3-1 晶体的常识
【教学目标】之知识与技能
1、了解晶体与非晶体的本质差异、掌握晶体的基本性质
2、掌握晶体与晶胞的关系，通过对晶胞的分析，学会计算（均摊法）晶胞中粒子的个数
【教学目标】之过程与方法
1、通过生活常识、感情从宏观特征逐步过渡到微观特征，把握内部有序造就了外部有序
2、学会判断晶体的化学式以及计算晶胞中所含的粒子数目的方法，提高逻辑思维能力和空间想象能力
【教学目标】之情感态度与价值观
通过晶体结构的展示，使学生感受晶体的外在美和内在美
1、晶体与非晶体的区别【教学重点】 2、通过晶胞确定晶体的化学式
1、晶体与非晶体的区别【教学难点】 2、通过晶胞确定晶体的化学式
【教学方法】指导阅读法、讨论归纳法、讲练结合法、制作模型等
【课时安排】4课时
第一课时
【图片展示】欣赏几种美丽的晶体
雪花 冰糖
食盐
金刚石 石墨
水晶石
玛瑙
【观察思考】请观察下列的几种固体，判断是晶体还是非晶体？
一、晶体与非晶体
晶 体：经过结晶过程而形成的有规则几何外形的固体1、定义： 非晶体：没有规则几何外形的固体，又叫玻璃体
【问题探究】观察一些晶体和非晶体：晶体和非晶体在外形上有何不同？有规则几何外形的
固体是否就是晶体？
【讲解】晶体一般有规则的几何外形，但有规则的几何外形的固体不一定是晶体：晶体规则
的几何外形是自然形成的，如雪花、水晶；而有些有固体虽然有规则几何外形，但
这规则的几何外形是人为制造的，如玻璃砖、橡胶轮胎等不属于晶体。
【学与问】区别晶体和非晶态的最有效方法是什么呢？请阅读教材P62《科学视野》
【讲解】从谱线上看，晶体的谱线有特有的尖锐的突出部
分，就像是心电图一样；而非晶体则不具有这样
的特点，无突出部分，波动不大
【结论】X－射线衍射实验：是区分晶体和非晶体的最可
靠方法
【问题探究】晶体为什么会有规则的几何外形，而非晶体
没有？晶体与非晶体在本质上有何差异？
2、晶体的特征
⑴自范性
①定义:指晶体能自发地呈现多面体外形的性质
【学与问】仔细观察、分析教材P62图3-4，比较这两个
投影示意图有什么相同之处和不同之处？
【讲解】这是一个投影的平面图像，可以看出深蓝色代表了Si，浅蓝色代表了O，一个Si连
接了4个O，每个O连接了2个Si，这个结构非常的有序；而对于非晶体SiO2来说：每个Si依然是连接4个O，每个O连接了2个Si，但是每个环的大小是不同的，有
的环变大，有的环减小，环变小后，环的夹角就变小了，使得键有了张力，这样内
部的能量就升高了，随时就有可能弹开，因此就不够稳定。所以在这个过程中，在
右边的非晶体中，小范围内还是有序排列的，但大范围内就缺乏周期性的排列，即
是说近程有序，远程无序，就不能达到高度的有序，有点地方键的夹角发生了变形，有了键张力。所以，有序排列归根结底，可以使能量达到最低。也就是说，外观上
的自范性，是由于本质上的微观在三维上排列的有序性而带来的。又如铜的晶体结
构和NaCl晶体结构也是非常有序排列的。所以，实现有序排列是让它的内能最小、
最稳定的状态
②本质：微观晶体粒子周期性有序排列，能量最低
【问题探究】请阅读教材P60的最后一段并结合图3－1《天然水晶球里的玛瑙和水晶》，以及
P61的图3－2，分析如何才能形成晶体？
【讲解】在外层的冷却速度太快，Si、O原子没有来得及跑到应该到的位置上去，这个时候就
形成像玛瑙这样没有规则外形的块状物；内部的空洞，是由于中间冷得慢，Si、O原
子就有足够的时间跑到它应该的位置上，这样就能形成规则排列，进而就能得到规
则外形
③条件：生长速率适当
①将硫粉加热熔化后自然冷却
【实验】②在烧杯里加入适量碘，用装水的烧瓶放在烧杯上，然后加热 ③展示做好的硫酸铜晶体
①熔融态物质凝固
④晶体的形成途径：②气态物质凝华 ③溶质从溶液中析出（结晶）
【实验】分别用针加热涂有石蜡的石英片和玻璃片，观察石蜡熔化的图形，解释原因（视频）
【现象】石英玻璃上面的石蜡熔化出一个椭圆形，普通玻璃则是一个圆形
【讲解】通过实验我们知道：钢针的热量不是直接接触石蜡的，而是通过云母片和玻璃的传
递，若向每个方向传递热的速率是相同的，则每个方向的溶解速率就应该是相当的，就会熔化成玻璃那样的圆形，这说明它对热的传递是各向同性；若向每个方向传递
热的情况不一样，它的熔化情况就会是椭圆形，这就是对热传递的各向异性
晶 体：各向异性（导热、导电、光学）⑵ 非晶体：各向同性
【学与问】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？
【讲解】利用晶体与非晶体的性质差异来鉴别玻璃和宝石。宝石是晶体，具有固定的熔点和
各向异性，可以用硬度、熔点、折光率等性质来鉴别宝石
【思考与交流】粉末状的固体是否都为非晶体呢？（见教材P61图3－3《某些晶体的显微照
片》），那么，怎样判断固体是晶体还是非晶体呢？
【讲解】虽然固体粉末用肉眼看不到晶体的外形，但在光学显微镜或电子显微镜下可观察到
规则的晶体外形，也就是说，这些固体粉末仍然是晶体，只是由于晶粒太小，肉眼
看不到其规则的几何外形。所以说，只要是晶体，无论颗粒大小，都具有规则的几
何外形。这是因为无论大小，晶体粒子在微观空间里都呈现周期性的有序排列，反
映到宏观外形来看就是具有规则的几何外形
【学与问】分别加热冰和石蜡使其熔化，在熔化的过程中温度会发生怎样的变化？
【讲解】加热石蜡，当温度升高到一定程度后，开始软化，流动性增强，最后变成液体。整
个过程温度不断上升，并且在这个过程中没有固定的熔解热效应；而加热冰时，开
始温度升高，当开始熔化时温度又保持不变，直到全部熔化后温度又开始升高
晶 体：有固定熔点⑶ 非晶体：无固定熔点，有一定的熔点范围（熔程）
蜂巢 铜晶体 铜晶胞
【讲解】蜂巢的结构是由无数的正六边形，正六边形向各个方向——横向、纵向不断地重叠，
就得到一个无限砸开的结构，每一个正六边形和下一个正六边形之间，他们在平面
上来看：相邻的两个正六边形共用了一条边。我们把这个方式叫作“无隙并置”，没
有缝隙地并列放置在一起。对于铜晶体，人们也通过切割，也得到了一个可以在各
个方向上“无隙并置”而形成铜晶体，我们把这样切割出来的几何体叫作“晶胞”，
但要注意，晶胞在晶体中并不存在，而是人为划定的。
二、晶胞
1、定义：晶体中的最小重复单元（描述晶体结构的基本单元）
——→晶胞通过“无隙并置”形成晶体
晶胞无隙并置 ——————→ 晶体
2、晶胞和晶体的关系：晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成
【讲解】通过“无隙并置”我们可以看出：两个“无隙并置”在一起的晶胞之间是共用了一
个面的，也就是说，这个面上的原子是两个晶胞所共有的
【阅读】阅读教材P63第二段
3、晶胞的形状：习惯使用的晶胞都是平行六面体
【思考与交流】已知NaCl的晶胞为下图（左），下图（右）是该晶胞分为8等分后的小立方
体，为什么该立方体不是NaCl的晶胞？
【讲解】晶胞通过平移可以与其他的晶胞完全重合，将此小立方体平移后，与相邻的小立方
体不能完全重合，所以该小立方体不是NaCl的晶胞
【思考与结论】对比上左图NaCl晶胞和上右图不是NaCl的晶胞后思考：晶胞要有什么样的
结构特点才能经过“无隙并置”而形成晶体？
【讲解】要使晶胞能够无隙并置得到晶胞，那么每个晶胞通过三
维空间——上下、前后、左右的平移能够与下一个晶胞
完全重合。而要完全重合，则每个晶胞的8个顶点就必
须相同，同理，通过平移要达到“无隙并置”，那么晶
胞的平行面、平行的棱也必须相同才行
晶胞的8个顶点相同
4、晶胞的特点：平行六面体晶胞的平行棱相同 晶胞的平行面相同
5
【讲解】A中小的不是晶胞，因为8个顶点是不同的，平移后不能与下个晶胞完全重合；大的
是晶胞；B中小的不是晶胞，8个顶点也是不同的，平移后也不能与下个晶胞完全重合，大的是晶胞
【观察与思考】观察教材P64的图3-8，思考各个位置的原子是如何切分的？每个位置的原子
在该晶胞中占了多少？
6、晶胞中原子个数的计算——均摊法
111顶点： 棱： 面： 体心：1 842
【讲解】即：被几个晶胞共用，就为几分之一
【学与问】见教材P64
【练习】下面几种晶胞中分别含有几个原子？
1 1 绿：8×8+6×2＝4
1 灰：12×4＝4
【思考与结论】对比上左图NaCl晶胞和上右图不是NaCl的晶胞后思考：晶胞要有什么样的
结构特点才能经过“无隙并置”而形成晶体？
【讲解】要使晶胞能够无隙并置得到晶胞，那么每个晶胞通过三
维空间——上下、前后、左右的平移能够与下一个晶胞
完全重合。而要完全重合，则每个晶胞的8个顶点就必
须相同，同理，通过平移要达到“无隙并置”，那么晶
胞的平行面、平行的棱也必须相同才行
晶胞的8个顶点相同
4、晶胞的特点：平行六面体晶胞的平行棱相同 晶胞的平行面相同
5
【讲解】A中小的不是晶胞，因为8个顶点是不同的，平移后不能与下个晶胞完全重合；大的
是晶胞；B中小的不是晶胞，8个顶点也是不同的，平移后也不能与下个晶胞完全重合，大的是晶胞
【观察与思考】观察教材P64的图3-8，思考各个位置的原子是如何切分的？每个位置的原子
在该晶胞中占了多少？
6、晶胞中原子个数的计算——均摊法
111顶点： 棱： 面： 体心：1 842
【讲解】即：被几个晶胞共用，就为几分之一
【学与问】见教材P64
【练习】下面几种晶胞中分别含有几个原子？
1 1 绿：8×8+6×2＝4
1 灰：12×4＝4
【练习】钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。其
晶体的结构示意图如右图所示。则它的化学式为（ B ）
A．
6 C． BaTi2O4 D．BaTiO3
Ba
Ti
O
【练习】石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构（如图），试回答下列问题：（1）图
中平均每个正六边形占有C原子数为 2 个、占有的碳碳键数为 3 个。碳原子数目与碳碳化学键数目之比为 2︰3
【练习】下图左是NaCl晶胞示意图，晶胞中Na+和Cl¯的个数比是多少？
【练习】上图中是CO2分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个原子？
【练习】已知，NaCl的晶体结构是简单立方结构，见上图右，回答下列问题：
－ ⑴NaCl晶体中，每个Na+周围最近距离的Cl有 个？每个Cl-周围最近距离的Na+有 个
⑵在NaCl晶体中，每个Na+周围最近距离的Na+有 个？
⑶氯化钠的化学式用“NaCl”来表示，原因何在？能否把“NaCl”称为分子式？
⑷每个晶胞中平均有 个Na+？ 个Cl？（位于顶点、棱边、面心、体心上的粒子对该晶胞的贡献）
⑸该晶胞中，若Na+和Cl间的最近距离为0.5a×1010m，则晶体的密度ⅾ
【练习】在CsCl晶体中（见下图），每个Cs周围最近距离的Cs有几个？每个Cl周围最近
－CsCl”化学式的由来。 －－－－
3-2 分子晶体与原子晶体
【教学目标】之知识与技能
1、了解分子晶体的组成粒子、结构模型和结构特点及其性质的一般特点、使学生了解晶体类型与性质的关系
2、理解分子间作用力和氢键对物质物理性质的影响
3、知道一些常见的属于分子晶体的物质类别
【教学目标】之过程与方法
通过对分子晶体、原子晶体结构特点的学习，培养学生的抽象思维、发散思维和立体感
【教学目标】之情感态度与价值观
1、树立事物是相互联系的观点，培养辩证唯物主义观点
2、培养学生从宏观到微观，从现象到本质的科学认识事物方法
1、分子晶体、原子晶体的结构特点和性质特点【教学重点】 2、氢键对物质物理性质的影响
分子晶体、原子晶体的结构特点【教学难点】 氢键对冰晶体结构和性质的影响
【教学方法】运用模型和类比方法诱导分析归纳
【课时安排】4课时
【思考与交流】加热冰、碘、NaCl 会有何现象？
【讲解】冰会熔化，碘会升华，NaCl则无明显现象，这是因为冰和碘的熔沸点低的缘故
【练习】写出它们的电子式，指出其构成微粒类别、构成微粒间作用
···· ···· －＋【讲解】H∶O∶、∶I∶I∶、Na[∶Cl∶] ，构成微粒为：水分子、碘分子、钠离子和氯离子， ······· · H
即前二者都是由分子构成的物质，构成微粒间作用为分子间作用力（范德华力、氢键）
一、分子晶体
1、定义：只含分子的晶体称为分子晶体
2、构成粒子：分子
分子内：共价键3、晶体中的作用力： 分子间：分子间作用力——范德华力、氢键
【问题探究】分子晶体在熔化时，是否有新的物质生成？因此被破坏的是什么作用力？
【讲解】分子晶体在熔化时，没有新的物质生成，只是分子间的距离发生变化，而分子本身
没有变。所以分子内的共价键没有被破坏，被破坏的是分子间作用力。由于分子间作用力比较小，所以分子晶体熔沸点低、易升华、硬度小
4、分子晶体物理性质的共性：
⑴熔点低、易升华、硬度小
【思考与交流】“所有分子内都有共价键”，这个说法对否？
【讲解】错误；比如稀有气体分子是由单原子构成的，故分子内没有化学键
【思考与交流】HCl→HBr→HI，气态氢化物稳定性在递减，而沸点递增，这矛盾吗？
【讲解】不矛盾；物质的稳定性的决定因素是分子内的共价键键能，而沸点的决定因素是分
子间作用力（范德华力、氢键）；共价键键能大小由构成的原子半径决定：半径越小，键能越大，越稳定；范德华力由分子的相对分子质量决，相对分子质量越大，范德华力越大，沸点越高
【思考与交流】H2SO4 (s)溶于水或熔融时分别破坏了什么作用？H2SO4 (s)溶于水或熔融时导电
情况如何？
＋－【讲解】H2SO4(s)溶于水时：H2SO4===2H＋SO42，所以分子内的共价键被破坏；熔融时不
发生电离，只是分子间的距离发生了改变，所以破坏的是分子间作用力；因此溶于水时能导电，但熔融态时不到电。
⑵导电性：通常，晶体本身不导电，熔融状态也不能导电
【练习】以下晶体中哪些属于分子晶体？S、H2SO4、 C60、尿素、He 、NH3、SiO2、SO2、
P4O6、P、Cl2、C(金刚石)、H2S、冰醋酸
【讲解】只有SiO2、C(金刚石)不是——判断标准：只含分子。其中的S、P 因为组成复杂，
所以用元素符号表示；而金刚石、SiO2等是空间网状的结构，如图
【思考与交流】以上属于分子晶体的物质属于哪些类别？
⑴所有非金属氢化物：H2O、H2S、HX、NH3、CH4等
⑵部分非金属单质：卤素(X2)、O2、N2、P4、C60、稀有气体
例外：金刚石、晶体硅等
部分非金属氧化物：CO2、P4O6、P4O10、SO25、分子晶体类型：⑶
例外：二氧化硅等
⑷所有的酸：HCl、H2SO4、HNO3等
⑸绝大多数有机物：乙醇、醋酸、蔗糖等
【思考与交流】根据前面的练习，总结哪些物质在判断其是否为分子晶体时容易出错？
【讲解】最容易出错的是SiO2、C（金刚石）、S、P，没有金属、铵根离子看似分子的
6、分子晶体的结构特征
⑴分子间只有范德华力（大多数分子晶体）
【观察与讨论】请仔细观察P65图3－10《氧和碳60晶体结构图》结构图，看看晶胞中的分
子都处于立方体的哪些位置？
【讲解】在 O2、C60、CO2晶胞中，分子位于立方体的顶点和面心
【观察与讨论】在这个CO2晶胞(上右)中，离划圈CO2分子最近的分子在哪些位置？有几个？
【讲解】在这个晶胞中，离画圈CO2分子最近的分子在该面的四个顶点、和上下、前后四个
面的面心位置，共有8个
【观察与讨论】在干冰晶体中，离该CO2分子最近的分子有几个？
【讲解】见图解
【讲解】从干冰的晶胞结构可以看出，距其中一个CO2分子最近的分子有12个，即干冰晶体
中，CO2分子的配位数为12；除立方体的顶点有CO2分子外，每个面的面心也有一个CO2分子；同样，氧的晶体结构、碳60的晶体结构也就有相同的结构，我们把这样的结构叫作分子的密堆积，I2晶体也是
分子密堆积：每个分子周围有12个紧邻的分子，如C60、干冰、O2等
【学与问】干冰晶胞中，CO2分子位于哪些位置？有几种不同的排列方向？一个干冰晶胞中平
均有几个CO2分子？
【讲解】观察CO2晶胞可以看出：在8个顶点的CO2分子的走向是相同的，面心分子的走向
11是相同的，所以有两种不同的排列方向。平均有：8×6×＝4个CO2分子 82
⑵分子间作用力主要为氢键——不具有分子密堆积特征（如：HF、冰、NH3）
【观察与思考】请观察P66的图3－11《冰和液态水的结构对比》，回答下列问题：
⑴每个水分子周围有几个紧邻的水分子？——4（氢键的饱和性） 它们是什么样的空间关系？ ——四面体 为什么会这样排列？ ——形成了氢键，氢键有方向性 是否属于分子密堆积？ ——否⑵水分子按照这样的方式排列形成冰晶体和C60、CO2相比，结构上有何特点？ ——分子间有较大的空隙 对性质有何影响？ ——固态时密度减小⑶液态水中有无氢键？ ——局部几个分子间有氢键（右图） 和冰在结构上有什么区别？——空隙减少，密度增大
这种区别导致冰融化成水时体积有何变化？——体积减小
密度呢？ ——密度增大
【观察与思考】为什么4℃的水密度最大？
【讲解】氢键减少，空隙减小，使密度增大；热运动加剧，分子间距离增大，密度减小。在4℃
前氢键其主导作用，在4℃后热运动起主导作用，所以在4℃的水密度最大
①分子间主要是氢键作用
分子非密堆积（冰晶体）：②距水分子最近的分子有4个 ③属于空间网状结构
7
【练习】HgCl2HgCl2不能
导电，HgCl2的稀溶液有弱的导电能力，由下列关于HgCl2(s)的叙述中正确的是( B ) ①属于分子晶体；②属于离子化合物；③属于非电解质；④属于弱电解质。
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
【练习】四氯化硅的结构和四氯化碳类似，对其性质的推断，不正确的是（ B ） A．四氯化碳晶体是分子晶体 B．通常情况下为液态
C．熔点高于四氯化碳 D．属于正四面体的分子构型 【练习】干冰汽化时，下列所述内容发生变化的是( BC )
A．分子内共价键 B．分子间作用力 C．分子间距离 D．分子间的氢键
2则很高。由此说明，金刚石不可能是分子晶体。从金刚石的微观结构中可以看出：碳原子之间以共价键结合，每个碳原子以sp3杂化形成4个杂化轨道，并与相邻的4个碳原子结合形成了4个σ键，这些键就形成空间网状结构。12 g C从质量来看很少，但从原子来看缺有6.02×1023个C原子，如果写成分子的形式就是一个非常巨大的“分子”了，像这样的晶体是由原子构成的，我们叫作原子晶体 三、原子晶体
1、定义：相邻原子间以共价键相结合而形成三维网状结构的晶体 2、结构特点
⑴构成粒子：原子
⑵微粒间的作用：共价键
【学与问】从原子晶体粒子间的作用来看：原子晶体的三态变化、化学反应分别破坏是哪些
作用力？
【讲解】初中的时候我们说“三态变化改变的是分子间的距离”，这个说法是不准确的；三态
变化改变的是构成微粒的间距，破坏的是构成微粒间的作用：分子晶体构成微粒是分子，改变的是分子间的间距，破坏的是分子间作用力，原子晶体是由原子构成的，改变的是原子间的距离，破坏的是共价键。而共价键键能是很大的，同时在熔化时需要破坏所有的共价键，所以原子晶体的熔沸点高、硬度大
【阅读与思考】请阅读教材P69的《资料卡片》：《某些原子晶体的熔点和硬度》，再结合P68
图3－14下面一段内容，归纳原子晶体具有哪些物理性质？
熔点、沸点高硬度大
3、原子晶体性质的共性：
一般不导电——例外：晶体硅是半导体难溶于一些常见的溶剂
4、常见原子晶体
⑴以金刚石为代表的一类：
【观察与思考】请观察教材P64的图3-9中金刚石晶胞，找出晶胞中C原子的位置
【讲解】将金刚石晶胞平均分割成8块，我们会发现每相邻的2个立方体的体心有一个C原
子，小立方体4个顶点的C原子构成一个正四面体；体内的C原子与紧邻的三个面面心和顶点的C原子成键
【思考与交流】已知：晶体硅、锗的结构和金刚石相同。试分析：三者熔点的高低顺序
【讲解】三者结构相同，都是原子晶体，构成微粒间的作用力为共价键：原子半径越小，共
价键键能越大、越稳定，所以熔点：金刚石＞Si＞Ge
【思考与交流】已知：碳化硅的结构与金刚石相似，1个碳原子连接4个硅原子，1个硅原子
连接4个碳原子。试比较碳化硅与前三者的熔点
【讲解】原子半径：C＜Si＜Ge，所以键长：C－C＜C－Si＜Si－Si＜Ge－Ge，所以熔点：金
刚石＞SiC＞Si＞Ge
【思考与交流】根据价电子猜测原子晶体BN的可能结构？
【讲解】BN与两个C原子的价电子数是相等的，故BN晶体的价键结构与金刚石相同 【阅读】通过以上例子， 阅读69页 表3-3，有何体会？
【讲解】通过P69的《表3-3 某些原子晶体的熔点和硬度》比较，我们要弄清楚金刚石晶体
中点线面的关系，还要弄清楚原子晶体熔沸点、硬度的影响因素——原子半径 ①以金刚石为代表的一类原子晶体：金刚石、晶体硅、锗、SiC、BN ②性质：
结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，共价键键能越大，熔沸点越高 ⑵SiO2
【讲解】前面我们在学习等电子体的时候，要求大家找出CO2的等电子体，很多同学都写出
了SiO2，但我们并没有将SiO2作为CO2的等电子体，这是因为从性质上来看：干冰易升华，而水晶熔点高达1710℃，显然SiO2不是像CO2那样的分子晶体，实质是原子晶体
【观察与思考】观察SiO2与晶体硅结构的关系
【讲解】SiO2中每个Si与4个O结合构成正四面体，同时每个O与2个Si结合；SiO2晶体
中，最小的环上有12个原子（6个Si和6个O）。
Si原子与O原子个数比为：1∶(41＝1∶2，故得化学式：SiO2
2结构：
Si原子个数与Si—O键数之比为：1∶4
【讲解】原子晶体中不存在单个分子，它的化学式代表晶体中各构成粒子的个数比，而不代表真实的分子组成
⑴某些非金属单质：金刚石、晶体硅、晶体锗、晶体B
6、常见的原子晶体：
⑵某些非金属化合物：SiO2、SiC（金刚砂）、BN
三、分子晶体与原子晶体的比较
【练习】见教材P72习题1、2 【阅读自学】P69《科学视野》：
⑴什么是钻石？如何判断钻石的品质？
⑵天然的金刚石是如何形成的？产量丰富吗？是否都能用于打磨钻石？ ⑶人工是如何合成金刚石的？有哪些途径？合成金刚石与天然金刚石有什么区别？
【作业】P72 习题3、4、5
3-3 金属晶体
【教学目标】之知识与技能
1、了解金属的性质和形成原因
2、掌握金属键的本质——电子气理论
3、能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释金属的性质 【教学目标】之过程与方法
1、通过对金属单质的物理性质异同点的比较与分析，培养学生运用理论解释实际问题的能力
2、通过对金属晶体结构的学习与研究，培养学生观察能力，空间想像能力等 【教学目标】之情感态度与价值观
1、通过对金属健、金属晶体学习与认识，激发学生探索认识微观世界的兴趣
2、通过对金属单质物理性质的学习，进一步坚定“结构决定性质”这一研究物质性质的科学理念，形成正确的科学研究方法与科学态度
【教学重点】金属晶体模型，金属晶体的结构与金属性质的关系 【教学难点】金属晶体结构模型
【教学方法】指导阅读法、讨论归纳法、讲练结合法、类比、制作模型等 【课时安排】5课时 一、金属键 1、金属的通性
易导电、导热、有延展性、有金属光泽 【学与问】金属为什么有这些物理性质呢？
2、“电子气理论”
⑴“电子气理论”要点：
①金属原子“脱”掉的价电子形成自由电子
②金属原子脱掉的电子不再只属于自己，而被整个晶体共用 ③金属阳离子“浸泡”在“电子气”的“海洋”中
④“电子气”与金属阳离子之间存在较强的相互作用，即金属键
①构成粒子：金属阳离子和自由电子
⑵金属晶体：
②微粒间相互作用力：金属键
⑶金属键
【思考与交流】通过刚才的分析，金属键是否具有方向性和饱和性？
【讲解】自由电子在每个方向是可以自由移动的，没有方向性；每个金属阳离子周围的自由
电子数也是不固定的
①特点：既无饱和性也无方向性
②强弱影响因素：金属阳离子半径越小、所带电荷越多，金属键越强 ③规律：金属键越强，金属的熔沸点越高，硬度越大
【回顾与思考】回顾碱金属元素从上到下其单质的熔沸点的变化趋势如何？结合金属键思考
为什么这么变？
【讲解】碱金属的熔沸点从Li～Cs逐渐降低；这是因为碱金属属于金属晶体，而影响其熔沸
点的是金属键，而金属键随金属阳离子半径增大而减小，即从Li～Cs金属键减弱，所以熔沸点降低
【学与问】跟碱金属相比，卤素的熔沸点又是如何变化的？为什么？
【讲解】卤素的熔沸点从上到下升高；这是因为卤素单质是分子晶体，其熔沸点高低受分子
间作用力——范德华力影响：相对分子质量越大，范德华力也越大，晶体的熔沸点就越高
【练习】已知：要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键，则下列说法正确的是（ B ）
A．金属镁的熔点大于金属铝 B．碱金属单质的熔沸点从Li～Cs逐渐增大的 C．金属铝的硬度大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙 3、“电子气理论”的应用
【思考与交流】金属为什么易导电？
【讲解】没有外加电场时，自由电子是做无规则的热运动；在外加电场的作用下，自由电子
作定向移动，即导电
【问题探究】已知：温度越高，金属离子振动越厉害，对电子的阻碍越大。思考：温度越高，
金属的导电性是增强还是减弱？
【讲解】根据已知信息可以看出，升高温度后，金属离子振动加强，对自由电子运动的阻碍
增大，所以金属的导电性随温度升高而减弱。这也是为什么目前都只能在低温条件制得各种超导材料的原因
【问题探究】金属为什么易导热？
【讲解】加热→速率变快→碰撞→热传递
【问题探究】已知：温度越高，金属离子振动越厉害，对电子的阻碍越大。通俗的说，热导
率与单位时间内热量从一处传到相邻位置的多少成正比，那么升高温度，热导率又将如何变化？
【讲解】同样，温度越高，金属离子振动对自由电子的阻碍越大，所以热导率越低 【问题探究】金属为什么具有较好的延展性？
【讲解】金属键无方向性，层与层在外力作用下易发生相对滑动。而同时金属阳离子仍然被
“电子气”包裹着，依然是一个整体 4、合金
⑴定义：两种和两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质
①保留金属的化学性质，但物理性质改变很大
⑵合金的特点：②熔点通常比各成分金属的都低，如Na、K合金常温为液体
③强度、硬度一般比成分金属大
【练习】下列有关金属元素特征的叙述中正确的是（ B ）
A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性 B．金属元素在化合物中一定显正价 C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同 D．金属单质的熔点总是高于分子晶体 【讲解】金属的熔点有的很高，如W，也有很低，如Hg，所以跨度很大
二、金属晶体的原子堆积模型
【实验探究】将若干个小球放置在平面内紧密接触，看有几种排列方式？哪种方式更紧密？
1．金属晶体的原子二维排列方式
【讲解】在左边与任何一个原子紧密接触的原子有4个，右边的一个原子则与6个球紧密接
触，即前者的配位数为4，后者为6；后者原子间的排列是“对缝排列”，像这样的排列，圆球周围剩余的空隙小，我们叫作“密置层”排列，前者则叫作“非密置层”排列
⑴配 位 数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数
⑵密 置 层：平面上一个原子跟6个原子紧密相邻，剩余空隙小的排列方式 ⑶非密置层：平面上一个原子跟4个原子紧密相邻，剩余空隙大的排列方式 2．金属晶体的原子三维堆积方式
【观察与思考】请仔细观察P74的图3－23《金属晶体的堆积方式——简单立方堆积》，找出
其堆积的特点
【讲解】在这种堆积方式中，相邻非密置层原子的原子核在同一直线上进行堆积，每8个原
子就堆积出一个立方体，而8个原子则位于立方体的8个顶点上，像这样的堆积方式我们叫作“简单立方堆积” ⑴非密置层堆积方式
①简单立方堆积（Po型 ）：晶胞是一个简单的立方体的堆积方式
晶胞中含有1个原子特点：
棱上的2个原子紧密相连
【问题探究】请大家仔细观察晶胞结构，堆积这样一个晶胞需要几个原子？配位数是多少？
原子对空间的利用率是多少？
1
a、晶胞含原子个数：8×＝1
8
⑴ ⑵ 【讲解】选择晶胞的一个顶点如上⑴图，3绿色原子离红色原子最近，将8个晶胞堆积在一起
如上⑵图，形成一个大的立方体，在立方体的体心有一个是晶胞的一个顶点原子（红色），它与六个面的面心为8个晶胞另外3个顶点（绿色）的位置，直接相邻，所以其配位数为6
b、配位数：6 配位多面体：正八面体
a
【讲解】设一个晶胞的边长为a，则原子的半径为2
的百分比，所以有： V(原子)
c、空间利用率＝100%
V(晶胞)
4 a
(3 32V(原子)π
空间利用率＝100%＝100%＝×100%＝52%a6V(晶胞)
太低！ 43
πr3V(原子)
空间利用率＝×100%＝100%＝52%
(2r)V(晶胞)
【观察与思考】请大家观察P75的图3－24《金属晶体的堆积方式——体心立方堆积》，找出
其堆积的特点
【讲解】第二种堆积方式是上层的金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，并使非密置
层的原子稍稍分立，这样的堆积方式我们可以得到在体心有一个金属原子的立方体晶胞——体心立方堆积
②体心立方堆积（碱金属、Fe、Gr、Mo、W）——钾型
【学与问】体心立方堆积的晶胞个立方体。想一想，如果原来的非密置层上的原子保持紧密
接触，立方体中心能否容得下一个原子？
【讲解】容不下。从简单立方的利用率可以看出，那一个原子占了晶胞的52%的空间；从体
对角线长等于4r来进行计算也可以得到边长是大于2r的。所以体心立方堆积时每层原子不再紧密接触，而是被体心的原子给挤开了，即晶胞顶点的8个原子之间是有空隙的
【问题探究】请大家仔细观察晶胞结构，堆积这样一个晶胞需要几个原子？配位数是多少？
原子对空间的利用率是多少？
1
a、晶胞含原子个数：8×＋1＝2
8
【讲解】由于在立方体的体心有一个原子，所以，该原子到立方体的8个顶点都是等距的且
与8个顶点的原子紧密接触，所以其配位数为8
b、体对角线的33a＝4r c、配位数：8 配位多面体：立方体 d、空间利用率：
b2＝2a2 ∴b2a
∴c2＝a2 + b2＝a2 + 2a2 ∴c3a
∵c＝4r ∴r ＝4
4 3πr3
∴空间利用率＝a ×100%＝
68%
⑵密置层堆积方式
【讲解】密置层堆积方式不存在两层原子在同一直线的情况，只有相邻层紧密堆积方式，只
存在像非密置层的体心立方堆积一样：第二层填入第一层的金属原子形成的凹穴中
【思考与交流】第二层相对第一层来讲，最紧密的堆积方式有几种？对第一、二层来说，第
三层最紧密的堆积方式又有几种？
【讲解】密置层的原子按前面的“体心立方堆积”的方式堆积
【讲解】第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5 位。 ( 或对准 2，4，
6 位，其情形是一样的 ) 。关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。第三层将球对准第一层的球，于是，每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式，形成一个“六棱柱”式的“六方最密堆积”。
①六方最密堆积（Mg、Zn、Ti）——镁型
【观察与交流】请仔细观察P75的左边“六方最密堆积”图，思考其配位数是多少？你能计
算出它的空间利用率吗？
【讲解】在同一层中，中心原子与6个原子紧密接触，上、下两层各3个原子与它紧密接触，
所以其配位数为12；其晶胞为长方体形，空间利用率为74%
1
a、晶胞含原子个数：8×＋1＝2
8
b、配位数：12
c、空间利用率：74%
②面心立方最密堆积（Cu、Ag、Au）——铜型
【讲解】第三层的另一种排列方式是将球对准第一层的2、4、6位，不同于AB两层的位置，
这是C层；第四层再排A，于是形成了ABC、ABC 三层一个周期，得到面心立方堆积，配位数为：同层6个，上下两层各3个，共计12，空间利用率为
74%
面心立方最密堆积晶胞的特点：
11
a、晶胞含原子个数：8×64
82
b、面对角线上的3个原子紧密相切：4r2a
c、配位数：12
＝74%
ad、空间利用率＝
44×3πr3
【阅读与交流】请阅读教材P76的资料卡片《混合晶体》思考：石墨晶体的结构有什么特殊
的地方？在石墨晶体中存在哪里相互作用力？晶体中C原子的杂化方式与金刚石相同吗？
层内：C原子形成平面六元并环的平面网状结构
1、石墨晶体的结构：层状结构：
层间：以范德华力结合
2、层内剖析：
⑴C采取sp2杂化：
①3个杂化轨道与3个C形成C－C键（共价键），构成正六边形，键角120° ②未杂化的P轨道上的电子在该平面内自由运动，形成金属键
【讲解】由于石墨中跟金刚石一样都是以单键结合的，同时在同层内还有游离的自由电子，
即这个碳层是包裹在“电子气”中的，所以在熔化的时候除了要破坏共价键外，还要破坏金属键，因此石墨的熔点高于金刚石，但沸点相同
1
⑵每个正六边形平均占有原子数：6＝2
31
⑶C原子个数与C－C键之比：1∶（32∶3
2
熔点高（高于金刚石），沸点同金刚石
3、性质：硬度小
有导电性
【小结】 【作业】
3-4 离子晶体
【教学目标】之知识与技能
1、理解离子晶体的结构模型及其性质的一般特点
2、了解离子晶体中离子晶体配位数及其影响因素，了解决定离子晶体结构的重要因素 3、理解离子晶体的晶格能与性质的关系 【教学目标】之过程与方法
通过学习离子晶体的结构与性质，培养运用知识解决实际问题的能力，培养学生的空间想像能力
【教学目标】之情感态度与价值观
通过学习离子晶体的结构与性质，激发学生探究热情与精神。进一步认识“结构决定物质性质”的客观规律
1、离子晶体的结构模型及其性质的一般特点
【教学重点】2、离子晶体配位数及其影响因素
3、离子晶体的晶格能与性质的关系
1、离子晶体配位数及其影响因素；
【教学难点】
2、离子晶体的晶格能与性质的关系
【教学方法】分析、归纳、讨论、探究 【课时安排】4课时
【复习巩固】我们已经学习过几种晶体？它们的结构微粒和微粒间的相互作用分别是什么？ 【问题探究】什么是离子键？什么是离子化合物？
一、离子键和离子化合物
⑴定义：使阴、阳离子结合成化合物的静电作用
1、离子键：⑵成键粒子：阴、阳离子
⑶成键实质：阴、阳离子间静电作用
2、离子化合物：
⑴构成粒子：阴、阳离子 ⑵化学键：离子键
＋
⑶判断：凡是含金属元素或NH4的化合物 ⑷离子化合物的电子式：
H··＋
①简单阳离子直接用离子符号表示；NH4的电子式要打括号标电荷：H∶N∶H
··H
＋
②阴离子要打括号标电荷
【练习】请用电子式表示离子化合物MgCl2的形成过程
【讲解】用电子式表示物质的形成过程时，左边为原子的电子式，右边为化合物的电子式：
原子—→“分子” ······ － 2＋·· －
∶Cl·＋·Mg·＋·Cl∶—→[∶Cl∶] Mg[∶Cl∶] 用箭头标注电子转移方向 ······ ·· 左右相同的微粒均不合并
【思考与交流】离子化合物是否一定是离子晶体呢？
【讲解】晶体是固体，所以而离子化合物还可以是熔融状态，因此要注意状态 【练习】判断以下说法的正误
A．离子化合物只含离子键 ——NaOH B．含离子键的化合物一定为离子化合物 ——√ C．由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物 ——NH4Cl D．由两种非金属元素组成的化合物一定是共价化合物 ——√
二、离子晶体
1、定义：由阴离子和阳离子通过离子键结合而成的晶体 ⑴构成粒子：阴、阳离子
·· －＋
①阴阳离子间以离子键结合 Na[∶O∶H]
··
⑵相互作用：
·· －
②离子内可能有共价键 [∶O∶H]
··
【问题探究】下列物质的晶体哪些属离子晶体？
干冰、NaOH、H2SO4、K2SO4、NH4Cl、CsCl、Na2O、O2、Na2SO4、NaCl、CaF2 【结论】凡是离子化合物形成的晶体都是离子晶体
强碱
2、常见的离子晶体：活泼金属氧化物
绝大多数盐
较高的熔点和沸点硬度较大、难于压缩
3、离子晶体的物理共性：
在水中溶解度差异大（口诀），难溶于非极性溶剂固态时不导电，在水溶液或熔融状态下导电
【问题探究】为什么离子晶体的熔沸点较高？
【讲解】离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，构成微粒间的相互作用力是离子键，离子键是
比较强的相互作用，所以离子晶体的熔沸点比较高
【问题探究】如何区分离子晶体与分子晶体？
【讲解】离子晶体在固体不导电，但在水溶液或熔融状态下导电；而分子晶体固体和熔融状
态都不导电，溶液才导电；所以看熔融状态是否导电来区分 4、典型晶胞类型 ⑴NaCl型晶胞
＋－
【观察探究】请仔细观察P78图3－27中NaCl的晶胞：找出NaCl晶体中Na、Cl的排列规律
顶点和面心
①位置关系：
体心和棱
＋
－
【观察探究】Na与Cl的配位数分别是多少？
配位数（C．N．）：离子晶体中的配位数是指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目
＋
Na：6
②配位数：－ 配位多面体：正八面体
Cl：6【观察探究】仔细观察NaCl晶胞，找出Na和Cl的配位离子的空间构型
＋－
【讲解】见教材P78的图3-28，可以看出Na和Cl的配位离子在空间构成一个正八面体
＋＋－
【观察探究】请继续观察NaCl的晶胞，找出距离其中一个Na最近的Na有几个，距离Cl
－
最近的Cl有几个
＋＋
每个Na周围与它最接近且距离相等的Na共有12个
③在NaCl晶体中： （体心与棱） －－
每个Cl周围与它最接近且距离相等的Cl共有12个
＋－
【观察探究】请观察NaCl晶胞，并根据晶胞计算出一个晶胞中有多少个Na、Cl？
11＋
Na数为：86×4
82
④在一个NaCl晶胞中，含： 1－
Cl数为：12×＋1＝4
4
＋
－
【讲解】Na和Cl的个数比为1∶1，NaCl晶体中无分子，其化学式表示阴阳离子的个数比
⑵CsCl型晶胞——体心立方晶胞
＋－
顶点
①位置关系：
体心
Cs：8
②配位数：－ 配位多面体：立方体
Cl：8
＋
Cs数为：1＋－
1 ③在一个CsCl晶胞中，含：－ N(Cs)∶ N(Cl)＝1∶1
Cl数为：8×81
每个Cs周围与它最接近且距离相等的Cs共有6个
④CsCl晶体中： －－
每个Cl周围与它最接近且距离相等的Cl共有6个
＋
＋
＋
⑶CaF2晶胞
F位于立方体体内
①位置关系：2＋
Ca位于立方体的顶点和面心Ca2：8 配位多面体：立方体
②配位数：－
F：4 正四面体
＋－
Ca2＋数为：8× 1 × 1 4＋－
82③在一个CaF2晶胞中，含： N(Ca2)∶ N(F)＝1∶2
F－数为：8
⑷ZnS型晶胞
【观察探究】仔细观察CaF2和ZnS晶胞，看着二者之间有什么关系？再对比教材P64金刚石
晶胞，看看与ZnS晶胞有什么关系？
－
【讲解】将CaF2晶胞中的F去掉一半，就与ZnS晶胞相同，如果将ZnS晶胞中的Zn原子全
部换成黑色的小球，就与金刚石晶胞一样了
Zn2：位于立方体的顶点和面心
①位置关系：2－
S：位于立方体体内
＋
Zn2：4
②配位数：2－ 配位多面体：正四面体
S：4
＋
Zn2＋数为：8× 1 +6 1 4＋－
82③在一个ZnS晶胞中，含： N(Zn2)∶ N(S2)＝1∶2
S2－数为：4
3-5、3-6
5＋－
【讲解】在NaCl中，阳离子的半径与阴离子的半径比为0.52，CsCl中，Cs与Cl的半径比
为0.93，二者的比值不同，决定了离子晶体结构中配位数的不同，为什么呢？比如
将一个乒乓球放置在一堆篮球中，由于乒乓球的体积小，而篮球的体积大，这样乒乓球能够接触到的篮球数就很少，同样，篮球能够接触到的乒乓球也很少；而如果是一堆篮球，由于体积相同，所以，每个篮球就可以跟12个篮球接触（金属的最密堆积模型），所以，阳离子与阴离子的半径比决定了离子晶体中离子的配位数，我们叫作几何因素
【结论】AB位数越大
【思考与交流】在CaF2晶体中，它们的配位数为什么不同？是什么原因引起的？
【讲解】在CaF2晶体中，除了正负离子的半径比影响了离子的配位数外，离子的电荷数不同
也是重要原因之一
⑵电荷因素：正负离子电荷比的大小
【讲解】除了几何因素和电荷因素对离子晶体配位数的影响之外，形成晶体的离子键也对晶
体中离子的配位数有影响——离子键的纯粹程度，即属于离子键的百分比 ⑶键性因素：离子键的纯粹程度 三、碳酸盐晶体热分解的规律
【阅读与思考】请阅读教材P79的《科学视野》——复杂离子的晶体思考：碳酸盐热分解的
实质是什么？
【讲解】碳酸盐的热分解规律是由于晶体中的阳离子结合碳酸根离子中的氧离子，使碳酸根
离子分解成二氧化碳的结果
【阅读与思考】表3-7的有关数值说明了什么？
【讲解】都是ⅡA族的碳酸盐，非金属性逐渐增强，氧化物生成越容易，碳酸盐越容易分解；
＋＋＋＋
从其阳离子的半径按Mg2、Ca2、Sr2、Ba2也逐渐增大，MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的热分解温度逐渐升高，所以碳酸盐晶体热分解温度随着阳离子半径的增大而升高
1、碱金属的碳酸盐＞ⅡA族金属的碳酸盐 ＞过渡元素的碳酸盐
如：Na2CO3＞MgCO3＞FeCO3
2、在同族中，金属离子半径越大，碳酸盐越稳定：
如：BaCO3＞SrCO3＞CaCO3＞MgCO3
【练习】CaF2 晶体中正离子的配位数8，负离子的配位数为；TiO2晶体中正离子的配位
数为6，负离子的配位数为 3 ；ZnS晶体中负离子的配位数是4，正离子的配位数为 4 。 六、晶格能
【讲解】在离子晶体中，并没有一个离子和一个离子的一一对应关系，如NaCl晶体中：一个
＋－－＋
Na周围有6个Cl，一个Cl周围有6个Na，如果每个一对一的单一影响的话，
就无法全盘来衡量，所以需要有一个整体的衡量，叫晶格能，它最能反映离子晶体的稳定性
1、定义：气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量
【讲解】晶格能是指1 mol的离子化合物中的阴阳离子，由相互远离的气态，结合成离子晶体
时所释放出的能量或拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量 2、单位：kJ/mol 3、影响因素 【阅读与探究】请仔细阅读教材P80的表3－8的3个表，看看晶格能的大小受什么因素影响？ 【讲解】从第一个表来看，无论是哪一列，从上到下的晶格能都是在减小，而从上到下是从
＋＋－－
Li～Cs，其半径是在逐渐增大；再从横行来看：从F～I的半径也在增大，其晶格能在逐渐减小，所以可以说：晶格能随着离子半径的增大而减小 ⑴离子半径：随着离子半径的增大而减小
【问题探究】请比较下列几种晶体的晶格能的大小，找出它们之间的相互关系和递变规律
【讲解】从各对比数据来看，离子半径相差不大时，晶格能随着离子电荷数的增加而增大：
与离子电荷的乘积成正比
⑵离子电荷：随离子电荷的增大而增大 4、离子晶体性质与晶格能的关系
【阅读与探究】请仔细阅读P80～81的表，归纳出离子晶体的熔点及硬度与晶格能的关系 【讲解】从Na的卤化物来看，随着晶格能的减小，晶体的熔点也在逐渐减低、硬度减小；同
样，碱土金属的氧化物也呈现出一样的递变规律
【阅读与思考】请仔细阅读《科学视野—岩浆晶出规则与晶格能》，思考下列问题：①什么
是岩浆晶出？②晶出与晶格能有什么关系？为什么会有这样的关系？
5、岩浆晶出顺序与晶格能的关系？
⑴晶出：指火山喷出的岩浆冷却时矿物的析出 ⑵岩浆晶出规则：矿物从岩浆中先后结晶的规律
①岩浆的组成
⑶晶出影响：
②晶体的晶格能大小晶格能越大，越早析出晶体
⑷晶出规律：
越早达到饱和，越易析出
【归纳】晶格能对离子晶体性质的影响
晶格能越大
︱↓
离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大
︱↓
岩浆中的矿物越易结晶析出，越易生成
3-1 晶体的常识
【教学目标】之知识与技能
1、了解晶体与非晶体的本质差异、掌握晶体的基本性质
2、掌握晶体与晶胞的关系，通过对晶胞的分析，学会计算（均摊法）晶胞中粒子的个数
【教学目标】之过程与方法
1、通过生活常识、感情从宏观特征逐步过渡到微观特征，把握内部有序造就了外部有序
2、学会判断晶体的化学式以及计算晶胞中所含的粒子数目的方法，提高逻辑思维能力和空间想象能力
【教学目标】之情感态度与价值观
通过晶体结构的展示，使学生感受晶体的外在美和内在美
1、晶体与非晶体的区别【教学重点】 2、通过晶胞确定晶体的化学式
1、晶体与非晶体的区别【教学难点】 2、通过晶胞确定晶体的化学式
【教学方法】指导阅读法、讨论归纳法、讲练结合法、制作模型等
【课时安排】4课时
第一课时
【图片展示】欣赏几种美丽的晶体
雪花 冰糖
食盐
金刚石 石墨
水晶石
玛瑙
【观察思考】请观察下列的几种固体，判断是晶体还是非晶体？
一、晶体与非晶体
晶 体：经过结晶过程而形成的有规则几何外形的固体1、定义： 非晶体：没有规则几何外形的固体，又叫玻璃体
【问题探究】观察一些晶体和非晶体：晶体和非晶体在外形上有何不同？有规则几何外形的
固体是否就是晶体？
【讲解】晶体一般有规则的几何外形，但有规则的几何外形的固体不一定是晶体：晶体规则
的几何外形是自然形成的，如雪花、水晶；而有些有固体虽然有规则几何外形，但
这规则的几何外形是人为制造的，如玻璃砖、橡胶轮胎等不属于晶体。
【学与问】区别晶体和非晶态的最有效方法是什么呢？请阅读教材P62《科学视野》
【讲解】从谱线上看，晶体的谱线有特有的尖锐的突出部
分，就像是心电图一样；而非晶体则不具有这样
的特点，无突出部分，波动不大
【结论】X－射线衍射实验：是区分晶体和非晶体的最可
靠方法
【问题探究】晶体为什么会有规则的几何外形，而非晶体
没有？晶体与非晶体在本质上有何差异？
2、晶体的特征
⑴自范性
①定义:指晶体能自发地呈现多面体外形的性质
【学与问】仔细观察、分析教材P62图3-4，比较这两个
投影示意图有什么相同之处和不同之处？
【讲解】这是一个投影的平面图像，可以看出深蓝色代表了Si，浅蓝色代表了O，一个Si连
接了4个O，每个O连接了2个Si，这个结构非常的有序；而对于非晶体SiO2来说：每个Si依然是连接4个O，每个O连接了2个Si，但是每个环的大小是不同的，有
的环变大，有的环减小，环变小后，环的夹角就变小了，使得键有了张力，这样内
部的能量就升高了，随时就有可能弹开，因此就不够稳定。所以在这个过程中，在
右边的非晶体中，小范围内还是有序排列的，但大范围内就缺乏周期性的排列，即
是说近程有序，远程无序，就不能达到高度的有序，有点地方键的夹角发生了变形，有了键张力。所以，有序排列归根结底，可以使能量达到最低。也就是说，外观上
的自范性，是由于本质上的微观在三维上排列的有序性而带来的。又如铜的晶体结
构和NaCl晶体结构也是非常有序排列的。所以，实现有序排列是让它的内能最小、
最稳定的状态
②本质：微观晶体粒子周期性有序排列，能量最低
【问题探究】请阅读教材P60的最后一段并结合图3－1《天然水晶球里的玛瑙和水晶》，以及
P61的图3－2，分析如何才能形成晶体？
【讲解】在外层的冷却速度太快，Si、O原子没有来得及跑到应该到的位置上去，这个时候就
形成像玛瑙这样没有规则外形的块状物；内部的空洞，是由于中间冷得慢，Si、O原
子就有足够的时间跑到它应该的位置上，这样就能形成规则排列，进而就能得到规
则外形
③条件：生长速率适当
①将硫粉加热熔化后自然冷却
【实验】②在烧杯里加入适量碘，用装水的烧瓶放在烧杯上，然后加热 ③展示做好的硫酸铜晶体
①熔融态物质凝固
④晶体的形成途径：②气态物质凝华 ③溶质从溶液中析出（结晶）
【实验】分别用针加热涂有石蜡的石英片和玻璃片，观察石蜡熔化的图形，解释原因（视频）
【现象】石英玻璃上面的石蜡熔化出一个椭圆形，普通玻璃则是一个圆形
【讲解】通过实验我们知道：钢针的热量不是直接接触石蜡的，而是通过云母片和玻璃的传
递，若向每个方向传递热的速率是相同的，则每个方向的溶解速率就应该是相当的，就会熔化成玻璃那样的圆形，这说明它对热的传递是各向同性；若向每个方向传递
热的情况不一样，它的熔化情况就会是椭圆形，这就是对热传递的各向异性
晶 体：各向异性（导热、导电、光学）⑵ 非晶体：各向同性
【学与问】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？
【讲解】利用晶体与非晶体的性质差异来鉴别玻璃和宝石。宝石是晶体，具有固定的熔点和
各向异性，可以用硬度、熔点、折光率等性质来鉴别宝石
【思考与交流】粉末状的固体是否都为非晶体呢？（见教材P61图3－3《某些晶体的显微照
片》），那么，怎样判断固体是晶体还是非晶体呢？
【讲解】虽然固体粉末用肉眼看不到晶体的外形，但在光学显微镜或电子显微镜下可观察到
规则的晶体外形，也就是说，这些固体粉末仍然是晶体，只是由于晶粒太小，肉眼
看不到其规则的几何外形。所以说，只要是晶体，无论颗粒大小，都具有规则的几
何外形。这是因为无论大小，晶体粒子在微观空间里都呈现周期性的有序排列，反
映到宏观外形来看就是具有规则的几何外形
【学与问】分别加热冰和石蜡使其熔化，在熔化的过程中温度会发生怎样的变化？
【讲解】加热石蜡，当温度升高到一定程度后，开始软化，流动性增强，最后变成液体。整
个过程温度不断上升，并且在这个过程中没有固定的熔解热效应；而加热冰时，开
始温度升高，当开始熔化时温度又保持不变，直到全部熔化后温度又开始升高
晶 体：有固定熔点⑶ 非晶体：无固定熔点，有一定的熔点范围（熔程）
蜂巢 铜晶体 铜晶胞
【讲解】蜂巢的结构是由无数的正六边形，正六边形向各个方向——横向、纵向不断地重叠，
就得到一个无限砸开的结构，每一个正六边形和下一个正六边形之间，他们在平面
上来看：相邻的两个正六边形共用了一条边。我们把这个方式叫作“无隙并置”，没
有缝隙地并列放置在一起。对于铜晶体，人们也通过切割，也得到了一个可以在各
个方向上“无隙并置”而形成铜晶体，我们把这样切割出来的几何体叫作“晶胞”，
但要注意，晶胞在晶体中并不存在，而是人为划定的。
二、晶胞
1、定义：晶体中的最小重复单元（描述晶体结构的基本单元）
——→晶胞通过“无隙并置”形成晶体
晶胞无隙并置 ——————→ 晶体
2、晶胞和晶体的关系：晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成
【讲解】通过“无隙并置”我们可以看出：两个“无隙并置”在一起的晶胞之间是共用了一
个面的，也就是说，这个面上的原子是两个晶胞所共有的
【阅读】阅读教材P63第二段
3、晶胞的形状：习惯使用的晶胞都是平行六面体
【思考与交流】已知NaCl的晶胞为下图（左），下图（右）是该晶胞分为8等分后的小立方
体，为什么该立方体不是NaCl的晶胞？
【讲解】晶胞通过平移可以与其他的晶胞完全重合，将此小立方体平移后，与相邻的小立方
体不能完全重合，所以该小立方体不是NaCl的晶胞
【思考与结论】对比上左图NaCl晶胞和上右图不是NaCl的晶胞后思考：晶胞要有什么样的
结构特点才能经过“无隙并置”而形成晶体？
【讲解】要使晶胞能够无隙并置得到晶胞，那么每个晶胞通过三
维空间——上下、前后、左右的平移能够与下一个晶胞
完全重合。而要完全重合，则每个晶胞的8个顶点就必
须相同，同理，通过平移要达到“无隙并置”，那么晶
胞的平行面、平行的棱也必须相同才行
晶胞的8个顶点相同
4、晶胞的特点：平行六面体晶胞的平行棱相同 晶胞的平行面相同
5
【讲解】A中小的不是晶胞，因为8个顶点是不同的，平移后不能与下个晶胞完全重合；大的
是晶胞；B中小的不是晶胞，8个顶点也是不同的，平移后也不能与下个晶胞完全重合，大的是晶胞
【观察与思考】观察教材P64的图3-8，思考各个位置的原子是如何切分的？每个位置的原子
在该晶胞中占了多少？
6、晶胞中原子个数的计算——均摊法
111顶点： 棱： 面： 体心：1 842
【讲解】即：被几个晶胞共用，就为几分之一
【学与问】见教材P64
【练习】下面几种晶胞中分别含有几个原子？
1 1 绿：8×8+6×2＝4
1 灰：12×4＝4
【思考与结论】对比上左图NaCl晶胞和上右图不是NaCl的晶胞后思考：晶胞要有什么样的
结构特点才能经过“无隙并置”而形成晶体？
【讲解】要使晶胞能够无隙并置得到晶胞，那么每个晶胞通过三
维空间——上下、前后、左右的平移能够与下一个晶胞
完全重合。而要完全重合，则每个晶胞的8个顶点就必
须相同，同理，通过平移要达到“无隙并置”，那么晶
胞的平行面、平行的棱也必须相同才行
晶胞的8个顶点相同
4、晶胞的特点：平行六面体晶胞的平行棱相同 晶胞的平行面相同
5
【讲解】A中小的不是晶胞，因为8个顶点是不同的，平移后不能与下个晶胞完全重合；大的
是晶胞；B中小的不是晶胞，8个顶点也是不同的，平移后也不能与下个晶胞完全重合，大的是晶胞
【观察与思考】观察教材P64的图3-8，思考各个位置的原子是如何切分的？每个位置的原子
在该晶胞中占了多少？
6、晶胞中原子个数的计算——均摊法
111顶点： 棱： 面： 体心：1 842
【讲解】即：被几个晶胞共用，就为几分之一
【学与问】见教材P64
【练习】下面几种晶胞中分别含有几个原子？
1 1 绿：8×8+6×2＝4
1 灰：12×4＝4
【练习】钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。其
晶体的结构示意图如右图所示。则它的化学式为（ B ）
A．
6 C． BaTi2O4 D．BaTiO3
Ba
Ti
O
【练习】石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构（如图），试回答下列问题：（1）图
中平均每个正六边形占有C原子数为 2 个、占有的碳碳键数为 3 个。碳原子数目与碳碳化学键数目之比为 2︰3
【练习】下图左是NaCl晶胞示意图，晶胞中Na+和Cl¯的个数比是多少？
【练习】上图中是CO2分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个原子？
【练习】已知，NaCl的晶体结构是简单立方结构，见上图右，回答下列问题：
－ ⑴NaCl晶体中，每个Na+周围最近距离的Cl有 个？每个Cl-周围最近距离的Na+有 个
⑵在NaCl晶体中，每个Na+周围最近距离的Na+有 个？
⑶氯化钠的化学式用“NaCl”来表示，原因何在？能否把“NaCl”称为分子式？
⑷每个晶胞中平均有 个Na+？ 个Cl？（位于顶点、棱边、面心、体心上的粒子对该晶胞的贡献）
⑸该晶胞中，若Na+和Cl间的最近距离为0.5a×1010m，则晶体的密度ⅾ
【练习】在CsCl晶体中（见下图），每个Cs周围最近距离的Cs有几个？每个Cl周围最近
－CsCl”化学式的由来。 －－－－
3-2 分子晶体与原子晶体
【教学目标】之知识与技能
1、了解分子晶体的组成粒子、结构模型和结构特点及其性质的一般特点、使学生了解晶体类型与性质的关系
2、理解分子间作用力和氢键对物质物理性质的影响
3、知道一些常见的属于分子晶体的物质类别
【教学目标】之过程与方法
通过对分子晶体、原子晶体结构特点的学习，培养学生的抽象思维、发散思维和立体感
【教学目标】之情感态度与价值观
1、树立事物是相互联系的观点，培养辩证唯物主义观点
2、培养学生从宏观到微观，从现象到本质的科学认识事物方法
1、分子晶体、原子晶体的结构特点和性质特点【教学重点】 2、氢键对物质物理性质的影响
分子晶体、原子晶体的结构特点【教学难点】 氢键对冰晶体结构和性质的影响
【教学方法】运用模型和类比方法诱导分析归纳
【课时安排】4课时
【思考与交流】加热冰、碘、NaCl 会有何现象？
【讲解】冰会熔化，碘会升华，NaCl则无明显现象，这是因为冰和碘的熔沸点低的缘故
【练习】写出它们的电子式，指出其构成微粒类别、构成微粒间作用
···· ···· －＋【讲解】H∶O∶、∶I∶I∶、Na[∶Cl∶] ，构成微粒为：水分子、碘分子、钠离子和氯离子， ······· · H
即前二者都是由分子构成的物质，构成微粒间作用为分子间作用力（范德华力、氢键）
一、分子晶体
1、定义：只含分子的晶体称为分子晶体
2、构成粒子：分子
分子内：共价键3、晶体中的作用力： 分子间：分子间作用力——范德华力、氢键
【问题探究】分子晶体在熔化时，是否有新的物质生成？因此被破坏的是什么作用力？
【讲解】分子晶体在熔化时，没有新的物质生成，只是分子间的距离发生变化，而分子本身
没有变。所以分子内的共价键没有被破坏，被破坏的是分子间作用力。由于分子间作用力比较小，所以分子晶体熔沸点低、易升华、硬度小
4、分子晶体物理性质的共性：
⑴熔点低、易升华、硬度小
【思考与交流】“所有分子内都有共价键”，这个说法对否？
【讲解】错误；比如稀有气体分子是由单原子构成的，故分子内没有化学键
【思考与交流】HCl→HBr→HI，气态氢化物稳定性在递减，而沸点递增，这矛盾吗？
【讲解】不矛盾；物质的稳定性的决定因素是分子内的共价键键能，而沸点的决定因素是分
子间作用力（范德华力、氢键）；共价键键能大小由构成的原子半径决定：半径越小，键能越大，越稳定；范德华力由分子的相对分子质量决，相对分子质量越大，范德华力越大，沸点越高
【思考与交流】H2SO4 (s)溶于水或熔融时分别破坏了什么作用？H2SO4 (s)溶于水或熔融时导电
情况如何？
＋－【讲解】H2SO4(s)溶于水时：H2SO4===2H＋SO42，所以分子内的共价键被破坏；熔融时不
发生电离，只是分子间的距离发生了改变，所以破坏的是分子间作用力；因此溶于水时能导电，但熔融态时不到电。
⑵导电性：通常，晶体本身不导电，熔融状态也不能导电
【练习】以下晶体中哪些属于分子晶体？S、H2SO4、 C60、尿素、He 、NH3、SiO2、SO2、
P4O6、P、Cl2、C(金刚石)、H2S、冰醋酸
【讲解】只有SiO2、C(金刚石)不是——判断标准：只含分子。其中的S、P 因为组成复杂，
所以用元素符号表示；而金刚石、SiO2等是空间网状的结构，如图
【思考与交流】以上属于分子晶体的物质属于哪些类别？
⑴所有非金属氢化物：H2O、H2S、HX、NH3、CH4等
⑵部分非金属单质：卤素(X2)、O2、N2、P4、C60、稀有气体
例外：金刚石、晶体硅等
部分非金属氧化物：CO2、P4O6、P4O10、SO25、分子晶体类型：⑶
例外：二氧化硅等
⑷所有的酸：HCl、H2SO4、HNO3等
⑸绝大多数有机物：乙醇、醋酸、蔗糖等
【思考与交流】根据前面的练习，总结哪些物质在判断其是否为分子晶体时容易出错？
【讲解】最容易出错的是SiO2、C（金刚石）、S、P，没有金属、铵根离子看似分子的
6、分子晶体的结构特征
⑴分子间只有范德华力（大多数分子晶体）
【观察与讨论】请仔细观察P65图3－10《氧和碳60晶体结构图》结构图，看看晶胞中的分
子都处于立方体的哪些位置？
【讲解】在 O2、C60、CO2晶胞中，分子位于立方体的顶点和面心
【观察与讨论】在这个CO2晶胞(上右)中，离划圈CO2分子最近的分子在哪些位置？有几个？
【讲解】在这个晶胞中，离画圈CO2分子最近的分子在该面的四个顶点、和上下、前后四个
面的面心位置，共有8个
【观察与讨论】在干冰晶体中，离该CO2分子最近的分子有几个？
【讲解】见图解
【讲解】从干冰的晶胞结构可以看出，距其中一个CO2分子最近的分子有12个，即干冰晶体
中，CO2分子的配位数为12；除立方体的顶点有CO2分子外，每个面的面心也有一个CO2分子；同样，氧的晶体结构、碳60的晶体结构也就有相同的结构，我们把这样的结构叫作分子的密堆积，I2晶体也是
分子密堆积：每个分子周围有12个紧邻的分子，如C60、干冰、O2等
【学与问】干冰晶胞中，CO2分子位于哪些位置？有几种不同的排列方向？一个干冰晶胞中平
均有几个CO2分子？
【讲解】观察CO2晶胞可以看出：在8个顶点的CO2分子的走向是相同的，面心分子的走向
11是相同的，所以有两种不同的排列方向。平均有：8×6×＝4个CO2分子 82
⑵分子间作用力主要为氢键——不具有分子密堆积特征（如：HF、冰、NH3）
【观察与思考】请观察P66的图3－11《冰和液态水的结构对比》，回答下列问题：
⑴每个水分子周围有几个紧邻的水分子？——4（氢键的饱和性） 它们是什么样的空间关系？ ——四面体 为什么会这样排列？ ——形成了氢键，氢键有方向性 是否属于分子密堆积？ ——否⑵水分子按照这样的方式排列形成冰晶体和C60、CO2相比，结构上有何特点？ ——分子间有较大的空隙 对性质有何影响？ ——固态时密度减小⑶液态水中有无氢键？ ——局部几个分子间有氢键（右图） 和冰在结构上有什么区别？——空隙减少，密度增大
这种区别导致冰融化成水时体积有何变化？——体积减小
密度呢？ ——密度增大
【观察与思考】为什么4℃的水密度最大？
【讲解】氢键减少，空隙减小，使密度增大；热运动加剧，分子间距离增大，密度减小。在4℃
前氢键其主导作用，在4℃后热运动起主导作用，所以在4℃的水密度最大
①分子间主要是氢键作用
分子非密堆积（冰晶体）：②距水分子最近的分子有4个 ③属于空间网状结构
7
【练习】HgCl2HgCl2不能
导电，HgCl2的稀溶液有弱的导电能力，由下列关于HgCl2(s)的叙述中正确的是( B ) ①属于分子晶体；②属于离子化合物；③属于非电解质；④属于弱电解质。
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
【练习】四氯化硅的结构和四氯化碳类似，对其性质的推断，不正确的是（ B ） A．四氯化碳晶体是分子晶体 B．通常情况下为液态
C．熔点高于四氯化碳 D．属于正四面体的分子构型 【练习】干冰汽化时，下列所述内容发生变化的是( BC )
A．分子内共价键 B．分子间作用力 C．分子间距离 D．分子间的氢键
2则很高。由此说明，金刚石不可能是分子晶体。从金刚石的微观结构中可以看出：碳原子之间以共价键结合，每个碳原子以sp3杂化形成4个杂化轨道，并与相邻的4个碳原子结合形成了4个σ键，这些键就形成空间网状结构。12 g C从质量来看很少，但从原子来看缺有6.02×1023个C原子，如果写成分子的形式就是一个非常巨大的“分子”了，像这样的晶体是由原子构成的，我们叫作原子晶体 三、原子晶体
1、定义：相邻原子间以共价键相结合而形成三维网状结构的晶体 2、结构特点
⑴构成粒子：原子
⑵微粒间的作用：共价键
【学与问】从原子晶体粒子间的作用来看：原子晶体的三态变化、化学反应分别破坏是哪些
作用力？
【讲解】初中的时候我们说“三态变化改变的是分子间的距离”，这个说法是不准确的；三态
变化改变的是构成微粒的间距，破坏的是构成微粒间的作用：分子晶体构成微粒是分子，改变的是分子间的间距，破坏的是分子间作用力，原子晶体是由原子构成的，改变的是原子间的距离，破坏的是共价键。而共价键键能是很大的，同时在熔化时需要破坏所有的共价键，所以原子晶体的熔沸点高、硬度大
【阅读与思考】请阅读教材P69的《资料卡片》：《某些原子晶体的熔点和硬度》，再结合P68
图3－14下面一段内容，归纳原子晶体具有哪些物理性质？
熔点、沸点高硬度大
3、原子晶体性质的共性：
一般不导电——例外：晶体硅是半导体难溶于一些常见的溶剂
4、常见原子晶体
⑴以金刚石为代表的一类：
【观察与思考】请观察教材P64的图3-9中金刚石晶胞，找出晶胞中C原子的位置
【讲解】将金刚石晶胞平均分割成8块，我们会发现每相邻的2个立方体的体心有一个C原
子，小立方体4个顶点的C原子构成一个正四面体；体内的C原子与紧邻的三个面面心和顶点的C原子成键
【思考与交流】已知：晶体硅、锗的结构和金刚石相同。试分析：三者熔点的高低顺序
【讲解】三者结构相同，都是原子晶体，构成微粒间的作用力为共价键：原子半径越小，共
价键键能越大、越稳定，所以熔点：金刚石＞Si＞Ge
【思考与交流】已知：碳化硅的结构与金刚石相似，1个碳原子连接4个硅原子，1个硅原子
连接4个碳原子。试比较碳化硅与前三者的熔点
【讲解】原子半径：C＜Si＜Ge，所以键长：C－C＜C－Si＜Si－Si＜Ge－Ge，所以熔点：金
刚石＞SiC＞Si＞Ge
【思考与交流】根据价电子猜测原子晶体BN的可能结构？
【讲解】BN与两个C原子的价电子数是相等的，故BN晶体的价键结构与金刚石相同 【阅读】通过以上例子， 阅读69页 表3-3，有何体会？
【讲解】通过P69的《表3-3 某些原子晶体的熔点和硬度》比较，我们要弄清楚金刚石晶体
中点线面的关系，还要弄清楚原子晶体熔沸点、硬度的影响因素——原子半径 ①以金刚石为代表的一类原子晶体：金刚石、晶体硅、锗、SiC、BN ②性质：
结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，共价键键能越大，熔沸点越高 ⑵SiO2
【讲解】前面我们在学习等电子体的时候，要求大家找出CO2的等电子体，很多同学都写出
了SiO2，但我们并没有将SiO2作为CO2的等电子体，这是因为从性质上来看：干冰易升华，而水晶熔点高达1710℃，显然SiO2不是像CO2那样的分子晶体，实质是原子晶体
【观察与思考】观察SiO2与晶体硅结构的关系
【讲解】SiO2中每个Si与4个O结合构成正四面体，同时每个O与2个Si结合；SiO2晶体
中，最小的环上有12个原子（6个Si和6个O）。
Si原子与O原子个数比为：1∶(41＝1∶2，故得化学式：SiO2
2结构：
Si原子个数与Si—O键数之比为：1∶4
【讲解】原子晶体中不存在单个分子，它的化学式代表晶体中各构成粒子的个数比，而不代表真实的分子组成
⑴某些非金属单质：金刚石、晶体硅、晶体锗、晶体B
6、常见的原子晶体：
⑵某些非金属化合物：SiO2、SiC（金刚砂）、BN
三、分子晶体与原子晶体的比较
【练习】见教材P72习题1、2 【阅读自学】P69《科学视野》：
⑴什么是钻石？如何判断钻石的品质？
⑵天然的金刚石是如何形成的？产量丰富吗？是否都能用于打磨钻石？ ⑶人工是如何合成金刚石的？有哪些途径？合成金刚石与天然金刚石有什么区别？
【作业】P72 习题3、4、5
3-3 金属晶体
【教学目标】之知识与技能
1、了解金属的性质和形成原因
2、掌握金属键的本质——电子气理论
3、能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释金属的性质 【教学目标】之过程与方法
1、通过对金属单质的物理性质异同点的比较与分析，培养学生运用理论解释实际问题的能力
2、通过对金属晶体结构的学习与研究，培养学生观察能力，空间想像能力等 【教学目标】之情感态度与价值观
1、通过对金属健、金属晶体学习与认识，激发学生探索认识微观世界的兴趣
2、通过对金属单质物理性质的学习，进一步坚定“结构决定性质”这一研究物质性质的科学理念，形成正确的科学研究方法与科学态度
【教学重点】金属晶体模型，金属晶体的结构与金属性质的关系 【教学难点】金属晶体结构模型
【教学方法】指导阅读法、讨论归纳法、讲练结合法、类比、制作模型等 【课时安排】5课时 一、金属键 1、金属的通性
易导电、导热、有延展性、有金属光泽 【学与问】金属为什么有这些物理性质呢？
2、“电子气理论”
⑴“电子气理论”要点：
①金属原子“脱”掉的价电子形成自由电子
②金属原子脱掉的电子不再只属于自己，而被整个晶体共用 ③金属阳离子“浸泡”在“电子气”的“海洋”中
④“电子气”与金属阳离子之间存在较强的相互作用，即金属键
①构成粒子：金属阳离子和自由电子
⑵金属晶体：
②微粒间相互作用力：金属键
⑶金属键
【思考与交流】通过刚才的分析，金属键是否具有方向性和饱和性？
【讲解】自由电子在每个方向是可以自由移动的，没有方向性；每个金属阳离子周围的自由
电子数也是不固定的
①特点：既无饱和性也无方向性
②强弱影响因素：金属阳离子半径越小、所带电荷越多，金属键越强 ③规律：金属键越强，金属的熔沸点越高，硬度越大
【回顾与思考】回顾碱金属元素从上到下其单质的熔沸点的变化趋势如何？结合金属键思考
为什么这么变？
【讲解】碱金属的熔沸点从Li～Cs逐渐降低；这是因为碱金属属于金属晶体，而影响其熔沸
点的是金属键，而金属键随金属阳离子半径增大而减小，即从Li～Cs金属键减弱，所以熔沸点降低
【学与问】跟碱金属相比，卤素的熔沸点又是如何变化的？为什么？
【讲解】卤素的熔沸点从上到下升高；这是因为卤素单质是分子晶体，其熔沸点高低受分子
间作用力——范德华力影响：相对分子质量越大，范德华力也越大，晶体的熔沸点就越高
【练习】已知：要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键，则下列说法正确的是（ B ）
A．金属镁的熔点大于金属铝 B．碱金属单质的熔沸点从Li～Cs逐渐增大的 C．金属铝的硬度大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙 3、“电子气理论”的应用
【思考与交流】金属为什么易导电？
【讲解】没有外加电场时，自由电子是做无规则的热运动；在外加电场的作用下，自由电子
作定向移动，即导电
【问题探究】已知：温度越高，金属离子振动越厉害，对电子的阻碍越大。思考：温度越高，
金属的导电性是增强还是减弱？
【讲解】根据已知信息可以看出，升高温度后，金属离子振动加强，对自由电子运动的阻碍
增大，所以金属的导电性随温度升高而减弱。这也是为什么目前都只能在低温条件制得各种超导材料的原因
【问题探究】金属为什么易导热？
【讲解】加热→速率变快→碰撞→热传递
【问题探究】已知：温度越高，金属离子振动越厉害，对电子的阻碍越大。通俗的说，热导
率与单位时间内热量从一处传到相邻位置的多少成正比，那么升高温度，热导率又将如何变化？
【讲解】同样，温度越高，金属离子振动对自由电子的阻碍越大，所以热导率越低 【问题探究】金属为什么具有较好的延展性？
【讲解】金属键无方向性，层与层在外力作用下易发生相对滑动。而同时金属阳离子仍然被
“电子气”包裹着，依然是一个整体 4、合金
⑴定义：两种和两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质
①保留金属的化学性质，但物理性质改变很大
⑵合金的特点：②熔点通常比各成分金属的都低，如Na、K合金常温为液体
③强度、硬度一般比成分金属大
【练习】下列有关金属元素特征的叙述中正确的是（ B ）
A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性 B．金属元素在化合物中一定显正价 C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同 D．金属单质的熔点总是高于分子晶体 【讲解】金属的熔点有的很高，如W，也有很低，如Hg，所以跨度很大
二、金属晶体的原子堆积模型
【实验探究】将若干个小球放置在平面内紧密接触，看有几种排列方式？哪种方式更紧密？
1．金属晶体的原子二维排列方式
【讲解】在左边与任何一个原子紧密接触的原子有4个，右边的一个原子则与6个球紧密接
触，即前者的配位数为4，后者为6；后者原子间的排列是“对缝排列”，像这样的排列，圆球周围剩余的空隙小，我们叫作“密置层”排列，前者则叫作“非密置层”排列
⑴配 位 数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数
⑵密 置 层：平面上一个原子跟6个原子紧密相邻，剩余空隙小的排列方式 ⑶非密置层：平面上一个原子跟4个原子紧密相邻，剩余空隙大的排列方式 2．金属晶体的原子三维堆积方式
【观察与思考】请仔细观察P74的图3－23《金属晶体的堆积方式——简单立方堆积》，找出
其堆积的特点
【讲解】在这种堆积方式中，相邻非密置层原子的原子核在同一直线上进行堆积，每8个原
子就堆积出一个立方体，而8个原子则位于立方体的8个顶点上，像这样的堆积方式我们叫作“简单立方堆积” ⑴非密置层堆积方式
①简单立方堆积（Po型 ）：晶胞是一个简单的立方体的堆积方式
晶胞中含有1个原子特点：
棱上的2个原子紧密相连
【问题探究】请大家仔细观察晶胞结构，堆积这样一个晶胞需要几个原子？配位数是多少？
原子对空间的利用率是多少？
1
a、晶胞含原子个数：8×＝1
8
⑴ ⑵ 【讲解】选择晶胞的一个顶点如上⑴图，3绿色原子离红色原子最近，将8个晶胞堆积在一起
如上⑵图，形成一个大的立方体，在立方体的体心有一个是晶胞的一个顶点原子（红色），它与六个面的面心为8个晶胞另外3个顶点（绿色）的位置，直接相邻，所以其配位数为6
b、配位数：6 配位多面体：正八面体
a
【讲解】设一个晶胞的边长为a，则原子的半径为2
的百分比，所以有： V(原子)
c、空间利用率＝100%
V(晶胞)
4 a
(3 32V(原子)π
空间利用率＝100%＝100%＝×100%＝52%a6V(晶胞)
太低！ 43
πr3V(原子)
空间利用率＝×100%＝100%＝52%
(2r)V(晶胞)
【观察与思考】请大家观察P75的图3－24《金属晶体的堆积方式——体心立方堆积》，找出
其堆积的特点
【讲解】第二种堆积方式是上层的金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，并使非密置
层的原子稍稍分立，这样的堆积方式我们可以得到在体心有一个金属原子的立方体晶胞——体心立方堆积
②体心立方堆积（碱金属、Fe、Gr、Mo、W）——钾型
【学与问】体心立方堆积的晶胞个立方体。想一想，如果原来的非密置层上的原子保持紧密
接触，立方体中心能否容得下一个原子？
【讲解】容不下。从简单立方的利用率可以看出，那一个原子占了晶胞的52%的空间；从体
对角线长等于4r来进行计算也可以得到边长是大于2r的。所以体心立方堆积时每层原子不再紧密接触，而是被体心的原子给挤开了，即晶胞顶点的8个原子之间是有空隙的
【问题探究】请大家仔细观察晶胞结构，堆积这样一个晶胞需要几个原子？配位数是多少？
原子对空间的利用率是多少？
1
a、晶胞含原子个数：8×＋1＝2
8
【讲解】由于在立方体的体心有一个原子，所以，该原子到立方体的8个顶点都是等距的且
与8个顶点的原子紧密接触，所以其配位数为8
b、体对角线的33a＝4r c、配位数：8 配位多面体：立方体 d、空间利用率：
b2＝2a2 ∴b2a
∴c2＝a2 + b2＝a2 + 2a2 ∴c3a
∵c＝4r ∴r ＝4
4 3πr3
∴空间利用率＝a ×100%＝
68%
⑵密置层堆积方式
【讲解】密置层堆积方式不存在两层原子在同一直线的情况，只有相邻层紧密堆积方式，只
存在像非密置层的体心立方堆积一样：第二层填入第一层的金属原子形成的凹穴中
【思考与交流】第二层相对第一层来讲，最紧密的堆积方式有几种？对第一、二层来说，第
三层最紧密的堆积方式又有几种？
【讲解】密置层的原子按前面的“体心立方堆积”的方式堆积
【讲解】第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5 位。 ( 或对准 2，4，
6 位，其情形是一样的 ) 。关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。第三层将球对准第一层的球，于是，每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式，形成一个“六棱柱”式的“六方最密堆积”。
①六方最密堆积（Mg、Zn、Ti）——镁型
【观察与交流】请仔细观察P75的左边“六方最密堆积”图，思考其配位数是多少？你能计
算出它的空间利用率吗？
【讲解】在同一层中，中心原子与6个原子紧密接触，上、下两层各3个原子与它紧密接触，
所以其配位数为12；其晶胞为长方体形，空间利用率为74%
1
a、晶胞含原子个数：8×＋1＝2
8
b、配位数：12
c、空间利用率：74%
②面心立方最密堆积（Cu、Ag、Au）——铜型
【讲解】第三层的另一种排列方式是将球对准第一层的2、4、6位，不同于AB两层的位置，
这是C层；第四层再排A，于是形成了ABC、ABC 三层一个周期，得到面心立方堆积，配位数为：同层6个，上下两层各3个，共计12，空间利用率为
74%
面心立方最密堆积晶胞的特点：
11
a、晶胞含原子个数：8×64
82
b、面对角线上的3个原子紧密相切：4r2a
c、配位数：12
＝74%
ad、空间利用率＝
44×3πr3
【阅读与交流】请阅读教材P76的资料卡片《混合晶体》思考：石墨晶体的结构有什么特殊
的地方？在石墨晶体中存在哪里相互作用力？晶体中C原子的杂化方式与金刚石相同吗？
层内：C原子形成平面六元并环的平面网状结构
1、石墨晶体的结构：层状结构：
层间：以范德华力结合
2、层内剖析：
⑴C采取sp2杂化：
①3个杂化轨道与3个C形成C－C键（共价键），构成正六边形，键角120° ②未杂化的P轨道上的电子在该平面内自由运动，形成金属键
【讲解】由于石墨中跟金刚石一样都是以单键结合的，同时在同层内还有游离的自由电子，
即这个碳层是包裹在“电子气”中的，所以在熔化的时候除了要破坏共价键外，还要破坏金属键，因此石墨的熔点高于金刚石，但沸点相同
1
⑵每个正六边形平均占有原子数：6＝2
31
⑶C原子个数与C－C键之比：1∶（32∶3
2
熔点高（高于金刚石），沸点同金刚石
3、性质：硬度小
有导电性
【小结】 【作业】
3-4 离子晶体
【教学目标】之知识与技能
1、理解离子晶体的结构模型及其性质的一般特点
2、了解离子晶体中离子晶体配位数及其影响因素，了解决定离子晶体结构的重要因素 3、理解离子晶体的晶格能与性质的关系 【教学目标】之过程与方法
通过学习离子晶体的结构与性质，培养运用知识解决实际问题的能力，培养学生的空间想像能力
【教学目标】之情感态度与价值观
通过学习离子晶体的结构与性质，激发学生探究热情与精神。进一步认识“结构决定物质性质”的客观规律
1、离子晶体的结构模型及其性质的一般特点
【教学重点】2、离子晶体配位数及其影响因素
3、离子晶体的晶格能与性质的关系
1、离子晶体配位数及其影响因素；
【教学难点】
2、离子晶体的晶格能与性质的关系
【教学方法】分析、归纳、讨论、探究 【课时安排】4课时
【复习巩固】我们已经学习过几种晶体？它们的结构微粒和微粒间的相互作用分别是什么？ 【问题探究】什么是离子键？什么是离子化合物？
一、离子键和离子化合物
⑴定义：使阴、阳离子结合成化合物的静电作用
1、离子键：⑵成键粒子：阴、阳离子
⑶成键实质：阴、阳离子间静电作用
2、离子化合物：
⑴构成粒子：阴、阳离子 ⑵化学键：离子键
＋
⑶判断：凡是含金属元素或NH4的化合物 ⑷离子化合物的电子式：
H··＋
①简单阳离子直接用离子符号表示；NH4的电子式要打括号标电荷：H∶N∶H
··H
＋
②阴离子要打括号标电荷
【练习】请用电子式表示离子化合物MgCl2的形成过程
【讲解】用电子式表示物质的形成过程时，左边为原子的电子式，右边为化合物的电子式：
原子—→“分子” ······ － 2＋·· －
∶Cl·＋·Mg·＋·Cl∶—→[∶Cl∶] Mg[∶Cl∶] 用箭头标注电子转移方向 ······ ·· 左右相同的微粒均不合并
【思考与交流】离子化合物是否一定是离子晶体呢？
【讲解】晶体是固体，所以而离子化合物还可以是熔融状态，因此要注意状态 【练习】判断以下说法的正误
A．离子化合物只含离子键 ——NaOH B．含离子键的化合物一定为离子化合物 ——√ C．由非金属元素组成的化合物一定是共价化合物 ——NH4Cl D．由两种非金属元素组成的化合物一定是共价化合物 ——√
二、离子晶体
1、定义：由阴离子和阳离子通过离子键结合而成的晶体 ⑴构成粒子：阴、阳离子
·· －＋
①阴阳离子间以离子键结合 Na[∶O∶H]
··
⑵相互作用：
·· －
②离子内可能有共价键 [∶O∶H]
··
【问题探究】下列物质的晶体哪些属离子晶体？
干冰、NaOH、H2SO4、K2SO4、NH4Cl、CsCl、Na2O、O2、Na2SO4、NaCl、CaF2 【结论】凡是离子化合物形成的晶体都是离子晶体
强碱
2、常见的离子晶体：活泼金属氧化物
绝大多数盐
较高的熔点和沸点硬度较大、难于压缩
3、离子晶体的物理共性：
在水中溶解度差异大（口诀），难溶于非极性溶剂固态时不导电，在水溶液或熔融状态下导电
【问题探究】为什么离子晶体的熔沸点较高？
【讲解】离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，构成微粒间的相互作用力是离子键，离子键是
比较强的相互作用，所以离子晶体的熔沸点比较高
【问题探究】如何区分离子晶体与分子晶体？
【讲解】离子晶体在固体不导电，但在水溶液或熔融状态下导电；而分子晶体固体和熔融状
态都不导电，溶液才导电；所以看熔融状态是否导电来区分 4、典型晶胞类型 ⑴NaCl型晶胞
＋－
【观察探究】请仔细观察P78图3－27中NaCl的晶胞：找出NaCl晶体中Na、Cl的排列规律
顶点和面心
①位置关系：
体心和棱
＋
－
【观察探究】Na与Cl的配位数分别是多少？
配位数（C．N．）：离子晶体中的配位数是指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目
＋
Na：6
②配位数：－ 配位多面体：正八面体
Cl：6【观察探究】仔细观察NaCl晶胞，找出Na和Cl的配位离子的空间构型
＋－
【讲解】见教材P78的图3-28，可以看出Na和Cl的配位离子在空间构成一个正八面体
＋＋－
【观察探究】请继续观察NaCl的晶胞，找出距离其中一个Na最近的Na有几个，距离Cl
－
最近的Cl有几个
＋＋
每个Na周围与它最接近且距离相等的Na共有12个
③在NaCl晶体中： （体心与棱） －－
每个Cl周围与它最接近且距离相等的Cl共有12个
＋－
【观察探究】请观察NaCl晶胞，并根据晶胞计算出一个晶胞中有多少个Na、Cl？
11＋
Na数为：86×4
82
④在一个NaCl晶胞中，含： 1－
Cl数为：12×＋1＝4
4
＋
－
【讲解】Na和Cl的个数比为1∶1，NaCl晶体中无分子，其化学式表示阴阳离子的个数比
⑵CsCl型晶胞——体心立方晶胞
＋－
顶点
①位置关系：
体心
Cs：8
②配位数：－ 配位多面体：立方体
Cl：8
＋
Cs数为：1＋－
1 ③在一个CsCl晶胞中，含：－ N(Cs)∶ N(Cl)＝1∶1
Cl数为：8×81
每个Cs周围与它最接近且距离相等的Cs共有6个
④CsCl晶体中： －－
每个Cl周围与它最接近且距离相等的Cl共有6个
＋
＋
＋
⑶CaF2晶胞
F位于立方体体内
①位置关系：2＋
Ca位于立方体的顶点和面心Ca2：8 配位多面体：立方体
②配位数：－
F：4 正四面体
＋－
Ca2＋数为：8× 1 × 1 4＋－
82③在一个CaF2晶胞中，含： N(Ca2)∶ N(F)＝1∶2
F－数为：8
⑷ZnS型晶胞
【观察探究】仔细观察CaF2和ZnS晶胞，看着二者之间有什么关系？再对比教材P64金刚石
晶胞，看看与ZnS晶胞有什么关系？
－
【讲解】将CaF2晶胞中的F去掉一半，就与ZnS晶胞相同，如果将ZnS晶胞中的Zn原子全
部换成黑色的小球，就与金刚石晶胞一样了
Zn2：位于立方体的顶点和面心
①位置关系：2－
S：位于立方体体内
＋
Zn2：4
②配位数：2－ 配位多面体：正四面体
S：4
＋
Zn2＋数为：8× 1 +6 1 4＋－
82③在一个ZnS晶胞中，含： N(Zn2)∶ N(S2)＝1∶2
S2－数为：4
3-5、3-6
5＋－
【讲解】在NaCl中，阳离子的半径与阴离子的半径比为0.52，CsCl中，Cs与Cl的半径比
为0.93，二者的比值不同，决定了离子晶体结构中配位数的不同，为什么呢？比如
将一个乒乓球放置在一堆篮球中，由于乒乓球的体积小，而篮球的体积大，这样乒乓球能够接触到的篮球数就很少，同样，篮球能够接触到的乒乓球也很少；而如果是一堆篮球，由于体积相同，所以，每个篮球就可以跟12个篮球接触（金属的最密堆积模型），所以，阳离子与阴离子的半径比决定了离子晶体中离子的配位数，我们叫作几何因素
【结论】AB位数越大
【思考与交流】在CaF2晶体中，它们的配位数为什么不同？是什么原因引起的？
【讲解】在CaF2晶体中，除了正负离子的半径比影响了离子的配位数外，离子的电荷数不同
也是重要原因之一
⑵电荷因素：正负离子电荷比的大小
【讲解】除了几何因素和电荷因素对离子晶体配位数的影响之外，形成晶体的离子键也对晶
体中离子的配位数有影响——离子键的纯粹程度，即属于离子键的百分比 ⑶键性因素：离子键的纯粹程度 三、碳酸盐晶体热分解的规律
【阅读与思考】请阅读教材P79的《科学视野》——复杂离子的晶体思考：碳酸盐热分解的
实质是什么？
【讲解】碳酸盐的热分解规律是由于晶体中的阳离子结合碳酸根离子中的氧离子，使碳酸根
离子分解成二氧化碳的结果
【阅读与思考】表3-7的有关数值说明了什么？
【讲解】都是ⅡA族的碳酸盐，非金属性逐渐增强，氧化物生成越容易，碳酸盐越容易分解；
＋＋＋＋
从其阳离子的半径按Mg2、Ca2、Sr2、Ba2也逐渐增大，MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3的热分解温度逐渐升高，所以碳酸盐晶体热分解温度随着阳离子半径的增大而升高
1、碱金属的碳酸盐＞ⅡA族金属的碳酸盐 ＞过渡元素的碳酸盐
如：Na2CO3＞MgCO3＞FeCO3
2、在同族中，金属离子半径越大，碳酸盐越稳定：
如：BaCO3＞SrCO3＞CaCO3＞MgCO3
【练习】CaF2 晶体中正离子的配位数8，负离子的配位数为；TiO2晶体中正离子的配位
数为6，负离子的配位数为 3 ；ZnS晶体中负离子的配位数是4，正离子的配位数为 4 。 六、晶格能
【讲解】在离子晶体中，并没有一个离子和一个离子的一一对应关系，如NaCl晶体中：一个
＋－－＋
Na周围有6个Cl，一个Cl周围有6个Na，如果每个一对一的单一影响的话，
就无法全盘来衡量，所以需要有一个整体的衡量，叫晶格能，它最能反映离子晶体的稳定性
1、定义：气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量
【讲解】晶格能是指1 mol的离子化合物中的阴阳离子，由相互远离的气态，结合成离子晶体
时所释放出的能量或拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量 2、单位：kJ/mol 3、影响因素 【阅读与探究】请仔细阅读教材P80的表3－8的3个表，看看晶格能的大小受什么因素影响？ 【讲解】从第一个表来看，无论是哪一列，从上到下的晶格能都是在减小，而从上到下是从
＋＋－－
Li～Cs，其半径是在逐渐增大；再从横行来看：从F～I的半径也在增大，其晶格能在逐渐减小，所以可以说：晶格能随着离子半径的增大而减小 ⑴离子半径：随着离子半径的增大而减小
【问题探究】请比较下列几种晶体的晶格能的大小，找出它们之间的相互关系和递变规律
【讲解】从各对比数据来看，离子半径相差不大时，晶格能随着离子电荷数的增加而增大：
与离子电荷的乘积成正比
⑵离子电荷：随离子电荷的增大而增大 4、离子晶体性质与晶格能的关系
【阅读与探究】请仔细阅读P80～81的表，归纳出离子晶体的熔点及硬度与晶格能的关系 【讲解】从Na的卤化物来看，随着晶格能的减小，晶体的熔点也在逐渐减低、硬度减小；同
样，碱土金属的氧化物也呈现出一样的递变规律
【阅读与思考】请仔细阅读《科学视野—岩浆晶出规则与晶格能》，思考下列问题：①什么
是岩浆晶出？②晶出与晶格能有什么关系？为什么会有这样的关系？
5、岩浆晶出顺序与晶格能的关系？
⑴晶出：指火山喷出的岩浆冷却时矿物的析出 ⑵岩浆晶出规则：矿物从岩浆中先后结晶的规律
①岩浆的组成
⑶晶出影响：
②晶体的晶格能大小晶格能越大，越早析出晶体
⑷晶出规律：
越早达到饱和，越易析出
【归纳】晶格能对离子晶体性质的影响
晶格能越大
︱↓
离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大
︱↓
岩浆中的矿物越易结晶析出，越易生成