新课程分子晶体和原子晶体讲课用.ppt

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1、关于新课程分子晶体与原子晶体讲课用第一张，PPT共三十七页，创作于2022年6月第二节第二节 分子晶体分子晶体第二张，PPT共三十七页，创作于2022年6月回顾回顾:1 1、什么叫晶体？什么叫非晶体？、什么叫晶体？什么叫非晶体？2 2、晶体与非晶体在结构和性质上有什么差异？、晶体与非晶体在结构和性质上有什么差异？3 3、利用分摊法计算晶胞中粒子数目、利用分摊法计算晶胞中粒子数目第三张，PPT共三十七页，创作于2022年6月观察思考l l请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体：请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体：水晶第四张，PPT共三十七页，创作于2022年6月第五张，PPT共三十七页，创作于2

2、022年6月第六张，PPT共三十七页，创作于2022年6月碘晶体结构碘晶体结构干冰晶体结构干冰晶体结构观察与思考：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？NaCl晶体结构晶体结构第七张，PPT共三十七页，创作于2022年6月一、分子晶体一、分子晶体一概念概念l l分子间以分子间作用力（范德华力，氢键）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。相结合的晶体叫分子晶体。l l构成分子晶体的粒子是分子，构成分子晶体的粒子是分子，l l粒子间的相互作用是分子间作用力粒子间的相互作用是分子间作用力。第八张，PPT共三十七页，创作于2022年6月 结合表格和已有

3、知识结合表格和已有知识,分析分析:分子晶体有分子晶体有哪些物理特性？为什么哪些物理特性？为什么?第九张，PPT共三十七页，创作于2022年6月原因：分子间作用力较弱原因：分子间作用力较弱2 2、物理特性：、物理特性：(1)较低的熔点和沸点，易升华；较低的熔点和沸点，易升华；(3)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。有一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。有些在水溶液中可以导电些在水溶液中可以导电.(2)较小的硬度；较小的硬度；注注注注:分子间作用力越大分子间作用力越大分子间作用力越大分子间作用力越大,熔沸点越高熔沸点越高熔沸点越高熔沸点越高(相对分子相对分子质量质量,分子极性分子极性分子极性分子极性

4、,氢键氢键氢键氢键)分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力,不破坏化学键不破坏化学键不破坏化学键不破坏化学键,也有例外也有例外也有例外也有例外,如如S S8 8第十张，PPT共三十七页，创作于2022年6月5 5、典型的分子晶体：、典型的分子晶体：（1）所有非金属氢化物：）所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX（2）部分非金属单质）部分非金属单质:X2，O2，H2，S8，P4，C60（3）部分非金属氧化物）部分非金属氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6，P4O10（4）

5、几乎所有的酸：）几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4（5）绝大多数有机物的晶体：）绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸，乙醇，冰醋酸，蔗糖蔗糖（6）稀有气体）稀有气体第十一张，PPT共三十七页，创作于2022年6月分子的密堆积分子的密堆积氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞第十二张，PPT共三十七页，创作于2022年6月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 ）干冰的晶体结构图干冰的晶体结构图第十三张，PPT共三十七页，创作于2022年6月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中个水分子周围有个水

6、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分子的非密堆积第十四张，PPT共三十七页，创作于2022年6月6 6、分子晶体结构特征、分子晶体结构特征（1 1）密堆积）密堆积 有分子间氢键有分子间氢键氢键具有方向性氢键具有方向性,使晶体中的空使晶体中的空间利率不高间利率不高,留有相当大的空隙留有相当大的空隙.这种晶体不具有分这种晶体不具有分子密堆积特征。如子密堆积特征。如：HF、NH3、冰（每个水分子周、冰（每个水分子周围只有围只有4个紧邻的水分子）。个紧邻的水分子）。（2 2）非密堆积）非密堆积 只有范德华力，无分子间氢键只有范德华力，无分子间氢键分

7、子密堆积。分子密堆积。这类晶体每个分子周围一般有这类晶体每个分子周围一般有12个紧邻的分子，个紧邻的分子，如：如：C60、干冰、干冰、I2、O2。第十五张，PPT共三十七页，创作于2022年6月 许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发现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这类水合物晶体的是1919世纪初的英国化学家戴维，世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为他发现氯可形成化学式为ClCl2 28H8H2 20 0的水合物晶体。的水合物晶体。2020世纪末，科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体。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

8、是甲烷，这种晶体的主要气体成分是甲烷，因而又称甲烷水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，因而又称释放出可燃的甲烷，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第十六张，PPT共三十七页，创作于2022年6月4、水分子间存在着氢键的作用，使水、水分子间存在着氢键的作用，使水分子彼此结合而成（分子彼此结合而成（H2O）n。在冰中每。在冰中每个水分子被个水分子被4个水分子包围形成变形的正四个水分子包围形成变形的正四面体，通过面体，通过“氢键氢键”相互连接成庞大的

9、分相互连接成庞大的分子晶体，其结构如图：试分析：子晶体，其结构如图：试分析：1mol 冰中有冰中有 mol氢键？氢键？H2O的熔沸点比的熔沸点比H2S高还是低？为什高还是低？为什么？么？2氢键氢键 第十七张，PPT共三十七页，创作于2022年6月 讨论讨论COCO2 2和和SiOSiO2 2的一些物理性质如下所示，通过比较，的一些物理性质如下所示，通过比较，判断判断SiOSiO2 2晶体是否属于分子晶体晶体是否属于分子晶体。熔点熔点/oC状态（室温）状态（室温）CO2-56.2气态气态SiO21723固态固态结论：结论：SiO2不是分子晶体。不是分子晶体。那么那么SiO2是什么晶体呢？是什么晶

10、体呢？第十八张，PPT共三十七页，创作于2022年6月在在冰冰的的晶晶体体中中，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水分分子子。尽尽管管氢氢键键比比共共价价键键弱弱得得多多，不不属属于于化化学学键键，却却跟跟共共价价键键一一样样具具有有方方向向性性，即即氢氢键键的的存存在在迫迫使使在在四四面面体体中中心心的的每每个个水水分分子子与与四四面面体体顶顶角角方方向向的的4个个相相邻邻水水分分子子相相互互吸吸引引。这这一一排排列列使使冰冰晶晶体体中中的的水水分分子子的的空空间间利利用用率率不不高高，留留有有相相当当大大的的空空隙隙。当当冰冰刚刚刚刚融融化化为为液液态态水水时时，热热

11、运运动动使使冰冰的的结结构构部部分分解解体体，水水分分子子间间的的空空隙隙减减小小，密密度度反反而而增增大大，超超过过4时时，才才由由于于热热运运动动加加剧剧，分分子子间间距距离离加大，密度渐渐减小。加大，密度渐渐减小。第十九张，PPT共三十七页，创作于2022年6月可燃冰第二十张，PPT共三十七页，创作于2022年6月二、原子晶体二、原子晶体 1 1、定义：原子间以共价键相结合而形成的空、定义：原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。间网状结构的晶体。2 2、构成微粒：原子、构成微粒：原子 3 3、微粒之间的作用：、微粒之间的作用：4 4、气化或熔化时破坏的作用力：、气化或熔化时破坏

12、的作用力：5 5、物理性质：、物理性质：熔沸点高，硬度大，难溶于一般溶剂。熔沸点高，硬度大，难溶于一般溶剂。（共价（共价键键能越大，熔沸点越高，硬度越大）键键能越大，熔沸点越高，硬度越大）共价键共价键共价键共价键第二十一张，PPT共三十七页，创作于2022年6月6、常见原子晶体、常见原子晶体（1）某些非金属单质：硼（）某些非金属单质：硼（B）、硅（）、硅（Si）、锗（）、锗（Ge）、金刚石（）、金刚石（C）等）等（2）某些非金属化合物：）某些非金属化合物：SiC、BN等等（3）某些氧化物：）某些氧化物：SiO2、等等第二十二张，PPT共三十七页，创作于2022年6月10928共价键共价键第二十

13、三张，PPT共三十七页，创作于2022年6月思考：思考：（1）在金刚石晶体中）在金刚石晶体中,C采取什么采取什么杂化方式？每个杂化方式？每个C与多少个与多少个C成键成键？最小碳环由多少个碳原子组成？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？它们是否在同一平面内？（2）在金刚石晶体中，）在金刚石晶体中，C原子个数原子个数与与CC键数之比为多少？键数之比为多少？（3）12克金刚石中克金刚石中CC键数为多键数为多少少NA？第二十四张，PPT共三十七页，创作于2022年6月7 7、典型的原子晶体、典型的原子晶体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

14、碳原子都采取SP3杂化，以共价键跟杂化，以共价键跟4个碳原子结合，个碳原子结合，形成正四面体，。形成正四面体，。这些正四面体向空间发展，构成一这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的，彼此联结的空间网状晶体。个坚实的，彼此联结的空间网状晶体。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）；）；晶体中最晶体中最小的碳环由小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内；个碳组成，且不在同一平面内；晶体中晶体中C原子原子与与CC键数之比为：键数之比为：1：2第二十五张，PPT共三十七页，创作于2022年6月18010928Sio共价键共价键第二十六张，PPT共三十

15、七页，创作于2022年6月18010928Sio下一页共价键第二十七张，PPT共三十七页，创作于2022年6月10928返回共价键第二十八张，PPT共三十七页，创作于2022年6月思考思考1：在：在SiO2晶体中每个硅原子周围紧邻的晶体中每个硅原子周围紧邻的氧原子有多少个？每个氧原子周围紧邻的硅原氧原子有多少个？每个氧原子周围紧邻的硅原子有多少个？在子有多少个？在SiO2晶体中硅原子与氧原子个晶体中硅原子与氧原子个数之比是多少？数之比是多少？思考思考2：1mol二氧化硅的晶体含几摩的二氧化硅的晶体含几摩的Si-O 键3:在二氧化硅的晶体结构中在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由几个最小的环由几个

16、原子构成原子构成?第二十九张，PPT共三十七页，创作于2022年6月SiO2的结构特征的结构特征：在：在SiO2晶体中晶体中每个每个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子；每个原子；每个O原子跟原子跟2个个Si原子相结合。原子相结合。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比例所组成的立体网状的晶体。的晶体。最小的环是由最小的环是由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键键第三十张，PPT共三十七页，创作于2022年6月解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，解释：结构相似的原子

17、晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高键长越短，键能越大，晶体熔点越高金刚石硅锗金刚石硅锗学与问学与问 1 1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和、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？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。这种说法对吗？为什么说法对吗？为什么？第三十一张，PPT共三十七页，创作于2022年6月小结小结小结小结1 1：分子晶体与原子晶体的比较：分子晶体与原子晶体的比较：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念概念组成微粒组

18、成微粒 作用力作用力熔沸点熔沸点硬度硬度溶解性溶解性导电性导电性相邻原子间以共价键相结合相邻原子间以共价键相结合相邻原子间以共价键相结合相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构而形成空间网状结构而形成空间网状结构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分子间以分子间作用分子间以分子间作用力结合力结合力结合力结合原子原子原子原子分子分子分子分子共价键共价键分子间作用力分子间作用力分子间作用力分子间作用力很大很大很大很大较小较小较小较小很大很大很大很大较小较小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，个别为半导体不导电，个别为半导体不导电，

19、个别为半导体固体和熔化状态都固体和熔化状态都不导电，部分溶于不导电，部分溶于水导电水导电第三十二张，PPT共三十七页，创作于2022年6月石石墨墨晶晶体体结结构构知识拓展石墨知识拓展石墨第三十三张，PPT共三十七页，创作于2022年6月石墨 1 1、石墨为什么很软？、石墨为什么很软？2 2、石墨的熔沸点为什么很高（熔点高于金刚石）？、石墨的熔沸点为什么很高（熔点高于金刚石）？3 3、石墨属于哪类晶体？为什么？、石墨属于哪类晶体？为什么？石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，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。容易滑动，所以石墨很软。石墨各层均为平面网状结构，碳原子

20、之间存在石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键，故熔沸点很高。很强的共价键，故熔沸点很高。石墨为混合键型晶体石墨为混合键型晶体。第三十四张，PPT共三十七页，创作于2022年6月7 7、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图所示，顶角和面心的原子是钛原子，分子，如下图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是 。解析：由于本题团簇分子指的是一解析：由于本题团簇分子指的是一个分子的具体结构，并不是晶体中个分子的具体结构，并不是晶体中的最小的一个重复单

21、位，不能采用的最小的一个重复单位，不能采用均摊法分析，所以只需数出该结构均摊法分析，所以只需数出该结构内两种原子的数目就可以了。答案内两种原子的数目就可以了。答案为：为：Ti14C C1313第三十五张，PPT共三十七页，创作于2022年6月小结小结小结小结2 2：判断晶体类型的方法：判断晶体类型的方法：判断晶体类型的方法：判断晶体类型的方法1 1 1 1、依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断：构成原子晶体的微、依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断：构成原子晶体的微、依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断：构成原子晶体的微、依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断：构成原子晶体的微粒是原子，

22、原子间的作用力是共价键，构成分子晶体的微粒是分子，粒是原子，原子间的作用力是共价键，构成分子晶体的微粒是分子，粒是原子，原子间的作用力是共价键，构成分子晶体的微粒是分子，粒是原子，原子间的作用力是共价键，构成分子晶体的微粒是分子，分子之间的作用力是分子间作用力。分子之间的作用力是分子间作用力。分子之间的作用力是分子间作用力。分子之间的作用力是分子间作用力。2 2 2 2、依据物质的分类判断、依据物质的分类判断、依据物质的分类判断、依据物质的分类判断3 3 3 3、依据晶体的熔点判断：原子晶体的熔点高，一般在、依据晶体的熔点判断：原子晶体的熔点高，一般在、依据晶体的熔点判断：原子晶体的熔点高，一

23、般在、依据晶体的熔点判断：原子晶体的熔点高，一般在1000100010001000以上，以上，以上，以上，分子晶体的熔点低，常在几百度以下甚至更低分子晶体的熔点低，常在几百度以下甚至更低分子晶体的熔点低，常在几百度以下甚至更低分子晶体的熔点低，常在几百度以下甚至更低4 4 4 4、依据导电性判断：分子晶体为非导体，部分分子溶于水能导、依据导电性判断：分子晶体为非导体，部分分子溶于水能导、依据导电性判断：分子晶体为非导体，部分分子溶于水能导、依据导电性判断：分子晶体为非导体，部分分子溶于水能导电，原子晶体多为非导体，有些为半导体，如：硅、锗电，原子晶体多为非导体，有些为半导体，如：硅、锗电，原子晶体多为非导体，有些为半导体，如：硅、锗电，原子晶体多为非导体，有些为半导体，如：硅、锗5 5 5 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、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、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、依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小第三十六张，PPT共三十七页，创作于2022年6月感感谢谢大大家家观观看看第三十七张，PPT共三十七页，创作于2022年6月