高中化学选修3第三章(第二节)

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。组成和结构相似时，相对分子质量越大分子间作用力越大，熔沸点越高。有氢键时，熔沸点升高。分子晶体有哪些物理特性，为什么？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①较低的熔沸点②较小的硬度③固态或熔融状态下都不导电④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-3B①.所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4②.部分非金属单质:X2，O2，H2，S8，P4，C60(稀有气体)③.部分非金属氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6，P4O10④.几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4⑤.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、COB、CCl4、H2O2、HeC、CO2、SO2、NaClD、CH4、O2、Na2OB4.分子晶体结构特征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：C60、干冰、I2、O2）②.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Cl2·8H20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:(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：C60、干冰、I2、O2)(２)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、Cl2I2B、SiCl4CCl4C、NH3PH3D、C(CH3)4CH3(CH2)2CH3BB3、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1070℃，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0.97g／cm3CBC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()A．NH3、HD、C10H8B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、SO3、C60D．CCl4、Na2S、H2O2B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？180º109º28´SiO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109º28´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、①③②B、②③①C、③①②D、②①③A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C—C键数之比为多少？（3）12克金刚石中C—C键数为多少NA？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，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。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晶体中每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与C—C键数之比为1：（4x½）=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Si－O共价键个数之比是多少？氧原子个数与Si－O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①1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。②最小的碳环是由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①.熔点和沸点高②.硬度大③.一般不导电④.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（SiO２）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SiO2B、CO2与H2OC、HCl与金刚石D、CCl4与SiCB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1800K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4molC-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C－C夹角为：1200，C－C键长：1.42×10－10m层间距：3.35×10－10m石墨及其结构（混合型晶体）空间层状结构空间结构俯视图石墨•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π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原子晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/0C＞355030002700171014101211硬度109.59.576.56.0小结1：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每个环上键的平均数每个环上原子的平均数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４３6×1/6=16×1/2=36×1/12=1/26×1/3=2小结2：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粒子间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1.下列各组物质的晶体中，化学键的类型相同，晶体的类型也相同的是（）A、SO2和SiO2B、CO2和H2OC、BN和HClD、CCl4和KClB2.下列物质的晶体直接由原子构成的一组是（）①CO2②SiO2③晶体Si④白磷⑤氨基乙酸⑥Fe⑦Na2O⑧固态HeA、①②③④⑤⑥⑦⑧B、②③④⑥⑧C、②③⑧D、①②⑤⑦⑧C3.C60、金刚石和石墨的结构模型如下图所示（石墨仅表示出其中的一层）（1）C60、金刚石和石墨三者互为；（2）固态时，C60属于（填“离子”、“原子”或“分子”）；A、同分异构体B、同素异形体C、同系物D、同位素（3）硅晶体的结构跟金刚石相似，1mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是NA个。硅、氧原子形成的最小环上氧原子的数目是；（4）石墨层状结构中，平均每个正六边形占有个碳原子。B分子262祝同学们学习进步，天天有个好心情。