高中化学人教版选修3物质结构与性质的全套优质课件(第三章晶体结构与性质)

高中化学人教版选修3物质结构与性质的全套优质课件(第三章晶体结构与性质)第一页，共133页。第三章

《晶体结构与性质》第二页，共133页。教学目标１、了解晶体的初步知识,知道晶体与非晶体的本质差异，学会识别晶体与非晶体的结构示意图。知道晶胞的概念，了解晶胞与晶体的关系，学会通过分析晶胞得出晶体的组成。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。２、了解分子晶体和原子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点。理解分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质的关系。了解分子间作用力对物质物理性质的影响。了解氢键及其物质物理性质的影响。第三页，共133页。３、知道金属键的涵义能用金属键理论解释金属的物理性质能列举金属晶体的基本堆积模型了解金属晶体性质的一般特点理解金属晶体的类型与性质的关系．４、能说明离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。知道离子化合物的热稳定性与阴、阳离子的半径和电荷有关。了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱能说出分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构基元以及物理性质方面的主要区别第四页，共133页。第三章晶体结构与性质第一节《晶体的常识》第五页，共133页。

你知道固体有晶体和非晶体之分吗？能否举例说明？

一、晶体与非晶体第六页，共133页。胆矾明矾晶体冰糖晶体水晶第七页，共133页。

水晶石第八页，共133页。第九页，共133页。祖母绿第十页，共133页。绿宝石第十一页，共133页。猫眼石第十二页，共133页。紫水晶第十三页，共133页。黄水晶

黄水晶

第十四页，共133页。NaCl晶体结构示意图：Na+

Cl-第十五页，共133页。金刚石晶体结构示意图第十六页，共133页。干冰晶体结构第十七页，共133页。玻璃结构示意图BOSiM第十八页，共133页。晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图第十九页，共133页。思考?1、什么是晶体？什么是非晶体？定义：晶体——具有规则几何外形的固体

非晶体——没有规则几何外形的固体2、晶体有什么特点和性质？特点和性质：（1）晶体有自范性（几何外形和内部质点排列的高度有序性，非晶体没有）（2）晶体具有各向异性（非晶体不具有各向异性）（3）晶体具有固定的熔点（非晶体不具有固定的熔点）3、晶体和非晶体的本质区别是什么？第二十页，共133页。★晶体的自范性即晶体能白发地呈现多面体外形的性质。3、晶体与非晶体的本质区别在于——

构成固体的粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排列第二十一页，共133页。4、晶体形成的途径：①熔融态物质凝固.②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华).③溶质从溶液中析出.思考:根据已有知识,举例说明如何制得晶体?第二十二页，共133页。思考与交流:

1.如何鉴别晶体和非晶体?

（1）性质差异——如外形、硬度、熔点、折光率（2）区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X-射线衍射实验。第二十三页，共133页。2、某同学在网站找到一张玻璃的结构示意图如图所示，这张图说明玻璃是不是晶体?为什么?3、根据晶体物理性质的各向异性的特点，人们很容易识别用玻璃仿造的假宝石。你能列举出一些可能有效的方法鉴别假宝石吗?[分组探讨]◆第二十四页，共133页。二﹑晶胞1.描述晶体结构的基本单元叫做晶胞蜂巢与蜂室铜晶体铜晶胞晶体与晶胞的关系可用蜂巢与峰室的关系比喻然而，蜂巢是有形的，晶胞是无形的，是人为划定的。第二十五页，共133页。晶胞一般是平行六面体，整块晶体可看作数量巨大的晶胞“无隙并置”而成（晶胞间无间隙，平行排列）第二十六页，共133页。金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图第二十七页，共133页。NaCl晶体结构和晶胞思考与交流:上述铜晶体、金刚石、NaCl晶体的晶胞空间构形是怎样的？

第二十八页，共133页。平行六面体无隙并置第二十九页，共133页。思考：

铜晶胞含有4个铜原子，为什么不是14个？

2、晶胞中原子个数的计算第三十页，共133页。晶胞中原子个数的计算体心：1面心:1/2顶点:1/8棱边:1/4第三十一页，共133页。晶体空间结构Cl-Na+12345678第三十二页，共133页。第三十三页，共133页。立方晶胞体心：1面心：1/2棱边：1/4顶点：1/8小结:晶胞对质点的占有率第三十四页，共133页。探究:下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(12)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含几个原子?钠、锌晶胞都是：8×1/8+1=2；碘：（8×1/8+6×1/2）×2=8；金刚石：8×1/8+6×1/2+4=8。◆第三十五页，共133页。例:2001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图所示的是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有1个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为A、MgBB、MgB2C、Mg2B

D、Mg3B2典例分析第三十六页，共133页。Mg原子的数目：12×1/6+2×1/2=3B原子的数目：6故化学式可表示为

Mg2B典例分析第三十七页，共133页。本节小结：一、晶体与非晶体

1、定义：晶体——具有规则几何外形的固体

非晶体——没有规则几何外形的固体2、特点和性质：（1）晶体有自范性（2）晶体具有各向异性（3）晶体具有固定的熔点3、晶体与非晶体的本质区别在于——构成固体的粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排列5、晶体和非晶体的鉴别4、晶体形成的途径：第三十八页，共133页。立方晶胞体心：1面心：1/2棱边：1/4顶点：1/8二﹑晶胞1、概念：描述晶体结构的基本单元叫做晶胞2、晶胞中原子个数的计算第三十九页，共133页。1、下列关于晶体与非晶体的说法正确的是A、晶体一定比非晶体的熔点高B、晶体有自范性但排列无序C、非晶体无自范性而且排列无序D、固体SiO2一定是晶体2、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是A、熔沸点B、硬度C、颜色D、x-射线衍射实验CD[课堂练习]第四十页，共133页。3、如图所示晶体中每个阳离子A或阴离子B，均可被另一种离子以四面体形式包围着，则该晶体对应的化学式为A．ABB．A2BC．AB3D．A2B3◆第四十一页，共133页。4、右面图形是石墨晶体的层面结构图，试分析图形推测层面上每个正六边型拥有的共价键数和碳原子数是分别：A、6，6B、2，4C、2，3D、3，2◆第四十二页，共133页。5、某离子晶体晶胞结构如右图所示，X位于立方体的顶点，Y位于立方体的中心，晶体中距离最近的两个X与一个Y形成的夹角∠XYX的角度为：A.90°B.60°C.120°D.109°28′◆第四十三页，共133页。6、图是超导化合物一钙钛矿晶体中最小重复单元(晶胞)的结构.请回答：(1)该化合物的化学式为_______.(2)在该化合物晶体中，与某个钛离子距离最近且相等的其他钛离子共有__________个.(3)设该化合物的相对分子质量为M，密度为阿伏加德罗常数为NA，则晶体中钙离子与钛离子之间的最短距离为_______.CaTiO36第四十四页，共133页。第四十五页，共133页。7、如图是CsCl晶体的晶胞（晶体中最小的重复单元）已知晶体中2个最近的Cs+核间距离为acm，氯化铯的相对分子质量为M，NA为阿佛加德罗常数，则CsCl晶体的密度为（单位：克/cm3）A、8M/a3NAB、a3M/8NAC、M/a3NAD、a3M/NA第四十六页，共133页。第三章晶体结构与性质第二节《分子晶体与原子晶体》第四十七页，共133页。交流·讨论

雪花、冰糖、食盐、水晶和电木（酚醛树脂）这些固体是否属于晶体？若不是晶体，请说明理由。第四十八页，共133页。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第四十九页，共133页。一、分子晶体构成晶体的粒子是分子，粒子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相互作用的晶体叫分子晶体。1、概念第五十页，共133页。（1）所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX（2）部分非金属单质:X2，O2，H2，S8，P4，C60

（3）部分非金属氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6，P4O10（4）几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4（5）绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸，蔗糖2、典型的分子晶体：第五十一页，共133页。分子晶体有哪些物理特性，为什么？思考与交流第五十二页，共133页。(1)较低的熔点和沸点，易升华；(2)较小的硬度；(3)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。原因：分子间作用力较弱3、物理特性：第五十三页，共133页。氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞第五十四页，共133页。分子的密堆积（与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个）干冰的晶体结构图第五十五页，共133页。冰中１个水分子周围有４个水分子冰的结构氢键具有方向性分子的非密堆积第五十六页，共133页。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。4、晶体结构特征（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）非密堆积第五十七页，共133页。笼状化合物科学视野天然气水合物——一种潜在的能源第五十八页，共133页。＊7.要数出一个CO2周围紧邻多少个CO2，可以以教科书图3-12中的任一顶点为体心在其周围“无隙并置”八个CO2晶胞，周围紧邻的CO2分子数为12个。或利用晶胞进行数学计算：与任意顶点CO2紧邻的CO2是该顶点所处面的面心，共有三个分子。若以该顶点形成立方体，则需要八个与此相同的晶胞，则由3×8=24个紧邻CO2，但每一个CO2都属于两个晶胞，所以总数应为:24÷2=12个。P72习题7第五十九页，共133页。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？第六十页，共133页。180º109º28´SiO共价键二氧化硅晶体结构示意图第六十一页，共133页。109º28´共价键金刚石的晶体结构示意图第六十二页，共133页。二．原子晶体（共价晶体）构成晶体的粒子是原子，所有的相邻原子间都以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。金刚石1、概念：第六十三页，共133页。观察·思考对比分子晶体和原子晶体的数据，原子晶体有何物理特性？第六十四页，共133页。2、原子晶体的物理特性（1）熔点和沸点高；（2）硬度大；（3）一般不导电；（4）且难溶于一些常见的溶剂。在原子晶体中，由于原子间以较强的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构，所以原子晶体有特殊的物理性质。第六十五页，共133页。3、常见的原子晶体（1）某些非金属单质：金刚石（C）、晶体硅(Si)、晶体硼（B）、晶体锗(Ge)等（2）某些非金属化合物：碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体（3）某些氧化物：二氧化硅（SiO２）晶体、α-Al2O3第六十六页，共133页。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？第六十七页，共133页。分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较晶体类型分子晶体原子晶体结构粒子间的作用力性质硬度溶、沸点导电溶解性构成晶体粒子分子原子分子间作用力共价键结构、性质较小较大较低很高固态和熔融状态都不导电一般不导电相似相溶难溶于常见溶剂第六十八页，共133页。知识拓展－比较石墨和金刚石晶体结构1.55×10-10m石墨金刚石第六十九页，共133页。思考：（1）石墨为什么很软？（2）石墨的熔沸点为什么很高？石墨的熔点为什么高于金刚石？（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。它们都有很强的C-C共价键。在石墨中各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大π键），C-C键长比金刚石的短，键的强度大，故其熔点金刚石高。石墨为混合键型晶体。熔点（℃）沸点（℃）石墨36524827金刚石35504827第七十页，共133页。P72习题参考答案1.分子晶体

原子晶体2.分子晶体

原子晶体

3.第七十一页，共133页。5.属于分子晶体的有：干冰、冰、硫磺、C60、碘、白磷、苯甲酸、稀有气体的晶体、氧的晶体、氮的晶体；属于原子晶体的有：金刚石、石英、金刚砂4.只认识到冰中含有共价键（即氢元素和氧元素之间的共价键），而没有认识冰晶体中水分子与其他水分子之间的作用力是范德华力和氢键，不是化学键，所以误认为冰是原子晶体。第七十二页，共133页。第三章晶体结构与性质第三节《金属晶体》第七十三页，共133页。

一、金属共同的物理性质容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。金属为什么具有这些共同性质呢?二、金属的结构问题：构成金属晶体的粒子有哪些？第七十四页，共133页。组成粒子：金属阳离子和自由电子1.“电子气理论”(自由电子理论)金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的“电子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。第七十五页，共133页。2.金属键:这种金属原子间由于电子气产生的作用.(在金属晶体中，金属阳离子和自由电子之间的较强的相互作用)在金属晶体中。金属键强弱判断:阳离子所带电荷多、半径小－金属键强，熔沸点高。3、金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体第七十六页，共133页。【讨论1】金属为什么易导电？在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系第七十七页，共133页。【讨论2】金属为什么易导热？

金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。第七十八页，共133页。【讨论3】金属为什么具有较好的延展性？

金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。不同的金属在某些性质方面，如密度、硬度、熔点等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。第七十九页，共133页。金属的延展性自由电子+金属离子金属原子位错+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++第八十页，共133页。资料金属之最熔点最低的金属是--------汞熔点最高的金属是--------钨密度最小的金属是--------锂密度最大的金属是--------锇硬度最小的金属是--------铯硬度最大的金属是--------铬最活泼的金属是--------铯最稳定的金属是--------金延性最好的金属是--------铂展性最好的金属是--------金第八十一页，共133页。1、金属晶体的形成是因为晶体中存在（）A.金属离子间的相互作用B．金属原子间的相互作用C.金属离子与自由电子间的相互作用D.金属原子与自由电子间的相互作用C练习第八十二页，共133页。2．金属能导电的原因是（）A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动C．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子b第八十三页，共133页。3、下列叙述正确的是（）A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子B．原子晶体中只含有共价键C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键D．分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键B第八十四页，共133页。4、为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？第八十五页，共133页。

二金属晶体的密堆积结构思考：1、金属原子在形成晶体时有几种堆积方式？第八十六页，共133页。金属晶体的原子平面堆积模型

（a）非密置层

（b）密置层哪种排列方式圆球周围剩余空隙最小？第八十七页，共133页。简单立方堆积（Po）金属晶体的原子空间堆积模型1金属晶体的堆积方式──简单立方堆积

晶胞的形状是什么？含几个原子？第八十八页，共133页。体心立方堆积（IA，VB，VIB）金属晶体的原子空间堆积模型2金属晶体的堆积方式──钾型

第八十九页，共133页。三维堆积－四种方式简单立方堆积钾型体心立方由非密置层一层一层堆积而成第九十页，共133页。123456第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5位。(或对准2，4，6位，其情形是一样的)123456AB，关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。第九十一页，共133页。下图是此种六方紧密堆积的前视图ABABA第一种是将球对准第一层的球。123456于是每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式，形成六方紧密堆积。

配位数12。(同层6，上下层各3

)第九十二页，共133页。六方密堆积第九十三页，共133页。第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层的

2，4，6位，不同于AB两层的位置，这是C层。123456123456123456第九十四页，共133页。123456此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC

第四层再排A，于是形成ABCABC三层一个周期。得到面心立方堆积。

配位数12

。(同层6，上下层各3

)第九十五页，共133页。ＡＢＡＣＢＡ镁型铜型金属晶体的两种最密堆积方式第九十六页，共133页。三、金属晶体的四种堆积模型对比堆积模型典型代表空间利用率配位数晶胞简单立方钾型(bcp)镁型(hcp)铜型(ccp)阅读课文Ｐ79《资料卡片》，并填写下表第九十七页，共133页。金属晶体的四中堆积模型对比第九十八页，共133页。1．下列有关金属元素特征的叙述中正确的是A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性B．金属元素在化合物中一定显正价C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同D．金属单质的熔点总是高于分子晶体能力训练第九十九页，共133页。2．关于ⅠA族和ⅡA族元素的下列说法中正确的是A．同一周期中，ⅠA族单质的熔点比ⅡA族的高B．浓度都是0.01mol·L－1时，氢氧化钾溶液的pH比氢氧化钡的小C．氧化钠的熔点比氧化镁的高D．加热时碳酸钠比碳酸镁易分解第一百页，共133页。3．有A、B、C三种元素。已知①4gA元素的单质与水作用，标况下放出H22.24L，反应中有1.204×1023个电子发生转移。②B元素可与A形成AB2型的离子化合物，且知A、B的离子具有相同的核外电子排布。③元素C的气态氢化物可与其最高价氧化物的水化物发生非氧化还原反应生成盐，1mol该盐含42个电子。据此填写下列空白：（1）元素符号：A___________，B___________，C___________。（2）用电子式表示C的气态氢化物的形成过程___________；它与B的气态氢化物反应时有___________现象发生，生成物的电子式___________，它属于___________晶体。第一百零一页，共133页。4、某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中可以划出一块正立方体的结构单元，金属原子处于正立方体的八个顶点和六个侧面上，试计算这类金属晶体中原子的空间利用率。

第一百零二页，共133页。5、单质硼有无定形和晶体两种，参考下列数据回答：

金刚石晶体硅晶体硼熔点(K)沸点(K)硬度(moh)

>3823510010

168326287．0

257328239．5

(1)晶体硼的晶体类型属于_________晶体。(2)已知晶体硼的基本结构单元是由B原子构成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点各有一个B原子。通过观察图形及推算，可知此结构单元是由___________个B原子构成，其中B—B键间的夹角是_______________。

第一百零三页，共133页。第三章晶体结构与性质第四节《离子晶体》第一百零四页，共133页。(1)离子键的形成Na(3s1)-e－Na+(2s22p6)NaClCl(3s23p5)+e－Cl-(3s23p6)离子键与离子型化合物。正负离子由静电作用形成的化学键第一百零五页，共133页。（2）影响离子键强度的因素1°离子电荷数的影响：

离子所带电荷多，离子键强。

2°离子半径的影响：

离子半径大，离子间距大，作用力小；相反，半径小，作用力大。第一百零六页，共133页。（3）常见的离子化合物a.活泼的金属与活泼的非金属形成的化合物b.大多数金属氧化物c.含氧酸盐（包括铵盐）d.大多数碱第一百零七页，共133页。各种离子晶体第一百零八页，共133页。第一百零九页，共133页。第一百一十页，共133页。一、离子晶体1、定义：阳离子和阴离子通过离子键结合成的晶体2、构成微粒：阴阳离子3、微粒间作用：离子键4、离子晶体的物理性质

（1）硬度较大

（2）熔、沸点较高

（3）固态时不导电，熔化状态才导电。第一百一十一页，共133页。第一百一十二页，共133页。思考：氯化钠晶体中钠离子和氯离子分别处于晶胞的什么位置？顶点和面心是钠离子棱上和体心是氯离子晶体的微观结构NaCl氯化钠晶体的堆积方式第一百一十三页，共133页。Na+Cl-315624154236每个Cl-周围与之最接近且距离相等的Na+共有

个。6这几个Na+在空间构成的几何构型为

。正八面体NaCl晶体中离子的配位数第一百一十四页，共133页。CsCl晶体的结构第一百一十五页，共133页。铯离子氯离子

氯化铯晶体中氯离子和铯离子分别处于晶胞的什么位置？铯离子位于顶点，氯离子位于体心。氯化铯晶体第一百一十六页，共133页。

CsCl晶体中离子的配位数（1）每个晶胞含铯离子、氯离子的个数？（2）在氯化铯晶体中，每个Cs+周围与之最接近且距离相等的Cl-共有

；这几个Cl-在空间构成的几何构型为

。（3）在每个Cl-周围距离相等且最近的Cs+共有

；这几个Cs＋在空间构成的几何构型

。

第一百一十七页，共133页。NaCl，CsCl晶体中的配位数离子晶体阴离子配位数阳离子配位数NaClCsCl6688第一百一十八页，共133页。影响离子配位数的因素1.几何因素2.电荷因素3.键性因素第一百一十九页，共133页。1、几何因素配位数与r+/r－之比相关：0.225——0.414 4配位0.414——0.732 6配位 0.732——1.000 8配位 NaCl:95/181=0.525CsCl:169/181=0.933第一百二十页，共133页。2、电荷因素CaF2的晶胞例：CaF2的晶体中，Ca2＋和F－的个数之比____，电荷数之比_____，Ca2＋配位数是_____，F－的配位数是_______。由正负离子的电荷比影响离子晶体的配位数的因素，称为电荷因素。1:22:184第一百二十一页，共133页。CaFCa2＋配位数是_____，F－的配位数是_______。