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教学设计

高中化学人教版选修《物质结构与性质》

第三节  金属晶体

教学目标

（1）理解金属键的概念和电子气理论；

（2）初步学会用电子气理论解释金属的物理性质。

（3）了解金属晶体内原子的几种常见排列方式；

（4）训练学生的动手能力和空间想象能力；

（5）培养学生的合作意识。

教学重、难点

（1）金属具有共同物理性质的解释。

（2）金属晶体内原子的空间排列方式。

教学方法 

活动探究、多媒体课件

教学过程

[引入] 大家都知道晶体有固定的几何外形、有确定的熔点，水、干冰等都属于分子晶体，靠范德华力结合在一起，金刚石、金刚砂等都是原子晶体，靠共价键相互结合，那么我们所熟悉的铁、铝等金属是不是晶体呢？它们又是靠什么作用结合在一起的呢？

[板书] 一、金属键

金属晶体中原子之间的化学作用力叫做金属键。

[讲解] 金属原子的电离能低，容易失去电子而形成阳离子和自由电子，阳离子整体共同整体吸引自由电子而结合在一起。这种金属离子与自由电子之间的较强作用就叫做金属键。金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键，这种键既没有方向性也没有饱和性，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相互结合。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。

[强调] 金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。

[板书] 二、电子气理论及其对金属通性的解释

1．电子气理论

[讲解] 经典的金属键理论叫做“电子气理论”。它把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子气”的“海洋”之中。

2．金属通性的解释

[展示金属实物] 展示的金属实物有金属导线(铜或铝)、铁丝、镀铜金属片等，并将铁丝随意弯曲，引导观察铜的金属光泽。叙述应用部分包括电工架设金属高压电线，家用铁锅炒菜，锻压机把钢锭压成钢板等。

[板书] 金属共同的物理性质：容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。

（1）金属导电性的解释。

在金属晶体中，充满着带负电的“电子气”，这些电子气的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下电子气就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。

[设问] 导热是能量传递的一种形式，它必然是物质运动的结果，那么金属晶体导热过程中电子气中的自由电子担当什么角色?

（2）金属导热性的解释。

金属容易导热，是由于电子气中的自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。

（3）金属延展性的解释

当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以在各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。

 [分组活动1] 利用20个大小相同的玻璃小球，有序地排列在水平桌面上（二维平面上），要求小球之间紧密接触。可能有几种排列方式。讨论每一种方式的配位数。（配位数：同一层内与一个原子紧密接触的原子数）

[学生活动2] 学生分四组活动，各由一人汇报结果。利用多媒体展示，学生排列结果主要介绍以下两种方式。（配位数：同一层内与一个原子紧密接触的原子数）

我们继续讨论，原子在三维空间的排列。首先讨论非密置层这种情况。

[学生活动3] 非密置层排列的金属原子，在空间内可能的排列。汇总各类情况逐一讨论。

[板书] 三、金属晶体的原子堆积方式

（一）简单立方体堆积

这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，每个晶胞含1个原子，被称为简单立方堆积。这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋采取这种堆积方式。

（二）体心立方堆积（钾型）

如果是非密置层上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积，如下图：

这种堆积方式的空间利用率显然比简单立方堆积的高多了，许多金属是这种堆积方式，（三）六方最密堆积（镁型）

1、学生用圆球制成的密置层，进行摆放。

2、 汇总结果，利用多媒体展示可能的堆积模型。

【展示图片】

镁型（ABABAB……）                        铜型（ABCABCABC……）

【讲解】密置层的原子按钾型堆积方式堆积，会得到两种基本堆积方式，镁型和铜型。镁型如上图左侧，按ABABABAB……的方式堆积;铜型如图右侧,按ABCABCABC……的方式堆积。

由于金属镁（Mg）和铜（Cu）是这两种堆积方式的典型代表金属，因此分别被称为镁型和铜型。有镁型堆积方式的还有Zn、Ti等；有铜型堆积方式的还有Ag、Au等。

（四）面心立方最密堆积（铜型）

【讲解】这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积,配位数均为12,空间利用率均为74℅,但所得的晶胞的形式不同。

【课堂练兵】填一填：根据课堂知识的回顾和制作的模型填写下表

【课堂小结】金属原子的堆积方式不同，最终将影响金属晶体的结构和性质，例如原子半径、熔沸点等。

【课外拓展悦读】资料卡片2——混合晶体，自行阅读。

【强调】石墨晶体中，既有共价键，又有金属键，还有范德华力，不能简单地归属于其中任何一种晶体，是一种混合晶体。

《金属晶体》课后反思

本节课的教学目标是通过模型的构建掌握金属晶体内原子的几种常见堆积方式，了解不同堆积方式的区别，教学的对象是高二理科班的学生。由于学生在初三以及高一的化学学习，甚至是其它学科学习中，很少接触球体的堆积方式和相关模型，并且此部分内容的讲解较为枯燥，有一定难度，所以在进行课程的设计时，为了体现新课程的理念，我思考有以下三点：

1、如何打造一个轻松愉快的学习氛围，让学生能够亲自动手来构建金属原子的堆积方式和模型;

2、如何设计活动让学生能够自主学习，合作探究，在教师的指导下主动地去获取和探究，充分发挥学生的主体作用;

3、教师如何能够从讲台上走下来和学生在一起，成为一个协助者而不是灌输者。以合作分组的形式进行课程的设计，在教学环节中，遵循知识构建的顺序，先讨论二维平面的排列方式，再研究三维空间的堆积方式，层层递进，并且在每一个环节设计问题和矛盾，引导学生自主发现，解决，最终获取，在一定程度上也培养了他们的空间想象能力。

　　在本节课中，电子课件的交互式活动起到了关键的辅助作用，在学生动手实践的基础之上再给以直观的多媒体显像，新颖的感官冲击，更多的是师生交互式的合作，彼此心灵发生碰撞，享受到了探究的乐趣。在融洽的师生关系，生生关系中，本节课的教学任务顺利完成，教学效果良好，基本营造了轻松愉快的学习氛围，教师和学生都有所收获。

　　一堂课下来，我对开放性课堂的理解又加深了一步，在开放性的课堂教学中，从来没有最好的教学设计，只有最合适的教学设计，今后，如何在教学过程中激发学生思维和活力，如何在40分钟内打破时间和空间的局限性是我应当多加思考的问题。