人教版高中化学选修三 3_2_分子晶体与原子晶体（课件1）

人教版高中化学选修三 3_2_分子晶体与原子晶体（课件1）

第二节 分子晶体 学 . 科 . 网 回顾 ： 晶体和非晶体的差异 固体 外观 微观结构 自范性 各向异性 熔点 晶体 非晶体 本质区别 鉴别 最科学的方法是用 X— 射线衍射实验 具有规则的几何外形 有 粒子在三维空间周期性有序排列 各向异性 固定 不具有规则的几何外形 没有 粒子排列相对无序 各向同性 不固定 微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列 立方晶胞 体心： 1 面心： 1/2 棱边： 1/4 顶点： 1/8 晶胞 ：描述晶体结构的基本单元 晶胞中原子个数的计算 —— 均摊法 下图是 CO 2 分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个分子？原子？ 每个 CO 2 分子相邻的分子有多少个？ 碘晶体结构 干冰晶体结构 观察与思考： 下列两种晶体有什么共同点？ NaCl 晶体结构 一、分子晶体 1 、概念： 只含分子的晶体叫分子晶体 2 、组成微粒： 分子 3 、粒子间作用力： 分子内原子间以共价键结合，相邻分子间靠 分子间作用力或氢键 相互吸引 ① 有单个分子存在，化学式就是分子式不能使用均摊法 ② 分子晶体有时无化学键，例如稀有气体是单原子分子 注意： 例：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，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以了。 Ti 14 C 13 结合表格和已有知识 , 分析 : 分子晶体有哪些物理特性？为什么 ? 思考与交流 原因：分子间作用力较弱 4 、物理特性： (1) 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。有些在水溶液中可以导电 . (2) 较小的硬度； 注 : ① 分子间作用力越大 , 熔沸点越高 ( 相对分子质量 , 分子极性 , 氢键 ) ② 分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力和氢键 , 不破坏化学键 , 也有例外 , 如 S 8 (4) 符合相似相溶； 干冰 干冰（ CO 2 的晶体）硬度与冰相似，但熔点比冰低，常压下极易升华，用作制冷剂。干冰分子间只存在范德华力不存在氢键，是 分子密堆积 ，故密度比冰的高。 5 、典型的分子晶体： （ 1 ）所有非金属氢化物： H 2 O ， NH 3 ， CH 4 ， HX （ 2 ）部分非金属单质 : X 2 ， O 2 ， S 8 ， P 4 ， C 60 （ 3 ）部分非金属氧化物 : CO 2 ， NO 2 ， P 4 O 6 ， （ 4 ）几乎所有的酸： H 2 SO 4 ， HNO 3 ， H 3 PO 4 （ 5 ）绝大多数有机物： 乙醇，冰醋酸， 蔗糖 zxxkw 分子的密堆积 氧（ O 2 ）的晶体结构 碳 60 的晶胞 分子的密堆积 （与 CO 2 分子距离最近的 CO 2 分子共有 12 个 ） 干冰的晶体结构图 冰中１个水分子周围有４个水分子 冰的结构 氢键具有方向性 分子的非密堆积 6 、分子晶体结构特征 （ 1 ）密堆积 有分子间氢键 —— 氢键具有方向性 , 使晶体中的空间利率不高 , 留有相当大的空隙 . 这种晶体不具有分子密堆积特征。如 ： HF 、 NH 3 、冰（每个水分子周围只有 4 个紧邻的水分子）。 （ 2 ）非密堆积 只有范德华力，无分子间氢键 —— 分子密堆积。这类晶体每个分子周围一般有 12 个紧邻的分子，如： C 60 、干冰 、 I 2 、 O 2 。 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 19 世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为 Cl 2 · 8H 2 0 的水合物晶体。 20 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， 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可燃的甲烷，因而又称 “ 可燃冰 ” ……… 科学视野：天然气水合物 — 一种潜在的能源 小结 : 1 、分子晶体：由分子构成。相邻分子靠分子间作用力相互吸引。 2 、分子晶体特点：低熔点、升华、硬度很小等。 3 、常见分子晶体分类： (1) 所有非金属氢化物 (2) 部分非金属单质， (3) 部分非金属氧化物 (4) 几乎所有的酸 ( 而碱和盐则是离子晶体 (5) 绝大多数有机物的晶体。 晶体分子结构特征 （１）只有范德华力，无分子间氢键－分子密堆积（每个分子周围有 12 个紧邻的分子，如： C 60 、干冰 、 I 2 、 O 2 （２）有分子间氢键－不具有分子密堆积特征 （如 ： HF 、 冰、 NH 3 ） 1 、下列物质属于分子晶体的化合物是（ ） A 、石英 B 、硫磺 C 、干冰 D 、食盐 C 练习 2 、干冰气化时，下列所述内容发生变化的是 A 、分子内共价键 B 、分子间作用力 C 、分子键距离 D 、分子间的氢键 BC 3 、冰醋酸固体中不存在的作用力是（ ） A 、离子键 B 、极性键 C 、非极性键 D 、范德华力 A 4 、水分子间存在着氢键的作用，使水分子彼此结合而成（ H 2 O ） n 。在冰中每个水分子被 4 个水分子包围形成变形的正四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体，其结构如图：试分析： ① 1mol 冰中有 mol 氢键？ ② H 2 O 的熔沸点比 H 2 S 高还是低？为什么？ ③已知氢键也有方向性，试分析为什么冬季河水总是从水面上开始结冰？ 2 氢键 由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶点的 4 个分子相互吸引，形成空隙较大的网状体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上 zxxkw 回顾 : 1 、分子晶体：由分子构成。 相邻分子靠分子间作用力相互吸引。 2 、分子晶体特点：低熔点、升华、硬度很小等。 3 、常见分子晶体分类： (1) 所有非金属氢化物 (2) 部分非金属单质， (3) 部分非金属氧化物 (4) 几乎所有的酸 ( 而碱和盐则是离子晶体 (5) 绝大多数有机物的晶体。 晶体分子结构特征 （１）只有范德华力，无分子间氢键－分子密堆积（每个分子周围有 12 个紧邻的分子，如： C 60 、干冰 、 I 2 、 O 2 （２）有分子间氢键－不具有分子密堆积特征 （如 ： HF 、 冰、 NH 3 ） 1996 年诺贝尔化学奖授予对发现 C 60 有重大贡献的三位科学家。 C 60 分子是形如球状的多面体，分子中每个碳原子只跟相邻的 3 个碳原子形成化学键； C 60 分子只含有 五边形 和 六边形 ；碳与碳之间既有单键又有双键，每个碳原子仍然满足四个价键饱和；多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数 + 面数 - 棱边数 =2 。     请回答： (1) 一个 C 60 分子中有几个五边形和几个六边形？ (2) 一个 C 60 分子中有多少个 C=C ？ (3) 已知 C 70 分子的结构模型也遵循 C 60 的那些规律，请确定 C 70 分子结构中上述几项参数。 先求棱边数 ： 每个顶点伸出三条棱，而每条棱又总是由两个顶点共有，所以 ， 每个顶点单独伸出的棱有 3×1/2=1.5 条， 60 个顶点共伸出的棱为 60×1.5=90 条。 依据欧拉定理可写出： 60+x+y-90=2 ① 依据棱边数守恒： （ 5x+6y ） /2=90 ② 联立①②解得 x=12 ， y=20 解析： (1) 设 C 60 分子中含有 x 个五边形和 y 个六边形 也可根据顶点数守恒： 5/3x+2y=60 ③ （ 2 ）设一个 C 60 分子中含的 C-C 单键数和 C=C 双键数分别为 a 、 b ， 则根据棱边守恒有 ： a+b=90 ④ 利用价电子守恒： 2a+4b=60 ×4⑤ 联立④⑤解得： a=60 ， b=30 即 C 60 中含的双键数为 30 第二节 原子晶体 思考与交流 比较 CO 2 和 SiO 2 的一些物理性质和结构，试判断 SiO 2 晶体是否属于分子晶体。                     物质 干冰 金刚石 熔点 很低 3550℃ 沸点 很低 4827℃ 二、原子晶体 1 、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。 2 、构成微粒： 3 、微粒之间的作用： 4 、气化或熔化时破坏的作用力： 5 、物理性质： 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 ） 原子 共价键 共价键 6 、常见原子晶体 （ 1 ）某些非金属单质：硼（ B ）、硅（ Si ）、锗（ Ge ）、金刚石（ C ）等 （ 2 ）某些非金属化合物： SiC 、 BN 等 （ 3 ）某些氧化物： SiO 2 、 Al 2 O 3 等 7 、原子晶体结构 无单个分子，原子间以共价键相连 无分子式，只有化学式； 化学式为原子个数比 109 º28´ 金刚石的晶体结构示意图 共价键 zxxkw 金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图 8 、 典型的原子晶体 (1) 金刚石 ①每个 C 周围有 个 C ，围成空间 图形 C 的杂化轨道类型是 。 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。 ② C 原子与碳碳键之比为（ ） ③最小碳环为（ ）且不共面 ④一个 C-C 键被 个环 共用，每个环平均有 个 C-C 键 ⑤ 一个 C 原子被 个环共用，每个环平均有 个 C 原子 4 正四面体 SP 3 杂化 1 ： 2 六元环 6 12 1/2 1 ⑥ 金刚石是 晶胞，一个晶胞中平均含有 个原子。 面心立方 8 晶体硅结构与金刚石相似，键长不同 180 º 109 º28´ Si o 二氧化硅的晶体结构示意图 共价键 （ 2 ） SiO 2 原子晶体 ① 每个 Si 周围有 个 O, 每个 O 周围有 个 Si ② Si 周围的 Si 围成空间 图形 ③ 1mol SiO 2 中共价键为（ ） mol ④ 最小环上有（ ）个原子 ⑤每个 Si 被 个环共用，每个氧被 个环共用 ⑥每个最小环平均拥有 个 Si 个 O 原子 4 2 正四面体 4 12 12 6 1/2 1 zxxkw 1 、怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降 ? 2 ． “ 具有共价键的晶体叫做原子晶体 ” 。这种说法对吗 ? 为什么 ? 探究思考 小结 2 ：判断晶体类型的方法 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。 2 、依据 物质的分类 判断 3 、依据晶体的 熔点 判断：原子晶体的熔点高，一般在 1000℃ 以上，分子晶体的熔点低，常在几百度以下甚至更低 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电，原子晶体多为非导体，有些为半导体，如：硅、锗 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 莫氏硬度是表示矿物硬度的一种标准， 1824 年由德国矿物学家莫斯（ Frederich Mohs ）首先提出。确定这一标准的方法是，用棱锥形金刚石钻针刻划所试矿物的表面而产生划痕，用测得的划痕的深度来表示硬度。 资料 莫氏硬度 小结 1 ：分子晶体与原子晶体的比较 晶体类型 原子晶体 分子晶体 概念 组成微粒 作用力 熔沸点 硬度 溶解性 导电性 相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构 分子间以分子间作用力结合 原子 分子 共价键 分子间作用力 很大 较小 很大 较小 不溶于任何溶剂 部分溶于水 不导电，个别为半导体 固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电 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 2.25g/cm3 ，化学性质不活泼。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，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。 知识拓展－石墨 石墨晶体结构 知识拓展－石墨 石墨 1 、石墨为什么很软？ 2 、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？ 3 、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，容易滑动，所以石墨很软。 石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大 π 键） ，故熔沸点很高。 石墨为混合键型晶体 。 例、如右图所示，在石墨晶体的层状结构中，每一个最小的碳环完全拥有碳原子数为 ___ ，每个 C 完全拥有 C － C 数为 ___ 石墨中 C － C 夹角为 120 ☉ ， C － C 键长为 1.42×10 － 10 m 层间距 3.35× 10 － 10 m 2 3 小结：金刚石、石墨的比较 项目 金刚石 石墨 晶体形状 晶体中的键或作用力 由最少碳原子形成环的形状与个数 碳原子成键数 　　　键的平均数 　　 原子的平均数 每个环中 正四面体空间网状 六边形平面层状 共价键 共价键与范德华力 ６个原子不同面 ６个原子同面 ４ ３ 6*1/2=3 6*1/2=3 6*1/4=3/2 6*1/3=2 3 、 分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型： A 、碳化铝，黄色晶体，熔点 2200℃ ，熔融态不导电； ________________ B 、溴化铝，无色晶体，熔点 98 ℃ ，熔融态不导电； ________________ C 、五氟化钒，无色晶体，熔点 19.5℃ ，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中； _______________ D 、物质 A ，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电 _____________