《分子晶体与原子晶体》选修35.2省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

第三节原子晶体与分子晶体我们这个世界，从不会给一个难过落伍者颁发奖牌。

1/44微粒为分子：分子间作用力（范德华力或氢键）微粒为原子：极性共价键或非极性共价键；微粒为离子：离子键。复习总结：微粒间作用思索与交流石墨和金刚石同属于碳单质，为何在硬度上会相差如此之大？2/44109º28´共价键金刚石晶体结构示意图3/44一．原子晶体1、概念：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构晶体。（1）组成原子晶体粒子是原子；（2）原子晶体粒子间以较强共价键相结合；（3）原子晶体熔化破坏是共价键。4/44观察·思索对比分子晶体和原子晶体数据，原子晶体有何物理特征？5/442、原子晶体物理特征在原子晶体中，因为原子间以较强共价键相结合，而且形成空间立体网状结构，所以原子晶体熔点和沸点高硬度大普通不导电且难溶于一些常见溶剂6/443、常见原子晶体一些非金属单质：金刚石（C）、晶体硅(Si)、晶体硼（B）、晶体锗(Ge)等一些非金属化合物：碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体一些氧化物：二氧化硅（SiO２）晶体、Al2O37/44109º28´金刚石的晶体结构示意图共价键8/44思索：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？在金刚石晶体中，碳原子个数与C-C键数之比为多少？12g金刚石C-C键数为多少NA？1:22NA9/44①金刚石中每个C原子以sp3杂化，分别与4个相邻C原子形成4个σ键，故键角为109.5°，每个C原子配位数为4；②每个C原子均可与相邻4个C组成实心正四面体，向空间无限延伸得到立体网状金刚石晶体，在一个小正四面体中平均含有1+4×1/4=2个碳原子；10/44【迁移应用】关于金刚石以下说法中，错误是（）。A．晶体中不存在独立分子B．碳原子间以共价键相结合C．是硬度最大物质之一D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应D11/44180º109º28´SiO二氧化硅的晶体结构示意图共价键12/44①二氧化硅中Si原子均以sp3杂化，分别与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键；②晶体中最小环为十二元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；Si原子数与O原子数之比为1：2。13/44【迁移应用】碳化硅晶体有类似金刚石结构，其中碳原子和硅原子位置是交替。它与晶体硅和金刚石相比较，正确是（）。A．熔点从高到低次序是：金刚石＞碳化硅＞晶体硅B．熔点从高到低次序是：金刚石＞晶体硅＞碳化硅C．三种晶体中结构单元都是正四面体结构D．三种晶体都是原子晶体且均为电良导体A14/44思索1原子晶体化学式是否能够代表其分子式？不能。因为原子晶体是一个三维网状结构，无小分子存在。思索2以金刚石为例，说明原子晶体微观结构与分子晶体有哪些不一样？（1）组成微粒不一样，原子晶体中只存在原子，没有分子。（2）相互作用不一样，原子晶体中存在是共价键。15/444、原子晶体熔、沸点比较规律对于原子晶体，普通来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质熔沸点越高，硬度越大。16/44思索3为何CO2熔沸点低？而破坏CO2分子却比SiO2更难？

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C—O键能>Si-O键能，所以CO2分子更稳定。思索4怎样从原子结构角度了解金刚石、碳化硅和锗熔点和硬度依次下降？因为结构相同原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高，所以熔点和硬度有以下关系：金刚石＞碳化硅＞锗。17/44【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体判断方法（1）依据组成晶体粒子和粒子间作用判断：原子晶体粒子是原子，质点间作用是共价键；分子晶体粒子是分子，质点间作用是范德华力。（2）记忆常见、经典原子晶体。（3）依据晶体熔点判断：原子晶体熔、沸点高，常在1000℃以上；分子晶体熔、沸点低，常在数baidu以下至很低温度。（4）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，分子晶体硬度小且较脆。

18/44石墨晶体结构知识拓展－石墨19/44（1）石墨中C原子以sp2杂化；（2）石墨晶体中最小环为六元环，含有C2个，C-C键为3；（3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电；（4）石墨中r（C-C）比金刚石中r（C-C）短。20/44思索：（1）石墨为何很软？（2）石墨熔沸点为何很高？石墨熔点为何高于金刚石？（3）石墨属于哪类晶体？石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，轻易滑动，所以石墨很软。它们都有很强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共价键（大π键），C-C键长比金刚石短，键强度大，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3550482721/44例1.氮化硅（Si3N4）是一个新型耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于()原子晶体

B.分子晶体

C.金属晶体

D.离子晶体

经典例题A22/44单质硼有没有定形和晶体两种，参考下表数据

金刚石晶体硅晶体硼熔点>382316832573沸点510026282823硬度107.09.5（1）晶体硼晶体类型属于________晶体，理由是___________________。（2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成正二十面体，其中有20个等边三角形面和一定数目标顶点，每个顶点上各有1个B原子。经过视察图形及推算，此晶体结构单元由_____个硼原子组成。其中B—B键键角为_______。23/44分析：晶体硼熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原子晶体，B与C相邻与Si处于对角线处，则晶体硼也为原子晶体。又因晶体硼中三角形面为正三角形，所以键角为60°答案：原子，晶体硼含有很高熔沸点和很大硬度；12，60°

24/44第三节

第二课时分子晶体25/44观察与思索：

以下两种晶体有什么共同点？碘晶体结构干冰晶体结构26/44二、分子晶体1、概念分子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相结合晶体叫分子晶体（1）组成份子晶体粒子是分子。（2）粒子间相互作用是分子间作用力。（3）范德华力远小于化学键作用；（4）分子晶体熔化破坏是分子间作用力。27/44分子晶体有哪些物理特征，为何？思考与交流28/44(1)较低熔点和沸点，易升华；(2)较小硬度；(3)普通都是绝缘体，熔融状态也不导电。原因：分子间作用力较弱2、物理特征：29/443、经典分子晶体：非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX酸：H2SO4，HNO3，H3PO4部分非金属单质:X2，O2，H2，S8，P4，C60

部分非金属氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6，P4O10大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖30/444、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个紧邻分子，如：C60、干冰、I2、O2有分子间氢键——不含有分子密堆积特征如：HF、冰、NH3

31/44分子密堆积（与每个分子距离最近相同分子共有12个）氧（O2）晶体结构碳60晶胞32/44分子密堆积（与CO2分子距离最近CO2分子共有12个）干冰晶体结构图33/44冰中１个水分子周围有４个水分子冰结构氢键含有方向性分子非密堆积34/44思索：1mol冰周围有？mol氢键冰中１个水分子周围有４个水分子形成什么空间构型？35/44〖归纳关键点〗分子密度取决于晶体体积，取决于紧密堆积程度，分子晶体紧密堆积由以下两个原因决定：（1）范德华力（2）分子间氢键36/445、分子晶体熔、沸点高低比较规律分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子间作用力。分子间作用力越大，物质熔化和汽化时需要能量就越多，物质熔、沸点就越高。所以，比较分子晶体熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力（包含范力和氢键）大小。37/44（1）组成和结构相同物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高。如：O2>N2，HI>HBr>HCl。（2）分子量相等或相近，极性分子范德华力大，熔沸点高，如CO>N2（3）含有氢键，熔沸点较高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3

（4）在烷烃同分异构体中，普通来说，支链数越多，熔沸点越低。如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上同分异构体普通按照“邻位>间位>对位”次序。38/44〖思索1〗是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力？〖思索2〗为何冰融化为水时,密度增大？不对，分子间氢键也是一个分子间作用力，如冰中就同时存在着范德华力和氢键。在冰晶体中,每个分子周围只有4个紧邻水分子,因为水分子之间主要作用力是氢键,氢键跟共价键一样含有方向性,即氢键存在迫使在四面体中心每个水分子与四面体顶角方向4个相邻水分子相互吸引,这一排列使冰晶体中水分子空间利用率不变,留有相当大空隙。当冰刚才融化为液态水时,热运动使冰结构部分解体,水分子间空隙减小,密度反而增大。39/44〖思索3〗为何干冰熔沸点比冰低，密度却比冰大？因为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。因为分子间作用力尤其是氢键方向性，造成晶体中有相当大空隙，所以相同情况下体积较大因为CO2分子相对分子质量>H2O，所以干冰密度大。40/44科学视野：笼装化合物20世纪末，科学家发觉海底存在大量天然气水合物晶体。这种晶体主要气体成份是甲烷，因而又称甲烷水合物。它外形像冰，而且在常温常压下会快速分解释放出可燃甲烷，因而又称“可燃冰”………41/44笼装化合物42/44思索与交流CO2和SiO2