新课程分子晶体与原子晶体讲课用.ppt

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1、第二节第二节 分子晶体分子晶体回顾回顾: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，氢分子间以分子间作用力（范德华力，氢

2、键）相结合的晶体叫分子晶体。键）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。结合表格和已有知识结合表格和已有知识,分析分析:分子晶分子晶体有哪些物理特性？为什么体有哪些物理特性？为什么?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。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有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

3、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(相对相对相对相对分子质量分子质量分子质量分子质量,分子极性分子极性分子极性分子极性,氢键氢键氢键氢键)分子晶体熔化时一般只破坏分子间作分子晶体熔化时一般只破坏分子间作分子晶体熔化时一般只破坏分子间作分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力用力用力用力,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,如如如如S S S S8 8 8 85 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

4、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）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）稀有气体分子的密堆积分子的密堆积氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞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

5、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分子的非密堆积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,使晶体中使晶体中的空间利率不高的空间利率不高,留有相当大的空隙留有相当大的空隙.这种晶体不这种晶体不具有分子密堆积特征。如具有分子密堆积特征。如：HF、NH3、冰（每、冰（每个水分子周围只有个水分子周围只有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，无分子间氢键分子密分子密堆积。这类晶体每个分子周围一般有堆

6、积。这类晶体每个分子周围一般有12个紧个紧邻的分子，如：邻的分子，如：C60、干冰、干冰、I2、O2。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的水合物晶的水合物晶体。体。2020世纪末，科学家发现海底存在大量天然气世纪末，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是甲烷，水合物晶体。这种晶体的主要气体成分是甲烷，因而又称甲烷水合物。它的外形像冰，而且在常因而又称甲烷水

7、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，因而又温常压下会迅速分解释放出可燃的甲烷，因而又称称“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4、水分子间存在着氢键的作用，使、水分子间存在着氢键的作用，使水分子彼此结合而成（水分子彼此结合而成（H2O）n。在。在冰中每个水分子被冰中每个水分子被4个水分子包围形个水分子包围形成变形的正四面体，通过成变形的正四面体，通过“氢键氢键”相相互连接成庞大的分子晶体，其结构如互连接成庞大的分子晶体，其结构如图：试分析：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

8、比H2S高还是低？为高还是低？为什么？什么？2氢键氢键 讨论讨论COCO2 2和和SiOSiO2 2的一些物理性质如下所示，通过的一些物理性质如下所示，通过比较，判断比较，判断SiOSiO2 2晶体是否属于分子晶体晶体是否属于分子晶体。熔点熔点熔点熔点/o oC C状态（室温）状态（室温）状态（室温）状态（室温）COCO2 2-56.2-56.2气态气态气态气态SiOSiO2 217231723固态固态固态固态结论：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？是什么晶体呢？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。

9、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，才由于热运动加剧，分子间

10、距离加大，密度渐渐减小。时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。可燃冰二、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、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。的空间网状结构的晶体。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。（共价键键能越大，熔沸点越高，硬度越大）（共价键键能越大，熔沸点越高，硬度越大）共价键共价键共价键共价键6、常见原子晶体、常见原子晶

11、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10928共价键共价键思考：思考：（1）在金刚石晶体中）在金刚石晶体中,C采取什采取什么杂化方式？每个么杂化方式？每个C与多少个与多少个C成成键？最小碳环由多少个碳原子组键？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？成？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原子原子个数与个数与CC键数之比为多少？键数之比为多少？（3）12克金刚石中克

12、金刚石中CC键数键数为多少为多少NA？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个碳原子个碳原子结合，形成正四面体，。结合，形成正四面体，。这些正四面体向空间发展，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。构成一个坚实的，彼此联结的空间网状晶体。金刚金刚石晶体中所有的石晶体中所有的CC键长相等，键角相等键长相等，键角相等（10928）；）；晶体中最小的碳环由晶体中最小的碳环由6个碳组成，且个碳组成，且不在同一平面内；不在同一平面内；晶体中晶体

13、中C原子与原子与CC键数之比为：键数之比为：1：218010928Sio共价键共价键18010928Sio下一页共价键10928返回共价键思考思考1：在：在SiO2晶体中每个硅原子周围紧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？在邻的硅原子有多少个？在SiO2晶体中硅原晶体中硅原子与氧原子个数之比是多少？子与氧原子个数之比是多少？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,最小的环由最小的环由几个原子构成几个原子构成?SiO2的结构特征的结构

14、特征：在：在SiO2晶体中晶体中每每个个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原原子跟子跟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的比例所组成的的比例所组成的立体网状的晶体。立体网状的晶体。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学与问学与问 1 1、怎样从原子结构

15、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？小结小结小结小结1 1 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晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体分子晶体分子晶体概念概念概念概念组成微粒组成微粒组成微粒组成微粒 作用力作用力作用力作用力熔沸点熔沸点熔沸点熔沸点硬度硬度硬度硬度溶解性溶解性溶解性溶解性导电性导电性导电

16、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分子间以分子间分子间以分子间分子间以分子间作用力结合作用力结合作用力结合作用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不溶于任何溶剂不溶于任何溶剂部分溶于水部分溶于水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

17、电，个别为半导体固体和熔化状态固体和熔化状态固体和熔化状态固体和熔化状态都不导电，部分都不导电，部分都不导电，部分都不导电，部分溶于水导电溶于水导电溶于水导电溶于水导电石石墨墨晶晶体体结结构构知识拓展石墨知识拓展石墨石墨 1 1、石墨为什么很软？、石墨为什么很软？2 2 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）？、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

18、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，碳原子之间存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。在很强的共价键，故熔沸点很高。石墨为混合键型晶体石墨为混合键型晶体。7 7、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气、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，顶角和面心的原子态团簇分子，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，是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是它的化学式是 。解析：由于本题团簇分子指的是解析：由于本题团簇分子指的是解析：由于本题团簇分子指的是解析：由于本题团簇分子指的是

19、一个分子的具体结构，并不是晶一个分子的具体结构，并不是晶一个分子的具体结构，并不是晶一个分子的具体结构，并不是晶体中的最小的一个重复单位，不体中的最小的一个重复单位，不体中的最小的一个重复单位，不体中的最小的一个重复单位，不能采用均摊法分析，所以只需数能采用均摊法分析，所以只需数能采用均摊法分析，所以只需数能采用均摊法分析，所以只需数出该结构内两种原子的数目就可出该结构内两种原子的数目就可出该结构内两种原子的数目就可出该结构内两种原子的数目就可以了。答案为：以了。答案为：以了。答案为：以了。答案为：TiTi1414C C1313小结小结小结小结2 2 2 2：判断晶体类型的方法：判断晶体类型的

20、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、依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断：构成原子、依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断：构成原子、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，原子间的作用力是共价键，构成分子晶晶体的微粒是原子，原子间的作用力是共价键，构成分子晶晶体的微粒是原子，原子间的作用力是共价键，构成分子晶晶体的微粒是原子，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。体的微粒是分子，分子之间的作用力是分子间作用力。体的微粒是分子，分子之间的作用力是分子

21、间作用力。体的微粒是分子，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，分子晶体的熔点低，常在几百度以下甚至更低以上，分子晶体的熔点低，常在几百度以下甚至更低以上，分子晶体的熔点低，常在几百度以下甚至更低以上，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

22、子晶体为非导体，部分分子溶于水、依据导电性判断：分子晶体为非导体，部分分子溶于水、依据导电性判断：分子晶体为非导体，部分分子溶于水、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、锗能导电，原子晶体多为非导体，有些为半导体，如：硅、锗能导电，原子晶体多为非导体，有些为半导体，如：硅、锗能导电，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、依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体、依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体、依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小硬度小硬度小硬度小例例4：石墨晶体的层状结构，层石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构，试回答内为平面正六边形结构，试回答下列问题：下列问题：（1）图中平均每个正六边形占）图中平均每个正六边形占有有C原子数为原子数为_个、占有的碳个、占有的碳碳键数为碳键数为_个。个。（2）层内）层内7个六元环完全占有的个六元环完全占有的C原子数为原子数为_个，碳原子数个，碳原子数目与碳碳化学键数目之比为目与碳碳化学键数目之比为_.142:323