鲁科版选修3 原子晶体与分子晶体 学案2.doc

课堂互动三点剖析重点一：原子晶体1.定义：相邻原子间以共价键相结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为原子晶体。 注意关键字眼：“相邻”指直接相邻；“原子间”指形成原子晶体的粒子是原子，而不是离子、分子。原子晶体中无分子；“以共价键相结合”指出形成原子晶体的原子之间的作用力为共价键,它包括极性共价键和非极性共价键。如金刚石中cc键为非极性键。sio2晶体中sio键为极性键，原子晶体熔化时，要破坏共价键；原子晶体的结构为“空间立体网状结构”。只有具备了以上4个条件的晶体才能称为原子晶体。2.常见原子晶体及结构：原子晶体中的原子以共价键相连接，由于共价键有方向性和饱和性，所以原子不遵循紧密堆积原则，而是形成一种排列比较松散的结构。(1)原子晶体的物理性质：原子晶体中，原子间用较强的共价键相结合，要使物质熔化和汽化就要克服共价键作用，需要很多的能量。因此，原子晶体一般都具有很高的熔点和沸点。硬度大，难溶于水，固态时一般不导电。如金刚石的熔点高达3 350 ,沸点4 827 。(2)原子晶体的熔沸点变化规律：原子晶体的熔点高低与其内部结构密切相关。对结构相似的原子晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔沸点越高。重点二：分子晶体1.定义 分子间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。 注意：(1)分子晶体的组成粒子是分子，只有分子晶体中才有真正意义上的分子。其他晶体离子晶体(如nacl)、金属晶体(如cu)、原子晶体(如金刚石)，“nacl、cu、c”只表示化学式，不表示分子式。(2)分子晶体中分子之间的作用力是分子间作用力，它主要包括两种：这两种作用力比较见下表分类范德瓦尔斯力氢键概念物质分子之间存在的微弱相互作用(实质上也是静电作用)分子中与氢原子形成共价键的非金属原子，如果吸引电子的能力很强，原子半径又很小，则使氢原子几乎成为“裸露”的质子，带部分正电荷。这样的分子之间，氢核与带部分负电荷的非金属原子相互吸引。这种静电作用就是氢键存在范围分子间某些含氢化合物分子间(如hf、h2o、nh3)强度比较比化学键弱得多比化学键弱得多，比范德瓦尔斯力稍强影响强度的因素随着分子极性和相对分子质量的增大而增大。组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大形成氢键的非金属原子，其吸引电子的能力越强、半径越小，则氢键越强(3)并不是所有的分子晶体中都有化学键。稀有气体的晶体中只有分子与分子之间的范德瓦尔斯力，不存在化学键。稀有气体的构成粒子为单原子分子。如ar晶体的构成粒子为ar原子，也可以说是ar分子，ar与ar之间只有范德瓦尔斯力，不存在任何化学键。(4)分子晶体熔化时，要破坏分子间作用力。2.分子晶体的类别：(各分子在晶体状态时)(1)所有酸；(2)除c、si、b以外的所有非金属单质；(3)除sio2以外的所有非金属氧化物；(4)气态氢化物；(5)稀有气体；(6)绝大多数有机物。3.分子晶体的结构 由于构成分子晶体的作用力为分子间作用力，而分子间作用力通常不具有方向性和饱和性，因此分子晶体中分子在堆积时也会尽可能利用空间而采取紧密堆积方式。4.分子晶体的物理性质 分子晶体中分子间是以范德瓦尔斯力或范德瓦尔斯力和氢键而形成的晶体，由于范德瓦尔斯力和氢键都比较微弱，破坏它们只需提供较少的能量。所以分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。5.分子晶体的熔沸点变化规律(1)对组成和结构相似、晶体中又不含氢键的物质来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。符合此规律的物质有卤素单质、四卤化碳、碳族元素的气态氢化物、稀有气体等；(2)一般地说，含有hf键、ho键、hn键的分子晶体在液态和固态时，分子间存在氢键。含有氢键的物质，其熔沸点较高。 如：熔沸点：h2oh2s、h2sh2sehcl、hclhbrph3、ph3ash3sbh3晶体硅碳化硅 b.ccl4cbr4ccl4ch4c.mgoh2oo2n2 d.金刚石生铁纯铁钠解析：对于a选项，同属于原子晶体，熔沸点高低，主要看共价键的强弱，显然对键能而言，晶体硅离子晶体分子晶体，mgo(h2o、o2、n2)，又h2oo2n2,正确。d选项，生铁为铁合金，熔点要低于纯铁，错误。答案：bc类题演练 2在a mol金刚石中含cc键数为( )a.4a6.021023 b.a6.021023c.2a6.021023 d.8a6.021023解析：在金刚石晶体中，每一个碳原子与4个碳原子相连，但每两个碳原子才能构成一个共价键，因此，每个碳原子可形成4=2个cc共价键，即a mol c原子可形成a26.021023个共价键。答案：c【例2】 根据下表给出的几种物质的熔沸点数据，判断下列有关说法中错误的是( )naclmgcl2alcl3sicl4单质b熔点/810710180682 300沸点/1 4651 418160572 500a.sicl4是分子晶体 b.单质b可能是原子晶体c.alcl3加热不能升华 d.nacl的键的强度比mgcl2大解析：由表中所给熔沸点数据，可知sicl4最低，应为分子晶体;单质b的熔沸点最高，因此为原子晶体；alcl3的沸点低于熔点，故可升华；nacl的熔点高于mgcl2的熔点，表明nacl键断裂较mgcl难，所以nacl的键强度比mgcl2大。答案：c类题演练 3在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与键能无关的变化规律是( )a.hf、hcl、hbr、hi的热稳性依次减弱b.金刚石的硬度大于硅，其熔、沸点也高于硅c.naf、nacl、nabr、nai的熔点依次降低d.f2、cl2、br2、i2的熔、沸点逐渐升高解析：hf、hcl、hbr、hi热稳定性依次减弱是因为它们的共价键键能逐渐减小的原因，与键能有关，a项不选；金刚石硬度大于硅，熔、沸点高于硅是因为cc键键能大于sisi键键能，b项不选；naf、nacl、nabr、nai的熔点依次降低是它们的离子键键能随离子半径增大逐渐减小的原因，c项也不选；f2、cl2、br2、i2为分子晶体，熔、沸点高低由分子间作用力决定，与键能无关。答案：d类题演练 4下列各组物质汽化或熔化时，所克服粒子间的作用力属于同种类型的是( )a.碘和氯化铵 b.冰和干冰c.水晶和金刚石 d.镁和硫酸镁解析：我们所学过的晶体类型有四种，化学键有三种，相互关系如下： 其中，“主”指主要键型，“副”指次要键型，例如naoh中na+与oh-靠离子键相结合，而oh-中o与h之间靠极性键相结合。“间”指粒子间的作用力，“内”指粒子内的作用力，例如干冰中co2粒子间是范德瓦尔斯力，co2分子内是极性键。 本题a项中碘为分子晶体，氯化铵为离子晶体，汽化或熔化时所克服的粒子间作用力分别为范德瓦尔斯力和离子键；b项中冰和干冰均为分子晶体，汽化或熔化时所克服的粒子间作用力为范德瓦尔斯力；c项中水晶和金刚石均为原子晶体，汽化或熔化时所克服的粒子间作用力均为共价键。d项中镁为金属晶体，硫酸镁为离子晶分体，汽化或熔化时所克服的粒子间作用力分别为金属键和离子键。答案：bc变式提升 1如下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是nacl、cscl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分：(1)代表金刚石的是_(填字母，下同)，其中每个碳原子与_个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于_晶体。(2)代表石墨的是_，每个正六边形占有的碳原子数平均为_个。(3)代表nacl的是_，每个na+周围与它最接近且距离相等的na+有_个。(4)代表cscl的是_，它属于_晶体，每个cs+与_个cl-紧邻。(5)代表干冰的是_,它属于_晶体，每个co2分子与_个co2分子紧邻。解析：根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物质。nacl晶胞是简单的立方单元，每个na+与6个cl-紧邻，每个cl-又与6个na+紧邻，但观察na+与最近且等距离的na+数时要抛开cl-，从间结构上看是12个na+，即x轴面上、y轴面上、z轴面上各4个。cscl晶体由cs+、cl-构成体心立方结构。干冰也是立方体结构，但在立方体每个正方形面的中央都有一个co2分子，称为“面心立方”。所以每个co2分子在三维空间里x、y、z三个面各紧邻4个co2，共12个co2分子，金刚石的基本单元是正四面体，每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层由正六边形结构组成，每个碳原子紧邻3个碳原子，即每个六边形占有1个碳原子的1/3，所以大的结构中每个六边形占有的碳原子数是61/3=2个。答案：(1)d 4 原子 (2)e 2 (3)a 12 (4)c 离子 8 (5)b 分子 12变式提升 2水分子间存在一种叫“氢键”的作用(介于范德瓦耳斯力与化学键之间)，彼此结合而形成(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”相互联结成庞大的分子晶体冰。其结构示意图如下图所示。则：冰的结构图(1)1 mol冰中有_mol“氢键”；(2)水分子可电离生成两种含有相同电子数的粒子，其电离方程式为：_。解析：因每个水分子与4个水分子形成氢键，而每个氢键为2个水分子所共有，故每个水分子形成的氢键数为4=2；水电离时产生oh-，与其电子数相同的粒子必定为h3o+。答案：2 2h2o=h3o+oh-变式提升 3ptcl2(nh3)2为平面正方形结构，它可以形成两种固体，一种为淡黄色，在水中溶解度较小，另一种为黄绿色，在水中溶解度较大。(1)画出这两种固体分子的几何构型图。(2)试由“相似相溶”的经验规律解释黄绿色固体溶解度较大的原因。(3)已知ptcl2(nh3)2能被氯气氧化成ptcl4(nh3)2,其空间结构是以原子pt为中心的八面体，其中在水中溶解度较大的结构为_。解析：(1)由题意，pt原子为平面正方形的中心，两个氯原子和两个氨基在平面的相对位置关系可有以下两种：(2)结构a对称，正负电荷中心重合，因此