人教版普通高中化学选择性必修2《物质结构与性质》（版次：2022年5月第1版）第三章“晶体结构与性质”是高中化学教学的“难点”，难在“教”而非“学”。笔者通过检索文献发现，涉及这方面的教材研究和再开发内容较少
［1］。以北京为例，新教材
［2］的相关内容在2021年首次于高考中进行考查，而很多教师是第一次教授该内容，往往在教学过程中感到困难。笔者结合教师提出的问题、自身学习思考和教学实践，对该部分教材内容、逻辑体系和教学关键问题进行了系统化梳理。
1 章节序言的重要性
1.1 教材的编排逻辑：服务于学生，促其树立学习信心
教材第67页的章节序言呈现章节名称“晶体结构与性质”，教学主题为“晶体”的相关知识；其核心观念为：晶体有周期性微观结构，晶体的结构决定了晶体的性质。另外，对主题进行二级标题划分，即分为物质的聚集状态与晶体常识、分子晶体与共价晶体、金属晶体与离子晶体、配合物与超分子4个部分。由教材内容排序可知：基于学生思维水平和难度考虑，虽然降低了教材学习内容的难度，但同时牺牲了部分逻辑性内容的构建。
1.2 降低难度及扩大知识面：服务于命题考查
人教版高中教材在晶体理论探讨上，降低了思维容量，即高中阶段更加强调学生对晶体类型的分类、性质及某些晶体特定结构的了解，不要求学生在高中阶段以“等径圆球堆积”思维对晶体知识体系有完整的认知。
2 对第一节的思考与补充
2.1 物质的聚集状态：概念重构
教材第68页一级标题为“物质的聚集状态”，教材以简洁的语言明确了两个问题：①物质不都是由分子构成；②三态转化模型不够全面。其中，涉及6个新概念等离子体、离子液体、晶态、非晶态、塑晶态、液晶态；在“科学·技术·社会”中，介绍了等离子体、液晶。该部分内容需要教师理解并和学生一起关注，它是打破学生原有认知的关键内容，不能在教学中一带而过，需要教师进一步帮助学生厘清概念、扩充见识和拓展认知角度。
（1） 等离子体。物质气态后，在高温或外加强电场激发下分子会分解，产生电子和阳离子、电中性粒子，形成整体呈中性的一种聚集状态。其为一种特殊的气体，如在工业生产上被用于等离子体显示器、核聚变诱发剂等产品，从而打破气体只由原子、分子构成的固有认知。
（2） 液晶。介于晶态和非晶态之间的一种聚集状态。液晶是一种几乎完全透明的物质，其分子排列决定了光线穿透液晶的路径。20世纪60年代，科学家发现施加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变，从而具有显示文字、图像的功能，即给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射，液晶显示设备即基于此原理制造。液晶是某类固体物质加热到一定温度范围内形成的特殊液体。刚性棒状强极性分子在一定温度范围内，其长轴取向一致，无位置序，可滑动，呈现晶体各向异性。笔者结合第二章第三节分子的极性及分子间作用力的范德华力进行复习并解释分子取向的改变，从而为学生理解分子晶体中分子取向的不同打下基础。
（3） 塑晶态。在一定温度条件下，能保持固态晶体典型特征，但具有一定塑性（即物体发生永久形变的性质）的物质聚集状态。即有：一般液体各向同性，晶体各向异性。若分子是棒状或扁平状，则除了分子在晶体中的排列位置外，自身的排列方式也会影响物质的物理性质。当这类物质升温时，初期保持固态，但分子自身的取向被破坏，继续升温会使位置有序破坏，从而形成各向同性的液体，这一状态即为塑晶，如樟脑可以达到塑晶态。
2.2 晶体与非晶体：思维建构
第70～第71页以“自范性”区分晶体与非晶体的本质区别，明确说明晶体微观结构“原子在三维空间里呈现周期性有序排列”，造成了“有规则多面体外形”宏观表征的晶态固体。随后，以天然水晶球（外层玛瑙、内层水晶）为例，说明熔融态物质不同冷却形式可以得到晶态和非晶态的同组成不同微观结构物质，自然引出获取晶体的3条路径，即“凝固、凝华和结晶”
（1） 实验3-1的改进。
实验3-1是较好的认知素材，教师应在条件允许的前提下进行实验演示。其中，3-1（1）的操作建议改为：用研钵把硫黄粉末研细后放入坩埚，在通风柜内加热至熔融态后将液体倒入蒸发皿中待其自然冷却结晶，目的是防止污染（坩埚中加热到高温，能得到红色黏稠状液体，可防止转移过程中结晶或造成晶型破坏，在蒸发皿中稍冷却后液体接近无色透明）。
实验3-1（3）的实验操作较为方便，基于高中化学选择性必修1的化学反应原理进行沉淀溶解平衡的穿插复习，请学生在观察结晶过程中用平衡原理解释实验现象［存在沉淀溶解平衡：NaCl（s）⇌Na+（aq）+Cl-（aq），加入浓盐酸后c（Cl-）增加，该平衡逆向移动，NaCl结晶析出］。但该实验得到的晶体颗粒较小，肉眼不易观察。对此，可适时提出应采取光学显微镜或电子显微镜观察细小晶体的实验手段。
（2） 各向异性的教学。
第72页以图3-6示意二维面的SiO2的晶态和非晶态微观原子排列方式的不同，说明晶体中微观粒子的周期性排列，从而说明自范性的晶体特征。“各向异性”的概念和表征可通过向学生展示红热铁针刺石蜡（石蜡熔点低于水晶或云母表面）的实验视频并加以说明（呈现椭圆形）。
（3） 概念辨析。
教师可同时说明非晶态或多晶体的各向同性概念。实验设计：在一块铜板上涂一层薄薄的石蜡，用烧红铁丝的一端接触铜板，观察到熔化的石蜡呈圆形。这说明铜板的热学性质是什么？铜板是何种物质？（各向同性，多晶体）。金属材料铜一般为合金，为多晶体。
教师补充说明“晶体是否一定各向异性，非晶体是否一定各向同性”的辨析问题。晶体不一定各向异性，如多晶体。多晶体是由许多杂乱无章排列着的小晶体（晶粒）组成的，每粒晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性，但晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性。
课堂中生成概念①各向异性：晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的理化特性也不同。课堂中生成概念②各向同性（亦称均质性）：物理性质不随量度方向变化的特性，即沿物体不同方向所测得的性能显示出同样的数值。例如，所有的气体、液体（液晶除外）以及非晶质物体都显示各向同性；又如，金属和岩石虽然没有规则的几何外形，各方向的物理性质也都相同，但因为它们是由许多晶粒构成的，实质上它们是晶体，也具有一定的熔点。因为晶粒在空间方位上排列是无规则的，所以金属在整体上表现出各向同性。
2.3 晶胞：空间建模与应用
教材第73页通过由宏观深入微观、由微观反推宏观的宏微结合思想介绍了晶胞概念，不涉及取晶胞的相关问题。教材描述了一个关键词“无隙并置”，为学生呈现了晶胞和晶体的关系，但对于空间想象力有限的学生而言仍然存在难度。对此，教师应补充相关知识。后续的“均摊法”概念以铜晶胞为例进行了说明，从而使“共用”的概念得以明确。
“均摊法”为晶体相关计算的关键环节，虽难度不大，但关系重大，与求晶体化学式、计算晶体密度等知识点联系紧密。所以，教师需要利用好“思考与讨论”环节为学生设置思考空间，且第二问的4个例子须落实到位。在这一过程中，应该锻炼学生的空间想象能力，如顶点、面心、体内等概念就需要学生仔细辨别并形成认知思路。随后，统一计算过程。即：金属钠的一个晶胞的原子数=1+8×1/8=2；金属锌的一个晶胞的原子数=1+8×1/8=2；碘的一个晶胞的原子数=2×（6×1/2+8×1/8）=8；金刚石的一个晶胞的原子数=6×1/2+8×1/8+4=8。
2.4 晶体结构测定原理补充：借助研究手段提升思维
教材第75页第一段简要描述了晶体结构测定的研究手段：X射线衍射仪及X射线图谱。这需要学生明确单晶体有分立的斑点和衍射峰，是研究晶胞参数的开端。
学生无须理解X射线衍射原理，但程度较好的学生可能对此感兴趣，故可加以补充。光的衍射为光波遇到与其波长相等或小于其波长的障碍时，能绕过障碍。遇单缝时，衍射后在光屏上出现亮纹，且由中间向两边依次变暗；利用光栅衍射，可得到明暗相间且亮度均匀的一排亮纹。与光栅实验相同，X射线衍射产生光强特定空间分布规律的现象。因此，晶体可看作三维立体光栅，X射线衍射实质为干涉。
2.5 分子取向问题探讨
取向的获取，不是分析结果而是实验结果，因而引导学生能够由图分析分子晶体中的不同取向数目即可。例如，“练习与应用”9：碘晶胞分子取向（2种）、教材第79页干冰晶胞中分子取向（4种）等均可以作为练习内容，便于帮助学生认识分子晶体中分子取向问题及正确认识分子晶体堆积类型。例如，干冰晶体中二氧化碳分子的排列方向有4种，即在顶点上有1种，3对面心上有3种。
非极性分子间电子与核相对位移，正负电荷重心分离，产生瞬时偶极——色散力。同极相斥、异极相吸，两个分子必将发生相对转动。面心立方晶胞的特征是晶胞内的任一原子作面心平移，必得到与它完全相同的原子，即处于晶胞顶点的原子和处于面心的原子周围环境完全相同。干冰晶胞有4种不同取向的二氧化碳分子，当晶胞通过面心平移后，顶点和面心周围化学环境相同，但几何环境（分子取向）不同，因此干冰晶胞不是面心立方晶胞，而是简单立方晶胞。
3 对第二节的思考与补充
3.1 分子晶体：基于认知晶体的思路方法建构
教材第78页第一段明确了分子晶体定义，即通过分子间作用力而形成的由分子构成的晶体。同时，提出指向性整合：因为分子晶体熔点低、硬度低，所以教师可引导学生结合第二章第三节分子结构与物质性质进行整合复习。第二段提出属于分子晶体的常见物质及类别，其中先给出碳60的晶胞示意图，这时学生无法通过透视该图像而找到晶胞特点；但第三段明确说明了关键问题：若只存在范德华力，则一个分子中心周围最多有12个紧邻分子（在此，可以提出配位数概念）。
（1） 配位数与晶胞密度。
配位数概念存在于配位和晶体化学中，定义不同。配合物中的配位数，是指直接同中心离子（或原子）配位的原子数目。晶体学中的配位数是指晶体中一个原子或分子周围与其等距离的最近邻的原子数目。理解了配位数概念后，再用教材图3-17验证碳60配位数为12，故笔者建议在此开展晶体均摊法复习和晶体密度计算学习。
一般可设计以下问题：C60为面心立方结构，两个相邻C60分子球间距为1.00×10-9 m，求C60晶体密度。解答：C60是面心立方结构，所以晶胞一共含有：6×1/2+8×1/8=4个C60；C60分子的球心距是1.00×10-9 m，在晶体中的表现是面对角线的1/2，即为1.00×10-9 m，所以晶胞体积是： m³，由此得出晶体密度公式和计算技巧：ρ=（N×M）/（NA×V）。
（2） 某种冰晶胞——整合的机会。
教材第71页详细介绍了冰中水分子氢键的方向性，但未给出冰晶胞，故这一内容可以作为教学补充。一般可设计如下问题：某种冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞（其晶胞结构如
图1所示，其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心，实心球所示原子位于立方体内）类似，那么每个冰晶胞平均占有水分子个数是多少？冰晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相同的原因是什么？
就上述问题而言，若对共价键、分子间作用力（氢键）、均摊法、晶胞认知等知识进行结合并加以综合分析，则是一次较为完整的难点分析，可提升学生的思维水平。
分析：每个冰晶胞平均占有分子数=4+8×1/8+6×1/2=8，H2O的中心氧原子中含有2个σ键和2个孤电子对，金刚石中每个碳原子含有4个σ键且没有孤电子对，所以水中的O和金刚石中的C都是sp3杂化，且水分子间的氢键具有方向性，每个水分子中的1个氧原子可以和另外2个水分子中的氢原子形成2个氢键，而2个氢原子可以和另外2个水分子中的氧原子形成氢键，所以每个水分子可与相邻的4个水分子形成4个氢键，导致冰晶胞与金刚石晶胞微粒的排列方式相似。
答案：8；水中的O和金刚石中的C都是sp3杂化，且水分子间的氢键具有方向性，每个水分子可与相邻的4个水分子形成4个氢键。
随后，学生理解了干冰只有范德华力，故其配位数为12，且密度大于冰（冰的密度比水小）。同时，教师可以组织学生思考与讨论问题，在此基础上解释硫化氢晶体和水晶体的区别。另外，学生对第80页“科学·技术·社会”的天然气水合物的水分子笼的形成也就容易理解了。
3.2 共价晶体：应用模型
教材第81页第一行未给出明确的共价晶体概念，对此，应加以补充。①共价晶体：所有原子都以共价键相互结合形成三维的立体网状结构的晶体；②组成微粒：原子；③微粒间的作用力：共价键，即气化或熔化时破坏的作用力为共价键。
（1） 金刚石晶胞——经典范例。
教材第81页第二段文字介绍了金刚石这一典型共价晶体。对此，应将碳原子sp
3杂化轨道形成共价键构成三维骨架的特征研究清楚；第三段文字提出了键长和键能的关系，以及共价晶体硬度大、熔点高的根本原因。据此，应适当补充金刚石晶胞，但教材原图3-21不够清晰，对此，可补充
图2加以说明。
（2） 横向、纵向对比晶体物理性质——复习抓手。
教材第82页“思考与讨论及表3-3”都对共价晶体的熔点硬度进行了比较。在此需要着重分析，同时可以进行纵向对比。
共价晶体的最大特点是原子间不再以紧密的堆积为特征，与金属堆积相比，空间利用率低、配位数低，但原子间通过强共价键相连，因此其熔沸点高、硬度大。在共价晶体中，熔点和硬度都和共价键强度成正比，两者没有关联。固体硬度判断方法：一般共价晶体>离子晶体>金属晶体>分子晶体，如
表1所示。复习时需关注共价晶体：共价键强度（原子半径大，平均核间距大，键长大，键能小）；离子晶体：晶格能（离子半径及电荷，半径小和电荷大，则晶格能大）。受篇幅所限，后续内容
［3］另见其他文章。
综上所述，教材对“晶体结构与性质”前两节内容的编排精彩纷呈。因此，在教学过程中，教师应用好教材教学。同时，发现了一些具有深入研究与思考的学生思维发展点位，对此，教师应在学情允许的条件下充分开发与补充。课堂是落实学生化学学科核心素养的阵地，教师在课堂上依据教材素材和延伸素材进行课堂教学，应始终满足课程标准、高考评价体系的要求，方能促使学生必备知识、关键能力和正确价值观的形成。
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