选修3-3-2 分子晶体和原子晶体教案.doc

2012级高二年级(化学)学科导学案 学案类型：新授课 材料序号: 26 编稿教师：郭俊辉 审稿教师: 杨宝生第三章 晶体的结构与性质 第2节 分子晶体和原子晶体学习目标1知道分子晶体的涵义，知道分子晶体的熔点、沸点等物理性质的特点。 2了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。学习重点 理解晶体类型与性质之间的关系学习难点 了解分子晶体、原子晶体的结构特点学习过程根据构成晶体的粒子及粒子间的作用力或化学键类型的不同，可把晶体简单地分为分子晶体、原子晶体、金属晶体和离子晶体。一、分子晶体1概念：只含分子的晶体称为分子晶体。或者说分子间只以分子间作用力结合形成的晶体。（1）构成分子晶体的粒子是分子。 （2）在分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合而粒子间的作用力是分子间作用力，包括范德 华力和氢键。（3）晶体中也可以没有化学键，如稀有气体单质。2典型的分子晶体（1）所有非金属气态氢化物。如H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等。（2）部分非金属单质。如卤素(X2)、氧(O2)、氢(H2)、氮(N2)、白磷(P4)、单质硫(如S8)、C60、稀 有气体等。（3）部分非金属氧化物。如：CO2、P4O6、P4O10、SO2等。（4）几乎所有的酸。（5）绝大多数有机物的晶体。3物理性质（1）由于分子间作用力很弱，所以分子晶体一般具有低熔沸点、易升华、硬度很小的特点。分子晶体熔沸点比较的规律： 组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，物质的熔沸点越高； 具有分子间氢键的分子晶体熔沸点反常高。 组成和结构相似的物质（相对分子质量相近），分子极性越大，其熔沸点越高。如CO、N2。 互为同系物的有机物分子，碳原子数目越多，熔沸点越高。 互为同分异构体的有机物分子，链烃的同分异构体支链越多，沸点越低。（2） 溶解性：不同的分子晶体存在较大差异。 根据“相似相溶”原理，极性溶质一般易溶于极性溶剂，非极性溶质一般易溶于非极性溶剂。（3）固态和熔融态时不导电。 一般分子晶体都是绝缘体，熔融态也不能导电，而有些分子晶体在水溶液中可以导电。 【例1】下列性质适合于分子晶体的是（ ） A熔点1070 ，易溶于水，水溶液能导电B熔点10.31 ，液态不导电，水溶液能导电C难溶于CS2，熔点1128 ，沸点4446 D熔点97.81 ，质软，导电，密度0.97 gcm3 【例2】下列分子晶体熔、沸点高低比较正确的是（ ）ACl2I2 BCCl4SiCl4 CNH3PH3 DC(CH3)4CH3CH2CH2CH2CH34结构特点（1）分子密堆积 通常分子间作用力不具有方向性和饱和性，分子在形成晶体时会尽可能地利用空间，采取密堆积。干冰晶胞分析：CO2分子位置：在顶点和面心；一个干冰晶胞中平均有4个CO2分子；与一个CO2分子距离最近且相等的CO2分子共有12个。【注】如果分子间作用力只是范德华力，则该分子晶体结构与干冰类似，采取密堆积，如I2、O2和C60等。 （2）分子非密堆积 分子间如存在氢键，由于氢键具有方向性，必然要对这些分子晶体的构型产生影响。如晶体冰等，氢键的存在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。冰的结构分析如下：每个水分子周围只有4个紧邻的水分子；1mol水形成的冰中，平均拥有2mol氢键；如果把水分子看作一个质点，每个水分子与所连的水分子构成正四面体构型。 【例3】下列有关分子晶体的说法中一定正确的是（ ） A碘晶体为分子非密堆积B分子间一定存在范德华力C只有冰晶体为分子非密堆积D其结构一定为分子密堆积二、原子晶体 1概念：所有原子都以共价键相互结合，形成三维的共价键网状结构的晶体。（1）构成原子晶体的粒子是原子。（2）粒子间作用力：共价键。（3）整个晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”，又称共价晶体。 2典型的原子晶体（1）某些非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)和灰锡等。（2）某些非金属化合物，如二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、氮化硼(BN)等。 3物理性质（阅读教材p69 资料卡片）（1）熔沸点高、硬度大：由于共价键较强，所以原子晶体具有很高的熔沸点和很大的硬度。原子晶体熔沸点比较的规律：一般，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越大。如金刚石与晶体硅、晶体锗的熔点和硬度依次下降。（2）（2）不导电，难溶于一般溶剂。 【例4】氮化铝(AlN)常用做砂轮及高温炉衬材料，熔化状态下不导电，可知它属于（ ）A 离子晶体 B原子晶体 C分子晶体 D无法判断 【例5】碳化硅(SiC)是一种具有类似金刚石结构的晶体，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。 下列三种晶体：金刚石 晶体硅 碳化硅中，它们的熔点由高到低的顺序是（ ）A B C D 【例6】下列晶体性质的比较中正确的是（ ）A熔点：晶体硅碳化硅金刚石 B沸点：HFH2ONH3C硬度：白磷冰二氧化硅 D熔点：SiI4SiBr4SiCl44结构特点（1）金刚石的结构 金刚石是最典型的原子晶体，每个碳原子周围有4个紧邻的碳原子形成正四面体结构；碳原 子采取sp3杂化形成碳碳键，碳碳键的夹角为10928。 晶体中最小的碳环中的碳原子数为6，共用同一碳原子的碳环数为12个。晶体中碳原子数 与碳碳键数之比为1：2。 若从中取出一个立方单位，即为金刚石的晶胞（如右图）。在金刚石 的晶胞中，每个顶点和面心各有1个碳原子，每个顶点上的碳原子和经过该顶点的三个面上面心的碳原子所构成的正四面体的中心也含有一个碳原子，即在每条体对角线的1/4或3/4处有一个碳原子，所以每个金刚石晶胞中平均拥有 8个碳原子。（2）二氧化硅的结构二氧化硅晶体可看成在晶体硅（晶体硅的结构可看作将金刚石晶体中 的碳原子换为硅原子）的每个硅硅键中插入一个氧原子而形成。因此每个硅原子周围结合 4个氧原子，同时每个氧原子跟2个硅原子相结合，晶体中硅氧原子个数比为1：2。晶体中最小环上的原子数为12，硅原子与硅氧键数之比为1：4 。 【例7】硼和镁形成的某种化合物具有很高的熔点。如图是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱的侧棱上，则该化合物的化学式可表示为（ ） AMgB BMg3B2 CMgB2 DMg2B3 【例8】最近，美国科学家成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的原子晶体，下列 关于CO2的原子晶体说法正确的是（ ） ACO2的原子晶体和分子晶体互为同素异形体 B在一定条件下，CO2的原子晶体转化为分子晶体是物理变化 CCO2的原子晶体和分子晶体具有相同的物理性质 D在CO2的原子晶体中，每个碳原子周围结合4个氧原子，每个氧原子与2个碳原子相结合 课后练习1分子晶体具有某些特征的本质原因是A组成晶体的基本粒子是分子 B熔融时不导电C晶体内微粒间以分子间作用力相结合 D熔点一般比原子晶体低2下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是A固态氢 B固态氖 C磷 D三氧化硫3下列说法正确的是A原子晶体中只存在非极性共价键B因为HCl的相对分子质量大于HF，所以HCl的熔点高于HFC干冰升华时，分子内共价键不会发生断裂D金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物4下列说法中，正确的是 A构成分子晶体的微粒一定含有共价键 B在结构相似的情况下，原子晶体中的共价键越强，晶体的熔、沸点越高 C某分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大 D分子晶体中只存在分子间作用力而不存在任何化学键，所以其熔、沸点一般较低 5支持固态氨是分子晶体的事实是 A氮原子不能形成阳离子 B铵离子不能单独存在 C常温下，氨是气态物质 D氨极易溶于水 6根据下列性质判断，属于原子晶体的物质是 A熔点2 700，导电性好，延展性强 B无色晶体，熔点3 550，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂 C无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800，熔化时能导电 D熔点56.6，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电 7干冰和二氧化硅晶体同属第A族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点差别很大的原因是 A二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量 BC=O键键能比Si-O键键能小 C干冰为分子晶体，二氧化硅为原子晶体 D干冰易升华，二氧化硅不易升华8下面关于SiO2晶体的叙述正确的是A最小环为六元环B共用同一硅原子的最小环数为6个C最小的环上，有6个Si原子和6个O原子D存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角 9已知C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，且原子间以单键结合。下列C3N4晶体的说法 中正确的是 AC3N4晶体是分子晶体 BC3N4晶体中，C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长要短 CC3N4晶体中，C、N原子个数比为4:3 DC3N4晶体中微粒间通过离子键结合10金刚石是典型的原子晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是A晶体中不存在独立的“分子”B碳原子间以共价键相结合C是硬度最大的物质之一D化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应11在x mol石英晶体中，含有SiO键数是Ax mol B2x mol C3x mol D4x mol12晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如图所示， 下列说法正确的是AC60摩尔质量是720 BC60与苯互为同素异形体C在C60晶胞中有14个C60分子D每个C60分子周围与它距离最近等距离的C60分子有12个13制造光导纤维的材料是一种纯度很高的硅氧化物，它是具有立体网状结构的晶体，下图是其简化了的平面示意图，下列关于这种材料的说法中正确的是 A晶体中Si与O的数目比是14B晶体中Si与O的数目比是16 C该物质是原子晶体D该物质是分子晶体题号12345678910111213答案14金刚石和金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以单键相结合。试回答： （1）金刚砂属于_晶体。金刚砂熔点比金刚石熔点_。 （2）在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合_个碳原子，键角是_。 （3）金刚砂的结构中含有由共价键形成的原子环，其中最小的环上拥有_个硅原子。15C60、金刚石和石墨的结构模型如图所示(石墨仅表示出其中的一层结构)： （1）C60、金刚石和石墨三者的关系是互为_。 A同分异构体 B同素异形体 C同系物 D同位素 （2）固态时，C60属于 （填“离子”、“原子”或“分子”）晶体，每个C60分子中含有双 键的数目是_。 （3）硅晶体的结构跟金刚石相似，1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是_NA个。 （4）石墨层状结构中，平均每个正六边形占有的碳原子数是_。16已知一些单质、化合物的沸点（1.01105Pa，单位：）如下表所示： 结合上表有关信息回答下列问题： （1）判断下列说法不正确的是 A同周期元素的氢化物，原子序数越大，沸点越高 B上表中H2O、HF中由于含有氢键，故其分子特别稳定 C上表中，多数物质的沸点均与相对分子质量存在一定的关系 D周期表中各主族元素的单质其沸点都随原子序数的增大而升高 E氢化物的稳定性越高，其沸点越高 （2）写出系列中物质主要化学性质的递变规律（任写一种）： ； 能说明该递变规律的化学事实是 （任写一例，用离子方程式表示）。 （3）除极少数情况，同一系列中物质的沸点与相对分子质量之间存在一定的关系，该关系 是 。 （4）部分XX型卤素互化物（X、X表示不同的卤原子）和卤素单质的沸 点也与其相对分子质量存在着如右图所示的关系。试推测ICl的沸点所处 的最小范围 （填“物质的化学式”）。17磷化硼（BP）和氮化硼（BN）是受到高度关注的耐磨涂料，它们的结构相似，下图为磷化硼 晶体结构中最小的重复结构单元。磷化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氢气中高温反应合成： BBr3PBr33H2BP6HBr。回答下列问题： （1）写出基态磷原子的外围电子电子排布式 。 （2）磷化硼的晶体类型是 ，B原子的杂化方式 是 。 （3）电负性：N B (填“”、“_(用序号填空)，其原因是_。 （3）实验测得25时干冰晶体的晶胞边长为a cm，其摩尔质量为M g/mol，则该干冰晶体的密度为（单位：g/cm3） 201996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。请回答下列问题： （1）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。 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：_。 （3）通过计算，确定C60分子所含单键数为_。 （4）C70分子也已制得,它的分子结构模型可