶体与非晶体的区别和联系
【学生】填写表格
晶体
非晶体
微观结构特征
粒子周期性有序排列
粒子排列相对无序
性质特征
自范性
有
无
熔点
固定
不固定
各向异性
有
无
鉴别方法
间接方法
看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性
科学方法
对固体进行X射线衍射实验
举例
NaCl、I2、Na晶体等
玻璃、橡胶等
促进对知识的理里解与掌握，实现知识的内化过程。知识问题化，促进知识的理解与应用。创设问题情境，促进对科学研究的深度理解。
环节三、
建立模型
活动一、从微观解释晶体和非晶体性质差异
【问题】从晶体SiO2和非晶体SiO2微观结构对比图观察其排列规律的异同
【学生】本质上，晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表象。
【活动】让学生观察食盐和砂糖颗粒形状的区别，以及晶体各自导热性的不同。通过实验探究固体熔化时温度变化的规律，感知状态变化的条件，并了解有没有固定的熔点是区别晶体和非晶体的一种方法。
【教师】指导学生对实验数据进行分析和总结，理解晶体和非晶体在熔化过程中的本质区别，以及如何通过图象表示物理量变化的方法。
【学生】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，常常只得到肉眼看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物，甚至形成的只是非晶态(玻璃态)。如玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶则是熔融态SiO2缓慢冷却形成的。
作为拓展学生视见野的内容介绍，提高学生的学习兴趣。简单易操作的演示实验设殳置可以调动学生学习的积极性。
活动二、介绍晶体的获得途径
【播放视频】实验3-1
【教师】投影
【学生】①熔融态物质凝固 (如：从熔融态结晶出来的硫晶体)
②气态物质冷却不经过液态直接凝固（凝华）如：凝华得到的碘晶体
③溶质从溶液中析出 (如：从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜晶体)
通过教学活动，激发学生对自然现象的关心，培养学生乐于探索自然现象的情感，以及善于实践和勇于克服困难的良好意志和品质。
环节四、课后巩固
作业设计
1．下列过程中得到的物质不是晶体的是( )
A．降低NaCl饱和溶液的温度所得到的固体
B．气态碘直接冷却生成固态碘
C．熔融的KNO3冷却后所得的固体
D．将液态的塑料冷却后所得的固体
【答案】D
【解析】制取晶体有三条途径：溶质从溶液中析出；气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)；熔融态物质凝固。D项中塑料属于非晶体；A项中得到的食盐粉末用肉眼看不到晶体外形，但在光学显微镜或电子显微镜下可观察到其规则的晶体外形。
2．下列关于晶体的说法不正确的是
A．粉末状的固体肯定不是晶体
B．晶胞是晶体结构的基本单元
C．晶体有规则的几何外形是晶体内部的粒子按一定规律做周期性的有序排列的结果
D．晶体尽量采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定
【答案】A
【解析】A．粉末状的固体是不是晶体，应该根据物质形态确定，看它是不是由固定熔点，若有固定熔点的粉末状固体也是晶体，故A错；B．晶胞是描述晶体结构的基本单元，故B不选；C．晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列，故C不选；D．晶体多采用紧密堆积方式，采取紧密堆积方式，可以使晶体变得较稳定，故D不选；答案选A
3．下列关于晶体与非晶体的说法正确的是
A．晶体的熔点一定比非晶体的熔点高
B．晶体有自范性但构成晶体的微粒排列无序
C．非晶体无自范性且构成非晶体的微粒排列相对无序
D．固体一定是晶体
【答案】C
【解析】A．晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，A项错误；
B．晶体有自范性且构成晶体的微粒在三维空间呈周期性有序排列，B项错误；C．非晶体无自范性且构成非晶体的微粒排列相对无序，C项正确；D．的存在形态有晶态和非晶态，即可能是非晶体，D项错误；故选C。
4．下列关于晶体的说法正确的是
A．将饱和硫酸铜溶液降温，析出的固体不是晶体
B．石蜡和玻璃都是非晶体，但它们都有固定的熔点
C．假宝石往往是玻璃仿造的，可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品
D．蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同
【答案】C
【解析】A．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，所以将饱和硫酸铜溶液降温，析出的固体是晶体，A错误；B．晶体具有固定的熔沸点，而非晶体没有固定熔沸点，而是在一定温度范围内熔化，石蜡和玻璃都是非晶体，故它们都没有固定的熔点，B错误；C．硬度是衡量固体软硬程度的指标，一般宝石的硬度较大，玻璃制品的硬度较小，故可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品，C正确；D．晶体具有各向异性的性质，蓝宝石属于晶体，在不同方向上硬度有一些差异，D错误；综上所述答案为C。
【课后巩固】P教材64页1、2题。
【课后提升】1．下列关于晶体的说法正确的是
A．固体都是晶体B．不同的晶体可能有不同的几何外形
C．有规则几何外形的固体就是晶体D．研碎后的晶体即变为非晶体
【答案】B
【解析】A．固体不一定都是晶体，如玻璃是非晶体(玻璃体)，A项错误；B．不同的晶体可能有不同的几何外形，B项正确；C．有规则几何外形的固体可能是人为加工而成的非晶体，C项错误；D．研碎后的晶体内部微粒的排列并未改变，仍为晶体，D项错误；答案选B。
2．下列说法不正确的是
A．晶体具有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点
B．晶体与非晶体具有相同的性质
C．部分电子表、电脑的显示器是由液晶材料制成的
D．等离子体是一种很好的导电体，在信息产业等领域有非常好的应用前景
【答案】B
【解析】A．晶体有固定的熔点，自范性、各向异性，非晶体无固定的熔点，故A正确；B．晶体与非晶体内部结构不同，故表现的性质不同，故B错误；C．部分电子表、电脑的显示器是由液晶材料制成的，需要的驱动电压很低，故C正确；D．等离子体是一种很好的导电体，在信息产业等领域有非常好的应用前景，等离子体技术在新能源行业、聚合物薄膜、材料防腐蚀等方面前景可观，故D正确；故选B。
3．在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡，用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡，会发现不同方向石蜡熔化的快慢不同，这是晶体的
A．自范性 B．均一性
C．晶胞“无隙并置”性 D．各向异性
【答案】D
【解析】题述现象与晶体的各向异性有关，晶体的各向异性具体表现在晶体不同方向上的导热性等性质是不同的，综上所述，故选D。
4．下列有关说法正确的是
A．测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪
B．石英玻璃和水晶的衍射图谱相同
C．通过乙酸晶体的X射线衍射实验，只能测定晶胞中含有的乙酸分子数，不能推出乙酸分子的空间结构
D．晶体的X射线衍射实验不能判断晶体中存在哪些化学键，也不能确定键长和键角
【答案】A
【解析】A．测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪，A项正确；B．石英玻璃是非晶态二氧化硅，水晶是晶态二氧化硅，则水晶的衍射图谱中会出现分立的斑点或明锐的衍射峰，而石英玻璃的衍射图谱中不会出现分立的斑点或明锐的衍射峰，二者的衍射图谱不同，B项错误；C．通过晶体的X射线衍射实验，可以判断出晶体中哪些原子间存在化学键，确定键长和键角，从而得出物质的空间结构，C项错误。D．通过晶体的X射线衍射实验，可以判断出晶体中哪些原子间存在化学键，确定键长和键角，从而得出物质的空间结构，D项错误；故选A。
5．物质的非晶体能自动转变为晶体，而晶体却不能自动地转变为非晶体，这说明( )
A．非晶体是不稳定的，处于非晶体时能量大
B．晶体是稳定的，处于晶体时能量大
C．非晶体是不稳定的，处于非晶体时能量小
D．晶体是不稳定的，处于非晶体时能量小
【答案】A
【解析】根据“非晶体能自动转变为晶体”可知，非晶体不稳定，晶体较稳定，由分析可知，非晶体不稳定，晶体较稳定，能量越低越稳定，说明非晶体是处于高能量状态，转变为晶体后趋向于低能量的稳定状态，答案选A。
6．请用四种特殊聚集状态的物质填空：
(1)_______中正、负电荷大致相等，总体看来呈准电中性，但此物质具有很好的导电性。
(2)_______既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性。
(3)_______无固定的熔沸点。
(4)_______具有良好的物理、化学特性，完全不同于微米或毫米量级的材料。
【答案】等离子体 液晶 非晶体 纳米材料
【解析】(1)等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，其正、负电荷大致相等，总体看来呈准电中性，但此物质具有很好的导电性；(2)某些物质在熔融状态或被溶剂溶解之后，尽管失去固态物质的刚性，却获得了液体的易流动性，并保留着部分晶态物质分子的各向异性有序排列，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态， 这种由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体称为液晶；(3)非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性排列的固体。它没有一定规则的外形，如玻璃、松香、石蜡、塑料等。它的物理性质在各个方向上是相同的，叫"各向同性"，它没有固定的熔点；(4) 纳米级结构材料简称为纳米材料，是指其结构单元的尺寸介于1纳米~100纳米范围之间，具有良好的物理、化学特性，完全不同于微米或毫米量级的材料。
课堂总结
1、晶体：是内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的物质。
非晶体：是内部的原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的物质。
2、晶体的基本性质
(1)自范性：即晶体能自发地呈现几何多面体外形的性质
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。
(2)均一性
(3)各向异性
(4)对称性
(5)有确定的熔点
3、晶体和非晶体的本质区别：构成固体的粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排列
4、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。
板书
设计
教学
反思
通过将原本作为演示的固体熔化过程改为学生自己动手的实验，可以有效提升学生的实验设计能力、小组合作能力和动手能力。这种实践操作有助于学生更深刻地理解固体熔化的特点，并能够利用实验数据进行图像分析和问题解决。
在课堂上多给学生自主发挥的空间，让他们参与到探索物理规律的活动中来。例如，可以让学生自选感兴趣的固体进行实验，自己根据图像描述不同固体熔化时的特点，以及自行分析熔点表等，这些都能激发学生的学习兴趣和主动性。
晶体与非晶体的学习为后续课题的学习打下了基础，尤其是晶体的辨别、晶体与晶胞的关系以及晶胞中原子数的计算等内容，这些都是空间思维能力形成的重要环节。
晶体结构是物理化学中的一个重要专业课程，它的学习对于理解化学及物理法则的实质意义非常有益。因此，教学中不仅要关注基础知识的传授，还应当注重晶体表征、结构及性质等方面的深入讲解。
教学过程中，教师需要确保学生能够掌握晶体和非晶体的基本概念、了解它们的物理性质、区分两者的不同之处，并能够识别晶体结构的不同类型以及应用相关知识解决实际问题。
为了加深学生对凝固现象的理解，可以布置相关的家庭实验，让学生在家中利用冰箱进行观察凝固现象的实验，并由学生自己设计实验的具体做法。