分子晶体与原子晶体

第二节分子晶体与原子晶体 化学人教版选修 三 第二章分子的结构与性质 第一课时分子晶体 教学目标1 掌握分子晶体的概念 构成微粒 微粒间的作用 物理性质 常见的分子晶体 2 理解分子晶体类型与性质的关系 3 掌握典型分子晶体干冰晶胞的结构特点能力目标1 培养空间想像能力和进一步认识 物质结构决定物质性质 的客观规律 教学重 难点理解分子晶体类型与性质的关系 思考 为什么冰容易融化 干冰 碘容易升华 它们的结构是怎样的 为什么冰浮在水面上 而干冰却沉入水底 观察与思考 下列两种晶体有什么共同点 碘晶体结构 干冰晶体结构 2 组成微粒 分子 3 粒子间作用力 相邻分子间靠范德华力或氢键相互吸引 1 定义 只含分子的晶体 叫做分子晶体 一 分子晶体 分子内原子间以 结合 气化或熔化时破坏的作用力 分子间作用力 共价键 分子晶体有哪些物理特性 为什么 思考与交流 1 熔点 沸点 3 导电性 2 硬度 分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力 不破坏化学键 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 4 物理特性 一 分子晶体 一般都是绝缘体 固态和熔融状态不导电 有些在水溶液中可以导电 较小 较低 易升华 5 绝大多数有机物的晶体 1 所有非金属氢化物 2 部分非金属单质 3 部分非金属氧化物 4 几乎所有的酸 H2O H2S NH3 CH4 HX等 X2 O2 H2 S8 P4 C60 稀有气体等 CO2 SO2 NO2 P4O6 P4O10等 乙醇 冰醋酸 蔗糖 H2SO4 HNO3 H3PO4 5 典型的分子晶体 一 分子晶体 大多数分子晶体的结构特点 分子的密堆积 与每个分子距离最近的相同分子共有个 氧 O2 的晶体结构 C60的晶胞 12 分子的密堆积 与CO2分子距离最近的CO2分子共有个 干冰的晶体结构图 12 I2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 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 6 分子晶体的结构特征 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 一 分子晶体 1 下列物质属于分子晶体的化合物是 A 石英B 硫磺C 干冰D 食盐 C 练习 2 干冰气化时 下列所述内容发生变化的是A 分子内共价键B 分子间作用力C 分子间距离D 分子间的氢键 BC 3 冰醋酸固体中不存在的作用力是 A 离子键B 极性键C 非极性键D 范德华力 A 4 共价键 离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式 下列物质中 只含有上述一种作用的是 A 干冰B 氯化钠C 氢氧化钠D 碘 5 下列有关分子晶体熔点的高低叙述中 正确的是 A Cl2 I2B SiCl4 CCl4C NH3CH3 CH2 2CH3 B B 第二课时原子晶体 教学目标 掌握原子晶体的概念 能够区分原子晶体和分子晶体 了解金刚石等典型原子晶体的结构特征 能描述金刚石 二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系 教学难点重点 原子晶体的结构与性质的关系 思考与交流 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 碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族 为什么CO2晶体的熔 沸点很低 而SiO2晶体的熔沸点很高 原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体 又称共价晶体 2 原子晶体的构成微粒和作用力 1 定义 1 构成微粒是 2 作用力 原子晶体中不存在分子 原子 共价键 3 气化或熔化时破坏的作用力 共价键 二 原子晶体 4 原子晶体的性质 很高 高于1000 很大 不溶于任何溶剂 一般不导电 硅是半导体 某些原子晶体的熔点和硬度 二 原子晶体 109 28 共价键 金刚石的晶体结构模型 5 典型的原子晶体 1 金刚石 二 原子晶体 键能 347 7kJ mol 熔点 大于35500C 硬度 10 5 典型的原子晶体 1 金刚石 二 原子晶体 每个碳原子被周围个碳原子包围 碳原子杂化方式是 其中形成的最小环中含个碳原子 每个碳原子被个环共用 1mol金刚石中含有的C C共价键数mol SP3杂化 4 6 2 12 硅的晶体结构模型 硅原子 5 典型的原子晶体 晶体硅 二 原子晶体 180 109 28 Si O 共价键 二 原子晶体 5 典型的原子晶体 二氧化硅的晶体结构模型 2 二氧化硅 4 2 1 2 4 2 1 4 1 2 4 12 6 常见的原子晶体类型 1 某些非金属单质 硼 B 硅 Si 2 某些非金属化合物 碳化硅 SiC 氮化硼 BN 3 某些氧化物 二氧化硅晶体 二 原子晶体 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 碳 硅 锗原子半径依次增大 键长依次增大 键的强度依次减弱 故它们熔点和硬度依次下降 即金刚石 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 干冰晶体中就含有共价键 它却是分子晶体 三 晶体类型的判断方法 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 熔沸点和硬度 高 原子晶体 中 离子晶体 低 分子晶体 熔融状态的导电性 导电 离子晶体 溶解性 2 从性质上判断 1 碳化铝 黄色晶体 熔点2200 熔融态不导电 2 溴化铝 无色晶体 熔点98 熔融态不导电 3 五氟化钒 无色晶体 熔点19 5 易溶于乙醇 氯仿 丙酮中 4 物质A 无色晶体 熔融时或溶于水中都能导电 分子晶体 分子晶体 原子晶体 离子晶体 现场练习 分析下列物质的物理性质 判断其晶体类型 小结1 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 科学视野 1 金刚石 2 天然金刚石的形成 高温 高压 长时间在地幔中形成的 3 金刚石的人工合成 高压合成 低压合成 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 在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳 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 石墨混合型晶体 石墨的晶体结构图 返回 键角 1200 键长 1 42 10 10m层间距 3 35 10 10m 1 石墨为什么很软 2 石墨的熔沸点为什么很高 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 石墨 混合型晶体 小结2 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 很高 较低 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 课堂巩固 下列不存在化学键的晶体是 A 硝酸钾B 干冰C 石墨D 固体氩常温常压下为分子晶体的是 A 碘B 水C 硫酸铵D 干冰晶体中的一个微粒周围有6个微粒 这种晶体是 A 金刚石B 石墨C 干冰D 氯化钠 D A D 最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子 如右图所示 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 则它的分子式是 A TiCB Ti4C4C Ti14C13D Ti13C14 防止类推中的失误 C 1 右图为固态CO2的晶体结构示意图 通过观察分析 可得出每个CO2分子周围有 个与之紧邻且等距的CO2分子 2 试判断 SiO2 CO2 CS2 这些晶体的熔点由高到低排列的顺序是 填相应物质的编号 3 在一定温度下 用X射线衍射法测得干冰晶胞的边长a 5 72 10 8cm 该温度下干冰的密度为多少 12 1 56g cm3 解析 观察CO2分子晶体结构示意图 以某一CO2分子为中心 在三维空间找出与之紧邻且等距离的CO2分子 如以立方体顶点为例 与之紧邻且等距离的CO2分子应为每一平面面心的CO2分子 在三维空间延伸共有12个 比较SiO2 CO2 CS2三种物质熔点的高低顺序有多种方法 例如 可利用常温下三种物质的状态判断 其熔点高低顺序为 SiO2 CS2 CO2 答案 1 12 2 3 1 56g cm3 已知金刚石的晶胞如