化學(xué)32《分子晶體與原子晶體》新人教版-選修3課件

3.2《分子晶體與

原子晶體》微粒為分子：分子間作用力（或范德華力）或氫鍵；微粒為原子：極性共價鍵或非極性共價鍵；微粒為離子：離子鍵。復(fù)習(xí)總結(jié)：微粒間作用思考與交流石墨和金剛石同屬于碳的單質(zhì)，為什么在硬度上會相差如此之大？觀察與思考：

下列兩種晶體有什么共同點？碘晶體結(jié)構(gòu)干冰晶體結(jié)構(gòu)分子晶體有哪些物理特性，為什么？思考與交流(1)較低的熔點和沸點，易升華；(2)較小的硬度；(3)一般都是絕緣體，熔融狀態(tài)也不導(dǎo)電。原因：分子間作用力較弱2、物理特性：3、典型的分子晶體：非金屬氫化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX酸：H2SO4，HNO3，H3PO4部分非金屬單質(zhì):X2，O2，H2，S8，P4，C60

部分非金屬氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6，P4O10大多數(shù)有機物：乙醇，冰醋酸，蔗糖分子的密堆積（與每個分子距離最近的相同分子共有12個）氧（O2）的晶體結(jié)構(gòu)碳60的晶胞分子的密堆積（與CO2分子距離最近的CO2分子共有12個）干冰的晶體結(jié)構(gòu)圖冰中１個水分子周圍有４個水分子冰的結(jié)構(gòu)氫鍵具有方向性分子的非密堆積〖?xì)w納要點〗分子的密度取決于晶體的體積，取決于緊密堆積程度，分子晶體的緊密堆積由以下兩個因素決定：（1）范德華力（2）分子間氫鍵5、分子晶體熔、沸點高低的比較規(guī)律分子晶體要熔化或汽化都需要克服分子間的作用力。分子間作用力越大，物質(zhì)熔化和汽化時需要的能量就越多，物質(zhì)的熔、沸點就越高。因此，比較分子晶體的熔、沸點高低，實際上就是比較分子間作用力（包括范力和氫鍵）的大小。（1）組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔沸點越高。如：O2>N2，HI>HBr>HCl。（2）分子量相等或相近，極性分子的范德華力大，熔沸點高，如CO>N2（3）含有氫鍵的，熔沸點較高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3

（4）在烷烴的同分異構(gòu)體中，一般來說，支鏈數(shù)越多，熔沸點越低。如沸點：正戊烷>異戊烷>新戊烷；芳香烴及其衍生物苯環(huán)上的同分異構(gòu)體一般按照“鄰位>間位>對位”的順序?！妓伎?〗為何干冰的熔沸點比冰低，密度卻比冰大？由于冰中除了范德華力外還有氫鍵作用，破壞分子間作用力較難，所以熔沸點比干冰高。由于分子間作用力特別是氫鍵的方向性，導(dǎo)致晶體中有相當(dāng)大的空隙，所以相同狀況下體積較大由于CO2分子的相對分子質(zhì)量>H2O，所以干冰的密度大?？茖W(xué)視野：籠裝化合物20世紀(jì)末，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)海底存在大量天然氣水合物晶體。這種晶體的主要氣體成分是甲烷，因而又稱甲烷水合物。它的外形像冰，而且在常溫常壓下會迅速分解釋放出可燃的甲烷，因而又稱“可燃冰”………籠裝化合物180o109o28′SiO共價鍵二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)示意圖109o28′共價鍵金剛石的晶體結(jié)構(gòu)示意圖二．原子晶體（共價晶體）1、概念：相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。（1）構(gòu)成原子晶體的粒子是原子；（2）原子晶體的粒子間以較強的共價鍵相結(jié)合；（3）原子晶體熔化破壞的是共價鍵。2、原子晶體的物理特性在原子晶體中，由于原子間以較強的共價鍵相結(jié)合，而且形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以原子晶體的熔點和沸點高硬度大一般不導(dǎo)電且難溶于一些常見的溶劑

在原子晶體中，由于原子間以較強的共價鍵相結(jié)合，而且形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以原子晶體有特殊的物理性質(zhì)。思考：在金剛石晶體中，每個碳與周圍多少個碳原子成鍵？形成怎樣的空間結(jié)構(gòu)？最小碳環(huán)由多少個碳原子組成？它們是否在同一平面內(nèi)？在金剛石晶體中，碳原子個數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為多少？12g金剛石C-C鍵數(shù)為多少NA？①金剛石中每個C原子以sp3雜化，分別與4個相鄰的C原子形成4個σ鍵，故鍵角為109°28′，每個C原子的配位數(shù)為4；②每個C原子均可與相鄰的4個C構(gòu)成實心的正四面體，向空間無限延伸得到立體網(wǎng)狀的金剛石晶體，在一個小正四面體中平均含有1+4×1/4=2個碳原子；③在金剛石中最小的環(huán)是六元環(huán)，1個環(huán)中平均含有6×1/12=1/2個C原子，含C-C鍵數(shù)為6×1/6=1；④金剛石的晶胞中含有C原子為8個，內(nèi)含4個小正四面體，含有C-C鍵數(shù)為16。180o109o28′SiO二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)示意圖共價鍵①二氧化硅中Si原子均以sp3雜化，分別與4個O原子成鍵，每個O原子與2個Si原子成鍵；②晶體中的最小環(huán)為十二元環(huán)，其中有6個Si原子和6個O原子，含有12個Si-O鍵；每個Si原子被12個十二元環(huán)共有，每個O原子被6個十二元環(huán)共有，每個Si-O鍵被6個十二元環(huán)共有；每個十二元環(huán)所擁有的Si原子數(shù)為6×1/12=1/2，擁有的O原子數(shù)為6×1/6=1，擁有的Si-O鍵數(shù)為12×1/6=2，則Si原子數(shù)與O原子數(shù)之比為1：2。思考1原子晶體的化學(xué)式是否可以代表其分子式？不能。因為原子晶體是一個三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無小分子存在。思考2以金剛石為例，說明原子晶體的微觀結(jié)構(gòu)與分子晶體有哪些不同？（1）組成微粒不同，原子晶體中只存在原子，沒有分子。（2）相互作用不同，原子晶體中存在的是共價鍵。4、原子晶體熔、沸點比較規(guī)律對于原子晶體，一般來說，原子間鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，物質(zhì)的熔沸點越高，硬度越大。思考3為何CO2熔沸點低？而破壞CO2分子卻比SiO2更難？

因為CO2是分子晶體，SiO2是原子晶體，所以熔化時CO2是破壞范德華力而SiO2是破壞化學(xué)鍵。所以SiO2熔沸點高。破壞CO2分子與SiO2時，都是破壞共價鍵，而C—O鍵能>Si-O鍵能，所以CO2分子更穩(wěn)定。思考4怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石、碳化硅和鍺的熔點和硬度依次下降？因為結(jié)構(gòu)相似的原子晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體熔點越高，所以熔點和硬度有如下關(guān)系：金剛石＞碳化硅＞鍺。分子晶體、原子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的比較晶體類型分子晶體原子晶體結(jié)構(gòu)粒子間的作用力性質(zhì)硬度溶、沸點導(dǎo)電溶解性構(gòu)成晶體粒子分子原子分子間作用力共價鍵結(jié)構(gòu)、性質(zhì)較小較大較低很高固態(tài)和熔融狀態(tài)都不導(dǎo)電不導(dǎo)電相似相溶難溶于常見溶劑【總結(jié)】非金屬單質(zhì)是原子晶體還是分子晶體的判斷方法（1）依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用判斷：原子晶體的粒子是原子，質(zhì)點間的作用是共價鍵；分子晶體的粒子是分子，質(zhì)點間的作用是范德華力。（2）記憶常見的、典型的原子晶體。（3）依據(jù)晶體的熔點判斷：原子晶體熔、沸點高，常在1000℃以上；分子晶體熔、沸點低，常在數(shù)百度以下至很低的溫度。（4）依據(jù)導(dǎo)電性判斷：分子晶體為非導(dǎo)體，但部分分子晶體溶于水后能導(dǎo)電；原子晶體多數(shù)為非導(dǎo)體，但晶體硅、晶體鍺是半導(dǎo)體。（5）依據(jù)硬度和機械性能判斷：原子晶體硬度大，分子晶體硬度小且較脆。

石墨晶體結(jié)構(gòu)知識拓展－石墨（1）石墨中C原子以sp2雜化；（2）石墨晶體中最小環(huán)為六元環(huán)，含有C2個，C-C鍵為3；（3）石墨分層，層間為范德華力，硬度小，可導(dǎo)電；（4）石墨中r（C-C）比金剛石中r（C-C）短。思考：（1）石墨為什么很軟？（2）石墨的熔沸點為什么很高？石墨的熔點為什么高于金剛石？（3）石墨屬于哪類晶體？石墨為層狀結(jié)構(gòu)，各層之間是范德華力結(jié)合，容易滑動，所以石墨很軟。它們都有很強的C-C共價鍵。在石墨中各層均為平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子之間存在很強的共價鍵（大π鍵），C-C鍵長比金剛石的短，鍵的強度大，故其熔點金剛石高。石墨為混合鍵型晶體。熔點（℃）沸點（℃）石墨36524827金剛石35504827例1.氮化硅（Si3N4）是一種新型的耐高溫耐磨材料，在工業(yè)上有廣泛用途，它屬于原子晶體

B.分子晶體

C.金屬晶體

D.離子晶體答案：A

典型例題例2碳化硅（SiC）的一種晶體具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列三種晶體①金剛石

②晶體硅

③碳化硅中，它們的熔點從高到低的順序是

（

）A.①③②

B.②③①

C.③①②

D.②①③分析：C與Si同為IVA族元素，它們的相似性表現(xiàn)在金剛石是原子晶體，晶體硅，碳化硅也是原子晶體。從碳到硅原子半徑逐漸增大，形成共價鍵的鍵能逐漸減弱。可推斷碳化硅應(yīng)在Si與C之間。三種原子晶體，空間結(jié)構(gòu)相似，熔點決定于它們的鍵長與鍵能，故熔點從高到低分別是金剛石、碳化硅、晶體硅。答案：A例3、單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)

金剛石晶體硅晶體硼熔點>382316832573沸點510026282823硬度107.09.5（1）晶體硼的晶體類型屬于________晶體，理由是___________________。（2）已知晶體硼結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點，每個頂點上各有1個B原子。通過視察圖形及推算，此晶體結(jié)構(gòu)單元由_____個硼原子構(gòu)成。其中B—B鍵的鍵角為_______。分析：晶體硼的熔、沸點和硬度都介于晶體Si和金