資源簡介

大概念統領下的高中化學物質結構與性質單元復習
——以水的共價鍵為輻射中心
一、教材分析
魯科版選《物質結構與性質》中的共價鍵、共價晶體分別隸屬第二章和第三章內容，共價鍵的特點、鍵參數、分類，共價晶體的特點、涉及晶胞的計算等內容，總體來看內容似乎比較少，但實際上知識的細枝末節較多，這些核心概念及一般概念間聯系較強，區別性差異性個別地方比較隱晦，將這些內容糅合到一起，對教師和學生來說都有一定難度，構建核心概念以及核心概念群的思維導圖對學生來說即陌生又極具挑戰性。
二、學情分析
高三學生已經學習了相關概念和知識，但本節課涉及的概念多且抽象，學生對知識的遺忘程度較高，且學生在學習結構化學相關知識的過程中，普遍反映基礎知識的理解比較困難，近幾年牽扯結構化學的高考試題難度也越來越大。因此雖然是已學知識，但知識點比較碎片化，沒有形成知識體系，所以學生對構建概念群的思維導圖、對于晶胞相關計算需要加強。
三、教學目標
【課程目標】
1. 以水中化學鍵為中心構建核心概念——共價鍵的思維導圖；
2. 以共價鍵為中心構建相關晶體核心概念群的思維導圖；
3. 通過思維導圖的構建，使學生總體上對結構知識有宏觀的大局把控，細節上對具體知識有微觀的區分與聯系。
【素養目標】
通過核心概念思維導圖的構建，培養學生證據推理與模型認知、變化觀念與平衡思想、科學探究與創新意識的化學學科核心素養。
四、教學過程
項目復習一 共價鍵
【視頻引入】
【問題1】：請同學們總結出從視頻中你獲取到了哪些信息？
【學生回答】
（1）H2O是生命之源；
（2）H2O是由2個H和1個O組成的3原子分子
（3）H2O鍵長0.94 A，鍵角104°45′
（4）H2O是極性分子
（5）H2O中的化學鍵是極性共價鍵
設計意圖：以視頻引入，激發學生學習的興趣，鍛煉學生獲取信息的能力。
【教師引導】
請同學們回憶《物質結構與性質》教材中有關共價鍵的知識，并以水中共價鍵為輻射中心構建共價鍵思維導圖。
【任務一】以水中共價鍵為輻射中心構建思維導圖
【學生活動】 一名學生黑板完善構建思維導圖，第二名學生補充，其他學生導學案上完成。
【學生活動1】構建思維導圖，并相互討論，得到正確的思維導圖。
【教師活動】通過匯總分析這一部分的高頻考點：共價鍵類型、鍵參數（鍵角、鍵長、鍵能）、電負性等，咱們一起來感受高考題。
【學生活動2】走進高考1
1. 短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序數依次增大。基態X、Z、Q原子均有兩個單電子，W簡單離子在同周期離子中半徑最小，Q與Z同主族。下列說法錯誤的是（ ）
A．X能與多種元素形成共價鍵 B．簡單氫化物沸點：Z＜Q
C．第一電離能：Y＞Z D．電負性：W＜Z
【教師活動】引導學生找突破口，找解題關鍵。
NH3、PH3、AsH3的沸點由高到低的順序為　 　 （ 填化學式，下同），還原性由強到弱的順序為　 ，鍵角由大到小的順序為　 。
【教師活動】 引導學生進行分析解析。
3．由鍵能數據大小，不能解釋下列事實的是（　　）
化學鍵 C﹣H Si﹣H C＝O C﹣O Si﹣O C﹣C Si﹣Si
鍵能/kJ mol﹣1 411 318 799 358 452 346 222
A．穩定性：CH4＞SiH4 B．鍵長：C＝O＜C﹣O
C．熔點：CO2＜SiO2 D．硬度：金剛石＞晶體硅
項目復習二 共價晶體
【問題2】：共價鍵可形成哪類晶體？
【學生回答】共價晶體、分子晶體
【問題3】：常見的共價晶體有哪些？
【學生回答】金剛石、SiC、SiO2、SiC、GaN、AlN、Si3N4、等，并總結出下表。
【學生活動3】再探金剛石
在金剛石晶體中每個碳原子周圍緊鄰的碳原子有多少個？4
2. 在金剛石晶體中每個碳原子連接有幾個共價鍵？4
3. 碳原子的配位數是幾？4
4. 在金剛石晶體中碳原子個數與C-C共價鍵個數之比是多少？ 1:2
5. 1mol該物質含有的共價鍵數目是多少？2NA
6. 1個碳原子形成幾個六元環？
7. 金剛石晶胞含有 個碳原子。若碳原子半徑為r，金剛石晶胞的邊長為a，根據硬球接觸模型，則r＝ a，晶體的密度= （列式表示，下同）碳原子在晶胞中的空間占有率 (列出計算式即可)。
【教師活動】
6.任意一個C原子，形成4根共價鍵，任取2根共價鍵，有C 4種組合，且2根共價鍵僅共存于2個六元環中：2× C 4=12
7.8
解析：利用1、2、3三個原子的位置，虛設硬球接觸中兩個原子的位置，可得到關系 ，從而得到兩者的關系，進而進行后兩問的解答。
【教師引導】有關晶胞計算的思維流程和常見晶胞的體積計算
強調：
【學生活動4】交流研討
觀察二氧化硅的晶體結構，思考下列問題：
（1）二氧化硅晶胞中有幾個硅原子和氧原子？
（2）二氧化硅晶胞中有幾個共價鍵？
（3）1個硅原子形成幾個12元環？
（4）二氧化硅最小環上有幾個原子？
【學生解答】教師和學生一起討論
Si原子數：8×1/8 ＋ 6×1/2 ＋ 4 ＝8 ；O原子數：4×4 ＝16
（2）每個晶胞中Si-O共價鍵數數：16×2 ＝32
（3）12個12元環
（4）由于每個硅原子被12個環共有，因此每個環只占有該硅原子的1/12，又因為每個最小環上有6個硅原子，所以每個最小環平均擁有的硅原子數為：6×（1/12）=0.5個。又因為SiO2晶體是由硅原子和氧原子按1:2的比例所組成，因此氧原子的數目為0.5×2=1個,每個最小環平均擁有1個氧原子
【問題4】：常見晶體類型還有哪些？
【學生回答】離子晶體、金屬晶體、分子晶體
【問題5】：共價晶體與其他晶體的區別與聯系是？
【學生整理】
【教師活動】這一部分在高考中高頻考點主要有：晶胞化學式的確定、晶體的密度、配位數、微粒間的距離、分數坐標等知識點。
【學生活動】走進高考2
1.（2021全國甲）我國科學家發明了高選擇性的二氧化碳加氫合成甲醇的催化劑，其組成為ZnO/ZrO2固溶體。四方ZrO2晶胞如圖所示。Zr4+離子在晶胞中的配位數 　 ，晶胞參數為apm、apm、cpm，該晶體密度為 　 　g cm﹣3（寫出表達式）。在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑，化學式可表示為ZnxZr1﹣xOy，則y＝　 　（用x表達）。
【教師活動】8；；2﹣x。
【教師和學生共同活動】Zr4+位于晶胞頂點，每個晶胞中有一個O2﹣與Zr4+距離最近，且面心的Zr4+與4個O2﹣相鄰，則配位數為8，晶胞中Zr4+位于頂點和面心，個數為8×+6×＝4，O2﹣位于晶胞體心，個數為8，則一個晶胞含有4個ZrO2，質量為，晶胞體積為a2c×10﹣30cm3，可知ρ＝＝g cm﹣3；在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑，化學式可表示為ZnxZr1﹣xOy，化合物中Zn為+2價、Zr為+4價、O為﹣2價，則2x+4×（1﹣x）＝2y，y＝2﹣x，
【學生活動】走進高考2
2.(2021全國乙)XeF2晶體屬四方晶系，晶胞參數如圖所示，晶胞棱邊夾角均為90°，該晶胞中有　 個XeF2分子。以晶胞參數為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置，稱為原子的分數坐標，如A點原子的分數坐標為已知Xe—F鍵長為rpm，則B點原子的分數坐標為　 　　 ，；晶胞中A、B間距離d＝　 　　 pm。
【師生活動】共同討論解決問題
【任務二】以共價鍵為中心構建核心概念群的思維導圖
【學生活動5】自行構建思維導圖二，并相互討論，得到正確的思維導圖。
五、當堂檢測
【基礎鞏固】
1.國外有人用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松,與此同時用射頻電火花噴射N2,此時碳、氮原子結合成碳氮化合物薄膜。據稱,這種化合物可能比金剛石還堅硬,其原因可能是(　　)　　　　　　　　　　　　　　
A.碳、氮原子構成空間網狀結構的晶體 B.碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵更長
C.氮原子最外層電子數比碳原子最外層電子數多 D.碳、氮的單質化學性質均不活潑
2.下列有關共價晶體的敘述不正確的是(　　)
A.金剛石和二氧化硅晶體的最小結構單元都是正四面體
B.含1 mol C的金剛石中C—C鍵數目是2NA,1 mol SiO2晶體中Si—O鍵數目是4NA(設NA為阿伏加德羅常數的值)
C.水晶熔化和干冰升華時,晶體中的共價鍵都會斷裂
D.SiO2晶體是共價晶體,所以晶體中不存在分子,SiO2不是它的分子式
3.已知SiC的熔點為2 830 ℃,晶胞結構如圖所示。下列說法錯誤的是(　 　)
A.SiC晶體中碳原子和硅原子均采用sp3雜化
B.硅單質的熔點高于2 830 ℃
C.距離硅原子最近且距離相等的碳原子數為4
D.若晶胞參數為a pm,則該晶體的密度為 g·cm-3
[素質提升]
4.利用皮秒激光照射懸浮在甲醇溶液中的多臂碳納米管可以合成T-碳，T-碳的晶體結構可看成金剛石晶體中每個碳原子被正四面體結構單元(由四個碳原子組成)替代，圖a、b分別為T-碳的晶胞和俯視圖，圖c為金剛石晶胞。
一個T-碳晶胞中含有_______個碳原子，T-碳的密度為金剛石的一半，則T-碳晶胞和金剛石晶胞的棱長之比為_______
六．教學反思與評價
1. 知識：由獨立的、散亂的模塊概念整合成一體化的核心概念群
2. 繪制核心概念思維導圖的過程，學生對概念間區別與聯系有了深刻的理解，并形成了概念網絡圖
3. 能力：通過概念零散化到模塊化、輔以高考真題強化，培養了學生信息獲取加工的能力、解決問題的能力

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