高中化学《分子晶体与原子晶体》课件 新人教版选修3.ppt

第三节分子晶体与原子晶体 回顾 1 什么叫晶体 什么叫非晶体 2 晶体与非晶体在结构和性质上有什么差异 3 利用分摊法计算晶胞中粒子数目 观察 思考 请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体 水晶 碘晶体结构 干冰晶体结构 观察与思考 下列两种晶体有什么共同点 nacl晶体结构 一 分子晶体 一概念分子间以分子间作用力 范德华力 氢键 相结合的晶体叫分子晶体 构成分子晶体的粒子是分子 粒子间的相互作用是分子间作用力 结合表格和已有知识 分析 分子晶体有哪些物理特性 为什么 思考与交流 原因 分子间作用力较弱 2 物理特性 1 较低的熔点和沸点 易升华 3 一般都是绝缘体 熔融状态也不导电 有些在水溶液中可以导电 2 较小的硬度 注 分子间作用力越大 熔沸点越高 相对分子质量 分子极性 氢键 分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力 不破坏化学键 也有例外 如s8 5 典型的分子晶体 1 所有非金属氢化物 h2o h2s nh3 ch4 hx 2 部分非金属单质 x2 o2 h2 s8 p4 c60 3 部分非金属氧化物 co2 so2 no2 p4o6 p4o10 4 几乎所有的酸 h2so4 hno3 h3po4 5 绝大多数有机物的晶体 乙醇 冰醋酸 蔗糖 6 稀有气体 分子的密堆积 氧 o2 的晶体结构 碳60的晶胞 分子的密堆积 与co2分子距离最近的co2分子共有12个 干冰的晶体结构图 冰中 个水分子周围有 个水分子 冰的结构 氢键具有方向性 分子的非密堆积 6 分子晶体结构特征 1 密堆积 有分子间氢键 氢键具有方向性 使晶体中的空间利率不高 留有相当大的空隙 这种晶体不具有分子密堆积特征 如 hf nh3 冰 每个水分子周围只有4个紧邻的水分子 2 非密堆积 只有范德华力 无分子间氢键 分子密堆积 这类晶体每个分子周围一般有12个紧邻的分子 如 c60 干冰 i2 o2 许多气体可以与水形成水合物晶体 最早发现这类水合物晶体的是19世纪初的英国化学家戴维 他发现氯可形成化学式为cl2 8h20的水合物晶体 20世纪末 科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体 这种晶体的主要气体成分是甲烷 因而又称甲烷水合物 它的外形像冰 而且在常温常压下会迅速分解释放出可燃的甲烷 因而又称 可燃冰 科学视野 天然气水合物 一种潜在的能源 4 水分子间存在着氢键的作用 使水分子彼此结合而成 h2o n 在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体 通过 氢键 相互连接成庞大的分子晶体 其结构如图 试分析 1mol冰中有mol氢键 h2o的熔沸点比h2s高还是低 为什么 2 氢键 讨论 co2和sio2的一些物理性质如下所示 通过比较 判断sio2晶体是否属于分子晶体 结论 sio2不是分子晶体 那么sio2是什么晶体呢 在冰的晶体中 每个水分子周围只有4个紧邻的水分子 尽管氢键比共价键弱得多 不属于化学键 却跟共价键一样具有方向性 即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引 这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高 留有相当大的空隙 当冰刚刚融化为液态水时 热运动使冰的结构部分解体 水分子间的空隙减小 密度反而增大 超过4 时 才由于热运动加剧 分子间距离加大 密度渐渐减小 可燃冰 二 原子晶体1 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 2 构成微粒 原子3 微粒之间的作用 4 气化或熔化时破坏的作用力 5 物理性质 熔沸点高 硬度大 难溶于一般溶剂 共价键键能越大 熔沸点越高 硬度越大 共价键 共价键 6 常见原子晶体 1 某些非金属单质 硼 b 硅 si 锗 ge 金刚石 c 等 2 某些非金属化合物 sic bn等 3 某些氧化物 sio2 等 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 7 典型的原子晶体 金刚石的结构特征 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 晶体中c原子与c c键数之比为 1 2 180 109 28 si o 二氧化硅的晶体结构示意图 共价键 180 109 28 si o 二氧化硅的晶体结构示意图 下一页 共价键 109 28 金刚石的晶体结构示意图 返回 共价键 思考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 思考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 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 1molsio2中含4molsi o键 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 学与问 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 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 石墨晶体结构 知识拓展 石墨 石墨 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 故熔沸点很高 石墨为混合键型晶体 7 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 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