2013年高中化学 第三章 第二节分子晶体与原子晶体精品课件 新人教版选修3.ppt

第二第二节节分子晶体与原子晶体分子晶体与原子晶体课程标准导航课程标准导航1.掌掌握握分分子子晶晶体体、原原子子晶晶体体的的概概念念及及结结构构特点。特点。2.掌握晶体掌握晶体类类型与性型与性质质之之间间的关系。的关系。3.了解了解氢键对氢键对物物质质物理性物理性质质的影响。的影响。新知初探自学导引新知初探自学导引自主学自主学习习一、分子晶体一、分子晶体1.概念：概念：_的晶体称的晶体称为为分子晶体。分子晶体。2.结结构特点构特点(1)构成粒子：分子晶体由分子构成。构成粒子：分子晶体由分子构成。(2)粒粒子子间间的的作作用用力力：分分子子晶晶体体中中相相邻邻分分子子靠靠_相互吸引。相互吸引。只含分子只含分子分子分子间间作用力作用力(3)粒子堆粒子堆积积方式方式若若分分子子间间作作用用力力只只是是_，若若以以一一个个分分子子为为中中心心，其其周周围围通通常常可可以以有有_个个紧紧邻邻的的分分子子，分分子子晶晶体体的的这这一一特特征征称称为为分分子子密密堆堆积积，如，如O2、CO2。若分子若分子间间含有其他作用力，如含有其他作用力，如氢键氢键。由于。由于氢键氢键具有具有_，使分子不能采取密堆，使分子不能采取密堆积积的方式。如冰中每个水分子周的方式。如冰中每个水分子周围围只有只有_个个紧邻紧邻的水分子。的水分子。范德范德华华力力12方向性方向性43.物理性物理性质质分子晶体具有熔点分子晶体具有熔点_、硬度、硬度_、易、易_的物理特性。的物理特性。想一想想一想1所所有有分分子子晶晶体体的的分分子子内内原原子子间间都都有有共共价价键键吗吗？提示：提示：不一定。稀有气体属于分子晶体，晶体不一定。稀有气体属于分子晶体，晶体中没有化学中没有化学键键。低低很小很小升升华华二、原子晶体二、原子晶体1.概概念念：原原子子间间以以_相相结结合合而而形形成成的的具有三具有三维维的共价的共价键键_结结构的晶体。构的晶体。2.结结构特点构特点(1)构成粒子：原子晶体由构成粒子：原子晶体由_构成。构成。(2)粒子粒子间间的作用力：原子晶体中相的作用力：原子晶体中相邻邻原子原子间间以以_相相结结合。合。共价共价键键网状网状原子原子共价共价键键3.物理性物理性质质：_硬度、硬度、_熔点是原子晶体熔点是原子晶体的物理特性。的物理特性。想一想想一想2金金刚刚石石在在所所有有已已知知晶晶体体中中硬硬度度最最大大、熔熔点点很高很高(3550)，如何从，如何从结结构角度解构角度解释释？提提示示：金金刚刚石石晶晶体体属属于于原原子子晶晶体体，具具有有三三维维的的共共价价键键网网状状结结构构，CC键键键键长长很很短短，键键能能很大。很大。高高高高解析：解析：选选C。冰和水中都存在。冰和水中都存在氢键氢键和范德和范德华华力，但在冰中，力，但在冰中，氢键氢键的作用是主要的。由于的作用是主要的。由于氢键氢键具有方向性，即具有方向性，即氢键氢键的存在迫使在四面的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体体中心的每个水分子与四面体顶顶角方向的角方向的4个个相相邻邻的水分子相互吸引，不具有分子密堆的水分子相互吸引，不具有分子密堆积积的特征，所以冰的密度小于水的密度。的特征，所以冰的密度小于水的密度。解析：解析：选选D。金。金刚刚石是原子晶体，晶体内只石是原子晶体，晶体内只含含CC非极性非极性键键，不存在范德，不存在范德华华力，故金力，故金刚刚石的硬度很大、熔点很高。石的硬度很大、熔点很高。3.(2012哈哈尔尔滨滨高高二二质质检检)下下列列晶晶体体中中不不属属于于原原子晶体的是子晶体的是()A金金刚刚砂砂B干冰干冰C水晶水晶 D晶体硅晶体硅解析：解析：选选B。干冰是。干冰是CO2晶体晶体,属于分子晶体。属于分子晶体。要点突破讲练互动要点突破讲练互动要点要点1分子晶体的分子晶体的结结构和性构和性质质探探究究导导引引1干干冰冰和和冰冰相相比比，哪哪一一种种晶晶体体的的熔熔点高？点高？为为什么？什么？提示：提示：冰的熔点比干冰的熔点高。因冰的熔点比干冰的熔点高。因为为干冰干冰中分子中分子间间只存在范德只存在范德华华力，而冰中分子力，而冰中分子间间存存在范德在范德华华力和力和氢键氢键。要点归纳要点归纳1.分子晶体的分子晶体的归纳归纳晶体晶体类类型型分子晶体分子晶体定定义义只含分子的晶体只含分子的晶体组组成微粒成微粒 分子分子物物质类别质类别(1)所有非金属所有非金属氢氢化物化物,如如H2O、NH3、CH4等等(2)部分非金属部分非金属单质单质，如，如卤卤素素(X2)、O2、N2、白磷白磷(P4)、硫、硫(S8)、稀有气体等、稀有气体等(3)部分非金属氧化物部分非金属氧化物,如如CO2、P4O6、P4O10、SO2等等(4)几乎所有的酸几乎所有的酸,如如HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等等(5)绝绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇大多数有机物的晶体，如苯、乙醇晶体晶体类类型型分子晶体分子晶体微粒微粒间间的作用力的作用力分子分子间间作用力作用力(氢键氢键、范德范德华华力力)熔化熔化时时需克服的作用力需克服的作用力较较弱的分子弱的分子间间作用力作用力物理物理性性质质熔、沸点熔、沸点较较低低硬度硬度较较小小导电导电性性固固态态和熔化和熔化时时都不都不导导电电,但某些分子晶体溶但某些分子晶体溶于水能于水能导电导电，如，如HCl溶解性溶解性相似相溶相似相溶决定熔、沸点高低的因素决定熔、沸点高低的因素 分子分子间间作用力的作用力的强强弱弱2.分子晶体的典型分子晶体的典型实实例例(1)分子晶体分子晶体结结构的普遍性构的普遍性干冰干冰范范德德华华力力广广泛泛存存在在于于分分子子晶晶体体内内部部。干干冰冰晶晶体体中中，CO2分分子子之之间间的的作作用用力力只只有有范范德德华华力力，具具有有分分子子密密堆堆积积的的特特征征，所所以以干干冰冰晶晶体体的的结结构代表了分子晶体构代表了分子晶体结结构的普遍性。构的普遍性。干干冰冰晶晶体体中中，每每个个晶晶胞胞中中平平均均含含有有4个个CO2分子。分子。干冰晶体中，每个干冰晶体中，每个CO2分子周分子周围围等距离等距离紧紧邻邻的的CO2分子有分子有12个。个。(2)分子晶体分子晶体结结构的特殊性构的特殊性冰冰氢氢键键只只存存在在于于特特殊殊的的分分子子晶晶体体中中。在在冰冰晶晶体体中中，水水分分子子之之间间的的作作用用力力有有范范德德华华力力和和氢氢键键，但但主主要要作作用用力力是是氢氢键键。所所以以冰冰晶晶体体的的结结构构是是分分子子晶晶体体中中一一种种特特殊殊的的结结构构，不不具具有有分分子密堆子密堆积积的特征。的特征。由于由于氢键氢键具有方向性，即具有方向性，即氢键氢键的存在迫使的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体在四面体中心的每个水分子与四面体顶顶点的点的4个相个相邻邻的水分子相互吸引。的水分子相互吸引。在在冰冰晶晶体体中中,每每个个水水分分子子参参与与形形成成4个个氢氢键键,但按均但按均摊摊法平均一个水分子形成法平均一个水分子形成2个个氢键氢键。特特别别提醒提醒分子晶体的化学式，就是分子式。分子晶体分子晶体的化学式，就是分子式。分子晶体熔化熔化时时一定会破坏范德一定会破坏范德华华力；有一些晶体力；有一些晶体还还破坏破坏氢键氢键，如冰的熔化；，如冰的熔化；还还有少数晶体会破有少数晶体会破坏共价坏共价键键，如，如S8晶体熔化晶体熔化时时，除破坏范德，除破坏范德华华力外，力外，S8分子也会分解，破坏共价分子也会分解，破坏共价键键。即即时应时应用用1.(2012孝孝感感高高二二质质检检)干干冰冰汽汽化化时时，下下列列所所述述内容内容发发生生变变化的是化的是()A分子内共价分子内共价键键 B范德范德华华力力C分子的化学性分子的化学性质质 D分子分子间间的的氢键氢键解解析析：选选B。干干冰冰是是CO2的的分分子子晶晶体体，CO2分分子子间间只只存存在在范范德德华华力力，不不存存在在氢氢键键；汽汽化化时时只只需需克克服服范范德德华华力力，分分子子的的化化学学性性质质和和分分子子内内的的共价共价键键不不发发生生变变化。化。要点要点2原子晶体的原子晶体的结结构和性构和性质质探探究究导导引引2由由原原子子组组成成的的晶晶体体都都是是原原子子晶晶体体吗吗？具有共价？具有共价键键的晶体都是原子晶体的晶体都是原子晶体吗吗？提示：提示：由原子由原子组组成的晶体不一定是原子晶体成的晶体不一定是原子晶体,如稀有气体如稀有气体组组成的晶体属于分子晶体。具有成的晶体属于分子晶体。具有共价共价键键的晶体不一定是原子晶体，如大多数的晶体不一定是原子晶体，如大多数分子晶体中含有共价分子晶体中含有共价键键。要点归纳要点归纳1.原子晶体的原子晶体的归纳归纳晶体晶体类类型型分子晶体分子晶体定定义义原子原子间间以共价以共价键键相相结结合而形成的合而形成的具有三具有三维维的共价的共价键键网状网状结结构的晶构的晶体体组组成微粒成微粒组组成微粒成微粒原子原子物物质类别质类别(1)某些非金属某些非金属单质单质，如晶体硼、，如晶体硼、晶体硅、晶体晶体硅、晶体锗锗、金、金刚刚石等石等(2)某些非金属化合物，如碳化硅某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、二氧化硅、二氧化硅(SiO2)、氮化硅、氮化硅(Si3N4)、氮化硼、氮化硼(BN)等等晶体晶体类类型型分子晶体分子晶体微粒微粒间间的作用力的作用力共价共价键键(极性极性键键、非、非极性极性键键)熔化熔化时时需克服的作用力需克服的作用力 很很强强的共价的共价键键物理物理性性质质熔、沸点熔、沸点较较高高硬度硬度较较大大导电导电性性固固态态和熔化和熔化时时都不都不导导电电(Si、Ge为为半半导导体体)溶解性溶解性难难溶于一般溶溶于一般溶剂剂决定熔、沸点高低的因决定熔、沸点高低的因素素共价共价键键的的强强弱弱2.原子晶体的典型原子晶体的典型实实例例(1)金金刚刚石石每每个个碳碳原原子子都都采采取取了了sp3杂杂化化，以以4个个共共价价键键对对称称地地与与相相邻邻的的4个个碳碳原原子子相相结结合合，形形成成正正四四面面体体结结构构。这这些些正正四四面面体体向向空空间间发发展展，构构成成一一个个坚坚实实的的、彼彼此此联联结结的的空空间间网网状状结结构构的的晶体。晶体。晶晶体体中中所所有有的的CC键键键键长长相相等等，键键角角相相等等(10928)。(2)二氧化硅二氧化硅每每个个硅硅原原子子和和4个个氧氧原原子子形形成成4个个共共价价键键；每每个个氧氧原原子子与与2个个硅硅原原子子相相结结合合。故故SiO2晶晶体体是是由由硅硅原原子子和和氧氧原原子子按按12的的比比例例所所组组成成的的空空间间网状网状结结构的晶体。构的晶体。最最小小环环是是由由6个个硅硅原原子子和和6个个氧氧原原子子组组成成的的12元元环环。1 mol SiO2中含有中含有4 mol SiO键键。特特别别提醒提醒原子晶体是由原子原子晶体是由原子组组成的，所以不存在分子成的，所以不存在分子式，只有化学式，化学式式，只有化学式，化学式组组成只表示原子个成只表示原子个数的最数的最简简整数比整数比即即时应时应用用2.干干冰冰和和二二氧氧化化硅硅晶晶体体同同属属于于第第A族族元元素素的的最最高高价价氧氧化化物物，它它们们的的熔熔、沸沸点点差差别别很很大大的的原原因是因是()A二二氧氧化化硅硅的的相相对对分分子子质质量量大大于于二二氧氧化化碳碳的的相相对对分子分子质质量量B干冰是分子晶体，二氧化硅是原子晶体干冰是分子晶体，二氧化硅是原子晶体CCO键键键键能比能比SiO键键键键能大能大DCO2是非极性分子，二氧化硅是极性分子是非极性分子，二氧化硅是极性分子解析：解析：选选B。干冰是分子晶体。干冰是分子晶体,熔化、汽化熔化、汽化时时只需克服范德只需克服范德华华力；二氧化硅是原子晶体，力；二氧化硅是原子晶体，不存在二氧化硅分子，二氧化硅晶体熔化、不存在二氧化硅分子，二氧化硅晶体熔化、汽化汽化时时需克服共价需克服共价键键。而范德。而范德华华力比共价力比共价键键小小12个数量个数量级级，因此二氧化硅晶体的熔点，因此二氧化硅晶体的熔点远远高于干冰的熔点。高于干冰的熔点。题型探究技法归纳题型探究技法归纳题题型型1分子晶体分子晶体 (2012济济南南高高二二质质检检)下下列列有有关关冰冰和和干干冰的叙述不正确的是冰的叙述不正确的是()A干冰和冰都是由分子密堆干冰和冰都是由分子密堆积积形成的晶体形成的晶体B冰冰晶晶体体中中每每个个水水分分子子周周围围只只有有4个个紧紧邻邻的的水分子水分子例例1C干冰比冰的熔点低得多，常干冰比冰的熔点低得多，常压压下易升下易升华华D干冰中只存在范德干冰中只存在范德华华力不存在力不存在氢键氢键，一，一个分子周个分子周围围有有12个个紧邻紧邻的分子的分子【思路点思路点拨拨】解答此解答此题题关关键键要明确干冰和要明确干冰和冰晶体冰晶体结结构的差异性及其原因，以及构的差异性及其原因，以及对对物理物理性性质质的影响。的影响。【解析解析】干冰晶体中干冰晶体中CO2分子分子间间作用力只作用力只是范德是范德华华力，分子采取力，分子采取紧紧密堆密堆积积，一个分子，一个分子周周围围有有12个个紧邻紧邻的分子；冰晶体中水分子的分子；冰晶体中水分子间间除了范德除了范德华华力之外力之外还还存在存在氢键氢键，由于，由于氢键氢键具具有方向性，故每个水分子周有方向性，故每个水分子周围围只有只有4个个紧邻紧邻的的水分子，采取非水分子，采取非紧紧密堆密堆积积的方式，空的方式，空间间利用利用率小，因而密度小。率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德干冰熔化只需克服范德华华力，冰熔化需要克力，冰熔化需要克服范德服范德华华力和力和氢键氢键，由于，由于氢键氢键作用力比范德作用力比范德华华力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常常压压下易升下易升华华。【答案答案】A【名名师师点点睛睛】(1)干干冰冰晶晶体体的的结结构构代代表表了了分分子子晶晶体体结结构构的的普普遍遍性性，而而冰冰晶晶体体的的结结构构是是分分子晶体中一种特殊的子晶体中一种特殊的结结构。构。(2)影影响响分分子子晶晶体体物物理理性性质质的的主主要要因因素素是是分分子子间间作作用用力力(包包括括范范德德华华力力和和氢氢键键)。由由于于分分子子间间作作用用力力很很弱弱，所所以以分分子子晶晶体体的的熔熔、沸沸点点一一般般较较低，硬度低，硬度较较小。小。(3)一般地，含有一般地，含有氢键氢键的分子晶体熔、沸点比的分子晶体熔、沸点比不含不含氢键氢键的分子晶体熔、沸点要高。的分子晶体熔、沸点要高。题题型型2原子晶体原子晶体 (2012吴吴忠忠高高二二质质检检)下下列列各各组组晶晶体体物物质质中中，化化学学键键类类型型相相同同，晶晶体体类类型型也也相相同同的的是是()SiO2和和SO3晶晶体体硼硼和和HClCO2和和SO2晶晶体体硅硅和和金金刚刚石石晶晶体体氖氖和和晶晶体体氮氮硫硫磺和碘磺和碘ABC D例例2【思路点思路点拨拨】解答此解答此题题注意以下两点：注意以下两点：(1)化学化学键类键类型型(极性极性键键和非极性和非极性键键)的判断。的判断。(2)分子晶体和原子晶体分子晶体和原子晶体类类型的判断方法。型的判断方法。【解解析析】本本题题考考查查了了化化学学键键的的类类型型与与晶晶体体类类型型的的判判断断。属属于于分分子子晶晶体体的的有有SO3、HCl、CO2、SO2、晶晶体体氖氖、晶晶体体氮氮、硫硫磺磺和和碘碘。属属于于原原子子晶晶体体的的有有SiO2、晶晶体体硼硼、晶晶体体硅硅和和金金刚刚石石。CO2、SO2、SiO2、SO3和和HCl都都只只含含有有极极性性键键；晶晶体体硼硼、晶晶体体硅硅、金金刚刚石石、晶晶体体氮氮、硫硫磺磺和和碘碘都都只只含含有有非非极极性性键键；晶晶体体氖氖是是由由稀稀有有气气体体分分子子组组成成，稀稀有有气气体体为为单单原原子子分分子，分子子，分子间间不存在化学不存在化学键键。【答案答案】C【规规律律方方法法】判判断断非非金金属属元元素素组组成成的的晶晶体体是分子晶体是分子晶体还还是原子晶体的方法有：是原子晶体的方法有：(1)依据构成晶体的粒子和粒子依据构成晶体的粒子和粒子间间的作用判断的作用判断:原子晶体的构成粒子是原子，原子原子晶体的构成粒子是原子，原子间间的作用的作用是共价是共价键键；分子晶体的构成粒子是分子，分；分子晶体的构成粒子是分子，分子子间间的作用是范德的作用是范德华华力。力。(2)记记忆忆常常见见的的、典典型型的的原原子子晶晶体体。常常见见的的原原子子晶晶体体有有：某某些些非非金金属属单单质质如如硼硼、硅硅、锗锗等等;某某些些非非金金属属化化合合物物如如碳碳化化硅硅、氮氮化化硼硼、二二氧氧化硅等。化硅等。(3)依据晶体的熔、沸点判断：原子晶体熔、依据晶体的熔、沸点判断：原子晶体熔、沸点高，常在沸点高，常在1000 以上；分子晶体熔、沸以上；分子晶体熔、沸点低，常在几百度以下至很低的温度。点低，常在几百度以下至很低的温度。(4)依依据据导导电电性性判判断断：分分子子晶晶体体为为非非导导体体，但但部部分分分分子子晶晶体体溶溶于于水水后后能能电电离离出出自自由由移移动动的的离离子子，故故能能导导电电；原原子子晶晶体体多多数数为为非非导导体体，但晶体硅、晶体但晶体硅、晶体锗锗是半是半导导体。体。(5)依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且大，分子晶体硬度小且较较脆。脆。分子晶体和原子晶体熔、沸点比分子晶体和原子晶体熔、沸点比较较1.不同不同类类型的晶体：型的晶体：原子晶体分子晶体。原子晶体分子晶体。2.同一同一类类型的晶体型的晶体(1)分子晶体分子晶体分子分子间间作用力越大作用力越大,物物质质的熔、沸点越高；的熔、沸点越高；具有具有氢键氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高。的分子晶体，熔、沸点反常的高。如如H2OH2TeH2SeH2S。热点示例思维拓展热点示例思维拓展不不含含氢氢键键且且组组成成和和结结构构相相似似的的分分子子晶晶体体，相相对对分分子子质质量量越越大大，熔熔、沸沸点点越越高高。如如SnH4GeH4SiH4CH4。组组成成和和结结构构不不相相似似的的物物质质(相相对对分分子子质质量量接接近近)，分分子子的的极极性性越越大大，其其熔熔、沸沸点点越越高高。如如CON2，CH3OHCH3CH3。同分异构体，支同分异构体，支链链越多，熔、沸点越低。越多，熔、沸点越低。如如CH3CH2CH2CH3CH3CH(CH3)CH3。(2)原子晶体原子晶体晶体的熔、沸点高低取决于共价晶体的熔、沸点高低取决于共价键键的的键长键长和和键键能。能。键长键长越短越短,键键能越大能越大,共价共价键键越越稳稳定，定，物物质质的熔、沸点越高。如熔点：金的熔、沸点越高。如熔点：金刚刚石碳石碳化硅晶体硅。化硅晶体硅。