2022年：3.2《分子晶体与原子晶体》

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,2022/5/4,#,.,1,高中,化学,新人教版,选修,3,系列课件,物质结构与性质,.,2,3.2,分子晶体与原子晶体,.,3,教学目标,学问与才能,1,，使同学明白分子晶体的组成粒子，结构模型和结构特点及其性质的一般特点；,2,，使同学明白晶体类型与性质的关系；,3,，使同学懂得分子间作用力和氢键对物质物理性质的影响；,4,，知道一些常见的属于分子晶体的物质类别；,5,，使同学主动参与科学探究，体验争论过程，激发他们的学习爱好；,，把握原子晶体的概念，能够区分原子晶体和分子晶体；,，明白金刚石等典型原子晶体的结构特点，能描述金刚石，二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系；,.,4,教学重点难点：,重点：把握分子晶体的结构特点和性质特点；原子晶体的结构与性质的关系,难点：是氢键的方向性和氢键对物体物理性质的影响,从三维空间结构熟识晶胞的组成结构,教学方法建议：,运用模型和类比方法诱导分析归纳,.,5,微粒为分子：,分子间作用力（或范德华力）或氢键；,微粒为原子：极性共价键或非极性共价键；,微粒为离子：离子键；,复习总结：,微粒间作用,摸索与沟通,石墨和金刚石同属于碳的单质，为什么在硬度上会相差如此之大？,.,6,观看与摸索：以下两种晶体有什么共同点？,碘晶体结构,干冰晶体结构,.,7,一，分子晶体,1,，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,（,1,）构成分子晶体的粒子是分子；,（,2,）粒子间的相互作用是分子间作用力；,（,3,）范德华力远小于化学键的作用；,（,4,）分子晶体熔化破坏的是分子间作用力；,.,8,分子晶体有哪些物理特性，为什么？,思考与交流,.,9,(1),较低的熔点和沸点，易升华；,(2),较小的硬度；,(3),一般都是绝缘体，熔融状态也不导电；,缘由：分子间作用力较弱,2,，物理特性：,.,10,3,，典型的分子晶体：,非金属氢化物：,H2O,，,H2S,，,NH3,，,CH4,，,HX,酸：,H2SO4,，,HNO3,，,H3PO4,部分非金属单质,:X2,，,O2,，,H2,，,S8,，,P4,，,C60,部分非金属氧化物,:CO2,，,SO2,，,NO2,，,P4O6,，,P4O10,大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖,.,11,4,，分子晶体结构特点,只有范德华力，无分子间氢键,分子密积存,每个分子四周有,12,个紧邻的分子，如：,C60,，干冰，,I2,，,O2,有分子间氢键,不具有分子密积存特点,如：,HF,，冰，,NH3,.,12,分子的密积存,（与每个分子距离最近的相同分子共有,12,个）,氧（,O,2,）的晶体结构,碳,60,的晶胞,.,13,分子的密积存,（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,.,14,冰中个水分子四周有个水分子,冰的结构,氢键具有方向性,分子的非密积存,.,15,摸索：,1mol,冰四周有？,mol,氢键,冰中个水分子四周有个水分子形成什么空间构型？,.,16,归纳要点,分子的密度取决于晶体的体积，取决于紧密积存程度，分子晶体的紧密积存由以下两个因素预备：,（,1,）范德华力,（,2,）分子间氢键,.,17,5,，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；,.,18,（,1,）组成和结构相像的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高；如：,O2N2,，,HIHBrHCl,；,（,2,）分子量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高，如,CON2,（,3,）含有氢键的，熔沸点较高；如,H2OH2TeH2SeH2S,，,HFHCl,，,NH3PH3,（,4,）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低；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依据“邻位,间位,对位”的次序；,.,19,摸索,1,是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力？,摸索,2,为什么冰融解为水时,密度增大？,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；,在冰晶体中,每个分子四周只有,4,个紧邻的水分子,由于水分子之间的主要作用力是氢键,氢键跟共价键一样具有方向性,即氢键的存在迫使在四周体中心的每个水分子与四周体顶角方向的,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变,留有相当大的间隙；当冰刚刚融解为液态水时,热运动使冰的结构部分解体,水分子间的间隙减小,密度反而增大；,.,20,摸索,3,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仍有氢键作用，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殊是氢键的方向性，导致晶体中有相当大的间隙，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；,.,21,科学视野：笼装化合物,20,世纪末，科学家发觉海底存在大量自然气水合物晶体；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快速分说明放出可燃的甲烷，因而又称“可燃冰”,.,22,笼装化合物,.,23,摸索与沟通,CO2,和,SiO2,的一些物理性质如下表所示，通过比较试判定,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？,.,24,180,10928,Si,O,共价键,二氧化硅晶体结构示意图,.,25,10928,共价键,金刚石的晶体结构示意图,.,26,二原子晶体（共价晶体）,1,，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；,（,1,）构成原子晶体的粒子是原子；,（,2,）原子晶体的粒子间以较强的共价键相结合；,（,3,）原子晶体熔化破坏的是共价键；,.,27,观看,摸索,对比分子晶体和原子晶体的数据，原子晶体有何物理特性？,.,28,2,，原子晶体的物理特性,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，所以原子晶体的,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,.,29,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，所以原子晶体有特殊的物理性质；,.,30,3,，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,.,31,10928,金刚石的晶体结构示意图,共价键,.,32,摸索：在金刚石晶体中，每个碳与四周多少个碳原子成键？形成怎样的空间结构？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？,在金刚石晶体中，碳原子个数与,C-C,键数之比为多少？,12g,金刚石,C-C,键数为多少,N,A,？,.,33,金刚石中每个,C,原子以,sp3,杂化，分别与,4,个相邻的,C,原子形成,4,个,键，故键角为,10928,，每个,C,原子的配位数为,4,；,每个,C,原子均可与相邻的,4,个,C,构成实心的正四周体，向空间无限延长得到立体网状的金刚石晶体，在一个小正四周体中平均含有,1+41/4=2,个碳原子；,在金刚石中最小的环是六元环，,1,个环中平均含有,61/12=1/2,个,C,原子，含,C-C,键数为,61/6=1,；,金刚石的晶胞中含有,C,原子为,8,个，内含,4,个小正四周体，含有,C-C,键数为,16,；,.,34,180,10928,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,共价键,.,35,二氧化硅中,Si,原子均以,sp3,杂化，分别与,4,个,O,原子成键，每个,O,原子与,2,个,Si,原子成键；,晶体中的最小环为十二元环，其中有,6,个,Si,原子和,6,个,O,原子，含有,12,个,Si-O,键；每个,Si,原子被,12,个十二元环共有，每个,O,原子被,6,个十二元环共有，每个,Si-O,键被,6,个十二元环共有；每个十二元环所拥有的,Si,原子数为,61/12=1/2,，拥有的,O,原子数为,61/6=1,，拥有的,Si-O,键数为,121/6=2,，就,Si,原子数与,O,原子数之比为,1,：,2,；,.,36,摸索,1,原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？,不能；由于原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在；,摸索,2,以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？,（,1,）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子；,（,2,）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键；,.,37,4,，原子晶体熔，沸点比较规律,对于原子晶体，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳固，物质的熔沸点越高，硬度越大；,.,38,摸索,3,为何,CO2,熔沸点低？而破坏,CO2,分子却比,SiO2,更难？,由于,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，都是破坏共价键，而,CO,键能,Si-O,键能，所以,CO2,分子更稳固；,摸索,4,怎样从原子结构角度懂得金刚石，碳化硅和锗的熔点和硬度依次下降？,由于结构相像的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高，所以熔点和硬度有如下关系：金刚石碳化硅锗；,.,39,分子晶体，原子晶体结构与性质关系的比较,晶体类型,分子晶体,原子晶体,结,构,粒子间的作用力,性,质,硬度,溶、沸点,导电,溶解性,构成晶体粒子,分子,原子,分子间作用力,共价键,结构，性质,较小,较大,较低,很高,固态和熔融状态都不导电,不导电,相像相溶,难溶于常见溶剂,.,40,【,总结,】,非金属单质是原子晶体仍是分子晶体的判定方法,（,1,）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判定：原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力；,（,2,）记忆常见的，典型的原子晶体；,（,3,）依据晶体的熔点判定：原子晶体熔，沸点高，常在,1000,以上；分子晶体熔，沸点低，常在数百度以下至很低的温度；,（,4,）依据导电性判定：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅，晶体锗是半导体；,（,5,）依据硬度和机械性能判定：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆；,.,41,石墨晶体结构,学问拓展石墨,.,42,（,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,C,2,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；,.,43,.,44,摸索：,（,1,）石墨为什么很软？,（,2,）石墨的熔沸点为什么很高？石墨的熔点为什么高于金刚石？,（,3,）石墨属于哪类晶体？,石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，简洁滑动，所以石墨很软；,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,键），,C-C,键长比金刚石的短，键的强度大，故其熔点金刚石高；,石墨为混合键型晶体；,熔点,（）,沸点,（）,石墨,3652,4827,金刚石,3550,4827,.,45,例,1.,氮化硅（,Si,3,N,4,）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,.,46,例,2,碳化硅（,S