按4个层级(环节)组织晶胞的教学-大学化学-北京大学.PDF

第 23卷 　第 4 期 大 学 化 学 2008年 8月 教学研究 　　与 　　改革 　　按 4个层级 (环节 )组织晶胞的教学 段连运 (北京大学化学与分子工程学院　北京 100871) ( ) 　　摘要 　介绍按 4个层级 环节 进行晶胞教学的情况 。这 4 个层级是 : 晶胞定义的内涵和外 ( ) 延 ; 晶胞的两个要素 ; 以晶胞为基础的计算和推演 ;实习 制作及观看结构模型 。 　　晶胞是结构化学的重要概念 ,也是大学本科化学专业和应用化学专业 “结构化学基础 ”课 的基本内容 。晶胞以及由它派生出来的一些概念看起来简单 ,然而学起来和教起来并不容易。 我在多年的教学实践中悟出一些体会 ,形成下面的认识 :欲使学生把握这些概念的内涵和外 ( ) 延 ,从而能够准确而熟练地用来解决化学问题 ,在讲授时必须紧紧抓住 理想 晶体结构的两 大基本特征 ———周期性和对称性这个要领 ,贯穿 “晶胞是晶体结构的缩影 ”这一思想 ,按下列 4 ( ) 个层级 环节 进行 “晶胞 ”的教学 。 ( ) ( ) 　　 1 第一层级 环节 ———从 “晶胞是晶体结构的缩影和基本重复单位 ”切入讲授晶胞定 义的内涵和外延 。 ( ) 　　把晶胞视为晶体结构的缩影 ,如同把细胞视为生物体 动物 、植物和微生物等 的缩影一 ( 样 。众所周知 ,在一般的生物学研究和教学中 ,常常先把细胞的内部结构 细胞质 、细胞核 、细 ) 胞壁 研究透彻 ,再按一定规律放大 ,即可大致掌握该生物体的结构 、性质和功能 。类似地 ,只 要把某一晶体的晶胞的内部结构剖析透彻 ,再按照 “8 个晶胞公用一个顶点、4 个晶胞公用一 条棱 、2 个晶胞公用一个面 ”的原则将它们上下、左右 、前后 “并置 ”放大 ,则该晶体的整个结构 也就掌握了。基于这样的思路和原则 ,晶胞定义的内涵和外延应当是 : ( ) 　　①晶胞必须符合晶体的化学组成 ,即晶胞内各种原子 广义原子 ,下同 的数量之比能够 代表该晶体中各相应原子的数量之比。因此 ,按晶胞推求出的化学式就是该晶体的化学式 。 ( ) 在 2003年全国高中学生化学竞赛 省级赛区 试题中有这样一道题 :某在 5K下呈现超导性的 晶体的化学式为 N a CoO ·1. 3H O ,它具有 …CoO H O N aH O CoO H O N aH O …层状 0. 35 2 2 2 2 2 2 2 2 结构 。在以 “CoO2 ”为最简式表示的二维结构中 ,钴原子和氧原子呈周期性排列 ,每个钴原子 被 4 个氧原子包围 ,所有 Co—O 键等长 。要求以大球表示氧原子 、小球表示钴原子 ,画出 CoO2 层的结构 ,并用粗线画出两种二维晶胞 ;指出结构基元 ,并画出 CoO2 层的点阵素单位 。 　　根据题面描述的 “钴原子和氧原子呈周期性排列 ,钴原子被 4 个氧原子包围 , Co—O 键等