分子晶体与原子晶体 (2)课件

第二节分子晶体回顾:1、什么叫晶体？什么叫非晶体？2、晶体与非晶体在结构和性质上有什么差异？3、利用分摊法计算晶胞中粒子数目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2、物理特性：(1)较低的熔点和沸点，易升华；分子晶体熔、沸点高低的比较规律

分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子间的作用力。分子间作用力越大，物质熔化和汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力（包括范力和氢键）的大小。（2）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，______________。如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“____________________”的顺序。熔沸点越低邻位>间位>对位原因：分子间作用力较弱2、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,不破坏化学键,也有例外,如S85、典型的分子晶体：（1）所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX（2）部分非金属单质:X2，O2，H2，S8，N2P4，C60

（3）部分非金属氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6，P4O10（4）几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4（5）绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸，蔗糖（6）稀有气体6、分子晶体结构特征（1）密堆积（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：C60、干冰、I2、O2。分子的密堆积氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞分子的密堆积（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在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键，却跟共价键一样具有方向性，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4个相邻水分子相互吸引。这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4℃时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。思考：1mol冰周围有？mol氢键冰中１个水分子周围有４个水分子形成什么空间构型？水分子间存在着氢键的作用，使水分子彼此结合而成（H2O）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1mol冰中有2mol氢键？〖思考2〗为何干冰的熔沸点比冰低，密度却比冰大？

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。

由于分子间作用力特别是氢键的方向性，导致晶体冰中有相当大的空隙，所以相同状况下体积较大

由于CO2分子的相对分子质量>H2O，所以干冰的密度大。〖归纳要点〗分子的密度取决于晶体的体积，取决于紧密堆积程度，分子晶体的紧密堆积由以下两个因素决定：（1）范德华力（2）分子间氢键

原子晶体具备以上物理性质的原因:____________________________ 原子晶体的化学式是否可以代表其分子式____________原因___________________原子晶体中存在较强的共价键不易被破坏。否原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。4、原子晶体熔、沸点比较规律 在共价键形成的原子晶体中，原子半径小的，键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如：金刚石>碳化硅>晶体硅〖思考〗为何金刚石的熔沸点高于硅？C-C键能大于Si-Si和Ge-Ge键，难破坏〖思考〗为何CO2熔沸点低？而破坏CO2分子却比SiO2更难？

因为CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，所以熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。所以SiO2熔沸点高。 破坏CO2分子与SiO2时，都是破坏共价健，而C-O键能>Si-O键能，所以CO2分子更稳定。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：SiO2、

等109º28´金刚石的晶体结构示意图共价键思考：（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？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C—C键数之比为多少？（3）12克金刚石中C—C键数为多少NA？7、典型的原子晶体金刚石的结构特征：在金刚石晶体里①每个碳原子都采取SP3杂化，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体。②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。③金刚石晶体中所有的C—C键长相等，键角相等（109°28’）；④晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内；⑤晶体中C原子与C—C键数之比为1：2金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图180º109º28´Sio二氧化硅的晶体结构示意图共价键180º109º28´Sio二氧化硅的晶体结构示意图共价键109º28´金刚石的晶体结构示意图共价键思考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2：1mol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,最小的环由几个原子构成?SiO2的结构特征：在SiO2晶体中①每个Si原子周围结合4个O原子；每个O原子跟2个Si原子相结合。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。②最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。③1molSiO2中含4molSi—O键解释：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＞锗学与问

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？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，分子晶体硬度小石墨晶体结构知识拓展－石墨（1）石墨中C原子以sp2杂化；（2）石墨晶体中最小环为六元环，含有C2个，C-C键为3；（3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电；（4）石墨中r（C-C）比金刚石中r（C-C）短。石墨1、石墨为什么很软？2、石墨的熔沸点为什么很高（熔点高于金刚石）？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。石墨为混合键型晶体。它们都有很强的C-C共价键。在石墨中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），C-C键长比金刚石的短，键的强度大，故其熔点金刚石高。熔点（℃）沸点（℃）石墨36524827金刚石35504827例4：石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构，试回答下列问题：（1）图中平均每个正六边形占有C原子数为____个、占有的碳碳键数为____个。（2）层内7个六元环完全占有的C原子数为_____个，碳原子数目与碳碳化学键数目之比为_______.142:323例1.氮化硅（Si3N4）是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于原子晶体

B.分子晶体

C.金属晶体

D.离子晶体答案：A

典型例题例2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S原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石

②晶体硅

③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是

（

）A.①③②

B.②③①

C.③①②

D.②①③分析：C与Si同为IVA族元素，它们的相似性表现在金刚石是原子晶体，晶体硅，碳化硅也是原子晶体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱。可推断碳化硅应在Si与C之间。三种原子晶体，空间结构相似，熔点决定于它们的键长与键能，故熔点从高到低分别是金刚石、碳化硅、晶体硅。答案：A例3、单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据

金刚石晶体硅晶体硼熔点>382316832573沸点510026282823硬度107.09.5（1）晶体硼的晶体类型属于________晶体，理由是___________________。（2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。通过视察图形及推算，此晶体结构单元由_____个硼原子构成。其中B—B键的键角为_______。分析：晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原子晶体，B与C相邻与Si处于对角线处，则晶体硼也为原子晶体。晶体硼每个三角形的顶点被5个三角形所共有，所以，此顶点完全属于一个三角形的只占到1/5，每个三角形中有3个这样的点，且晶体B中有20个这样的三角形，因此，晶体B中这样的顶点