化学分子晶体与原子晶体新人教选修学习教案

1、会计学1化学分子晶体与原子化学分子晶体与原子(yunz)晶体新人教晶体新人教选修选修第一页，共47页。微粒为分子微粒为分子(fnz)(fnz)：分子分子(fnz)(fnz)间作用力（或范德华力）或氢键；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。复习复习(fx)(fx)总结：总结：微粒微粒(wil)(wil)间间作用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差如此之大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？第1页/共46页第二页，共47页。碘晶体结

2、构碘晶体结构干冰干冰(gnbng)晶体结构晶体结构第2页/共46页第三页，共47页。第3页/共46页第四页，共47页。第4页/共46页第五页，共47页。第5页/共46页第六页，共47页。第6页/共46页第七页，共47页。第7页/共46页第八页，共47页。氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞(jn bo)第8页/共46页第九页，共47页。干冰(gnbng)的晶体结构图第9页/共46页第十页，共47页。第10页/共46页第十一页，共47页。思考思考(sko)：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(xngchng)什么空间构型？什么空间构

3、型？第11页/共46页第十二页，共47页。（1）范德华力）范德华力（2）分子）分子(fnz)间氢键间氢键第12页/共46页第十三页，共47页。5、分子晶体熔、沸点高低的比较规律、分子晶体熔、沸点高低的比较规律(gul)分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子间的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，物质熔化和汽作用力。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、沸点就化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。越高。因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实际因此，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（包括范力和氢键上就是比较分子间作用力（包括

4、范力和氢键）的大小。）的大小。第13页/共46页第十四页，共47页。（1）组成和结构相似的物质）组成和结构相似的物质(wzh)，相对分子质量越，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，HIHBrHCl。（2）分子量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔）分子量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高，如沸点高，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，支链数越多）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

5、点：正戊烷，熔沸点越低。如沸点：正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷；芳香新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“邻位邻位间间位位对位对位”的顺序。的顺序。第14页/共46页第十五页，共47页。不对，分子不对，分子(fnz)间氢键也是一种分子间氢键也是一种分子(fnz)间作用力，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,由于由于(yuy)水分子之间的主要作用力是氢键水分子之间的主要作用力是氢键,氢键跟共价键一氢键跟共价键一样具有方向性样

6、具有方向性,即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分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子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引个相邻水分子相互吸引,这一排列这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不变使冰晶体中的水分子的空间利用率不变,留有相当大的空隙留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时。当冰刚刚融化为液态水时,热运动使冰的结构部分解体热运动使冰的结构部分解体,水分子间的空隙减小水分子间的空隙减小,密度反而增大。密度反而增大。第15页/共46页第十六页，共47页。 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

7、比干冰高。破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。 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，所以相同导致晶体中有相当大的空隙，所以相同(xin tn)状况下体积较大状况下体积较大 由于由于CO2分子的相对分子质量分子的相对分子质量H2O，所以，所以干冰的密度大。干冰的密度大。第16页/共46页第十七页，共47页。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(yn r)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(yn r)又称“可燃冰”第17页/共46页第十

8、八页，共47页。第18页/共46页第十九页，共47页。第19页/共46页第二十页，共47页。18010928SiO共价键第20页/共46页第二十一页，共47页。10928 共价键第21页/共46页第二十二页，共47页。第22页/共46页第二十三页，共47页。第23页/共46页第二十四页，共47页。第24页/共46页第二十五页，共47页。 在原子晶体中，由于原子间以较强的在原子晶体中，由于原子间以较强的共价键相结合，而且形成共价键相结合，而且形成(xngchng)(xngchng)空间立体网状结构，所以原子晶体有特殊空间立体网状结构，所以原子晶体有特殊的物理性质。的物理性质。第25页/共46页第

9、二十六页，共47页。Al2O3Al2O3第26页/共46页第二十七页，共47页。10928 共价键第27页/共46页第二十八页，共47页。 思考思考(sko)：在金刚石晶体中，每个碳：在金刚石晶体中，每个碳与周围多少个碳原子成键？形成怎样的空与周围多少个碳原子成键？形成怎样的空间结构？最小碳环由多少个碳原子组成？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？它们是否在同一平面内？ 在金刚石晶体在金刚石晶体(jngt)中，碳原子中，碳原子个数与个数与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(dusho)NA？第28页/共46页第二十九页，共4

10、7页。金刚石中每个金刚石中每个C C原子以原子以sp3sp3杂化，分别与杂化，分别与4 4个相个相邻的邻的C C 原子形成原子形成4 4个个键，故键角为键，故键角为1091092828，每，每个个C C原子的配位数为原子的配位数为4 4；每个每个C C原子均可与相邻的原子均可与相邻的4 4个个C C构成实心的正四构成实心的正四面体，向空间无限延伸得到立体网状的金刚石晶体面体，向空间无限延伸得到立体网状的金刚石晶体，在一个小正四面体中平均含有，在一个小正四面体中平均含有(hn (hn yu)1+4yu)1+41/4 =21/4 =2个碳原子；个碳原子；在金刚石中最小的环是六元环，在金刚石中最小的

11、环是六元环，1 1个环中平均个环中平均含有含有(hn yu)6(hn yu)61/12=1/21/12=1/2个个C C原子，含原子，含C-CC-C键数为键数为6 61/6=11/6=1；金刚石的晶胞中含有金刚石的晶胞中含有(hn yu)C(hn yu)C原子为原子为8 8个，个，内含内含4 4个小正四面体，含有个小正四面体，含有(hn yu)C-C(hn yu)C-C键数为键数为1616。第29页/共46页第三十页，共47页。18010928SiO共价键第30页/共46页第三十一页，共47页。二氧化硅中二氧化硅中SiSi原子均以原子均以sp3sp3杂化，分别与杂化，分别与4 4个个O O原子

12、成键，每个原子成键，每个O O原子与原子与2 2个个SiSi原子成键；原子成键；晶体晶体(jngt)(jngt)中的最小环为十二元环，其中的最小环为十二元环，其中有中有6 6个个SiSi原子和原子和6 6个个O O原子，含有原子，含有1212个个Si-OSi-O键键；每个；每个SiSi原子被原子被1212个十二元环共有，每个个十二元环共有，每个O O原原子被子被6 6个十二元环共有，每个个十二元环共有，每个Si-OSi-O键被键被6 6个十二个十二元环共有；每个十二元环所拥有的元环共有；每个十二元环所拥有的SiSi原子数为原子数为6 61/12=1/21/12=1/2，拥有的，拥有的O O原子

13、数为原子数为6 61/6=11/6=1，拥，拥有的有的Si-OSi-O键数为键数为12121/6=21/6=2，则，则SiSi原子数与原子数与O O原原子数之比为子数之比为1 1：2 2。第31页/共46页第三十二页，共47页。思考思考(sko)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不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。，无小分子存在。思考思考(sko)2以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分子以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？晶体有哪些不同？（1）组成微粒不同，原子晶体中

14、只存在原子，没）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子。有分子。（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。第32页/共46页第三十三页，共47页。4、原子晶体熔、沸点比较规律、原子晶体熔、沸点比较规律(gul)对于原子晶体，一般来说，原子对于原子晶体，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越大。大。第33页/共46页第三十四页，共47页。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分子却比分子却比SiO2更难？更难？ 因为因为CO2是

15、分子晶体，是分子晶体，SiO2是原子晶体，所以熔化是原子晶体，所以熔化时时CO2是破坏范德华力而是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。所以是破坏化学键。所以SiO2熔沸点高。破坏熔沸点高。破坏CO2分子与分子与SiO2时，都是破坏共价键，时，都是破坏共价键，而而CO键能键能Si-O键能，所以键能，所以CO2分子更稳定。分子更稳定。思考思考4怎样从原子结构怎样从原子结构(jigu)角度理解金刚石、碳化硅和锗角度理解金刚石、碳化硅和锗的熔点和硬度依次下降？的熔点和硬度依次下降？因为结构因为结构(jigu)相似的原子晶体，原子半径越小，键相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高

16、，所以熔点和硬度有长越短，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。如下关系：金刚石碳化硅锗。第34页/共46页第三十五页，共47页。晶体类型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构成晶体(jngt)粒子粒子分子分子(fnz)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态固态和熔融状态都不导电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第35页/共46页第三十六页，共47页。【总结】非金属单

17、质是原子晶体还是分子晶体的判断方法【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：原子晶体）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；分子晶体的粒子是的粒子是原子，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，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、沸点高，常在）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点高，常在1000以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百度以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百度(bi d)

18、以下以下至很低的温度。至很低的温度。（4）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。体锗是半导体。（5）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。体硬度小且较脆。 第36页/共46页第三十七页，共47页。知识知识(zh shi)拓展石墨拓展石墨第37页/共46页第三十八页，共47页。（1）石墨中）石墨中C原子以原子以sp2杂化；杂化；（2）石墨晶体）石墨晶体(

19、jngt)中最小环为六元环，含中最小环为六元环，含有有C 2个，个，C-C键为键为 3；（3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电；可导电；（4）石墨中）石墨中r（C-C）比金刚石中）比金刚石中r（C-C）短）短。第38页/共46页第三十九页，共47页。第39页/共46页第四十页，共47页。石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合(jih)(jih)，容易滑动，所以石墨很软。，容易滑动，所以石墨很软。它们都有很强的它们都有很强的C-CC-C共价键。在石墨共价键。在石墨中各层均为平面网状结构，碳原子中各层均为平面网状结构

20、，碳原子之间存在很强的共价键（大之间存在很强的共价键（大键）键）， C-CC-C键长比金刚石的短，键的强度大键长比金刚石的短，键的强度大，故其熔点金刚石高。故其熔点金刚石高。石墨为混合键型晶体。石墨为混合键型晶体。 熔点熔点（） 沸点沸点（）石墨石墨3652365248274827金刚石金刚石3550355048274827第40页/共46页第四十一页，共47页。例1. 氮化硅（Si3N4）是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于原子(yunz)晶体 B. 分子晶体 C. 金属晶体 D. 离子晶体答案：A 典型典型(dinxng)例例题题第41页/共46页第四十二页，共47页。例

21、例2 碳化硅（碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似）的一种晶体具有类似(li s)金刚石金刚石的结构，其中的结构，其中C原子和原子和S原子的位置是交替的。在下列三原子的位置是交替的。在下列三种晶体金刚石种晶体金刚石 晶体硅晶体硅 碳化硅中，它们的熔点从高碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是到低的顺序是 （ ）A. B. C. D.分析：分析：C与与Si同为同为IVA族元素，它们的相似性表现在金族元素，它们的相似性表现在金刚石是原子晶体，晶体硅，碳化硅也是原子晶体。从碳到刚石是原子晶体，晶体硅，碳化硅也是原子晶体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱。可推硅原子半径逐渐增大，形成共价

22、键的键能逐渐减弱。可推断碳化硅应在断碳化硅应在Si与与C之间。三种原子晶体，空间结构相似之间。三种原子晶体，空间结构相似，熔点决定于它们的键长与键能，故熔点从高到低分别是，熔点决定于它们的键长与键能，故熔点从高到低分别是金刚石、碳化硅、晶体硅。金刚石、碳化硅、晶体硅。答案：答案：A第42页/共46页第四十三页，共47页。例例3 3、单质硼有无定形和晶体、单质硼有无定形和晶体(jngt)(jngt)两种，参考下表数据两种，参考下表数据 金刚石金刚石晶体硅晶体硅晶体硼晶体硼熔点熔点 382316832573沸点沸点 510026282823硬度硬度 107.09.5（1）晶体硼的晶体类型）晶体硼的晶体类型(lixng)属于属于_晶体，晶体， 理由是理由是_。（2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目个等边三角形的面和一定数目(shm)的顶点，每个顶点上各的顶点，每个顶点上各有有1个个B原子。通过视察图形及推算，此晶体结构单元由原子。通过视察图形及推算，此晶体结构单