化学：3.2《分子晶体与原子晶体》PPT课件(新人教版-选修3).ppt

1、3.2分子晶体与原子晶体,微粒为分子： 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； 微粒为离子：离子键。,复习总结：,微粒间作用,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？,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,一、分子晶体,1、概念 分子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相结合的晶体叫分子晶体 （1）构成分子晶体的粒子是分子。 （2）粒子间的相互作用是分子间作用力。 （3）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。,分子晶体有哪些物理特性，为什么？,思考与交流,(1)较低的熔点

2、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,2、物理特性：,3、典型的分子晶体： 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,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,分子的密堆积,（与每

3、个分子距离最近的相同分子共有12个 ）,氧（O2）的晶体结构,碳60的晶胞,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,冰中个水分子周围有个水分子,冰的结构,氢键具有方向性,分子的非密堆积,思考：1mol冰周围有？mol氢键,冰中个水分子周围有个水分子形成什么空间构型？,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，分子晶体的紧密堆积由以下两个因素决定：,（1）范德华力 （2）分子间氢键,5、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、沸点就越高。 因

4、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）的大小。,（1）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：O2N2，HIHBrHCl。 （2）分子量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高，如CON2 （3）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，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的同分异构体一般按照“邻位间位对位”的顺序。,思考1是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力？ 思考2为什么冰融化为水时,密度增大？,不对，分

5、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。,在冰晶体中,每个分子周围只有4个紧邻的水分子,由于水分子之间的主要作用力是氢键,氢键跟共价键一样具有方向性,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4个相邻水分子相互吸引,这一排列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。当冰刚刚融化为液态水时,热运动使冰的结构部分解体,水分子间的空隙减小,密度反而增大。,思考3为何干冰的熔沸点比冰低，密度却比冰大？,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。 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

6、同状况下体积较大 由于CO2分子的相对分子质量H2O，所以干冰的密度大。,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”,笼装化合物,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？,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

7、原子晶体（共价晶体）,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的晶体。 （1）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； （3）原子晶体熔化破坏的是共价键。,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？,2、原子晶体的物理特性,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，所以原子晶体的 熔点和沸点高 硬度大 一般不导电 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。,3、常见的原子晶体,某些非金属单质： 金刚石（C）、晶体

8、硅(Si)、晶体硼（B）、晶体锗(Ge)等 某些非金属化合物： 碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体 某些氧化物： 二氧化硅（ SiO）晶体、Al2O3,10928,金刚石的晶体结构示意图,共价键,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？,金刚石中每个C原子以sp3杂化，分别与4个相邻的C 原子形成4个键，故键角为10928，每个C原子的配位数为4； 每个C原子均可与相邻的4个C构成实心的正四面体，向空间无限延伸得到立体网

9、状的金刚石晶体，在一个小正四面体中平均含有1+41/4 =2个碳原子； 在金刚石中最小的环是六元环，1个环中平均含有61/12=1/2个C原子，含C-C键数为61/6=1； 金刚石的晶胞中含有C原子为8个，内含4个小正四面体，含有C-C键数为16。,180,10928,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,共价键,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； 晶体中的最小环为十二元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；每个Si原子被12个十二元环共有，每个O原子被6个十二元环共有，每个Si-O键被6个十二元环共有；每个十二元环所拥有的

10、Si原子数为61/12=1/2，拥有的O原子数为61/6=1，拥有的Si-O键数为121/6=2，则Si原子数与O原子数之比为1：2。,思考1 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，无小分子存在。 思考2 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？ （1）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子。 （2）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键。,4、原子晶体熔、沸点比较规律 对于原子晶体，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越大。,思考3 为何CO2熔沸点低？而破坏CO2分子却比SiO2更难？ 因

11、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4 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？ 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,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,不导电,相似相溶,难溶于常见溶剂,【总结】非金属单质是原

12、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。 （2）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1000以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百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。,石墨晶体结构,知识拓展石墨,（1）石墨中C原子以sp2杂化； （2）石墨晶体中最小环为六元环，

13、含有C 2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。,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？,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。,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 原子晶体 B. 分子晶体

14、 C. 金属晶体D. 离子晶体 答案：A,典型例题,例2 碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列三种晶体金刚石 晶体硅 碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是 （ ） A. B. C. D. 分析：C与Si同为IVA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。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱。可推断碳化硅应在Si与C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金刚石、碳化硅、晶体硅。 答案：A,例3、单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据,（1）晶体硼的晶体类型属于_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，每个顶点上各有1个B原子。通过视察图形及推算，此晶体结构单元由_个硼原子构成。其中BB键的键角为_。,分析：晶