高中化学选修3第三章(第二节).ppt

第二节 分晶体子和原子晶体,第一课时 分子晶体,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： 下列两种晶体有什么共同点？,碘晶体结构,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：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：分子间作用力。(范德华力及氢键） 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。,分子晶体有哪些物理特性，为什么？,思考与交流,原因：分子间作用力很弱,2.物理特性：,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或氢键,较低的熔沸点 较小的硬度 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 分子的极性相关 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-3,B,.所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4 .部分非金属单质:X2，O2，H2， S8，P4， C60 (稀有气体) .部分非金属氧化物: CO2， SO2， NO2，P4O6， P4O10 .几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4 .绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸，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、CO B、CCl4、H2 O2、He C、CO2、SO2、NaCl D、CH4、O2、Na2 O,B,4.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（每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰 、I2、O2） .有分子间氢键不具有分子密堆积特征（如：HF 、冰、NH3 ）,（与每个分子距离最近的相同分子共有12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： 分子的密堆积,分子的密堆积,（与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个 ）,干冰的晶体结构图,碘的晶体结构图,由此可见，每个碘分子周围有 个碘分子,12,冰中个水分子周围有个水分子,冰的结构,氢键具有方向性,分子的非密堆积,科学视野,天然气水合物一种潜在的能源,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Cl28H20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,小节:,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：低熔沸点、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。 4.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（每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰 、I2、O2) ()有分子间氢键不具有分子密堆积特征 （如：HF 、冰、NH3 ）,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、SiCl4CCl4 C、NH3CH3(CH2)2CH3,B,B,3、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 gcm3,C,BC,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、H2O2,B,第二课时 原子晶体,思考与交流,CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断SiO2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，为什么CO2晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体的熔沸点很高？,180,10928,Si,O,共价键,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,二.原子晶体,概念：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。,构成粒子：原子,构成粒子之间的作用：共价键,熔化时需克服的作用：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 在金刚石晶体里 每个碳原子都采取sp3杂化，被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4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。 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。 金刚石晶体中所有的CC键长相等，键角相等（10928）； 晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内； 晶体中每个C参与了4条CC键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与CC键数之比为 1 ：（4 x ）= 1：2,思考1：在SiO2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子有多少 个？在SiO2晶体中硅原子与氧原子 个数之比是多少？ 思考2：在SiO2晶体中每个硅原子 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 SiO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？ 思考3:在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由几个原子构成?,SiO2的结构特征 在SiO2晶体中 1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。 最小的碳环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。 1mol SiO2中含4mol SiO键,观察思考,对比分子晶体和原子晶体的数据，原子晶体有何物理特性？,2.物理特性,.熔点和沸点高 .硬度大 .一般不导电 .且难溶于一些常见的溶剂,原因：在原子晶体中，由于原子间以较强的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构,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,某些非金属单质： 金刚石（C）、晶体硅(Si)、晶体硼（B）、晶体锗(Ge)等 某些非金属化合物： 碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体 某些氧化物： 二氧化硅（ SiO）晶体、Al2O3,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H2O C、HCl与金刚石 D、CCl4与SiC,B,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 金刚石硅锗,交流与研讨,1、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？,2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体”。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，如CO2、O2,某些离子晶体中也含共价键，如NaOH、NH4Cl,练习：在40GPa高压下，用激光器加热到1800 K时，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 ( ) A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 C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 E每摩尔原子晶体干冰中含4 mol C-O键,BDE,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,石墨中CC夹角为： 1200， CC键长： 1.421010 m 层间距： 3.35 1010 m,石墨及其结构（混合型晶体）,石墨,石墨为什么很软？ 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，碳原子之间存在很强的共价键（大键），故熔沸点很高。 石墨属于哪类晶体？为什么？ 石墨为混合键型晶体,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,小结1：金刚石、石墨的比较,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,个原子不同面,个原子同面,61/6=1,61/2=3,61/12=1/2,61/3=2,小结2：分子晶体与原子晶体的比较,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,很高,较低,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,练习,B,C,3