离子晶体、分子晶体、原子晶体

1、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一、离一、离 子子 晶晶 体体1.定义定义： 离子间通过离子键结合而成的晶体离子间通过离子键结合而成的晶体 2. 构成微粒：构成微粒： 微粒间的作用力：微粒间的作用力： 阴、阳离子阴、阳离子离子键离子键. 离子晶体的结构离子晶体的结构Na+ Cl-(1)NaCl的晶体结构的晶体结构立方结构（立方结构（基本结构单元是立方体基本结构单元是立方体） 1、每

2、个、每个Na+离子周围有离子周围有_个个Cl离子，每离子，每个个Cl 离子周围有离子周围有_个个Na+ 离子。离子。讨论：讨论： 2、每个、每个Na+离子周围与离子周围与Na+最近且等距离的最近且等距离的 Na+有有_个，每个个，每个Cl 离子周围与离子周围与Cl最近且最近且等距离的等距离的Cl有有_个。个。1212晶胞晶胞:晶体中最小的重复单元晶体中最小的重复单元有有1/8属于属于该立方体该立方体有有1/4属于属于该立方体该立方体有有1/2属于属于该立方体该立方体完全属于该完全属于该立方体立方体3该晶胞中实际有几个该晶胞中实际有几个Na+ ？几个？几个Cl ？.晶体中结构单元微粒实际数目的计

3、算、晶体中结构单元微粒实际数目的计算、离子晶体化学式的确定离子晶体化学式的确定(均摊法均摊法)Na+Cl-位于位于顶点顶点的微粒，晶胞完全拥有其的微粒，晶胞完全拥有其1/81/8。位于位于面心面心的微粒，晶胞完全拥有其的微粒，晶胞完全拥有其1/21/2。位于位于棱上棱上的微粒，晶胞完全拥有其的微粒，晶胞完全拥有其1/41/4。位于位于体心体心上的微粒上的微粒完全属于完全属于该晶胞拥有为该晶胞拥有为1 1。晶胞中的氯离子数晶胞中的氯离子数=12=12 +1=4 +1=4 41钠离子数钠离子数 = 8= 8 + 6 + 6 = 4 = 4。 8121即钠离子与氯离子个数比为即钠离子与氯离子个数比为

4、4:4=1:14:4=1:1，故氯化钠的化学式为故氯化钠的化学式为NaClNaCl (2)CsCl：体心立方结构（：体心立方结构（基本结构单元是体心基本结构单元是体心立方体）立方体）、每个、每个Cs+离子周围有离子周围有_个个Cl离子，每离子，每个个Cl 离子周围有离子周围有_个个Cs+ 离子离子、每个离子周围与、每个离子周围与Cs+ 最近且等距离的最近且等距离的 Cs+ 有有_个，每个个，每个Cl 离子周围与离子周围与Cl最近且等距离最近且等距离的的Cl有有_个。个。、该晶胞中有几个、该晶胞中有几个Cs+ ？几个？几个Cl ？化学式呢？化学式呢？、CsCl例题分析： 如图所示的晶体结构是一种

5、具有优良的压电、如图所示的晶体结构是一种具有优良的压电、铁电、光电等功能的晶体材料的最小结构单元铁电、光电等功能的晶体材料的最小结构单元（晶胞）。（晶胞）。求晶体内与每个求晶体内与每个“T T”紧邻的氧原子数、这紧邻的氧原子数、这种晶体材料的化学式？（各元素所带的电荷均种晶体材料的化学式？（各元素所带的电荷均已略去）已略去）O原子Ti原子Ba原子例题解析：化学式为：BaTiO3Ba：1x1Ti：8x(1/8)O：12x(1/4)O原子Ti原子Ba原子阴、阳阴、阳离离 子子离子键离子键较高较高较较硬硬易溶于易溶于极性溶极性溶剂剂溶于水溶于水或熔融或熔融时导电时导电思考题：离子晶体的熔、沸点，硬度

6、与离子键强弱有何关系？为什么？思考2 比较NaCl、CsCl熔点和沸点的高低12900C6450CCsCl14130C8010CNaCl沸点沸点熔点熔点为什么为什么NaCl 的熔点和沸点比的熔点和沸点比CsCl的高？的高？离子键的强弱与离子晶体的物理性质的关系离子键越强离子键越强离子晶体的硬度越大、离子晶体的硬度越大、 熔沸点越高熔沸点越高F=KF=KQQ阴阴XQXQ阳阳R R2 2键长键长阴、阳离子电荷越阴、阳离子电荷越大离子半径越小大离子半径越小结构决定性质结构决定性质 离子晶体的熔沸点高低与离子键强弱有关，离子晶体的熔沸点高低与离子键强弱有关，离子键越强其熔沸点越高。离子键越强其熔沸点越

7、高。 阴阳离子的半径越小，离子键越强。阴阳离子的半径越小，离子键越强。 阴阳离子所带电荷越多，离子键越强。阴阳离子所带电荷越多，离子键越强。练习练习1 比较下列晶体熔沸点高低：比较下列晶体熔沸点高低：NaF KCl NaClKBr CsINaFNaClKClKBrCsIrNa+CsCl看图写化学式离子晶体离子晶体什么叫离子晶体？什么叫离子晶体？离子晶体的特点？离子晶体的特点？哪些物质属于离子晶体？哪些物质属于离子晶体？离子间通过离子键结合而成的晶体。离子间通过离子键结合而成的晶体。无单个分子存在；无单个分子存在；NaCl是化学式。是化学式。熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩。熔沸点较高，硬度较

8、大，难挥发难压缩。水溶液或者熔融状态下均导电。水溶液或者熔融状态下均导电。离子化合物：大部分盐类、强碱、铵盐、离子化合物：大部分盐类、强碱、铵盐、活泼活泼、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？么在硬度上会相差如此之大？观察与思考：下列两种晶体有什么共同点？碘晶体结构碘晶体结构干冰晶体结构干冰晶体结构二、分子晶体二、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

9、。（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质: :X X2 2，O O2 2，H H2 2， S S8 8，P P4 4， C C6060 部分非金属氧化物部分非

10、金属氧化物: : COCO2 2， SOSO2 2， NONO2 2， P P4 4O O6 6， P P4 4O O1010 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、分子晶体结构特征只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积 每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰 、I2、O2有分子间氢键不具有分子密堆积特征 如：HF 、冰、NH3 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？ 归纳要点分子的密度取决于晶体归纳要点分

11、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

12、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，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：

13、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。 思考思考1是不是在分子晶体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？ 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 4个紧邻的水分子个紧邻的水分子, ,由

14、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四面体顶角方向的4 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, ,水分子间水分子间的空隙减小的空隙减小, ,密度反而增大。密度反而增大。思考思

15、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。 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。科学视野：笼装化合物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

16、是甲烷， 因而又称甲烷水合物。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，因而又称“可燃冰” CO2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。 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晶体晶体的熔沸点很高？的熔沸点很高？18010928SiO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三原子晶体（共价晶体）三原子晶体（共价晶体）1 1、概念：、概念

17、：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 对比分子晶体和原子晶体的数据，原子对比分子晶体和原子晶体的数据，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 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

18、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。3 3、常见的原子晶体、常见的原子晶体 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 某些非金属化合物：某些非金属化

19、合物： 碳化硅（碳化硅（SiCSiC）晶体、）晶体、氮化硼（氮化硼（BNBN）晶体）晶体 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 310928 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？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？

20、金刚石中每个金刚石中每个C C原子以原子以spsp3 3杂化，分别与杂化，分别与4 4个个相邻的相邻的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四面体，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石晶体，在一个小正四面体中平均含有1+41+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，在金刚石中最小的环是六元环，1 1个环中平个环中平均含有均含有6 61/12=1/21/12=1/2

21、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C C原子为原子为8 8个，内含个，内含4 4个个小正四面体，含有小正四面体，含有C-CC-C键数为键数为1616。18010928SiO共价键 （1）二氧化硅晶体中最小环为）二氧化硅晶体中最小环为12元环。元环。 SiO2晶体中晶体中Si原子的排列方式和金刚石晶体中碳原子的排列原子的排列方式和金刚石晶体中碳原子的排列方式是相同的。在金刚石晶体中，每个最小环上有方式是相同的。在金刚石晶体中，每个最小环上有6个碳原子，个碳原子，因此因此SiO2晶体中每个最小环上有晶体中每个最小环上有

22、6个个Si原子，另外六边形的每原子，另外六边形的每条边上都夹入了一个氧原子，所以最小环为条边上都夹入了一个氧原子，所以最小环为12元环。元环。 （2）每个硅原子被）每个硅原子被12个最小环共有。个最小环共有。 如图可以看出，每个硅原子周围有四条边，而每条边又被如图可以看出，每个硅原子周围有四条边，而每条边又被6个个环所共有，同时由于每个环上有两条边是同一个硅原子周围的，环所共有，同时由于每个环上有两条边是同一个硅原子周围的，因此还要除以因此还要除以2以剔除重复。以剔除重复。 所以最终计算式为（所以最终计算式为（46）/2=12 （3）每个最小环平均拥有）每个最小环平均拥有1个氧原子，平均拥有的

23、个氧原子，平均拥有的0.5个硅原个硅原子。子。 由于每个硅原子被由于每个硅原子被12个环共有，因此每个环只占有该硅原子个环共有，因此每个环只占有该硅原子的的1/12，又因为每个最小环上有，又因为每个最小环上有6个硅原子，所以每个最小环个硅原子，所以每个最小环平均拥有的硅原子数为：平均拥有的硅原子数为：6（1/12）=0.5个。又因为个。又因为SiO2晶晶体是由硅原子和氧原子按体是由硅原子和氧原子按1:2的比例所组成，因此氧原子的数的比例所组成，因此氧原子的数目为目为0.52=1个。个。 二氧化硅中二氧化硅中SiSi原子均以原子均以spsp3 3杂化，分别杂化，分别与与4 4个个O O原子成键，

24、每个原子成键，每个O O原子与原子与2 2个个SiSi原子原子成键；成键；晶体中的最小环为十二元环，其中有晶体中的最小环为十二元环，其中有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个个十二元环共有；每个十二元环所拥有的十二元环共有；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原子数为原子数为6 61/6=11

25、/6=1，拥有的，拥有的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原子数之比为原子数之比为1 1：2 2。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

26、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。 对于原子晶体，一般来说，对于原子晶体，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高，价键越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越大。硬度越大。4 4、原子晶体熔、沸点比较规律、原子晶体熔、沸点比较规律思考思考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CO

27、2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

28、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、沸点高，）依据晶体的熔点判断：

29、原子晶体熔、沸点高，常在常在1000以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百度以下至很低的温度。度以下至很低的温度。（4）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部）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、晶体锗是半导体。体，但晶体硅、晶体锗是半导体。（5）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，）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。分子晶体硬度小且较脆。 石石墨墨晶晶体体结结构构知识拓展石墨知识拓展石墨（1）石墨中）石墨中C原子以原子以sp2杂化；杂化；（2）石墨晶体中最小环为六元环，含有）石墨晶体中最小环为六元环，含有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）