2013年化学 第3章 第3节 原子晶体与分子晶体精品课件 鲁科版选修《物质结构与性质》.ppt

课程标准导航课程标准导航1.了解原子晶体空间结构特点及性质。了解原子晶体空间结构特点及性质。2能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。构与性质的关系。3了解分子晶体的结构特点及性质。了解分子晶体的结构特点及性质。第第3节原子晶体与分子晶体节原子晶体与分子晶体新新知知初初探探自自学学导导引引自主学习自主学习一、原子晶体一、原子晶体 1.原子晶体原子晶体概概念念相相邻邻原子原子间间以以_结结合而形成的具有合而形成的具有空空间间立体网状立体网状结结构的晶体构的晶体共价共价键键结结构构特特点点(1)由于共价由于共价键键的的饱饱和性与方向性，使每个中和性与方向性，使每个中心原子周心原子周围围排列的原子数目是排列的原子数目是_的的(2)由于所有原子由于所有原子间间均以均以_相相结结合，所以合，所以晶体中不存在晶体中不存在单单个分子个分子物物理理性性质质(1)原子晶体由于以原子晶体由于以强强的共价的共价键键相相结结合，因此合，因此一般熔点一般熔点_，硬度，硬度_(2)结结构相构相似的原子晶体，原子半径越小，似的原子晶体，原子半径越小，键长键长越短，越短，键键能越大，晶体的熔点能越大，晶体的熔点_有限有限共价共价键键较较高高较较大大较较高高2.典型的原子晶体典型的原子晶体金金刚刚石和二氧化硅石和二氧化硅(1)金金刚刚石石晶体中晶体中CC键间键间的的夹夹角角为为_，碳原子采取了碳原子采取了_杂杂化。化。在晶体中每个碳原子以在晶体中每个碳原子以_与相与相邻邻的的4个碳原子相个碳原子相结结合，成合，成为为_形空形空间间网状网状结结构。构。109.5sp3共价共价键键正四面体正四面体最小最小环环上有上有6个碳原子。个碳原子。(2)二氧化硅二氧化硅1个硅原子和个硅原子和4个氧原子形成个氧原子形成4个共价个共价键键，1个氧原子和个氧原子和2个硅原子形成个硅原子形成2个共价个共价键键，SiO2晶体中晶体中SiO_。12最小最小环环上有上有_个原子，包括个原子，包括_个硅个硅原子，原子，_个氧原子。个氧原子。1266 想一想想一想1化学式化学式SiO2能表示一个二氧化硅分子能表示一个二氧化硅分子吗吗？为为什么？什么？提示：提示：不能。不能。SiO2是原子晶体，其化学式表是原子晶体，其化学式表示示Si与与O原子的个数比，不存在原子的个数比，不存在单单个二氧化个二氧化硅分子。硅分子。二、分子晶体二、分子晶体 1.分子晶体分子晶体概念概念分子之分子之间间通通过过_结结合而合而形成的晶体形成的晶体结结构构特点特点由于分子由于分子间间作用力不具有作用力不具有_，所以分子晶体在堆所以分子晶体在堆积积排列排列时时尽可能地利尽可能地利用空用空间间，采取，采取_的方式的方式分子分子间间作用力作用力方向性方向性最密堆最密堆积积物物理理性性质质(1)分子晶体由于以比分子晶体由于以比较较弱的弱的_相相结结合，因此一般熔点合，因此一般熔点_，硬度，硬度_(2)对组对组成和成和结结构相似，晶体中又不构相似，晶体中又不含含氢键氢键的物的物质质来来说说，随着相，随着相对对分子分子质质量的增量的增大，分子大，分子间间作用力作用力_，熔、沸点，熔、沸点_分子分子间间作用力作用力较较低低较较小小增增强强升高升高2.典型的分子晶体典型的分子晶体单质单质碘碘干冰干冰冰冰晶胞或晶胞或结结构模构模型型单质单质碘碘干冰干冰冰冰微粒微粒间间作用力作用力范德范德华华力力范德范德华华力力氢键氢键范德范德华华力力晶胞微晶胞微粒数粒数44配位数配位数124 想一想想一想2.水水结结冰冰为为什么浮在水面上而不沉于水底？什么浮在水面上而不沉于水底？提示：提示：水水结结冰后，水分子冰后，水分子间间主要靠主要靠氢键结氢键结合合在一起，由于在一起，由于氢键氢键有一定方向性，使水分子有一定方向性，使水分子排列比排列比较较疏松，分子疏松，分子间间有有许许多空隙，多空隙，导导致体致体积积膨膨胀胀、密度减小，故水、密度减小，故水结结冰浮于水面上。冰浮于水面上。三、石墨晶体三、石墨晶体 1.结结构特点构特点(1)石墨晶体是石墨晶体是层层状状结结构，在每一构，在每一层层内，碳原内，碳原子排列成子排列成_，一个个六，一个个六边边形排列形排列成平面的网状成平面的网状结结构，每一个构，每一个碳原子都跟其他碳原子都跟其他3个碳原个碳原子相子相结结合。合。正六正六边边形形(2)在同一在同一层层内，相内，相邻邻的碳原子以的碳原子以_相相结结合，每一个碳原子的一个未成合，每一个碳原子的一个未成对电对电子形成子形成_键键；(3)层层与与层层之之间间以以_相相结结合。合。2.所属所属类类型型石墨中既有石墨中既有_，又有，又有_，共价共价键键大大范德范德华华力力共价共价键键范德范德华华力力同同时还时还有有_的特性，是一种的特性，是一种_型晶体。型晶体。3.性性质质：熔点高、：熔点高、质软质软、易、易导电导电。想一想想一想3为为什么金什么金刚刚石与石墨均由碳元素石与石墨均由碳元素组组成石墨成石墨具有滑具有滑腻腻性而金性而金刚刚石没有？石没有？提示提示:石墨晶体是石墨晶体是层层状状结结构构,层层与与层层之之间间作用作用力是范德力是范德华华力，很弱力，很弱,故石墨具有滑故石墨具有滑腻腻性性金属金属键键混合混合键键自主体验自主体验1.干冰、碘易升干冰、碘易升华华是由于是由于()A干冰、碘是非极性分子干冰、碘是非极性分子B键键能小能小C化学性化学性质质不活不活泼泼 D分子分子间间的作用力的作用力较较弱弱解析：解析：选选D。干冰和碘均属于分子晶体，升。干冰和碘均属于分子晶体，升华华时时只需要克服只需要克服较较弱的分子弱的分子间间作用力。作用力。2.碳化硅碳化硅(SiC)的晶体具有的晶体具有类类似金似金刚刚石的石的结结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三种晶体在下列三种晶体金金刚刚石，石，晶体硅，晶体硅，碳碳化硅中，它化硅中，它们们的熔点从高到低的的熔点从高到低的顺顺序是序是()A BC D解析：解析：选选A。原子晶体中，熔点高低与。原子晶体中，熔点高低与键长键长有有关，因关，因键长键长SiSiSiCCC，所以熔点从，所以熔点从高到低的高到低的顺顺序序为为。3.熔化熔化时时，必，必须须破坏非极性共价破坏非极性共价键键的是的是()A冰冰 B金金刚刚石石C铁铁 D二氧化硅二氧化硅解析：解析：选选B。金。金刚刚石石为为原子晶体，熔化原子晶体，熔化时时需要需要破坏碳原子之破坏碳原子之间间的非极性共价的非极性共价键键。要要点点突突破破讲讲练练互互动动探究导引探究导引1原子晶体与分子晶体的原子晶体与分子晶体的结结构有什么特点？构有什么特点？提示：提示：原子晶体由原子通原子晶体由原子通过过共价共价键键形成的空形成的空间间网状网状结结构，分子晶体是由分子通构，分子晶体是由分子通过过分子分子间间作用力形成的晶体。作用力形成的晶体。要点一要点一原子晶体与分子晶体的比较原子晶体与分子晶体的比较探究导引探究导引2共价共价键键可以存在哪些晶体中？可以存在哪些晶体中？提示：提示：原子晶体：如原子晶体：如SiO2；分子晶体：如；分子晶体：如CO2；离子晶体：如；离子晶体：如NaOH。探究导引探究导引3C、Si均属第均属第A族，但族，但CO2与与SiO2的物理性的物理性质质差差别别很大，很大，为为什么？什么？提示：提示：SiO2是原子晶体，而是原子晶体，而CO2是分子晶是分子晶体，构成晶体的微粒体，构成晶体的微粒间间作用力不同，作用力不同，SiO2晶晶体体Si、O原子通原子通过过共价共价键键形成的，形成的，CO2则则是是二氧化碳分子通二氧化碳分子通过过分子分子间间作用力形成的。作用力形成的。要点归纳要点归纳晶体晶体类类型型分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体定定义义分子分子间间通通过过分子分子间间作用作用力力结结合形成合形成的晶体的晶体相相邻邻原子原子间间以共价以共价键结键结合而形成的具合而形成的具有空有空间间立体网状立体网状结结构的晶体构的晶体熔化熔化时时需克需克服的作用力服的作用力较较弱的分子弱的分子间间作用力作用力很很强强的共价的共价键键晶体晶体类类型型分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体物物理理性性质质熔、沸熔、沸点点较较低低很高很高硬度硬度较较小小很大很大导电导电性性固固态态和熔融和熔融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固固态态和熔和熔融融时时都不都不导电导电溶解性溶解性相似相溶相似相溶难难溶于一溶于一般溶般溶剂剂晶体晶体类类型型分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体决定熔、沸点决定熔、沸点高低的因素高低的因素分子分子间间作用力的作用力的强强弱弱共价共价键键的的强强弱弱组组成微粒成微粒分子分子原子原子物物质类别质类别多数的非金属多数的非金属单单质质和共价化合物和共价化合物金金刚刚石、晶体硅、碳石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等少化硅、二氧化硅等少数非金属数非金属单质单质及共价及共价化合物化合物微粒微粒间间的作用的作用力力分子分子间间作用力作用力(氢氢键键、范德、范德华华力力)共价共价键键(极性极性键键、非、非极性极性键键)即时应用即时应用1.某元素的最高正价和最低某元素的最高正价和最低负负价的价的绝对值绝对值相相等，其最高价氧化物的相等，其最高价氧化物的相对对分子分子质质量与其气量与其气态氢态氢化物的相化物的相对对分子分子质质量之比是量之比是158，该该元元素的最高价氧化物形成的晶体是素的最高价氧化物形成的晶体是()A分子晶体分子晶体B离子晶体离子晶体C原子晶体原子晶体 D以上晶体都不是以上晶体都不是要点二要点二不同晶体的熔、沸点的比较不同晶体的熔、沸点的比较方法方法探究导引探究导引1不同晶体的熔、沸点一般有什么不同晶体的熔、沸点一般有什么规规律？律？提示提示:一般地一般地:原子晶体原子晶体离子晶体离子晶体分子晶体分子晶体探究导引探究导引2冰与干冰是同一物质吗？构成晶体的微间作冰与干冰是同一物质吗？构成晶体的微间作用力相同吗？用力相同吗？提示：提示：冰是由冰是由H2O分子构成的，而干冰是由分子构成的，而干冰是由CO2分子构成的，晶体微粒均是分子，微粒之分子构成的，晶体微粒均是分子，微粒之间的作用力均是分子间作用力。间的作用力均是分子间作用力。探究导引探究导引3从从F2I2熔、沸点熔、沸点为为什么依次升高？什么依次升高？提示：提示：F2、Cl2、Br2、I2均是由分子构成的，均是由分子构成的，且且类类型相同，而型相同，而F2I2相相对对分子分子质质量依次增量依次增大，分子大，分子间间作用力依次增大，故熔、沸点依作用力依次增大，故熔、沸点依次升高。次升高。要点归纳要点归纳1.不同不同类类型晶体熔、沸点高低的一般型晶体熔、沸点高低的一般规规律律原子晶体原子晶体离子晶体离子晶体分子晶体。分子晶体。2.同种晶体同种晶体类类型的物型的物质质熔、沸点高低的一般熔、沸点高低的一般规规律律 晶体内微粒晶体内微粒间间的作用力越大，熔、沸点的作用力越大，熔、沸点越高。越高。(1)原子晶体：比原子晶体：比较较共价共价键键的的强强弱。弱。一般地一般地认为认为，原子半径越小，原子半径越小，键长键长越短，越短，键键能越大，共价能越大，共价键键越牢固，物越牢固，物质质的熔、沸点越的熔、沸点越高。高。如：金如：金刚刚石石(C)金金刚刚砂砂(SiC)晶体硅晶体硅(Si)。(2)离子晶体：比离子晶体：比较较离子离子键键的的强强弱弱(或晶格能的或晶格能的大小大小)。一般地一般地认为认为，阴阳离子，阴阳离子电电荷数越多，离子半荷数越多，离子半径越小，径越小，则则离子离子间间的作用力越大，离子的作用力越大，离子键键越越强强，晶格能越大，熔、沸点越高。如熔点：，晶格能越大，熔、沸点越高。如熔点：MgONaClCsCl。(3)金属晶体：比金属晶体：比较较金属金属键键的的强强弱。弱。一般地一般地认为认为，金属阳离子半径越小，离子所，金属阳离子半径越小，离子所带电带电荷越多，荷越多，则则金属金属键键越越强强，晶体的熔、沸，晶体的熔、沸点越高。如：点越高。如：AlMgNa。(4)分子晶体：分子分子晶体：分子间间作用力越作用力越强强，熔、沸点，熔、沸点越高。越高。组组成和成和结结构相似的分子晶体，相构相似的分子晶体，相对对分子分子质质量越大，分子量越大，分子间间作用力越大，熔、沸点越作用力越大，熔、沸点越高。如：高。如：F2Cl2Br2H2TeH2SeH2S。在有机物同分异构体中，随着支在有机物同分异构体中，随着支链链的增的增多，熔、沸点降低。多，熔、沸点降低。如：正戊如：正戊烷烷异戊异戊烷烷新戊新戊烷烷。即时应用即时应用2.下列各下列各组组物物质质中，熔点由高到低的是中，熔点由高到低的是(双双选选)()AHI、HBr、HCl、HFBCI4、CBr4、CCl4、CF4CRb、K、Na、Li解析：解析：选选BD。A项项HF中存在中存在氢键氢键，使，使HF的的熔点高于熔点高于HI；B项项四种物四种物质组质组成和成和结结构相构相似，熔点随相似，熔点随相对对分子分子质质量的减小而减小；量的减小而减小；C项项是碱金属，同主族元素由上到下熔点逐是碱金属，同主族元素由上到下熔点逐渐渐减小；减小；D项项三种物三种物质质属于同分异构体，支属于同分异构体，支链链越越多，熔点越低。多，熔点越低。题题型型探探究究技技法法归归纳纳题型一题型一晶体晶体类类型的判断型的判断例例例例1 1 下列晶体分类中正确的一组是下列晶体分类中正确的一组是()ABCD离子离子晶体晶体NaOHH2SO4CH3COONaBa(OH)2ABCD原子原子晶体晶体Ar石墨石墨水晶水晶金金刚刚石石分子分子晶体晶体SO2S玻璃玻璃【思路点思路点拨拨】解答此解答此题题要注意两点：要注意两点：(1)能能够够准确判断晶体和非晶体；准确判断晶体和非晶体；(2)弄清不同晶体微弄清不同晶体微粒的特点。粒的特点。【解析解析】从晶体中粒子的性从晶体中粒子的性质质去判断晶体去判断晶体的的类类型。型。NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都都是通是通过过离子离子键键相互相互结结合的离子晶体；合的离子晶体；H2SO4分子分子间间以范德以范德华华力和力和氢键氢键相互相互结结合合为为分子晶分子晶体；体；Ar、萘萘()、SO2分子分子间间以范德以范德华华力相互力相互结结合合为为分子晶体；石墨是混合分子晶体；石墨是混合键键型型晶体；水晶与金晶体；水晶与金刚刚石是典型的原子晶体；硫石是典型的原子晶体；硫的化学式以一个硫表示，的化学式以一个硫表示，实际实际上是由多个硫上是由多个硫原子构成的分子，分子原子构成的分子，分子间间以范德以范德华华力力结结合成合成分子晶体；玻璃无固定的熔点，加分子晶体；玻璃无固定的熔点，加热时热时逐逐渐渐软软化，是非晶体。化，是非晶体。【答案答案】C题型二题型二不同晶体微粒间作用力的判不同晶体微粒间作用力的判断断例例例例2 2 下列有关晶体的叙述中，下列有关晶体的叙述中，错误错误的是的是()A离子晶体在熔化离子晶体在熔化时时，离子，离子键键被破坏，而分被破坏，而分子晶体熔化子晶体熔化时时化学化学键键不被破坏不被破坏B白磷晶体中，白磷晶体中，结结构粒子之构粒子之间间通通过过共价共价键键相相结结合合C石英晶体是直接由硅原子和氧原子通石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过过共共价价键键所形成的空所形成的空间间网状网状结结构的晶体构的晶体D构成分子晶体的粒子中不一定存在共价构成分子晶体的粒子中不一定存在共价键键【思路点思路点拨拨】解答此解答此题题需注意两点：需注意两点：(1)构构成晶体微粒之成晶体微粒之间间的作用力；的作用力；(2)构成晶体的微构成晶体的微粒内部的作用力。粒内部的作用力。【解析解析】离子晶体是通离子晶体是通过过离子离子键键将阴、阳将阴、阳离子离子结结合在一起的，所以熔化合在一起的，所以熔化时时，离子，离子键键被被破坏；而分子晶体是通破坏；而分子晶体是通过过范德范德华华力将分子力将分子结结合在一起的，所以熔化合在一起的，所以熔化时时，分子内部的化学，分子内部的化学键键未未发发生生变变化，破坏的只是范德化，破坏的只是范德华华力，由上力，由上述分析知述分析知A正确；白磷晶体是分子晶体，在正确；白磷晶体是分子晶体，在P4内部存在共价内部存在共价键键，而，而结结构粒子构粒子(P4)之之间间是通是通过过范德范德华华力力结结合的，合的，B错误错误；石英晶体是原子晶体，石英晶体是原子晶体，C正确；稀有气体在固正确；稀有气体在固态时态时也属于分子晶体，而稀有气体全是也属于分子晶体，而稀有气体全是单单原原子分子，在分子内部不存在共价子分子，在分子内部不存在共价键键，D正确。正确。【答案答案】B题型三题型三不同晶体熔、沸点的比较不同晶体熔、沸点的比较例例例例3 3 下列化合物，按其晶体的熔点由高到下列化合物，按其晶体的熔点由高到低排列正确的是低排列正确的是()ASiO2CsClCBr4CF4BSiO2CsClCF4CBr4CCsClSiO2CBr4CF4DCF4CBr4CsClSiO2【思路点思路点拨拨】解答此解答此题题要注意两点：要注意两点：(1)准准确判断某物确判断某物质质所属的晶体所属的晶体类类型；型；(2)分析晶体分析晶体微粒微粒间间作用力然后作出判断。作用力然后作出判断。【解析解析】物物质质的熔点高低与晶体的的熔点高低与晶体的类类型有型有关，一般来关，一般来说说：原子晶体：原子晶体离子晶体离子晶体分子晶分子晶体；即：体；即：SiO2CsClCBr4、CF4。当晶体的。当晶体的类类型相同型相同时时，原子晶体的熔点与原子半径有，原子晶体的熔点与原子半径有关；关；离子晶体的熔点与离子半径和离子所离子晶体的熔点与离子半径和离子所带带的的电电荷有关；当荷有关；当组组成和成和结结构相似构相似时时，分子晶体的，分子晶体的熔点高低与相熔点高低与相对对分子分子质质量的大小有关，一般量的大小有关，一般来来说说，相，相对对分子分子质质量大的熔点高，即量大的熔点高，即CBr4CF4。【答案答案】A【规规律方法律方法】比比较较物物质质熔、沸点的高低：熔、沸点的高低：不同晶体不同晶体类类型的物型的物质质熔、沸点高低熔、沸点高低顺顺序一般序一般是：原子晶体是：原子晶体离子晶体离子晶体分子晶体。同一晶分子晶体。同一晶体体类类型的物型的物质质，其晶体内部粒子，其晶体内部粒子间间的作用力的作用力越越强强，熔、沸点越高，例如原子晶体，熔、沸点越高，例如原子晶体间间要比要比较较共价共价键键的的强强弱；离子晶体弱；离子晶体间间要比要比较较离子离子键键的的强强弱；弱；组组成和成和结结构相似的分子晶体，相构相似的分子晶体，相对对分子分子质质量越大，熔、沸点越高。量越大，熔、沸点越高。课堂达标即时巩固课堂达标即时巩固热热点点示示例例思思维维拓拓展展碳族元素相关物碳族元素相关物质质的的结结构探究构探究【经经典案例典案例】碳族元素包括碳族元素包括C、Si、Ge、Sn、Pb。(1)碳碳纳纳米管由米管由单层单层或多或多层层石墨石墨层层卷曲而成，卷曲而成，其其结结构构类类似于石墨晶体，每个碳原子通似于石墨晶体，每个碳原子通过过_杂杂化与周化与周围围碳原子成碳原子成键键，多，多层层碳碳纳纳米米管的管的层层与与层层之之间间靠靠_结结合在一起。合在一起。(2)CH4中共用中共用电电子子对对偏向偏向C，SiH4中共用中共用电电子子对对偏向偏向H，则则C、Si、H的的电负电负性由大到小的性由大到小的顺顺序序为为_。(3)用价用价层电层电子子对对互斥理互斥理论论推断推断SnBr2分子中分子中SnBr键键的的键键角角_120(填填“”、“HSi(3)(4)BaPbO312