高中化学选修3第三章(第二节).ppt

第二节第二节分分晶体晶体子和原子晶体子和原子晶体第一课时第一课时 分子晶体分子晶体思考思考雪花、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。为什么不同的晶体，它们的物理性质各不相同？观察与思考：观察与思考：下列两种晶体有什么共同点？下列两种晶体有什么共同点？碘晶体结构碘晶体结构干冰晶体结构干冰晶体结构一.分子晶体概念：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。构成粒子构成粒子：分子（构成分子的原子间以共价键结合）构成粒子间的相互作用构成粒子间的相互作用：分子间作用力。(范德华力范德华力及及氢键）氢键）气化或熔化是破坏的作用力气化或熔化是破坏的作用力：分子间作用力。稀有气体分子为单原子分子，无共价键。组成和结构相似时，相对分子质量越大分子间作用力越大，熔沸点越高。有氢键时，熔沸点升高。分子晶体有哪些物理特性，为什么？分子晶体有哪些物理特性，为什么？原因：分子间作用力很弱原因：分子间作用力很弱2.物理特性：构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的相构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的相互作用是范德华力力互作用是范德华力力或氢键或氢键较低的熔沸点较低的熔沸点 较小的硬度较小的硬度固态或熔融状态下都不导电固态或熔融状态下都不导电分子晶体的溶解性与溶质与溶剂的分子晶体的溶解性与溶质与溶剂的 分子的极性相关分子的极性相关 相似相溶相似相溶下列属于分子晶体的性质的是（）A、熔点1070，易溶于水，水溶液能导电B、能溶于CS2，熔点112.8 ，沸点444.6 C、熔点1400 ，可做半导体材料，难溶于水D、熔点97.81 ，质软，导电，密度0.97g/cm-3B.所有非金属氢化物：H H2 2O O，H H2 2S S，NHNH3 3，CHCH4 4.部分非金属单质:X X2 2，O O2 2，H H2 2，S S8 8，P P4 4，C C6060(稀有气体稀有气体).部分非金属氧化物:COCO2 2，SOSO2 2，NONO2 2，P P4 4O O6 6，P P4 4O O1010.几乎所有的酸：H H2 2SOSO4 4，HNOHNO3 3，H H3 3POPO4 4.绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸，乙醇，冰醋酸，蔗糖蔗糖3.典型的分子晶体：下列属于分子晶体的一组物质是（）A、CaO、NO、COB、CCl4、H2 O2、HeC、CO2、SO2、NaClD、CH4、O2、Na2 OB4.分子晶体结构特征.只有范德华力，无分子间氢键分子密堆只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积（每个分子周围有积（每个分子周围有1212个紧邻的分子，如：个紧邻的分子，如：C C6060、干冰干冰 、I I2 2、O O2 2）.有分子间氢键不具有分子密堆积特征有分子间氢键不具有分子密堆积特征（如（如：HF HF、冰冰、NHNH3 3 ）（与每个分子距离最近的相同分子共有（与每个分子距离最近的相同分子共有1212个个 ）氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞大多数分子晶体的结构特点：大多数分子晶体的结构特点：分子的密堆积分子的密堆积分子的密堆积分子的密堆积（与（与COCO2 2分子距离最近的分子距离最近的COCO2 2分子共有分子共有1212个个 ）干冰的晶体结构图碘碘的的晶晶体体结结构构图图由此可见，每个碘分子周围有由此可见，每个碘分子周围有 个碘分子个碘分子12冰中个水分子周围有个水分子冰中个水分子周围有个水分子冰的结构冰的结构氢键具有方向性氢键具有方向性分子的非密堆积科学视野科学视野天然气水合物天然气水合物一种潜在的能源一种潜在的能源许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发现这类水许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发现这类水合物晶体的是合物晶体的是1919世纪初的英国化学家戴维，他发现氯世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为可形成化学式为ClCl2 28H8H2 20 0的水合物晶体。的水合物晶体。2020世纪末，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，体的主要气体成分是甲烷，因而又称甲烷水合物。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，因而又称可燃的甲烷，因而又称“可燃冰可燃冰”科学视野：天然气水合物科学视野：天然气水合物一种潜在的能源一种潜在的能源小节小节:1.1.分分子子晶晶体体：由由分分子子构构成成。相相邻邻分分子子靠靠分分子子间间作作用用力相互吸引。力相互吸引。2.2.分子晶体特点：分子晶体特点：低熔沸点、升华、硬度很小等。低熔沸点、升华、硬度很小等。3.3.常常见见分分子子晶晶体体分分类类：(1)(1)所所有有非非金金属属氢氢化化物物 (2)(2)部部分分非非金金属属单单质质 (3)(3)部部分分非非金金属属氧氧化化物物(4)(4)几几乎乎所所有有的的酸酸(而而碱碱和和盐盐则则是是离离子子晶晶体体 )(5)(5)绝绝大大多多数数有有机机物物的的晶晶体。体。4.4.分子晶体结构特征分子晶体结构特征:()只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积（每个分子周围有（每个分子周围有1212个紧邻的分子，如：个紧邻的分子，如：C C6060、干冰、干冰 、I I2 2、O O2 2)()有分子间氢键不具有分子密堆积特征有分子间氢键不具有分子密堆积特征 （如（如：HF HF、冰、冰、NHNH3 3 ）1共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是 ()A.干冰 B.氯化钠 C.氢氧化钠 D.碘 2.下列有关分子晶体熔点的高低叙述中，正确的是（）。A、Cl2I2 B、SiCl4CCl4C、NH3CH3(CH2)2CH3BB3、支持固态氨是分子晶体的事实是()A.氮原子不能形成阳离子 B.铵离子不能单独存在 C.常温下，氨是气态物质 D.氨极易溶于水 4.下列性质适合于分子晶体的是 ()A.熔点1 070，易溶于水，水溶液导电 B.熔点10.31，液态不导电、水溶液能导电 C.能溶于CS2、熔点112.8，沸点444.6 D.熔点97.81，质软、导电、密度0.97 gcm3CBC练习：下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是 ()ANH3、HD、C10 H8 BPCl3、CO2、H2SO4 CSO2、SO3、C60 DCCl4、Na2S、H2O2B第二课时第二课时 原子晶体原子晶体思考与交流思考与交流CO2和和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。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，碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么为什么CO2晶体的熔、沸点很低，而晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体晶体的熔沸点很高？的熔沸点很高？18010928SiO共价键二氧化硅晶体结构示意图二氧化硅晶体结构示意图二氧化硅的晶体结构二氧化碳的晶体结构10928共价键金刚石的晶体结构示意图金刚石的晶体结构示意图二.原子晶体概念：概念：相邻原子间相邻原子间以共价键相结合以共价键相结合而形成而形成空间立体网状结构空间立体网状结构的晶体。的晶体。构成粒子：构成粒子：原子原子构成粒子之间的作用：构成粒子之间的作用：共价键共价键熔化时需克服的作用：熔化时需克服的作用：共价键共价键原子晶体中，成键元素原子半径越小，共价键键能越大，熔点越高。练习1、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Si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、A思考：（1）在金刚石晶体中,C采取什么杂化方式？每个C与多少个C成键？形成怎样的空间结构？每个碳原子周围紧邻的碳原子有多少个？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？（2）在金刚石晶体中，C原子个数与CC键数之比为多少？（3）12克金刚石中CC键数为多少NA？金刚石的结构特征金刚石的结构特征在金刚石晶体里在金刚石晶体里每个碳原子都采取每个碳原子都采取sp3杂化杂化，被相邻的，被相邻的4个碳原子个碳原子包围，以共价键跟包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。被包围的碳原子处于正四面体的中心。这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的，彼这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的，彼此联结的此联结的空间网状晶体空间网状晶体。金刚石晶体中金刚石晶体中所有的所有的CC键长相等，键角相等键长相等，键角相等（10928）；晶体中晶体中最小的碳环由最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面个碳组成，且不在同一平面内内；晶体中每个晶体中每个C参与了参与了4条条CC键的形成，而在每条键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故键中的贡献只有一半，故C原子与原子与CC键数之比为键数之比为1：（4 x）=1：2思考思考1：在：在SiO2晶体中每个硅原子晶体中每个硅原子周围紧邻的氧原子有多少个？每周围紧邻的氧原子有多少个？每个氧原子周围紧邻的硅原子有多少个氧原子周围紧邻的硅原子有多少个？在个？在SiO2晶体中硅原子与氧原子晶体中硅原子与氧原子个数之比是多少？个数之比是多少？思考思考2：在：在SiO2晶体中每个硅原子晶体中每个硅原子连接有几个共价键？每个氧原子连连接有几个共价键？每个氧原子连接有几个共价键？硅原子个数与接有几个共价键？硅原子个数与SiO共价键个数之比是多少？氧原子个数与共价键个数之比是多少？氧原子个数与SiO共价键个数之比是多少？共价键个数之比是多少？思考思考3:在二氧化硅的晶体结构中在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由几个原最小的环由几个原子构成子构成?SiO2的结构特征的结构特征在在SiO2晶体中晶体中1个个Si原子和原子和4个个O原子形成原子形成4个共价键，每个个共价键，每个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子；同时，每个原子；同时，每个O原子跟原子跟2个个Si原子相结合。实际上，原子相结合。实际上，SiO2晶体是由晶体是由Si原子和原子和O原子按原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体的比例所组成的立体网状的晶体。最小的碳环是由最小的碳环是由6个个Si原子和原子和6个个O原子组成的原子组成的12元环。元环。1mol SiO2中含中含4mol SiO键键观察观察思考思考对比分子晶体和原子晶体的数据，原子对比分子晶体和原子晶体的数据，原子晶体有何物理特性？晶体有何物理特性？2.物理特性.熔点和沸点高熔点和沸点高.硬度大硬度大.一般不导电一般不导电.且难溶于一些常见的溶剂且难溶于一些常见的溶剂原因：在原子晶体中，由于原子间以较强原因：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的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构结构练习根据下列性质判断，属于原子晶体的是（）A、熔点2700 ，导电性好，延展性强B、无色晶体，熔点3550 ，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C、无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ，熔化是能导电D、熔点-56.6，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电B常见的原子晶体常见的原子晶体某些非金属单质：某些非金属单质：金刚石金刚石（C C）、晶体硅）、晶体硅(Si)(Si)、晶体硼（、晶体硼（B B）、晶）、晶体锗体锗(Ge)(Ge)等等某些非金属化合物：某些非金属化合物：碳化硅（碳化硅（SiCSiC）晶体、氮化硼（）晶体、氮化硼（BNBN）晶体）晶体某些氧化物：某些氧化物：二氧化硅（二氧化硅（SiO SiO）晶体）晶体、AlAl2 2O O3 3练习下列晶体中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是（）A、SO2与SiO2 B、CO2与H2OC、HCl与金刚石 D、CCl4与SiCB解释：结构相似的原子晶体，原子半径越解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高金刚石硅锗金刚石硅锗交流与研讨交流与研讨1 1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅、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？和锗的熔点和硬度依次下降？2 2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗？为什么？这种说法对吗？为什么？解释：不对，分子晶体中通常也含有共价键，解释：不对，分子晶体中通常也含有共价键，如如COCO2 2、O O2 2,某些离子晶体中也含共价键，如某些离子晶体中也含共价键，如NaOHNaOH、NHNH4 4ClCl练习：在练习：在40GPa高压下，用激光器加热到高压下，用激光器加热到1800 K时，时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是原子晶体相似，下列说法正确的是 ()A原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂B原子晶体干冰有很高的熔点和沸点原子晶体干冰有很高的熔点和沸点C原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料D原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应E每摩尔原子晶体干冰中含每摩尔原子晶体干冰中含4 mol C-O键键BDE 一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。密度鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm32.25g/cm3，化学性质，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。知识拓展石墨知识拓展石墨石墨晶体结构石墨晶体结构知识拓展石墨知识拓展石墨石墨中石墨中CC夹角为：夹角为：1200，CC键长：键长：1.421010 m层间距：层间距：3.353.35 10 101010 m m石墨及其结构（混合型晶体）石墨及其结构（混合型晶体）空间层状结构空间层状结构空间结构俯视图空间结构俯视图石墨石墨石墨为什么很软？石墨为层状结构，石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合各层之间是范德华力结合，容，容易滑动，所以石墨很软。易滑动，所以石墨很软。石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很很强的共价键（大强的共价键（大键）键），故熔沸点很高。故熔沸点很高。石墨属于哪类晶体？为什么？石墨为石墨为混合键型晶体混合键型晶体 某些原子的熔点和硬度某些原子的熔点和硬度“硬度是衡量固体软硬程度的指标。硬度有不同的标度，最普通的硬度标度是划痕硬度，即摩氏硬度，以固体互相刻划时出现刻痕的固体的硬度较低。全刚石不能被任何天然矿物刻划出封痕，因而是最硬的。以金刚石的硬度为10，以另9种天然矿物为代表，可将摩氏硬度分为十度。某些原子晶体的熔点和硬度某些原子晶体的熔点和硬度原子晶体原子晶体 金刚石金刚石 氮化硼氮化硼碳化硅碳化硅石英石英硅硅锗锗熔点熔点/0C355030002700171014101211硬硬 度度109.59.576.56.0小结小结1：金刚石、石墨的比较：金刚石、石墨的比较项目项目金刚石金刚石石墨石墨晶体形状晶体形状晶体中的键或作用力晶体中的键或作用力由最少碳原子形成环的由最少碳原子形成环的形状与个数形状与个数碳原子成键数碳原子成键数每个环上键的平均数每个环上键的平均数每个环上原子的平均数每个环上原子的平均数正四面体空间网状正四面体空间网状六边形平面层状六边形平面层状共价键共价键共价键与范德华力共价键与范德华力个原子不同面个原子不同面个原子同面个原子同面61/6=161/2=361/12=1/261/3=2小结小结2：分子晶体与原子晶体的比较：分子晶体与原子晶体的比较晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体概概 念念组成微粒组成微粒 粒子间粒子间作用力作用力熔沸点熔沸点硬硬 度度溶解性溶解性导电性导电性相邻原子间以共价键相结相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构合而形成空间网状结构分子间以分子间作用分子间以分子间作用力结合力结合原子原子分子分子共价键共价键分子间作用力分子间作用力很高很高较低较低很大很大较小较小不溶于任何溶剂不溶于任何溶剂部分溶于水部分溶于水不导电，个别为半导体不导电，个别为半导体固体和熔化状态都不导固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电电，部分溶于水导电练习练习1.下列各组物质的晶体中，化学键的类型相同，下列各组物质的晶体中，化学键的类型相同，晶体的类型也相同的是（晶体的类型也相同的是（）A、SO2和SiO2 B、CO2和H2OC、BN和HCl D、CCl4和KClB2.下列物质的晶体直接由原子构成的一组是（下列物质的晶体直接由原子构成的一组是（）CO2 SiO2 晶体晶体Si 白磷白磷 氨基乙酸氨基乙酸 Fe Na2O 固态固态HeA、B、C、D、C3.C60、金刚石和石墨的结构模型如下图所示（石墨仅、金刚石和石墨的结构模型如下图所示（石墨仅表示出其中的一层）表示出其中的一层）（1）C60、金刚石和石墨三者互为、金刚石和石墨三者互为 ；（2）固态时，）固态时，C60属于属于 （填（填“离子离子”、“原子原子”或或“分子分子”）；）；A、同分异构体、同分异构体 B、同素异形体、同素异形体 C、同系物、同系物 D、同位素、同位素（3）硅晶体的结构跟金刚石相似，）硅晶体的结构跟金刚石相似，1mol硅晶体中含有硅硅单硅晶体中含有硅硅单键的数目约是键的数目约是 NA个。硅、氧原子形成的最小环上氧原子个。硅、氧原子形成的最小环上氧原子的数目是的数目是 ；（4）石墨层状结构中，平均每个正六边形占有）石墨层状结构中，平均每个正六边形占有 个碳原子。个碳原子。B分子分子262祝同学们学习进步，天天有个好心情。