大概念统领下的高中化学物质结构与性质单元复习
——以水的共价键为辐射中心
一、教材分析
鲁科版选《物质结构与性质》中的共价键、共价晶体分别隶属第二章和第三章内容，共价键的特点、键参数、分类，共价晶体的特点、涉及晶胞的计算等内容，总体来看内容似乎比较少，但实际上知识的细枝末节较多，这些核心概念及一般概念间联系较强，区别性差异性个别地方比较隐晦，将这些内容糅合到一起，对教师和学生来说都有一定难度，构建核心概念以及核心概念群的思维导图对学生来说即陌生又极具挑战性。
二、学情分析
高三学生已经学习了相关概念和知识，但本节课涉及的概念多且抽象，学生对知识的遗忘程度较高，且学生在学习结构化学相关知识的过程中，普遍反映基础知识的理解比较困难，近几年牵扯结构化学的高考试题难度也越来越大。因此虽然是已学知识，但知识点比较碎片化，没有形成知识体系，所以学生对构建概念群的思维导图、对于晶胞相关计算需要加强。
三、教学目标
【课程目标】
1. 以水中化学键为中心构建核心概念——共价键的思维导图；
2. 以共价键为中心构建相关晶体核心概念群的思维导图；
3. 通过思维导图的构建，使学生总体上对结构知识有宏观的大局把控，细节上对具体知识有微观的区分与联系。
【素养目标】
通过核心概念思维导图的构建，培养学生证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想、科学探究与创新意识的化学学科核心素养。
四、教学过程
项目复习一 共价键
【视频引入】
【问题1】：请同学们总结出从视频中你获取到了哪些信息？
【学生回答】
（1）H2O是生命之源；
（2）H2O是由2个H和1个O组成的3原子分子
（3）H2O键长0.94 A，键角104°45′
（4）H2O是极性分子
（5）H2O中的化学键是极性共价键
设计意图：以视频引入，激发学生学习的兴趣，锻炼学生获取信息的能力。
【教师引导】
请同学们回忆《物质结构与性质》教材中有关共价键的知识，并以水中共价键为辐射中心构建共价键思维导图。
【任务一】以水中共价键为辐射中心构建思维导图
【学生活动】 一名学生黑板完善构建思维导图，第二名学生补充，其他学生导学案上完成。
【学生活动1】构建思维导图，并相互讨论，得到正确的思维导图。
【教师活动】通过汇总分析这一部分的高频考点：共价键类型、键参数（键角、键长、键能）、电负性等，咱们一起来感受高考题。
【学生活动2】走进高考1
1. 短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子均有两个单电子，W简单离子在同周期离子中半径最小，Q与Z同主族。下列说法错误的是（ ）
A．X能与多种元素形成共价键 B．简单氢化物沸点：Z＜Q
C．第一电离能：Y＞Z D．电负性：W＜Z
【教师活动】引导学生找突破口，找解题关键。
2. NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为 （ 填化学式，下同），还原性由强到弱的顺序为 ，键角由大到小的顺序为 。
【教师活动】 引导学生进行分析解析。
3．由键能数据大小，不能解释下列事实的是（ ）
化学键 |
C﹣H |
Si﹣H |
C＝O |
C﹣O |
Si﹣O |
C﹣C |
Si﹣Si |
键能/kJ•mol﹣1 |
411 |
318 |
799 |
358 |
452 |
346 |
222 |
A．稳定性：CH4＞SiH4 B．键长：C＝O＜C﹣O
C．熔点：CO2＜SiO2 D．硬度：金刚石＞晶体硅
项目复习二 共价晶体
【问题2】：共价键可形成哪类晶体？
【学生回答】共价晶体、分子晶体
【问题3】：常见的共价晶体有哪些？
【学生回答】金刚石、SiC、SiO2、SiC、GaN、AlN、Si3N4、等，并总结出下表。
【学生活动3】再探金刚石
1. 在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有多少个？4
2. 在金刚石晶体中每个碳原子连接有几个共价键？4
3. 碳原子的配位数是几？4
4. 在金刚石晶体中碳原子个数与C-C共价键个数之比是多少？ 1:2
5. 1mol该物质含有的共价键数目是多少？2NA
6. 1个碳原子形成几个六元环？
7. 金刚石晶胞含有 个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝ a，晶体的密度= （列式表示，下同）碳原子在晶胞中的空间占有率 (列出计算式即可)。
【教师活动】
6.任意一个C原子，形成4根共价键，任取2根共价键，有C²4种组合，且2根共价键仅共存于2个六元环中：2× C²4=12
7.8
解析：利用1、2、3三个原子的位置，虚设硬球接触中两个原子的位置，可得到关系 ，从而得到两者的关系，进而进行后两问的解答。
【教师引导】有关晶胞计算的思维流程和常见晶胞的体积计算
强调：
【学生活动4】交流研讨
1. 观察二氧化硅的晶体结构，思考下列问题：
（1）二氧化硅晶胞中有几个硅原子和氧原子？
（2）二氧化硅晶胞中有几个共价键？
（3）1个硅原子形成几个12元环？
（4）二氧化硅最小环上有几个原子？
【学生解答】教师和学生一起讨论
（1）Si原子数：8×1/8 ＋ 6×1/2 ＋ 4 ＝8 ；O原子数：4×4 ＝16
（2）每个晶胞中Si-O共价键数数：16×2 ＝32
（3）12个12元环
（4）由于每个硅原子被12个环共有，因此每个环只占有该硅原子的1/12，又因为每个最小环上有6个硅原子，所以每个最小环平均拥有的硅原子数为：6×（1/12）=0.5个。又因为SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1:2的比例所组成，因此氧原子的数目为0.5×2=1个,每个最小环平均拥有1个氧原子
【问题4】：常见晶体类型还有哪些？
【学生回答】离子晶体、金属晶体、分子晶体
【问题5】：共价晶体与其他晶体的区别与联系是？
【学生整理】
【教师活动】这一部分在高考中高频考点主要有：晶胞化学式的确定、晶体的密度、配位数、微粒间的距离、分数坐标等知识点。
【学生活动】走进高考2
1.（2021全国甲）我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4+离子在晶胞中的配位数 ，晶胞参数为apm、apm、cpm，该晶体密度为 g•cm﹣3（写出表达式）。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1﹣xOy，则y＝ （用x表达）。
【教师活动】8；；2﹣x。
【教师和学生共同活动】Zr4+位于晶胞顶点，每个晶胞中有一个O2﹣与Zr4+距离最近，且面心的Zr4+与4个O2﹣相邻，则配位数为8，晶胞中Zr4+位于顶点和面心，个数为8×+6×＝4，O2﹣位于晶胞体心，个数为8，则一个晶胞含有4个ZrO2，质量为，晶胞体积为a2c×10﹣30cm3，可知ρ＝＝g•cm﹣3；在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1﹣xOy，化合物中Zn为+2价、Zr为+4价、O为﹣2价，则2x+4×（1﹣x）＝2y，y＝2﹣x，
【学生活动】走进高考2
2.(2021全国乙)XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，该晶胞中有 个XeF2分子。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子的分数坐标，如A点原子的分数坐标为已知Xe—F键长为rpm，则B点原子的分数坐标为 ，；晶胞中A、B间距离d＝ pm。
【师生活动】共同讨论解决问题
【任务二】以共价键为中心构建核心概念群的思维导图
【学生活动5】自行构建思维导图二，并相互讨论，得到正确的思维导图。
五、当堂检测
【基础巩固】
1.国外有人用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松,与此同时用射频电火花喷射N2,此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称,这种化合物可能比金刚石还坚硬,其原因可能是( )
A.碳、氮原子构成空间网状结构的晶体 B.碳氮键比金刚石中的碳碳键更长
C.氮原子最外层电子数比碳原子最外层电子数多 D.碳、氮的单质化学性质均不活泼
2.下列有关共价晶体的叙述不正确的是( )
A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体
B.含1 mol C的金刚石中C—C键数目是2NA,1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是4NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)
C.水晶熔化和干冰升华时,晶体中的共价键都会断裂
D.SiO2晶体是共价晶体,所以晶体中不存在分子,SiO2不是它的分子式
3.已知SiC的熔点为2 830 ℃,晶胞结构如图所示。下列说法错误的是( )
A.SiC晶体中碳原子和硅原子均采用sp3杂化
B.硅单质的熔点高于2 830 ℃
C.距离硅原子最近且距离相等的碳原子数为4
D.若晶胞参数为a pm,则该晶体的密度为 g·cm-3
[素质提升]
4.利用皮秒激光照射悬浮在甲醇溶液中的多臂碳纳米管可以合成T-碳，T-碳的晶体结构可看成金刚石晶体中每个碳原子被正四面体结构单元(由四个碳原子组成)替代，图a、b分别为T-碳的晶胞和俯视图，图c为金刚石晶胞。
一个T-碳晶胞中含有_______个碳原子，T-碳的密度为金刚石的一半，则T-碳晶胞和金刚石晶胞的棱长之比为_______
六．教学反思与评价
1. 知识：由独立的、散乱的模块概念整合成一体化的核心概念群
2. 绘制核心概念思维导图的过程，学生对概念间区别与联系有了深刻的理解，并形成了概念网络图
3. 能力：通过概念零散化到模块化、辅以高考真题强化，培养了学生信息获取加工的能力、解决问题的能力