第二节 分子晶体及原子晶体.ashx

1、新课标人教版选修三物质结构与性质新课标人教版选修三物质结构与性质第二节分子晶体和原子晶体第二节分子晶体和原子晶体（第一课时）（第一课时）第三章第三章 晶体结构与性质晶体结构与性质 知识与技能知识与技能1 1、了解分子晶体的概念、了解分子晶体的概念2 2、了解冰、二氧化碳的晶体结构及晶体中分子间作用力类型、了解冰、二氧化碳的晶体结构及晶体中分子间作用力类型3 3、掌握分子晶体关于熔、沸点等方面的物理性质、掌握分子晶体关于熔、沸点等方面的物理性质过程与方法过程与方法联系旧知识，学习新知识，通过列举各种晶体及其特征，联系旧知识，学习新知识，通过列举各种晶体及其特征，达到逐个掌握的目的达到逐个掌握的目

2、的情感、态度与价值观情感、态度与价值观通过对水结冰密度减小这一学生已知事实的讲解，激发学生通过对水结冰密度减小这一学生已知事实的讲解，激发学生探究物质内部结构奥秘的兴趣探究物质内部结构奥秘的兴趣教学重点教学重点 分子晶体的概念、结构特点分子晶体的概念、结构特点教学难点教学难点 氯键对冰晶体结构和性质的影响氯键对冰晶体结构和性质的影响指导阅读指导阅读P65思考思考1为何分子晶体的硬度小，熔沸点低？为何分子晶体的硬度小，熔沸点低？1、构成晶体的微粒是分子、构成晶体的微粒是分子2、分子之间以分子间作用力（主要、分子之间以分子间作用力（主要是范德华力）相结合，范德华力远是范德华力）相结合，范德华力远小

3、于化学键的作用小于化学键的作用 . .概念概念: :一分子晶体一分子晶体碘晶体结构*构成分子晶体的粒子是构成分子晶体的粒子是 粒子间的相互作用是粒子间的相互作用是只含有只含有分子分子的晶体称为分子晶体的晶体称为分子晶体 即分子即分子间以间以分子间作用力分子间作用力（范德华力（范德华力,氢键）相结合的晶体叫分子晶体。氢键）相结合的晶体叫分子晶体。分子分子分子间作用力分子间作用力 (1)(1)非金属氢化物：非金属氢化物： (2)(2)酸：酸： (3)(3)部分非金属单质部分非金属单质: : (4)(4)部分非金属氧化物部分非金属氧化物: : (5)(5)大多数有机物：大多数有机物：2.2.典型的分

4、子晶体典型的分子晶体H2O,H2S,NH3,CH4,HXH2SO4,HNO3,H3PO4X2,O2,H2, S8,P4, C60CO2, SO2, NO2, P4O6, P4O10乙醇，冰醋酸，蔗糖乙醇，冰醋酸，蔗糖 分子间存在着一种把分子聚集分子间存在着一种把分子聚集在一起的作用力叫做分子间作用力在一起的作用力叫做分子间作用力,也叫范德华力。也叫范德华力。 分子间作用力对物质的性质有分子间作用力对物质的性质有什么影响？什么影响？ 一般地说：对于组成和结构相似的物质，相一般地说：对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，物质的熔点沸点也越高。对分子质量越大，物质的熔点沸点也越高。H2O NH

5、3 HF为什么比同主族氢化物的沸点高？为什么比同主族氢化物的沸点高？ 由于分子间作用力很弱由于分子间作用力很弱，所以分子晶体一，所以分子晶体一般具有：般具有：较低的熔点和沸点较低的熔点和沸点较小的硬度。较小的硬度。一般都是绝缘体，熔融状态也一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。不导电。5.5.几种典型分子晶胞几种典型分子晶胞（）分子密堆积（）分子密堆积: :只有范德华力，无分子间氢键只有范德华力，无分子间氢键（每个分子周围有（每个分子周围有几几个紧邻的分子，个紧邻的分子，如：如：C C6060、干冰、干冰 、I I2 2、O O2 2）（）分子非密堆积：有分子间氢键（如（）分子非密堆积：有分子间氢

6、键（如：HF HF 、冰、冰、NHNH3 3 ）干冰的晶体结构图氢键具有方向性氢键具有方向性思考：思考：1mol冰周围有几冰周围有几mol氢键？氢键？冰中个水分子周围有个水分子形成冰中个水分子周围有个水分子形成什么空间构型？什么空间构型？4 思考思考1是不是在分子晶体中分子间只存在是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力？范德华力？ 思考思考2为什么冰融化为水时为什么冰融化为水时,密度增大？密度增大？不对，分子间氢键也是一种分子间作用力，不对，分子间氢键也是一种分子间作用力，如冰中就同时存在着范德华力和氢键。如冰中就同时存在着范德华力和氢键。在冰晶体中在冰晶体中, ,每个分子周围只有每个分子周围

7、只有4 4个紧邻的水分子个紧邻的水分子, ,由于水由于水分子之间的主要作用力是氢键分子之间的主要作用力是氢键, ,氢键跟共价键一样具有氢键跟共价键一样具有方向性方向性, ,即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的四面体顶角方向的4 4个相邻水分子相互吸引个相邻水分子相互吸引, ,这一排列使这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不变冰晶体中的水分子的空间利用率不变, ,留有相当大的空隙。留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时当冰刚刚融化为液态水时, ,热运动使冰的结构部分解体热运动使冰的结构部分解体, ,水分子间的空隙减小水分子间的空

8、隙减小, ,密度反而增大。密度反而增大。思考思考3为何干冰的熔沸点比冰低，密为何干冰的熔沸点比冰低，密度却比冰大？度却比冰大？ 由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。 由于分子间作用力特别是氢键的方向性，由于分子间作用力特别是氢键的方向性，导致晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下导致晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下体积较大体积较大 由于由于CO2分子的相对分子质量分子的相对分子质量H2O，所，所以干冰的密度大。以干冰的密度大。科学视野：笼装化合物科学视野：笼装化合物20世纪

9、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”D 例题例题 第第2828届国际地质大会提供的资料显示，海底有届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类大量的天然气水合物，可满足人类 10001000年的能源需要。年的能源需要。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每4646个水分子构建个水分子构建成成8 8个笼，每个笼可容纳个笼，每个笼可容纳1 1个个CHCH4 4分子或分子或1 1个游离个游离H H2 2O O分

10、子。分子。根据上述信息，完成下两题：根据上述信息，完成下两题：1 1、下列关于天然气水合物中两种分子极性的描述正确、下列关于天然气水合物中两种分子极性的描述正确的是的是A A、两种都是极性分子、两种都是极性分子 B B、两种都是非极性分子、两种都是非极性分子C C、CHCH4 4是极性分子，是极性分子，H H2 2O O是非极性分子是非极性分子 D D、H H2 2O O是极性分子，是极性分子，CHCH4 4是非极性分子是非极性分子2 2、若晶体中每、若晶体中每8 8个笼只有个笼只有6 6个容纳了个容纳了CHCH4 4分子，另外分子，另外2 2个个笼被游离笼被游离H H2 2O O分子填充，则

11、天然气水合物的平均组成可表分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为示为A A、CHCH4 414H14H2 2O OB B、CHCH4 48H8H2 2O CO C、CHCH4 4(23/3)H(23/3)H2 2O O DCHDCH4 46H6H2 2O O 第二节分子晶体和原子晶体第二节分子晶体和原子晶体（第二课时）（第二课时） COCO2 2和和SiOSiO2 2的一些物理性质如下表所示，的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断通过比较试判断SiOSiO2 2晶体是否属于分子晶晶体是否属于分子晶体。体。 . .概念：概念：二原子晶体二原子晶体*构成原子晶体的粒子是构成原子晶体的粒子是

12、，原子间，原子间以较强的以较强的 相结合。相结合。相邻相邻原子原子间以间以共价键共价键相结合而形成相结合而形成空间立体网状结构空间立体网状结构的晶体。的晶体。原子原子共价键共价键对比分子晶体和原子晶体的数据，对比分子晶体和原子晶体的数据，得出原子晶体有何物理特性？得出原子晶体有何物理特性？ 在原子晶体中，由于原子间以较强的共价在原子晶体中，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，所以键相结合，而且形成空间立体网状结构，所以原子晶体的原子晶体的（1）熔点和沸点高）熔点和沸点高（2）硬度大）硬度大（3）一般不导电）一般不导电（4）且难溶于一些常见的溶剂）且难溶于一些常见的溶剂3.

13、3.常见的原子晶体常见的原子晶体 某些非金属单质：某些非金属单质： 某些非金属化合物：某些非金属化合物： 某些氧化物：某些氧化物： 金刚石（金刚石（C）、晶体硅）、晶体硅(Si)、 晶体硼（晶体硼（B）、晶体锗）、晶体锗(Ge)等等碳化硅（碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（）晶体、氮化硼（BN）晶体）晶体二氧化硅（二氧化硅（ SiO）Al2O3晶体晶体10928 共价键 思考：在金刚石晶体中，每个碳与周围思考：在金刚石晶体中，每个碳与周围多少个碳原子成键？多少个碳原子成键？形成怎样的空间结构？形成怎样的空间结构？ 最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内

14、？在同一平面内？ 在金刚石晶体中，碳原子个数与在金刚石晶体中，碳原子个数与C-C键数之比为多少？键数之比为多少？12g金刚石金刚石C-C键数为多少键数为多少NA？4正四面体正四面体6，否，否1：22 NA18010928SiO共价键解释：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金刚石 碳化硅碳化硅 晶体硅晶体硅 晶体锗晶体锗交流与研讨交流与研讨1 1、怎样从原子结构角度理解金刚石、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

15、体叫做原子晶体具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这。这种说法对吗？为什么？种说法对吗？为什么？ 一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑一种结晶形碳，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、灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。密度鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm2.25g/cm3 3，化学性质，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热不活泼。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，可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩

16、锅、电极、铅笔芯等。并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。 知识拓展石墨知识拓展石墨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、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？、石墨的熔沸点为什么很高（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，碳原子之间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（大存在很强的共价键（大键）键），故熔沸点，故熔沸点很高。很

17、高。石墨为混合键型晶体石墨为混合键型晶体。小结原子晶体与分子晶体的比较小结原子晶体与分子晶体的比较 分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体构成微粒构成微粒晶体内相互作晶体内相互作用力用力硬度、熔沸点硬度、熔沸点熔、沸点变化熔、沸点变化规律规律化学式能否表化学式能否表示分子结构示分子结构分子分子原子原子分子间作用力（氢键）分子间作用力（氢键）共价键共价键低低高高1、对于组成结构相似的物质，、对于组成结构相似的物质，比较相对分子质量比较相对分子质量2、极性分子、极性分子非极性分子非极性分子3、氢键作用、氢键作用键长、键能键长、键能不能不能能能思考思考为何为何CO2熔沸点比熔沸点比SiO2低？而破坏低？而

18、破坏CO2分子却比分子却比SiO2更难？更难？ 因为因为COCO2 2是分子晶体，是分子晶体，SiOSiO2 2是原子晶体，所以是原子晶体，所以熔化时熔化时COCO2 2是破坏范德华力而是破坏范德华力而SiOSiO2 2是破坏化学键。是破坏化学键。所以所以SiOSiO2 2熔沸点高。熔沸点高。 破坏破坏COCO2 2分子与分子与SiOSiO2 2时，都是破坏共价健，时，都是破坏共价健，而而C-OC-O键能键能Si-OSi-O键能，所以键能，所以COCO2 2分子更稳定。分子更稳定。复习：原子晶体与分子晶体的比较复习：原子晶体与分子晶体的比较 分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体构成微粒构成微粒相互

19、作用力相互作用力硬度、熔沸点硬度、熔沸点溶解性溶解性导电性导电性分子分子原子原子分子间作用力（氢键）分子间作用力（氢键）共价键共价键低低高高概念概念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，部不导电，部分为半导体分为半导体不导电不导电思考：如何比较两个晶体的熔沸点或硬度？思考：如何比较两个晶体的熔沸点或硬度？1 1、判断二者晶体类型：、判断二者晶体类型：一般情况下，原子晶体的熔沸点都高于分子晶体。一般情况下，原子晶体的熔沸点都高于分子晶体。2 2、如果是同种晶体，比较晶体内各微粒之间相互作、如果是同种晶体，比较晶体内各微粒之间相互作用力的大小。用力的大小。 对于分子晶体对于分子晶

20、体,一般地说一般地说,对于组成结构对于组成结构相似的物质相似的物质,相对分子质量相对分子质量越大越大,分子间作用分子间作用力越大力越大,物质的熔沸点越高。物质的熔沸点越高。 对于原子晶体对于原子晶体,一般地说一般地说, 原子间原子间键长键长越越短，短，键能键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越大。点越高，硬度越大。1 1、下列的晶体中，化学键种类相同，晶体类、下列的晶体中，化学键种类相同，晶体类型也相同的是（型也相同的是（ ）（A A）SOSO2 2与与SiOSiO2 2 （B B）C0C02 2与与H H2 2O O （C C）C C与与HCl HCl

21、 （D D）CClCCl4 4与与SiCSiC 2 2、碳化硅、碳化硅SiCSiC的一种晶体具有类似金刚石的结的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中构，其中C C原子和原子和S S原子的位置是交替的。在下原子的位置是交替的。在下列三种晶体金刚石列三种晶体金刚石 晶体硅晶体硅 碳化硅中，碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（它们的熔点从高到低的顺序是（ ）（A A） （B B） （C C） （D D） BA3 3、19991999年美国年美国科学科学杂志报道：在杂志报道：在40GPa40GPa高高压下，用激光器加热到压下，用激光器加热到1800K1800K，人们成功制得了，人们成功制得了原子晶体干

22、冰，下列推断中不正确的是原子晶体干冰，下列推断中不正确的是 （ ）（A A）原子晶体干冰有很高的熔点、沸点，有很）原子晶体干冰有很高的熔点、沸点，有很大的硬度大的硬度（B B）原子晶体干冰易气化，可用作制冷材料）原子晶体干冰易气化，可用作制冷材料（C C）原子晶体干冰的硬度大，可用作耐磨材料）原子晶体干冰的硬度大，可用作耐磨材料（D D）每）每1mol1mol原子晶体干冰中含原子晶体干冰中含4molC4molCO O键键B4、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（ ） A124g P4含有的含有的PP键的个数为键的个数为6NA B12g石墨中含有的石墨中含有的CC键的个数为键的个数为2NA C

23、12g金刚石中含有的金刚石中含有的CC键的个数为键的个数为1.5NA D60gSiO2中含中含SiO键的个数为键的个数为2NAA判断晶体类型的方法判断晶体类型的方法1. 依据物质的分类判断依据物质的分类判断 金属氧化物（如金属氧化物（如K2O、Na2O2等）、强碱（如等）、强碱（如NaOH、KOH等）和绝大多数的盐类是等）和绝大多数的盐类是离子晶体离子晶体。 大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅、晶体大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外）、气态氢化物、非金属氧化物（除硼外）、气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、外）、酸、绝大多数有机物（除有机盐外）都是酸、绝大多数有机物（除有机盐外）都是分子晶体分子晶体。 常见的常见的原子晶体原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。 金属单质（除汞外）与合金是金属单质（除汞外）与合金是金属晶体金属晶体。 2. 依据组成晶体的晶格质点和质点间的作用判断依据组成晶体的