原子晶体与分子晶体-教学ppt课件.ppt
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1、自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究第三节第三节原子晶体与分子晶体原子晶体与分子晶体自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究了解金了解金刚刚石和干冰的宏石和干冰的宏观观性性质质及其区及其区别别,理解原子晶体和,理解原子晶体和分子晶体的空分子晶体的空间结间结构特点及微粒的堆构特点及微粒的堆积积方式,方式,认识认识原子晶原子晶体和分子晶体的区体和分子晶体的区别别。学会运用模型方法和学会运用模型方法和类类比方法,掌握区分不同比方法,掌握区分不同类类型晶体的型晶体的方法。方法。12自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究共价共价键键是指成是指成键键原子之原子之间间靠靠_形成
2、的化学形成的化学键键;按原子按原子轨轨道重叠方式分道重叠方式分为为_键键和和_键键;按;按_在成在成键键原子之原子之间间的位置,分的位置,分为为极性极性键键和和_键键。分子之分子之间间存在一种存在一种电电性作用力,性作用力,这这种作用力称种作用力称为为_,它比化学,它比化学键键弱得多。弱得多。12共用共用电电子子对对共用共用电电子子对对非极性非极性范德范德华华力力自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究原子晶体的概念原子晶体的概念:相:相邻邻原子原子间间以以_相互相互结结合形成的合形成的具有具有_结结构的晶体,叫原子晶体,又称共价构的晶体,叫原子晶体,又称共价晶体。晶体。构成原子晶体的
3、微粒构成原子晶体的微粒:_。原子晶体内微粒间的作用力原子晶体内微粒间的作用力:_。笃学笃学一一原子晶体原子晶体1.共价共价键键空空间间立体网状立体网状2原子原子3共价共价键键自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究原子晶体的物理性质原子晶体的物理性质(1)原子晶体中,各原子原子晶体中,各原子间间均以共价均以共价键键相相结结合,原子晶体熔合,原子晶体熔化化时时必必须须破坏其中的共价破坏其中的共价键键,而共价,而共价键键的的键键能相能相对较对较大,大,破坏它需要很高的温度,所以熔点都很高。破坏它需要很高的温度,所以熔点都很高。对结对结构相似的构相似的原子晶体,原子半径越小,原子晶体,原子半
4、径越小,键长键长越短,越短,键键能越大,晶体的能越大,晶体的熔点越高。熔点越高。(2)硬度大,不硬度大,不导电导电,难难溶于一般溶溶于一般溶剂剂。典型的原子晶体典型的原子晶体(1)金金刚刚石晶体:在金石晶体:在金刚刚石晶体中,每个碳原子被周石晶体中,每个碳原子被周围围_个碳原子包个碳原子包围围,以共价,以共价键键跟跟_个碳原子个碳原子结结合形成合形成_,其,其CCC夹夹角角为为_,每个碳原子都采取,每个碳原子都采取_杂杂化。化。45444个共个共价价单键单键109.5sp3自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究1自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究自主探究自主探究精要解读
5、精要解读实验探究实验探究分子晶体的概念分子晶体的概念:分子:分子间间通通过过分子分子间间作用力作用力结结合形成的晶合形成的晶体,称体,称为为分子晶体。分子晶体。分子晶体中存在的微粒分子晶体中存在的微粒:_。粒子间的作用力粒子间的作用力:_。分子晶体的物理性质分子晶体的物理性质由于分子晶体中相由于分子晶体中相邻邻分子靠分子靠_相互吸引,相互吸引,因此分子晶体有熔点因此分子晶体有熔点_、硬度、硬度_,易升,易升华华的特性。的特性。笃学二笃学二分子晶体分子晶体1.234分子分子分子分子间间作用力作用力分子分子间间的作用力的作用力低低小小自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究典型的分子晶体典
6、型的分子晶体(1)所有所有_,如水、硫化,如水、硫化氢氢、氨、甲、氨、甲烷烷等。等。(2)部分部分_,如,如卤卤素素(X2)、氧、氧(O2)、硫、硫(S8)、氮、氮(N2)、白磷、白磷(P4)、碳六十、碳六十(C60)等。等。(3)部分部分_,如,如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。等。(4)几乎所有的几乎所有的_,如,如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等。等。(5)绝绝大多数大多数_,如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖,如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。等。5非金属非金属氢氢化物化物非金属非金属单质单质非金属氧化物非金属氧化物酸酸有机物的晶体有机物的晶体自主探究自主探
7、究精要解读精要解读实验探究实验探究分子晶体的结构特征分子晶体的结构特征(1)如果分子如果分子间间作用力只是范德作用力只是范德华华力力分子密堆分子密堆积积,即以一个分子,即以一个分子为为中心,其周中心,其周围围通常可以有通常可以有_个个紧邻紧邻的分子。的分子。(2)分子分子间还间还有其他作用力有其他作用力水分子之水分子之间间的主要作用力是的主要作用力是_,在冰的晶体中每个水,在冰的晶体中每个水分子周分子周围围只有只有_个个紧邻紧邻的水分子。的水分子。(1)每个每个CO2分子周分子周围围离离该该分子最近且距离相等的分子最近且距离相等的CO2有有_个。个。(2)每个晶胞中有每个晶胞中有_个原子个原子
8、(4个个CO2分子分子)。612氢键氢键471212自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究分子晶体能否导电?在什么条件下可以导电?分子晶体能否导电?在什么条件下可以导电?由于构成分子晶体的粒子是分子,不管是晶体或晶体熔化由于构成分子晶体的粒子是分子,不管是晶体或晶体熔化成的液体,都没有成的液体,都没有带电带电荷的离子存在,因此,分子晶体以荷的离子存在,因此,分子晶体以及它熔化成的液体都不及它熔化成的液体都不导电导电。分子晶体溶于水。分子晶体溶于水时时,水溶液,水溶液有的能有的能导电导电,如,如HCl溶于水;有的不溶于水;有的不导电导电,如,如C2H5OH溶溶于水。于水。8自主探究自主
9、探究精要解读精要解读实验探究实验探究如何理解冰融化为水时密度增大?如何理解冰融化为水时密度增大?在冰的晶体中,每个水分子周在冰的晶体中,每个水分子周围围只有只有4个个紧邻紧邻的水分子,的水分子,由于水分子之由于水分子之间间的主要作用力是的主要作用力是氢键氢键,氢键氢键跟共价跟共价键键一一样样具有方向性,即具有方向性,即氢键氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体子与四面体顶顶角方向的角方向的4个相个相邻邻水分子相互吸引,水分子相互吸引,这这一排一排列使冰晶体中的水分子的空列使冰晶体中的水分子的空间间利用率不高,留有相当大的利用率不高,留有相当大的空隙。当冰
10、空隙。当冰刚刚刚刚融化融化为为液液态态水水时时,热热运运动动使冰的使冰的结结构部分构部分解体,水分子解体,水分子间间的空隙减小,密度反而增大。的空隙减小,密度反而增大。9自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究石墨晶体属于原子晶体石墨晶体属于原子晶体吗吗?提示提示如下图所示,石墨晶体是层状结构。层内的碳原子如下图所示,石墨晶体是层状结构。层内的碳原子呈呈sp2杂化杂化(形成形成3个个键键),形成平面六元环结构,层内原子,形成平面六元环结构,层内原子的核间距是的核间距是142pm,键角是,键角是120,相互作用是共价键;层,相互作用是共价键;层与层之间的距离为与层之间的距离为335pm,
11、层间存在范德华力。,层间存在范德华力。a石墨晶体结构模型石墨晶体结构模型b石墨晶体的平面石墨晶体的平面网状结构示意图网状结构示意图【慎思慎思1】自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究金刚石与石墨可列表比较如下金刚石与石墨可列表比较如下晶体晶体金刚石金刚石石墨石墨碳原子杂化方式碳原子杂化方式sp3sp2碳原子成键数碳原子成键数43有无未成有无未成键键价价电电子子无无有有自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究晶体内的相晶体内的相互作用互作用共价键共价键共价键、金属键、范共价键、金属键、范德华力德华力结构特征结构特征正四面体形立体网状正四面体形立体网状结构结构正六边形平面片层结正
12、六边形平面片层结构构键角键角109.5120晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体称为混合晶体称为混合晶体性质性质熔、沸点高硬度最大熔、沸点高硬度最大不导电不导电熔、沸点高硬度小,熔、沸点高硬度小,能导电有润滑性能导电有润滑性主要用途主要用途做钻石、钻头、刻划做钻石、钻头、刻划玻璃,可能成为替代玻璃,可能成为替代硅的新一代信息材料硅的新一代信息材料制造电极、润滑剂、制造电极、润滑剂、铅笔芯、中子减速剂铅笔芯、中子减速剂等等相互关系相互关系同素异形体同素异形体自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究如何判断某晶体是原子晶体如何判断某晶体是原子晶体还还是分子晶体?是分子晶体?提示提示金属单质属于
13、金属晶体,离子化合物属于离子晶体。金属单质属于金属晶体,离子化合物属于离子晶体。非金属单质和共价化合物是属于原子晶体还是分子晶体,非金属单质和共价化合物是属于原子晶体还是分子晶体,可以从以下方面予以判断。可以从以下方面予以判断。(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用判断。依据组成晶体的微粒和微粒间的作用判断。原子晶体的微粒是原子,粒子间的作用是共价键;分子晶原子晶体的微粒是原子,粒子间的作用是共价键;分子晶体的微粒是分子,粒子间的作用是分子间作用力。体的微粒是分子,粒子间的作用是分子间作用力。(2)依据物质的分类判断。依据物质的分类判断。常见的原子晶体有:常见的原子晶体有:单质:金刚石、晶体硼
14、、晶体硅、单质:金刚石、晶体硼、晶体硅、晶体锗;晶体锗;化合物:化合物:SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4等。等。【慎思慎思2】自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究大多数非金属单质大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外),气态氢化物、非金属氧化物,气态氢化物、非金属氧化物(除除SiO2外外)、酸、绝大多数、酸、绝大多数有机物有机物(除有机盐外除有机盐外)都是分子晶体。都是分子晶体。(3)依据晶体的熔点判断。依据晶体的熔点判断。原子晶体的熔、沸点很高,常在原子晶体的熔、沸点很高,常在1000以上;而分子晶体以上;而分子晶体的熔点低,
15、常在数百摄氏度以下至很低温度。的熔点低,常在数百摄氏度以下至很低温度。(4)依据导电性判断。依据导电性判断。原子晶体多数为非导体,但晶体硅、晶体锗是半导体;分原子晶体多数为非导体,但晶体硅、晶体锗是半导体;分子晶体为非导体,但部分分子晶体溶于水后能够导电。子晶体为非导体,但部分分子晶体溶于水后能够导电。(5)依据硬度和机械性能判断。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。原子晶体硬度大;分子晶体硬度小且较脆。自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究分子晶体、原子晶体熔沸点比分子晶体、原子晶体熔沸点比较较有哪些不同?有哪些不同?提示提示分子晶体的熔沸点高低与分子间的
16、作用力有关。组分子晶体的熔沸点高低与分子间的作用力有关。组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,熔沸点越高,成和结构相似的物质,相对分子质量越大,熔沸点越高,如熔沸点如熔沸点O2N2,HIHBrHCl。如果分子间存在氢键,。如果分子间存在氢键,则其沸点一般要高于组成和结构相似的没有氢键的分子晶则其沸点一般要高于组成和结构相似的没有氢键的分子晶体,如沸点:体,如沸点:H2OH2S,HFHCl,NH3PH3。组成和结。组成和结构不相似的物质,相对分子质量接近,分子的极性越大,构不相似的物质,相对分子质量接近,分子的极性越大,其熔沸点就越高,如熔沸点:其熔沸点就越高,如熔沸点:CON2。晶体熔沸点的
17、高低比较:晶体熔沸点的高低比较:对于分子晶体,一般来说,对对于分子晶体,一般来说,对于组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作于组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔沸点也越高。用力越大,物质的熔沸点也越高。对于原子晶体,一般对于原子晶体,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。的熔沸点越高,硬度越大。【慎思慎思3】自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究原子晶体定义原子晶体定义:相:相邻邻原子之原子之间间以共价以共价键键相相结结合而形成空合而形成空间间网状网状结
18、结构的晶体称构的晶体称为为原子晶体。原子晶体。常见的原子晶体常见的原子晶体:金:金刚刚石、晶体硅、晶体硼、二氧化硅、石、晶体硅、晶体硼、二氧化硅、碳化硅等碳化硅等原子晶体的物理性质原子晶体的物理性质原子晶体中的原子以原子晶体中的原子以较较强强共价共价键键相相连连接,因此在晶体中,接,因此在晶体中,原子不遵循原子不遵循紧紧密堆密堆积积原原则则;原子晶体一般熔点都很高,硬;原子晶体一般熔点都很高,硬度都很大,度都很大,这这是由于原子晶体熔化是由于原子晶体熔化时时必必须须破坏其中的共价破坏其中的共价要点一要点一|原子晶体原子晶体123自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究键键,而共价,而共
19、价键键的的键键能相能相对较对较大,破坏它大,破坏它们们需要很多的能量。需要很多的能量。另外原子晶体另外原子晶体还还具有具有难难溶于水,固溶于水,固态时态时不不导电导电等性等性质质。特别提醒特别提醒:结构决定性质:原子晶体是由中性原子构成的,:结构决定性质:原子晶体是由中性原子构成的,原子间通过共价键紧密地连接在一起。共价键的饱和性和原子间通过共价键紧密地连接在一起。共价键的饱和性和方向性决定了原子晶体中每个原子的配位数是一定的,原方向性决定了原子晶体中每个原子的配位数是一定的,原子的相对位置也是确定的,彼此连接形成稳定的空间立体子的相对位置也是确定的,彼此连接形成稳定的空间立体网状结构。网状结
20、构。自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究常见的几种原子晶体的结构常见的几种原子晶体的结构(1)金金刚刚石石金金刚刚石晶体中每个碳原子以石晶体中每个碳原子以sp3杂杂化和它化和它紧邻紧邻的四个碳原子以共的四个碳原子以共价价键键相互相互结结合。合。晶体硅的晶体晶体硅的晶体结结构跟金构跟金刚刚石相石相近,即把金近,即把金刚刚石中的碳原子石中的碳原子换换成成硅原子。硅原子。4自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究(2)水晶水晶SiO2晶体晶体结结构相当于将金构相当于将金刚刚石中的石中的C原子全都改原子全都改换为换为Si原原子,同子,同时时在每两个在每两个Si原子中心原子中心联线联
21、线的中的中间间增添一个增添一个O原子,原子,在晶体中只存在在晶体中只存在SiO键键,不存在,不存在SiSi键键和和OO键键。自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究原子晶体的熔点高低与其内部的原子晶体的熔点高低与其内部的结结构密切相关:构密切相关:对结对结构相构相似的原子晶体来似的原子晶体来说说,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,能越大,晶体的熔点越高。晶体的熔点越高。特别提醒特别提醒:原子晶体共价键的强弱的比较:原子晶体共价键的强弱的比较:一般地说,原子半径越小,形成共价键的键长越短,键能一般地说,原子半径越小,形成共价键的键长越短,键能越大,其熔、沸点越高
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