三二节原子晶体PPT课件.ppt

晶体结构与性质 第三章 第二节分子晶体与原子晶体第二课时 1 下列物质中含有共价键的分子晶体是 A SiO2B ArC 葡萄糖D HD 2 下列物质的性质与氢键无关的是 A 冰的密度比液态水的密度要小B NH3易液化C NH3分子比PH3分子稳定D 氢氟酸是弱酸 而其他氢卤酸是强酸 CD C CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示 通过比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体 思考与交流 109 28 Si O 共价键 二氧化硅晶体结构示意图 概念 二 原子晶体 定义 原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体 巨分子 构成晶体的微粒 原子粒子间的作用力 共价键气化或熔化时破坏的作用力 共价键 提醒 原子晶体中不存在单个分子 化学式不代表真实结构 思考 只由原子形成的晶体一定是原子晶体吗 观察 思考 对比分子晶体和原子晶体的数据 原子晶体有何物理特性 二 原子晶体的物理特性 1 熔点和沸点很高2 硬度大 金刚石在自然界中硬度最大 3 一般不导电4 且难溶于一些常见的溶剂原因 相邻原子间的共价键较强 三 常见的原子晶体 某些非金属单质 金刚石 C 晶体硅 Si 晶体硼 B 晶体锗 Ge 某些非金属化合物 碳化硅 SiC 晶体 氮化硼 BN 晶体某些氧化物 二氧化硅 SiO 晶体 三氧化二铝 Al2O3 晶体 109 28 金刚石的晶体结构示意图 共价键 思考 1 在金刚石晶体中 C采取什么杂化方式 每个C与多少个C成键 最小碳环由多少个碳原子组成 它们是否在同一平面内 2 在金刚石晶体中 C原子个数与C C键数之比为多少 3 12克金刚石中C C键数为多少NA 金刚石晶胞 1 金刚石结构特征 键能 347 7kj mol 熔点 大于35500C 硬度 很大 在金刚石晶体里 每个碳原子都采取SP3杂化 以共价键跟4个碳原子结合 形成正四面体 这些正四面体向空间发展 构成一个坚实的 彼此联结的空间网状晶体 金刚石晶体中所有的C C键长相等 键角相等 109 28 晶体中最小的碳环由6个碳组成 且不在同一平面内 每个C原子被12个环共有 晶体中C原子与C C键数之比为 1 2 四 典型原子晶体的结构 180 109 28 Si O 二氧化硅的晶体结构示意图 共价键 思考与交流 1 在SiO2晶体中每个硅原子周围紧邻的氧原子有多少个 每个氧原子周围紧邻的硅原子有多少个 在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是多少 2 1mol二氧化硅的晶体含几摩的Si O键 3 在二氧化硅的晶体结构中 最小的环由几个原子构成 2 SiO2的结构特征 在SiO2晶体中 每个Si原子周围结合4个O原子 每个O原子跟2个Si原子相结合 SiO2晶体是由Si原子和O原子按1 2的比例所组成的立体网状的晶体 最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环 每个Si原子被12个环共有 1molSiO2中含4molSi O键 四 典型原子晶体的结构 一种结晶形碳 有天然出产的矿物 铁黑色至深钢灰色 质软具滑腻感 可沾污手指成灰黑色 有金属光泽 六方晶系 成叶片状 鳞片状和致密块状 密度2 25g cm3 化学性质不活泼 具有耐腐蚀性 可以在空气或氧气中强热燃烧生成二氧化碳 石墨可用作润滑剂 并用于制造坩锅 电极 铅笔芯等 知识拓展 石墨 练习 如图所示 在石墨晶体的层状结构中 每一个最小的碳环完全拥有碳原子数为 每个C完全拥有C C数为 石墨中C C夹角为 1200 C C键长 1 42 10 10m层间距 3 35 10 10m 2 3 2 知识拓展 石墨 混合型晶体 1 石墨为什么很软 2 石墨的熔沸点为什么很高 熔点高于金刚石 3 石墨属于哪类晶体 为什么 石墨为层状结构 各层之间是范德华力结合 容易滑动 所以石墨很软 石墨各层均为平面网状结构 碳原子之间存在很强的共价键 大 键 故熔沸点很高 石墨为混合键型晶体 知识拓展 石墨 混合型晶体 拓展 金刚石 石墨的比较 正四面体空间网状 六边形平面层状 共价键 共价键与范德华力 个原子不同面 个原子同面 6 1 6 1 6 1 2 3 6 1 12 1 2 6 1 3 2 解释 结构相似的原子晶体 原子半径越小 键长越短 键能越大 晶体熔点越高 金刚石 硅 锗 交流与研讨 1 怎样从原子结构角度理解金刚石 硅和锗的熔点和硬度依次下降 2 具有共价键的晶体叫做原子晶体 这种说法对吗 为什么 分子晶体有什么特点 哪些晶体是分子晶体 原子晶体有什么特点 哪些晶体是原子晶体 氢键对分子晶体的结构与性质有何影响 总结对比原子晶体和分子晶体的差异 讨论总结 小结1 分子晶体与原子晶体的比较 相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构 分子间以分子间作用力结合 原子 分子 共价键 分子间作用力 很大 较小 很大 较小 不溶于任何溶剂 部分溶于水 不导电 个别为半导体 固体和熔化状态都不导电 部分溶于水导电 小结2 判断晶体类型的方法 1 依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断 构成原子晶体的微粒是原子 原子间的作用力是共价键 构成分子晶体的微粒是分子 分子之间的作用力是分子间作用力 2 依据物质的分类判断3 依据晶体的熔点判断 原子晶体的熔点高 一般在1000 以上 分子晶体的熔点低 常在几百度以下甚至更低4 依据导电性判断 分子晶体为非导体 部分分子溶于水能导电 原子晶体多为非导体 有些为半导体 如 硅 锗5 依据硬度和机械性能判断 原子晶体硬度大 分子晶体硬度小 B C 随堂练习 随堂练习 3 填空 氮化碳晶体是新发现的一种高硬度材料 该晶体类型应该是 晶体 试根据物质结构知识推测氮化碳晶体与金刚石比较 硬度更大的是 晶体 熔点较低的是 晶体 原子 氮化碳 金刚石 键长 C N C C 4 认真观察二氧化硅晶体模型后填空 1 二氧化硅晶体中最小环为 元环 2 每个硅原子平均为 个最小环共用 3 每个最小环平均拥有 个硅原子 个氧原子 4 1mol二氧化硅晶体中 含S O共价键键数为 5 12g金刚石中 含C C共价键键数为 2NA 12 12 6 1 12 0 5 6 1 6 1 4NA 随堂练习 5 石墨晶体的层状结构 层内为平面正六边形结构 试回答下列问题 1 图中平均每个正六边形占有C原子数为 个 占有的碳碳键数为 个 2 层内7个六元环完全占有的C原子数为 个 碳原子数目与碳碳化学键数目之比为 14 2 3 2 3 随堂练习 6 最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子 如下图所示 顶角和面心的原子是钛原子 棱的中心和体心的原子是碳原子 它的化学式是 解析 由于本题团簇分子指的是一个分子的具体结构 并不是晶体中的最小的一个重复单位 不能采用均摊法分析 所以只需数出该结构内两种原子的数目就可以了 答案为 Ti14C13 随堂练习 7 分析下列物质的物理性质 判断其晶体类型 A 碳化铝 黄色晶体 熔点2200 熔融态不导电 B 溴化铝 无色晶体 熔点98 熔融态不导电 C 五氟化钒 无色晶体 熔点19 5 易溶于乙醇 氯仿 丙酮中 D 物质A 无色晶体 熔融时或溶于水中都能导电 随堂练习 资料莫氏硬度 某些原子的熔点和硬度 硬度是衡量固体软硬程度的指标 硬度有不同的标度 最普通的硬度标度是划痕硬度 即莫氏硬度 以固体互相刻划时出现刻痕的固体的硬度较低 全刚石不能被任何天然矿物刻划出封痕 因而是最硬的 以金刚石的硬度为10 以另9种天然矿物为代表 可将莫氏硬度分为十度 C60 金刚石和石墨的结构模型如下图所示 石墨仅表示出其中的一层 1 C60 金刚石和石墨三者互为 2 固态时 C60属于 填 离子 原子 或 分子 A 同分异构体B 同素异形体 C 同系物D 同位素 3 硅晶体的结构跟金刚石相似 1mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是NA个 硅 氧原子形成的最小环上氧原子的数目是 4 石墨层状结构中 平均每个正六边形占有个碳原子 B 分子 2 6 2 拓展提高 1996年诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家 C60分子是形如球状的多面体 如图 该结构的建立基于以下考虑 C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键 C60分子只含有五边形和六边形 多面体的顶点数 面数和棱边数的关系 遵循欧拉定理 顶点数 面数 棱边数 2 31 v F E 2 据上所述 可推知C60分子有12个五边形和20个六边形 C60分子所含的双键数为30 请回答下列问题 1 固体C60与金刚石相比较 熔点较高者应是 理由是 2 试估计C60跟F2在一定条件下 能否发生反应生成C60F60 填 可能 或 不可能 并简述其理由 金刚石属原子晶体 而固体C60不是 故金刚石熔点较高 金刚石 因C60分子含30个双键 与极活泼的F2发生加成反应即可生成C60F60 可能 32 3 通过计算 确定C60分子所含单键数 C60分子所含单键数为