《分子晶體與原子晶體》選修35.2省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

第三節(jié)原子晶體與分子晶體我們這個世界，從不會給一個難過落伍者頒發(fā)獎牌。

1/44微粒為分子：分子間作用力（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)：微粒間作用思索與交流石墨和金剛石同屬于碳單質(zhì)，為何在硬度上會相差如此之大？2/44109o28′共價鍵金剛石晶體結(jié)構(gòu)示意圖3/44一．原子晶體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)晶體。（1）組成原子晶體粒子是原子；（2）原子晶體粒子間以較強共價鍵相結(jié)合；（3）原子晶體熔化破壞是共價鍵。4/44觀察·思索對比分子晶體和原子晶體數(shù)據(jù)，原子晶體有何物理特征？5/442、原子晶體物理特征在原子晶體中，因為原子間以較強共價鍵相結(jié)合，而且形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以原子晶體熔點和沸點高硬度大普通不導(dǎo)電且難溶于一些常見溶劑6/443、常見原子晶體一些非金屬單質(zhì)：金剛石（C）、晶體硅(Si)、晶體硼（B）、晶體鍺(Ge)等一些非金屬化合物：碳化硅（SiC）晶體、氮化硼（BN）晶體一些氧化物：二氧化硅（SiO２）晶體、Al2O37/44109o28′金剛石的晶體結(jié)構(gòu)示意圖共價鍵8/44思索：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？1:22NA9/44①金剛石中每個C原子以sp3雜化，分別與4個相鄰C原子形成4個σ鍵，故鍵角為109.5°，每個C原子配位數(shù)為4；②每個C原子均可與相鄰4個C組成實心正四面體，向空間無限延伸得到立體網(wǎng)狀金剛石晶體，在一個小正四面體中平均含有1+4×1/4=2個碳原子；10/44【遷移應(yīng)用】關(guān)于金剛石以下說法中，錯誤是（）。A．晶體中不存在獨立分子B．碳原子間以共價鍵相結(jié)合C．是硬度最大物質(zhì)之一D．化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也不會與氧氣發(fā)生反應(yīng)D11/44180o109o28′SiO二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)示意圖共價鍵12/44①二氧化硅中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；Si原子數(shù)與O原子數(shù)之比為1：2。13/44【遷移應(yīng)用】碳化硅晶體有類似金剛石結(jié)構(gòu)，其中碳原子和硅原子位置是交替。它與晶體硅和金剛石相比較，正確是（）。A．熔點從高到低次序是：金剛石＞碳化硅＞晶體硅B．熔點從高到低次序是：金剛石＞晶體硅＞碳化硅C．三種晶體中結(jié)構(gòu)單元都是正四面體結(jié)構(gòu)D．三種晶體都是原子晶體且均為電良導(dǎo)體A14/44思索1原子晶體化學(xué)式是否能夠代表其分子式？不能。因為原子晶體是一個三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無小分子存在。思索2以金剛石為例，說明原子晶體微觀結(jié)構(gòu)與分子晶體有哪些不一樣？（1）組成微粒不一樣，原子晶體中只存在原子，沒有分子。（2）相互作用不一樣，原子晶體中存在是共價鍵。15/444、原子晶體熔、沸點比較規(guī)律對于原子晶體，普通來說，原子間鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，物質(zhì)熔沸點越高，硬度越大。16/44思索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。思索4怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度了解金剛石、碳化硅和鍺熔點和硬度依次下降？因為結(jié)構(gòu)相同原子晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體熔點越高，所以熔點和硬度有以下關(guān)系：金剛石＞碳化硅＞鍺。17/44【總結(jié)】非金屬單質(zhì)是原子晶體還是分子晶體判斷方法（1）依據(jù)組成晶體粒子和粒子間作用判斷：原子晶體粒子是原子，質(zhì)點間作用是共價鍵；分子晶體粒子是分子，質(zhì)點間作用是范德華力。（2）記憶常見、經(jīng)典原子晶體。（3）依據(jù)晶體熔點判斷：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)baidu以下至很低溫度。（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。

18/44石墨晶體結(jié)構(gòu)知識拓展－石墨19/44（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。20/44思索：（1）石墨為何很軟？（2）石墨熔沸點為何很高？石墨熔點為何高于金剛石？（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，輕易滑動，所以石墨很軟。它們都有很強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共價鍵（大π鍵），C-C鍵長比金剛石短，鍵強度大，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3550482721/44例1.氮化硅（Si3N4）是一個新型耐高溫耐磨材料，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

經(jīng)典例題A22/44單質(zhì)硼有沒有定形和晶體兩種，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正二十面體，其中有20個等邊三角形面和一定數(shù)目標頂點，每個頂點上各有1個B原子。經(jīng)過視察圖形及推算，此晶體結(jié)構(gòu)單元由_____個硼原子組成。其中B—B鍵鍵角為_______。23/44分析：晶體硼熔、沸點和硬度都介于晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si均為原子晶體，B與C相鄰與Si處于對角線處，則晶體硼也為原子晶體。又因晶體硼中三角形面為正三角形，所以鍵角為60°答案：原子，晶體硼含有很高熔沸點和很大硬度；12，60°

24/44第三節(jié)

第二課時分子晶體25/44觀察與思索：

以下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)26/44二、分子晶體1、概念分子間以分子間作用力（范德華力，氫鍵）相結(jié)合晶體叫分子晶體（1）組成份子晶體粒子是分子。（2）粒子間相互作用是分子間作用力。（3）范德華力遠小于化學(xué)鍵作用；（4）分子晶體熔化破壞是分子間作用力。27/44分子晶體有哪些物理特征，為何？思考與交流28/44(1)較低熔點和沸點，易升華；(2)較小硬度；(3)普通都是絕緣體，熔融狀態(tài)也不導(dǎo)電。原因：分子間作用力較弱2、物理特征：29/443、經(jīng)典分子晶體：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30/444、分子晶體結(jié)構(gòu)特征只有范德華力，無分子間氫鍵——分子密堆積每個分子周圍有12個緊鄰分子，如：C60、干冰、I2、O2有分子間氫鍵——不含有分子密堆積特征如：HF、冰、NH3

31/44分子密堆積（與每個分子距離最近相同分子共有12個）氧（O2）晶體結(jié)構(gòu)碳60晶胞32/44分子密堆積（與CO2分子距離最近CO2分子共有12個）干冰晶體結(jié)構(gòu)圖33/44冰中１個水分子周圍有４個水分子冰結(jié)構(gòu)氫鍵含有方向性分子非密堆積34/44思索：1mol冰周圍有？mol氫鍵冰中１個水分子周圍有４個水分子形成什么空間構(gòu)型？35/44〖歸納關(guān)鍵點〗分子密度取決于晶體體積，取決于緊密堆積程度，分子晶體緊密堆積由以下兩個原因決定：（1）范德華力（2）分子間氫鍵36/445、分子晶體熔、沸點高低比較規(guī)律分子晶體要熔化或汽化都需要克服分子間作用力。分子間作用力越大，物質(zhì)熔化和汽化時需要能量就越多，物質(zhì)熔、沸點就越高。所以，比較分子晶體熔、沸點高低，實際上就是比較分子間作用力（包含范力和氫鍵）大小。37/44（1）組成和結(jié)構(gòu)相同物質(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，極性分子范德華力大，熔沸點高，如CO>N2（3）含有氫鍵，熔沸點較高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3

（4）在烷烴同分異構(gòu)體中，普通來說，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)上同分異構(gòu)體普通按照“鄰位>間位>對位”次序。38/44〖思索1〗是不是在分子晶體中分子間只存在范德華力？〖思索2〗為何冰融化為水時,密度增大？不對，分子間氫鍵也是一個分子間作用力，如冰中就同時存在著范德華力和氫鍵。在冰晶體中,每個分子周圍只有4個緊鄰水分子,因為水分子之間主要作用力是氫鍵,氫鍵跟共價鍵一樣含有方向性,即氫鍵存在迫使在四面體中心每個水分子與四面體頂角方向4個相鄰水分子相互吸引,這一排列使冰晶體中水分子空間利用率不變,留有相當(dāng)大空隙。當(dāng)冰剛才融化為液態(tài)水時,熱運動使冰結(jié)構(gòu)部分解體,水分子間空隙減小,密度反而增大。39/44〖思索3〗為何干冰熔沸點比冰低，密度卻比冰大？因為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。因為分子間作用力尤其是氫鍵方向性，造成晶體中有相當(dāng)大空隙，所以相同情況下體積較大因為CO2分子相對分子質(zhì)量>H2O，所以干冰密度大。40/44科學(xué)視野：籠裝化合物20世紀末，科學(xué)家發(fā)覺海底存在大量天然氣水合物晶體。這種晶體主要氣體成份是甲烷，因而又稱甲烷水合物。它外形像冰，而且在常溫常壓下會快速分解釋放出可燃甲烷，因而又稱“可燃冰”………41/44籠裝化合物42/44思索與交流CO2和SiO2