人教版高二化学选修3第三章第二节分子晶体和原子晶体(共36张PPT)2

1、高中化学新人教版 选修3系列课件 物质结构与性质 3.2分子晶体与 原子晶体 微粒为分子：微粒为分子： 分子间作用力（或范德华力）或氢键；分子间作用力（或范德华力）或氢键； 微粒为原子：极性共价键或非极性共价键；微粒为原子：极性共价键或非极性共价键； 微粒为离子：离子键。微粒为离子：离子键。 复习总结：复习总结： 微粒间作用微粒间作用 思考与交流思考与交流 石墨和金刚石同属于碳的单质，为什么在硬度上会相石墨和金刚石同属于碳的单质，为什么在硬度上会相 差如此之大？差如此之大？ 一、分子晶体一、分子晶体 1 1、概念、概念 分子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相分子间以分子间作用力（范德华力，氢

2、键）相 结合的晶体叫分子晶体结合的晶体叫分子晶体 （1 1）构成分子晶体的粒子是分子。）构成分子晶体的粒子是分子。 （2 2）粒子间的相互作用是分子间作用力。）粒子间的相互作用是分子间作用力。 （3 3）范德华力远小于化学键的作用；范德华力远小于化学键的作用； （4）分子晶体熔化破坏的是分子间作用力。）分子晶体熔化破坏的是分子间作用力。 3、典型的分子晶体：、典型的分子晶体： 非金属氢化物：非金属氢化物：H H2 2O O，H H2 2S S，NHNH3 3，CHCH4 4，HXHX 酸：酸：H H2 2SOSO4 4，HNOHNO3 3，H H3 3POPO4 4 部分非金属单质部分非金属单

3、质: :X X2 2，O O2 2，H H2 2， S S8 8，P P4 4， C C60 60 部分非金属氧化物部分非金属氧化物: : COCO2 2， SOSO2 2， NONO2 2， P P4 4O O6 6， P P4 4O O10 10 大多数有机物：大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖乙醇，冰醋酸，蔗糖 4 4、分子晶体结构特征、分子晶体结构特征 只有范德华力，无分子间氢键只有范德华力，无分子间氢键分子分子 密堆积密堆积 v每个分子周围有每个分子周围有1212个紧邻的分子，如：个紧邻的分子，如：C C60 60、 、 干冰干冰 、I I2 2、O O2 2 有分子间氢键有分子间氢键

4、不具有分子密堆积特不具有分子密堆积特 征征 v如如：HF HF 、冰、冰、NHNH3 3 氧（O2）的晶体结构 碳60的晶胞 干冰的晶体结构图 思考：思考：1mol冰周围有？冰周围有？mol氢键氢键 冰中个水分子周围有个水分子形成冰中个水分子周围有个水分子形成 什么空间构型？什么空间构型？ v归纳要点分子的密度取决于晶体归纳要点分子的密度取决于晶体 的体积，取决于紧密堆积程度，分子的体积，取决于紧密堆积程度，分子 晶体的紧密堆积由以下两个因素决定：晶体的紧密堆积由以下两个因素决定： （1）范德华力）范德华力 （2）分子间氢键）分子间氢键 5、分子晶体熔、沸点高低的比较规律、分子晶体熔、沸点高低

5、的比较规律 分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子 间的作用力。分子间作用力越大，物质熔间的作用力。分子间作用力越大，物质熔 化和汽化时需要的能量就越多，物质的熔、化和汽化时需要的能量就越多，物质的熔、 沸点就越高。沸点就越高。 因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，因此，比较分子晶体的熔、沸点高低， 实际上就是比较分子间作用力（包括范力实际上就是比较分子间作用力（包括范力 和氢键）的大小。和氢键）的大小。 （1）组成和结构相似的物质，相对分子质量越）组成和结构相似的物质，相对分子质量越 大，范德华力越大，熔沸点越高。如：大，范德华力越大，熔沸点越高。如：O2N2，

6、HIHBrHCl。 （2）分子量相等或相近，极性分子的范德华力）分子量相等或相近，极性分子的范德华力 大，熔沸点高，如大，熔沸点高，如CON2 （3）含有氢键的，熔沸点较高。如）含有氢键的，熔沸点较高。如 H2OH2TeH2SeH2S，HFHCl，NH3PH3 （4）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链 数越多，熔沸点越低。如沸点：正戊烷数越多，熔沸点越低。如沸点：正戊烷异戊烷异戊烷 新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构 体一般按照体一般按照“邻位邻位间位间位对位对位”的顺序的顺序。 v思考思考1是不是在分子晶体

7、中分子间只存在是不是在分子晶体中分子间只存在 范德华力？范德华力？ v思考思考2为什么冰融化为水时为什么冰融化为水时,密度增大？密度增大？ 不对，分子间氢键也是一种分子间作用力，不对，分子间氢键也是一种分子间作用力， 如冰中就同时存在着范德华力和氢键。如冰中就同时存在着范德华力和氢键。 在冰晶体中在冰晶体中,每个分子周围只有每个分子周围只有4个紧邻的水分子个紧邻的水分子, 由于水分子之间的主要作用力是氢键由于水分子之间的主要作用力是氢键,氢键跟共价氢键跟共价 键一样具有方向性键一样具有方向性,即氢键的存在迫使在四面体中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心的每个水分子与

8、四面体顶角方向的4个相邻水分个相邻水分 子相互吸引子相互吸引,这一排列使冰晶体中的水分子的空间这一排列使冰晶体中的水分子的空间 利用率不变利用率不变,留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为 液态水时液态水时,热运动使冰的结构部分解体热运动使冰的结构部分解体,水分子间的水分子间的 空隙减小空隙减小,密度反而增大。密度反而增大。 思考思考3为何干冰的熔沸点比冰低，密为何干冰的熔沸点比冰低，密 度却比冰大？度却比冰大？ 由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，由于冰中除了范德华力外还有氢键作用， 破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高

9、。 由于分子间作用力特别是氢键的方向性，由于分子间作用力特别是氢键的方向性， 导致晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下导致晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下 体积较大体积较大 由于由于CO2分子的相对分子质量分子的相对分子质量H2O，所，所 以干冰的密度大。以干冰的密度大。 vCO2和和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过的一些物理性质如下表所示，通过 比较试判断比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。晶体是否属于分子晶体。 v碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族， 为什么为什么CO2晶体的熔、沸点很低，而晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体晶体 的

10、熔沸点很高？的熔沸点很高？ 180 10928 Si O 共价键 二氧化硅晶体结构示意图 10928 共价键 金刚石的晶体结构示意图 二原子晶体（共价晶体）二原子晶体（共价晶体） 1 1、概念：、概念： 相邻原子间以共价键相结合而形成空间立相邻原子间以共价键相结合而形成空间立 体网状结构的晶体。体网状结构的晶体。 （1）构成原子晶体的粒子是原子；）构成原子晶体的粒子是原子； （2）原子晶体的粒子间以较强的共价键相结合；）原子晶体的粒子间以较强的共价键相结合； （3）原子晶体熔化破坏的是共价键。）原子晶体熔化破坏的是共价键。 观察观察思考思考 v对比分子晶体和原子晶体的数据，原子对比分子晶体和原

11、子晶体的数据，原子 晶体有何物理特性？晶体有何物理特性？ 2、原子晶体的物理特性、原子晶体的物理特性 v在原子晶体中，由于原子间在原子晶体中，由于原子间 以较强的共价键相结合，而以较强的共价键相结合，而 且形成空间立体网状结构，且形成空间立体网状结构， 所以原子晶体的所以原子晶体的 熔点和沸点高熔点和沸点高 硬度大硬度大 一般不导电一般不导电 且难溶于一些常见的溶剂且难溶于一些常见的溶剂 在原子晶体中，由于原子间在原子晶体中，由于原子间 以较强的共价键相结合，而且形以较强的共价键相结合，而且形 成空间立体网状结构，所以原子成空间立体网状结构，所以原子 晶体有特殊的物理性质。晶体有特殊的物理性质

12、。 3 3、常见的原子晶体、常见的原子晶体 v某些非金属单质：某些非金属单质： 金刚石（金刚石（C C）、晶体硅）、晶体硅(Si(Si) )、晶体硼（、晶体硼（B B）、晶体）、晶体 锗锗(Ge(Ge) )等等 v某些非金属化合物：某些非金属化合物： 碳化硅（碳化硅（SiCSiC）晶体、氮化硼（）晶体、氮化硼（BNBN）晶体）晶体 v某些氧化物：某些氧化物： 二氧化硅（二氧化硅（ SiOSiO ）晶体、 ）晶体、AlAl2 2O O3 3 10928 共价键 思考：在金刚石晶体中，每个碳与思考：在金刚石晶体中，每个碳与 周围多少个碳原子成键？形成怎样的周围多少个碳原子成键？形成怎样的 空间结构

13、？最小碳环由多少个碳原子空间结构？最小碳环由多少个碳原子 组成？它们是否在同一平面内？组成？它们是否在同一平面内？ 在金刚石晶体中，碳原子个数与在金刚石晶体中，碳原子个数与 C-C键数之比为多少？键数之比为多少？ 12g金刚石金刚石C-C键数为多少键数为多少NA？ 金刚石（晶体硅）： 晶体中1个原子与 个原子连接形成 结 构；键角是 ，杂化轨道类是 ； 最小的环上有 个原子，每个原子被 个环共 有；每个碳原子形成 个碳碳键； 晶胞中含有 个碳原子。 4 正四面体 sp3杂化1092 86 12 2 8 180 10928 Si O 共价键 在在SiO2晶体中，每个晶体中，每个Si原子和（原子和

14、（ ）个）个O原原 子形成（子形成（ ）个共价键即每个）个共价键即每个Si原子周围原子周围 结合（结合（ ）个）个O原子；同时，每个原子；同时，每个O 原子和原子和 （ ）个）个Si原子相结合。在原子相结合。在SiO2晶体中，最晶体中，最 小的环是（小的环是（ ）元环。）元环。( )单个的单个的 SiO2分子存在。分子存在。 4 4 4 2 12 没有没有 4、原子晶体熔、沸点比较规律、原子晶体熔、沸点比较规律 对于原子晶体，一般来说，原对于原子晶体，一般来说，原 子间键长越短，键能越大，共价子间键长越短，键能越大，共价 键越稳定，物质的熔沸点越高，键越稳定，物质的熔沸点越高， 硬度越大。硬度

15、越大。 思考思考1 原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？ 不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构，无不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构，无 小分子存在小分子存在。 思考思考2 以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分 子晶体有哪些不同？子晶体有哪些不同？ （1）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有 分子。分子。 （2）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键。 思考思考3 为何为何CO2熔沸点低？而破坏熔沸点低？而破坏CO2分子

16、却比分子却比SiO2更更 难？难？ 因为CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，所以 熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。 所以SiO2熔沸点高。破坏CO2分子与SiO2时，都是 破坏共价键，而CO键能Si-O键能，所以CO2分 子更稳定。 思考思考4 怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅和锗的怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅和锗的 熔点和硬度依次下降？熔点和硬度依次下降？ 因为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，所以熔点和硬度 有如下关系：金刚石碳化硅锗。 分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较 晶体类型

17、晶体类型 分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体 结结 构构 粒子间的作用力粒子间的作用力 性性 质质 硬度硬度 溶、沸点溶、沸点 导电导电 溶解性溶解性 构成晶体粒子构成晶体粒子分子分子原子原子 分子间作用力分子间作用力 共价键共价键 结构、性质结构、性质 较小较小较大较大 较低较低很高很高 固态和熔融状固态和熔融状 态都不导电态都不导电 不导电不导电 相似相溶相似相溶 难溶于常见溶剂难溶于常见溶剂 【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的 判断方法判断方法 （1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断： 原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键； 分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。 （2）记忆常见的、典型的原子晶体。）记忆常见的、典型的原子晶体。 （3）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点