晶体及其计算研究
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有关晶体的各类计算晶体是由原子、分子或离子按照一定的规则排列组成的固体物质。
晶体的结构和性质可以通过各种计算方法进行研究和预测。
本文将介绍晶体的各类计算方法,包括晶胞参数计算、电子结构计算和晶格动力学计算等。
一、晶胞参数计算方法晶胞参数是描述晶体结构的基本参数,包括晶胞长度、晶胞角度等。
晶胞参数计算方法主要分为实验方法和理论方法两类。
1.实验方法:通过实验手段确定晶胞参数,包括X射线衍射、中子衍射、电子衍射等技术。
这些技术可以通过测量晶体的衍射角度和强度,来反推晶体的晶胞参数。
例如,通过X射线衍射技术可以得到晶胞的长度和角度信息,然后利用几何学和晶体学理论进行分析计算。
2. 理论方法:通过理论计算手段预测晶胞参数,包括密度泛函理论(DFT)、分子力学方法、量子力学方法等。
这些方法可以从晶胞的能量最小化和最优结构寻找中确定晶胞参数。
密度泛函理论是一种基于电子密度的计算方法,可以通过求解Kohn-Sham方程得到晶体的基态电子结构和晶胞参数。
分子力学方法则将晶体中的原子看作经典力学粒子,通过经典力学力场计算得到晶体的能量和结构。
二、电子结构计算方法电子结构是指描述晶体中电子的运动状态和能量分布的理论框架。
电子结构计算方法可以通过计算分子轨道、能带结构和态密度等参数来描述晶体的电子性质。
1. 密度泛函理论(DFT):DFT是一种基于电子密度的计算方法,可以精确计算晶胞中的电子结构和物理性质。
DFT方法通过求解Kohn-Sham 方程,得到晶体的基态电子密度和能量。
然后可以通过电子密度计算组态关联能、原子电荷分布、态密度和光谱等电子性质指标。
2. 分子轨道方法:分子轨道方法将晶体中的电子看作在分子轨道上运动,通过求解电子的分子轨道波函数,可以得到晶体的基态电子结构和反应性。
常用的分子轨道方法有Hückel方法、扩展Hückel方法、Hartree-Fock方法等。
这些方法对于大尺寸的晶体模型计算较耗时,但适用于分子结构的预测和反应物和产物的性质计算。
晶体结构计算范文一、晶体结构计算的原理和方法晶体结构是由一个个原子或离子组成的有序排列,这种有序排列在结晶体中呈现出周期性的空间分布。
晶体结构计算的主要目标是确定晶体中原子的准确位置和其之间的相互作用,以及晶格参数等信息。
晶体结构计算的方法主要有实验方法、理论计算方法和模拟方法等。
实验方法包括X射线衍射、电子衍射、中子衍射等,通过分析衍射的图样可以确定晶体的结构。
理论计算方法主要是基于量子力学原理,包括密度泛函理论、分子力学等,通过计算得到晶体的能量、晶格参数和原子位置等信息。
模拟方法主要有分子动力学模拟、蒙特卡洛模拟等,模拟系统的原子运动和相互作用,从而得到晶体的结构和性质。
二、晶体结构计算的应用晶体结构计算在材料科学、物理化学等领域具有广泛的应用。
首先,晶体结构计算可以用于研究材料的物理和化学性质。
通过计算分析可以预测材料的电子能带结构、光学性质、磁性等,为材料的设计和应用提供理论基础。
其次,晶体结构计算可以用于材料的合成和工艺优化。
通过计算和模拟可以预测材料的晶体生长行为,优化合成工艺,提高材料的质量和性能。
此外,晶体结构计算还可以用于研究材料的相变过程、相图和微观性质变化等,对材料的相变机制和性质变化规律进行深入研究。
三、晶体结构计算的实际案例展示为了更好地展示晶体结构计算的应用,我们以典型的半导体材料硅Sio2为例进行分析。
硅是一种广泛应用于电子器件中的材料,其结构具有平面型和空间型两种。
通过晶体结构计算可以得到硅的结构参数、晶体中原子的位置等信息。
首先,通过X射线衍射实验可以得到硅的晶胞结构和晶格参数。
然后,利用密度泛函理论和分子动力学模拟等方法进行计算分析,得到硅晶体中原子的位置以及相互作用等信息。
通过计算和模拟可以发现硅晶体中的晶格缺陷、晶界和表面等问题,并对其进行优化和修复,得到具有优异性能的硅晶体材料。
在实际应用中,硅晶体的结构计算可以用于电子器件的设计和性能优化。
通过模拟和计算可以预测材料的电子能带结构,优化器件的导电性能和光学特性,提高器件的效率和可靠性。
晶带定律公式晶带定律公式是固体力学中的基本定律之一,它描述了晶体中原子位置的关系。
晶体是由一定排列规律的原子或离子组成的固体材料,晶带定律公式通过研究晶格结构,揭示了晶体的性质和行为。
晶带定律公式可以总结为以下几个方面:1. 晶带间距公式:晶体中晶带的间距与晶格常数之间存在一定的关系。
晶带间距公式可以用来计算晶体中晶带的间距,从而研究晶体的结构和性质。
2. 晶带角度公式:晶体中晶带的角度与晶格常数之间存在一定的关系。
晶带角度公式可以用来计算晶体中晶带的角度,从而研究晶体的晶格结构。
3. 晶带对称性公式:晶体中晶带的对称性与晶格常数之间存在一定的关系。
晶带对称性公式可以用来判断晶体中晶带的对称性,从而研究晶体的晶格结构和性质。
4. 晶带形状公式:晶体中晶带的形状与晶格常数之间存在一定的关系。
晶带形状公式可以用来计算晶体中晶带的形状,从而研究晶体的结构和性质。
5. 晶带缺陷公式:晶体中晶带的缺陷与晶格常数之间存在一定的关系。
晶带缺陷公式可以用来计算晶体中晶带的缺陷,从而研究晶体的晶格结构和性质。
晶带定律公式的应用非常广泛,不仅在材料科学和固体力学领域得到广泛应用,还在电子学、化学、生物学等领域发挥着重要作用。
通过研究晶带定律公式,可以深入理解晶体的结构和性质,为材料的设计和应用提供理论依据。
然而,晶带定律公式的应用也面临着一些挑战和限制。
首先,晶带定律公式是建立在理想晶体的假设基础上的,现实中的晶体往往存在各种缺陷和杂质,这会对晶带定律公式的适用性造成一定的影响。
其次,晶带定律公式是基于经验和实验观测得出的,对于新型材料或特殊条件下的晶体,可能需要通过实验验证和修正公式的参数。
晶带定律公式是研究晶体结构和性质的重要工具,通过应用晶带定律公式,可以深入理解晶体的行为和性质,为材料的设计和应用提供理论支持。
然而,晶带定律公式也需要结合实际情况进行修正和验证,以提高其适用性和准确性。
未来随着科学技术的不断发展,晶带定律公式将进一步完善和应用于更广泛的领域。
晶体计算shamma公式理论说明以及概述1. 引言1.1 概述本文旨在对晶体计算中的Shamma公式进行理论说明和概述。
晶体计算是一种重要的科学研究方法,通过计算机模拟来研究晶体材料的结构、性质和行为。
Shamma公式作为晶体计算中一种常用的数学模型,具有广泛的应用领域和重要意义。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行介绍和讨论。
首先,在引言部分,我们将概述文章的目的、结构和重要性。
接下来,第二部分将详细介绍Shamma公式的理论原理以及推导过程。
第三部分则会对Shamma公式进行概述,包括其基本原理、假设以及在晶体结构优化中的应用。
第四部分将通过实验验证与案例分析来探讨Shamma公式的有效性和适用性。
最后,在结论与展望部分,我们将总结本文的主要研究成果,并提出未来研究方向上的展望和建议。
1.3 目的本文旨在系统地介绍晶体计算中常用的Shamma公式,并深入探讨其理论基础、推导过程以及应用领域。
通过对Shamma公式的详细阐述,我们希望能够提高读者对该公式的理解和认识,并为进一步研究晶体计算方法提供有益的参考和指导。
2. 晶体计算shamma公式理论说明:2.1 shamma公式介绍晶体计算是一项广泛应用于材料科学领域的研究方法,旨在预测和理解晶体结构及其性质。
其中,shamma公式作为一种重要的计算方法,在晶体结构优化中发挥着关键作用。
2.2 shamma公式的推导过程Shamma公式是由Roger W. Shamma等人提出的,基于密度泛函理论(DFT)的方法。
该理论通过对电子轨道进行近似处理,将复杂的量子力学问题转化为实际可计算的形式。
具体而言,shamma公式通过利用分子轨道中自旋–轨道耦合(SOC)效应来描述非磁性空间群对称性(NMS),从而实现了计算能带结构和态密度等物理性质的高效求解。
2.3 shamma公式的应用领域和意义shamma公式在各个领域都有广泛应用。
它可以用于预测材料的光电性质、磁性质以及强度学等,并且能够精确揭示金属、半导体和绝缘体等不同类型晶体的结构和性质。
计算晶体学的研究现状和展望晶体学是物理学的分支学科,研究矿物、晶体的形态、结构、性质及其形成、结晶、变性、分解等现象。
晶体学的发展历程长,早在18世纪初期,欧拉、泊松等人对于晶体结构和成长原理进行了探讨,随后由魏尔斯特拉斯等人详述了晶体学的基本原理。
随着计算机技术的迅速发展,计算晶体学成为一个快速发展的领域,为晶体学的研究提供了新的方法和手段。
下面,本文将对计算晶体学的研究现状和展望作出分析和评估。
一、计算晶体学的研究现状计算晶体学的研究内容较为广泛,主要包括晶体结构的测定和研究、晶体性质的计算和模拟、晶体结构与生长机理的关系等方面。
下面主要从三个方面对计算晶体学的研究现状进行描述。
(一)晶体结构的测定和研究晶体学的基础是对晶体结构的认识和研究。
传统的晶体结构测定方法主要有X射线衍射和中子衍射技术,这些方法在精度和准确度方面得到全面确认,但是需要大量的时间和精力。
计算晶体学的发展使得晶体结构的测定和研究变得更加高效,结构模拟和计算能够快速地生成晶体模型,并从中推导出晶体结构的各种性质及其相互关系。
例如,基于密度泛函理论(DFT)的计算方法可以用来计算晶体结构的电子结构、能量等相关性质,从而预测新型材料及其特性,为材料科学和工程带来了新的思路和方法。
(二)晶体性质的计算和模拟晶体物理性质与其原子、分子之间的相互作用有关,因此计算晶体学可通过理论模拟等方法计算这些性质。
以垂直方向来看,可对晶体密度、原子/分子间的化学键强度等进行分析;而在垂直方向探究时,则可对电学性质、热学性质的计算和预测等方面进行研究。
与此同时,计算化学方法还可以用于模拟吸附媒体、催化剂和催化反应路径关键节点等研究。
这些理论计算分子模拟化学意义十分深远,尤其举足轻重的一种计算方法为量子化学计算方法。
同时,在这一领域细节所体现的精度是十分高的,能够做到很多实验技术难以比拟的准确度。
(三)晶体结构与生长机理的关系生长机理是研究晶体的形成和生长过程的相关理论和方法。
氯化钠晶体生长及理论计算的研究采用电阻加热Cz法,设计合理温场,优化工艺参数,生长出Φ120×100mm 的NaCl晶体。
讨论了热应力与晶体开裂的关系,得出了最大εmax=0.326。
生长出大尺寸的晶体,必须降低轴向温度梯度、εTR和εmax,才能避免晶体开裂;计算了NaCl晶体的应变极化常数λ=0.590;分析了NaCl熔体结构,提出了准晶格动力学理论模型。
标签:热应力;应变极化常数;熔体的准晶格动力学;NaCl1.引言氯化钠(NaCl)是通过较强的库仑引力结合的离子晶体,晶格能为722kJ/mol,结构稳定,熔点高和膨胀系数小等特性。
透过波段为0.25-22 um,对可见光是透明的。
在红外波段,吸收系数为4.8×10-6 cm-1,透过率大于90%,在远红外区有一特征吸收。
可广泛的应用于红外光谱仪、分光光度计及红外装置的分光棱镜等领域。
NaCl晶体立方结构的特殊性,因此,可选择以NaCl为主体碱金属卤化物,开展熔体的准晶格动力学、固体晶格动力学的研究。
同时,这种结构简单的碱金属卤化物体系,还可以作为晶体生长热力学和动力学的研究对象,具有重大的理论和技术价值。
本文采用电阻加热提拉法,生长出Φ130×80-100 mm的晶体。
分析和讨论了热应力对晶体开裂的影响规律,提出了晶体最大的热应变与晶体轴向的轴向温度梯度的证明关系。
计算了NaCl晶体的应变极化常数、分析了NaCl熔体结构的特性,提出了熔体的结构准晶格动力学理论模型。
2.晶体生长与热应力对晶体开裂的影响2.1晶体生长NaCl原料是北京化工厂生产的,纯度为3N。
将原料放入200℃进行烘干,除去原料中的水分等杂质。
用YE-2000A型压力试验机,在3MPa下压制10min,压成Φ200×5mm的多晶料。
300℃烧结24h,获得多晶块料。
采用电阻加热Cz法,生长速率1-3mm/h,转速5 rap/m,循环水冷系统控制在20℃左右,在650℃、72h退火,消除应力。
晶胞计算技巧一、引言晶体结构的计算是固体物理和化学研究中的重要环节之一。
为了研究晶体的性质和行为,研究者经常需要进行晶胞计算。
晶胞计算是指通过计算机模拟和计算,研究晶体的结构和性质。
在晶胞计算中,有一些技巧和方法可以帮助我们更好地进行计算和分析。
本文将介绍一些常用的晶胞计算技巧。
二、晶胞的生成与优化在晶体结构计算中,首先要生成晶胞。
晶胞的生成可以通过实验测量得到,也可以通过计算方法来得到。
一种常用的计算方法是通过密度泛函理论(DFT)来计算晶胞的结构。
在生成晶胞后,还需要对晶胞进行优化。
晶胞的优化可以通过分子动力学模拟来实现,通过调整晶格参数和原子位置,使得晶胞能量达到最低。
三、晶胞的对称性分析晶胞的对称性分析可以帮助我们更好地理解和描述晶体的结构。
在晶胞计算中,可以通过对晶胞的对称性进行分析,得到晶体的空间群和点群。
晶体的空间群和点群描述了晶体中原子的排列方式和对称性。
通过对晶胞的对称性分析,我们可以得到关于晶体结构的更多信息。
四、电子结构计算在晶胞计算中,电子结构计算是一个重要的步骤。
电子结构计算可以通过密度泛函理论(DFT)来实现。
通过DFT计算,可以得到晶体的能带结构、态密度和电子密度等信息。
这些信息可以帮助我们研究晶体的导电性、磁性和光学性质等。
五、声子计算声子计算是晶胞计算中的另一个重要内容。
声子计算可以用来研究晶体的振动性质。
在声子计算中,可以计算晶体的声子能谱、声子态密度和声子热容等。
这些信息对于研究晶体的热传导和热膨胀等性质非常重要。
六、缺陷和表面计算在晶体中,常常存在各种缺陷和表面。
研究晶体的缺陷和表面性质对于理解晶体的性质和行为非常重要。
在晶胞计算中,可以通过引入缺陷和表面来研究晶体的性质。
通过计算和模拟,可以研究缺陷的形成和扩散机制,以及表面的催化性能和吸附性能等。
七、后处理和可视化在晶胞计算中,后处理和可视化是一个重要的环节。
通过后处理和可视化,可以对计算得到的数据进行分析和展示。
计算物理学中的晶体生长模拟研究晶体生长模拟是计算物理学领域的一个重要研究方向,它在材料科学、化学工程、生物工程等众多领域都有广泛的应用。
晶体是由有序排列的原子或分子组成的,生长过程中会产生各种缺陷和结构变化,如位错、界面、缺陷等。
这些缺陷和结构变化对晶体的稳定性、生长速率、形态等有着重要影响,因此研究晶体生长过程中的缺陷和结构变化,对深入了解晶体生长机理、优化晶体生长过程,具有重要意义。
计算物理学中的晶体生长模拟主要使用分子动力学(Molecular Dynamics,MD)方法。
MD方法是一种基于牛顿力学原理的分子模拟方法,通过数值模拟分子之间的相互作用和运动,可以得到物质的力学和热学性质,包括能量、温度、动量、速度等。
MD方法可以模拟分子级别的过程,因而可以用来研究晶体生长过程中的各种缺陷和结构变化。
在晶体生长模拟研究中,MD方法主要涉及到以下几个方面的问题:1. 模拟晶体生长的动力学过程:晶体生长过程中,各种分子之间的相互作用会引起晶体结构的无序化、再有序化,因此晶体生长的动力学过程是一个复杂的非平衡态过程。
通过分子动力学模拟,可以在原子或分子尺度下揭示这个过程中的各种微观现象和动力学规律。
2. 模拟晶体生长中的缺陷:晶体中的缺陷包括点缺陷、线缺陷、平面缺陷和体缺陷等。
在晶体生长过程中,这些缺陷的产生、演化和消失,对晶体的结构、形态、性质等有着重要影响。
通过模拟缺陷的产生和演化过程,可以研究缺陷的物理本质和对晶体性质的影响。
3. 模拟晶体生长中的晶界:晶界是晶体中不同晶粒之间的界面,也是晶体生长中的重要因素。
晶界对晶体的结构、形态、力学性质等都有很大影响。
通过分子动力学模拟,可以研究晶界的构型、能量和稳定性,预测晶界的演化和影响。
4. 模拟晶体摩尔输运:晶体中存在物种的输运现象,包括扩散、溶解和晶体生长等。
模拟晶体中物质的输运行为,可以揭示晶体生长过程中物质传输的机理和规律,有助于优化晶体生长过程。
晶格振动与晶体热稳定性的计算模拟研究进展及未来研究方向晶格振动是晶体中原子相对于其平衡位置的振动现象。
通过对晶体的晶格振动进行计算模拟研究,可以揭示晶体的热稳定性及相关物性,对材料的设计和应用具有重要意义。
本文将介绍晶格振动与晶体热稳定性的计算模拟研究进展,并探讨未来的研究方向。
一、晶格振动的计算模拟方法目前,研究者们常用的晶格振动计算模拟方法主要包括分子动力学模拟、密度泛函理论和微扰理论。
1. 分子动力学模拟分子动力学模拟是一种基于牛顿运动定律的计算方法,通过对晶体中原子的运动轨迹进行模拟,得到晶格振动的信息。
这种方法适用于研究晶体中大量原子的动力学行为,可以揭示晶体的相变、热膨胀和热导率等热稳定性相关的物性。
2. 密度泛函理论密度泛函理论是一种基于量子力学原理的计算方法,通过解析晶体中电子的运动方程,得到晶体中原子的位移和振动频率。
这种方法适用于研究晶体中少量原子的振动行为,可以揭示晶格的局部畸变和共振现象。
3. 微扰理论微扰理论是一种基于量子力学原理的计算方法,通过对晶体中原子势能的微小扰动进行计算,得到晶格振动的修正。
这种方法适用于研究晶体中原子间相互作用的弱化和增强效应,可以揭示晶体的畸变和相变行为。
二、晶体热稳定性的计算模拟研究进展通过对晶格振动的计算模拟研究,研究者们取得了许多重要的研究进展。
1. 晶体的热膨胀行为研究者们通过分子动力学模拟和密度泛函理论,揭示了晶体的热膨胀行为与晶格振动的关系。
他们发现,晶格振动的频率和振幅会影响晶体的热膨胀系数,从而影响晶体在温度变化下的稳定性。
2. 晶格的畸变行为研究者们通过密度泛函理论和微扰理论,揭示了晶格畸变对晶体稳定性的影响。
他们发现,晶格的畸变会导致晶体的电子结构发生变化,进而影响晶体的热稳定性和物理性质。
3. 晶体的相变行为研究者们通过分子动力学模拟和密度泛函理论,揭示了晶体的相变规律和机制。
他们发现,相变常常伴随着晶格振动的改变,因此通过对晶格振动的计算模拟,可以预测和解释晶体的相变行为。
晶体及其计算研究江苏省吴江市中学阮利庆(215200)1.大纲解读大纲内容大纲要求离子键、共价键、极性键和非极性键的含义理解极性分子和非极性分子了解分子间作用力、氢键了解几种晶体类型(离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体)及其性质了解2.考点透视年份各地试卷考题涉及的考点2006年江苏卷晶体概念理解、晶体熔沸点比较规律广东卷晶体的性质与键能、分子间作用力的关系上海卷键的极性的判断2005年江苏卷由性质推断晶体类型、化学键与键能计算及性质比较广东卷化学反应与化学键的断裂判断上海卷晶体类型、作用力及晶体的性质及判断2004年全国理综极性价键的判断分子极性的判断广东卷晶体类型的判断(H2O、SiC)上海卷化学键和晶体类型的判断3.考题分析3.1(05江苏)通常人们把拆开1mol 某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。
键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可用于估算化学反应的反应热(△H),化学反应的化学键Si—O Si—Cl H—H H—Cl Si—Si Si—C 键能/ KJ·mol—1460 360 436 431 176 347⑴比较下列两组物质的熔点高低(填>或<)SiC______ Si;SiCl4 ______ SiO2⑵右图立方体中心的“●”表示硅晶体中的一个原子,请在立方体的顶点用“●”表示出与之紧邻的硅原子。
⑶工业上高纯硅可通过下列反应制取:SiCl4 (g) + 2H2(g) Si(s) + 4HCl(g)该反应的反应热△H = ___________ KJ/mol剖析:该小题第(1)问考查了根据键能判断物质的熔点高低。
固体物质受热变为熔融状态,吸收能量用来破坏化学键,所以化学键能越大,熔点就越高。
Si—C键的键能是347 KJ·mol —1,Si—Si键的键能是176 KJ·mol—1,故SiC的熔点在大于Si的熔点;Si—Cl键的键能是360 KJ·mol—1,而Si—O键的键能是460KJ·mol—1,所以SiCl4的熔点小于SiO2的熔点。
第(2)问考查了晶体硅的结构,因为晶体硅中每个硅原子与另外4个硅原子形成4个等长的Si—Si键,所以另外4个硅原子应该在立方体的四个不相邻的顶点上。
第(3)问考查了化学反应中反应热的计算。
计算的依据中“反应中旧键断裂的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差”,值得注意的是:尽管在化学方程式中硅单质用Si来表示,但其分摊到的化学键是二个Si—Si,所以我们计算为:△H=4×360KJ·mol—1+2×436 KJ·mol—1—2×176 KJ·mol—1—4×431 KJ·mol—1=+236 KJ·mol—1点评:考查晶体的综合知识。
3.2(04北京西城)1999年美国《科学》杂志报道:在40 GPa高压下,用激光器加热到1800K,科学家成功地合成出CO2原子晶体。
下列有关这种CO2晶体推断最不可能的是()A. 晶体中每摩碳原子与4 mol氧原子形成共价键B. 容易液化,可用作制冷材料C. 硬度很大,可用作耐磨材料D. 具有很高的熔点、沸点,还具有很大的硬度剖析:解答前,应先弄清命题者是要考查干冰的性质、还是要考查原子晶体的性质。
有的同学没有分析清楚这一点,认为考查干冰的性质,因而造成错解。
通过“原子晶体干冰”来考查解题者对“原子晶体性质”的理解程度。
原子晶体硬度大、熔点和沸点高,所以A和C 两种说法正确。
联想到二氧化硅的晶体结构,可得出D说法也是正确的。
点评:考查晶体的性质。
4.学生透析4.1 学生存在的问题(1)化学键、离子键、共价键、极性键、非极性等基本概念的掌握不够透彻(2)晶体类型判断的方法及其晶体类型对物质结构、性质、用途的推断等知识无法系统化(3)利用均推法求晶体化学式、晶体结构中有关键数的计算及相关物质的熔沸点高低的比较等较高要求的知识点掌握不够4.2 问题产生的原因从知识点本身的特点来看,晶体结构与计算具有抽象、概括的特点和较高要求的空间思维能力,它以化学键、离子键、共价键、分子极性等众多概念作基础。
与其它知识点如熔沸点、密度、阿佛加德罗常数、键能计算、化学实验待联系较多,知识覆盖面广。
它既是教师教学中的难点,也是学生学习中的难点。
从学生掌握知识的层面上看,有的同学基础知识不扎实,概念混淆。
从学生解决问题的能力来看,部分学生缺乏思维的发散性和聚合性;缺乏联系地看待问题,综合地看待问题;分析问题和解决问题的能力较差,往往造成思路混乱,不得要领;另外,审题马虎、模糊。
4.3 教师教学的策略4.3.1 借助感性材料使抽象知识形象化。
在教学过程中,通过借助形象的语言和教学辅助工具降低学生思维的难度,帮助学生加深对理论知识的理解。
例如提供有针对性的感性材料(如通过实物、模型和言语三种直观方式)辅以说明,在丰富、典型、正确的感知基础上逻辑地进行分析、综合、比较、概括,从而达到理解新知识的本质和规律之目的不失为是一种有效的策略。
例如,通过展示四类晶胞的结构模型,让学生比较直观地了解晶体构造的区别,从而加深对晶体的认识。
4.3.2 通过准确表述使知识内涵清晰化。
一般来说,与化学理论相关的基本概念主要是定义性的,而晶体结构与计算中涉及的基本概念或规律又由某些概念和一定的语词组合而成,其中概念的内涵、外延在某种程度上才是晶体结构与计算的实质性内容。
因此,必须从关键字或关键组入手解析内涵,抓住概念的定义和原理的表述中那些作用至关重要而极易被忽视的关键字和关键组分,及时纠正学生因省略或变换关键字、词所产生的错误。
如均摊法求晶体化学式时,常用“共用”、“独自享用”“实际拥用”等关键词。
同时还必须从多角度挖掘隐含信息以解析内涵。
在讨论概念的外延时,往往会衍生出一些似是而非的问题,干扰学生的思路。
4.3.3在知识迁移过程中促进思维积极化。
在教学中要有意识地引导学生对已学的知识进行概括,找出共同的要素(包括思维要素),在新的情境中有效地运用这些要素解决问题。
复习中,一是要加强解决问题过程的思路教学。
指导学生分析正确的思路、发散的思路、多变的思路、简捷的思路。
即使是发现学生错误的思路,要分析错误的原因,从而澄清概念。
做到及时反馈、评价、矫正。
二是学会反思。
反思解题错误的原因,反思举一反三,反思举三反一。
三是对学生进行审题方法、析题方法和解题方法等指导,把近几年的高考题中有关基本理论的题目归类应用,引导学生分析本题考查到什么程度以及应用了哪些科学方法?有些经典题型命题角度在不断变换、虽经典但新颖独特,很值得研究。
四是对学生处理信息能力的培养。
特别是训练学生接受信息(实际事实结论、实验现象的文字、数字图表、各类图式等等及提示、暗示信息)→处理加工(信息筛选、调用、转换、重组等)→输出信息(文字、求证、符号、化学用语、图表等表达方式)的能力。
五是引导学生进行知识的联系与归纳。
如弱电解质的电离平衡,可以联系酸碱反应后溶液中离子浓度大小、酸碱反应体积关系、溶液的PH等等不同角度。
而这类题目恰恰考查学生的思维能力和思维品质,可以作为课堂教学题、变式讨论题、课堂练习题等等来使用,能起到巩固知识,提高解题能力的功效5.导学学案5.1 难点讲析5.1.1 分清晶体的四种基本类型导热性热的不良导体热的不良导体热的良导体热的不良导体导电性固态时不良导体非导体良好导体非导体溶解性易溶于极性溶剂,如水等不溶于一般溶剂不溶于一般溶剂相似相溶实例卤素、氧元素、硫元素等与活泼金属之间形成的大部分化合物金刚石、晶体硅、硼、碳化硅、氮化硼及二氧化硅各种金属及一些合金卤素单质、卤化氢、惰性气体及常温下为气态的物质5.1.2 牢记四种基本晶体类型的判断方法1)从概念判断由金属元素组成,通过自由电子和金属阳离子间强烈相互作用而形成的晶体为金属晶体;构成晶体微粒为分子,微粒间通过分子间作用力,而形成的晶体为分子晶体;共价化合物一般为分子晶体,但SiO2、SiC等为原子晶体;离子化合物一定为离子晶体。
(2)由晶体的物理性质判断①根据导电性判断熔化或固态时都不导电的一般是原子晶体或分子晶体;熔化或固态都能导电的一般为金属晶体;固态时不导电,熔化或溶于水时能导电的一般为离子晶体;熔化、固态都不能导电,但溶于水后大多导电的晶体一般是分子晶体。
石墨称为过渡型或混合型晶体能导电。
②根据机械性能判断具有高硬度的为原子晶体,较硬且脆的为离子晶体,硬度较差但较脆的为分子晶体,有延展性的为金属晶体。
③根据熔、沸点判断离子晶体与原子晶体熔、沸点高于分子晶体。
金属晶体熔沸点有的高,有的低。
5.1.3记清常见晶体的形状和微粒的排列物质晶型重复单位几何形状微粒排列NaCl 离子晶体面心立方体每个周围与它最近等距的有6个;每个周围与它最近等距的有12个CsCl 离子晶体体心立方体每个等距的有8个;每个等距的有6个金刚石原子晶体正四面体最小环上有6个C原子石墨过渡型晶体正六边形每个六边形平均占2个C原子SiO2原子晶体硅氧四面体最小环上有个12原子干冰CO2分子晶体面心立方体等距相邻有12个CO2分子5.1.4掌握四种基本晶体熔、沸点对比规律①离子晶体:结构相似且化学式中各离子个数比相同的离子晶体中,离子半径小(或阴、阳离子半径之和越小的),键能越强的熔、沸点就越高;离子所带电荷大的熔点较高。
②分子晶体:在组成结构均相似的分子晶体中,式量大的分子间作用力就大,熔点也高。
但分子间有氢键存在的物质熔沸点偏高。
③原子晶体:在原子晶体中,只要成键原子半径小,键能大的,熔点就高。
④金属晶体:金属离子半径越小,电荷数越大,其熔、沸点也就越高。
5.2 例题解析5.2.1 (05上海)下列说法错误的是( )A.原子晶体中只存在非极性共价键B.分子晶体的状态变化,只需克服分子间作用力C.金属晶体通常具有导电、导热和良好的延展性D.离子晶体在熔化状态下能导电[命题意图] 考查对晶体概念的理解[解题思路] 原子晶体中,原子之间的共价键可以是同种原子之间的非极性键,如金刚石、晶体硅等,又可以是不同种原子之间的极性键,如二氧化硅、碳化硅等。
[答案] AA组B组C组D组金刚石:3550℃Li:181℃HF:-83℃NaCl:801℃硅晶体: 1410℃ Na : 98℃ HCl : -115℃ KCl : 776℃ 硼晶体: 2300℃ K : 64℃ HBr : -89℃ RbCl : 718℃ 二氧化硅: 1723℃ Rb : 39℃HI : -51℃CsCl : 645℃据此回答下列问题:(1)A 组属于________晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是________________; (2)B 组晶体共同的物理性质是____________________________________(填序号); ①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性(3)C 组中HF 熔点反常是由于____________________________________; (4)D 组晶体可能具有的性质是________________________(填序号); ①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电(5)XY 晶体的单元结构如图所示,晶体中距离最近的+X 与-Y 的核间距离为a cm ,已知阿伏加德罗常数为N A mol --1,其密度为ρg ·cm --3,则XY 的摩尔质量可表示为________g ·mol --1。