高二化学《分子晶体与原子晶体》ppt课件.ppt

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1、第二节 分子晶体与原子晶体,教学目标1.掌握分子晶体的概念、构成微粒、微粒间的作用、物理性质、常见的分子晶体。2.理解分子晶体类型与性质的关系。3.掌握典型分子晶体干冰晶胞的结构特点能力目标1.培养空间想像能力和进一步认识“物质结构决定物质性质”的客观规律。教学重、难点1.理解分子晶体类型与性质的关系。,回顾:1、利用分摊法计算晶胞中粒子数目,第1课时,体心：1,面心： 1/2,棱边： 1/4,顶点：1/8,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,2、组成微粒：,分子,3、粒子间作用力：,相邻分子间靠分子间作用力或氢键相互吸引，分子内原子间以共价键结合,

2、1.定义：,只含分子的晶体，叫做分子晶体。如干冰、冰等共价化合物,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,原因：分子间作用力较弱,4、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；,.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S8,注:,.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),5、典型的分子晶体：,（5）绝大多数有机物的晶体：,（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：,H2O，

3、H2S，NH3，CH4，HX等,X2，O2，H2， S8，P4，C60 ，稀有气体等,CO2， SO2， NO2，P4O6， P4O10等,乙醇，冰醋酸，蔗糖,H2SO4，HNO3，H3PO4,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,冰中个水分子周围有个水分子,冰的结构,氢键具有方向性,分子的非密堆积,6、分子晶体结构特征,（1）密堆积,有分子间氢键氢键具有方向性,使晶体中的空间利率不高,留有相当大的空隙.这种晶体不具有分子密堆积特征。如：HF 、NH3、冰（每个水分子周围只有4个紧邻的水分子）。,（2

4、）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。,资料卡片P67（冰灯）,2Mg+CO2=2MgO+C,点燃,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Cl28H20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8CH446H2O。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,1.分子晶体：由分子构成。小结: 相邻分

5、子靠分子间作用力相互吸引2.分子晶体物性：低熔点、升华、硬度很小等3.常见分子晶体分类：4.分子晶体结构特征,（）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（）不具有分子密堆积特征（如：HF .冰.NH3 ）,(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。,1、下列物质属于分子晶体的化合物是（ ）A、石英 B、硫磺 C、干冰 D、食盐,C,练习,2、干冰气化时，下列所述内容发生变化的是A、分子内共价键 B、分子间作用力C、分子键距离 D、分子间的氢键,BC,3、冰醋酸固

6、体中不存在的作用力是（ ）A、离子键 B、极性键 C、非极性键 D、范德华力,A,4、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，其结构如图：试分析：,1mol 冰中有 mol氢键？H2O的熔沸点比H2S高还是低？为什么？已知氢键也有方向性，试分析为什么冬季河水总是从水面上开始结冰？,2,氢键,由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶点的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上,7. 要数出一个CO2周围紧邻多少个CO2，可以以教科书图3-12中的

7、任一顶点为体心在其周围“无隙并置”八个CO2晶胞，周围紧邻的CO2分子数为12个。 或利用晶胞进行数学计算：与任意顶点CO2紧邻的CO2是该顶点所处面的面心，共有三个分子。若以该顶点形成立方体，则需要八个与此相同的晶胞，则由38=24个紧邻CO2，但每一个CO2都属于两个晶胞，所以总数应为: 242=12个。,P72 习题 7,第课时原子晶体,3.2分子晶体与原子晶体,教学目标,知识与能力1、掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体和分子晶体。2、了解金刚石等典型原子晶体的结构特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。教学难点重点原子晶体的结构与性质的关系,复习提问：1、什么是分子

8、晶体？试举例说明。2、分子晶体通常具有什么样的物理性质？3、典型的分子晶体有哪些？,讨论：,CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较判断SiO2晶体是否属于分子晶体。,熔 点,沸 点,干 冰（CO2）,-56.2,-78.4,SiO2,1723,2230,状态（室温）,干冰的晶体结构图,180,10928,Si,O,共价键,二氧化硅晶体结构示意图,思考,1.构成以上晶体的粒子是什么?2.粒子间通过什么样的作用力联系在一起?3.以上晶体结构在整体上有什么共同特点?,二.原 子 晶 体,原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体(又称共价晶体)。,2、原子晶体的构成微粒和作用力：,1

9、、定义：,(1)构成微粒是：,(2)作用力：,注：原子晶体中不存在分子,原子,共价键,3、气化或熔化时破坏的作用力：,共价键,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？,(1)熔沸点高,4、物理特性：,原子晶体的熔沸点随着共价键的增强而升高,注：,5、典型的原子晶体,（1）某些非金属单质，如B,Si,Ge,金刚石.,（2）某些非金属化合物，如氮化硼(BN)碳化硅（ SiC,俗称金刚砂）, 二氧化硅晶体, -Al2O3,(2)硬度大,(3)难溶于一般溶剂,（4）一般不导电,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。碳、硅、锗原子半径依次增大，键长依次增大，键

10、的强度依次减弱。故它们熔点和硬度依次下降。即金刚石硅锗,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？,干冰晶体中就含有共价键,而它是分子晶体.,第3课时,3.2分子晶体与原子晶体,教学目标,知识与能力 了解金刚石等典型原子晶体的结构特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。教学难点重点原子晶体的结构与性质的关系,10928,共价键,返回,金刚石 的晶体结构模型,晶体硅 的晶体结构模型,硅原子,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

11、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CC键数之比为多少？ （3）12克金刚石中CC键数为多少NA？,6、金刚石和二氧化硅的结构特征,（1）金刚石的结构特征,在金刚石晶体里,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。,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。,金刚石晶体中所有的CC键长相等，键角相等（10928）。,晶体中每个C参与了4条CC键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与CC键数之比为：1

12、：（4 x ）= 1：2,晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内。, 12克金刚石中CC键数为2NA,Si,o,二氧化硅 的晶体结构模型,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？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SiO共价键个数之比是多少？氧原子个数与SiO共价键个数之比是多少？思考2 1mol SiO2中含多少mol SiO键思考3： SiO2晶体中存在SiO2小分子吗？ SiO2能不能叫做分子式？思考4:在二氧化硅的晶体结构中,最小

13、的环由几个原子构成?,每个Si原子周围结合4个O原子形成4个共价键，同时，每个O原子跟2个Si原子相结合形成2个共价键。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）SiO2晶体的结构特征：, 1mol SiO2中含4mol SiO键,SiO2不能叫做分子式,在SiO2晶体中,最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。,三、晶体类型的判断方法,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。,熔沸点和硬度；(高：原子晶体；中：离子晶体；低：分

14、子晶体)熔融状态的导电性。,有无金属离子？(有：离子晶体)是否属于“四种原子晶体”？以上皆否定，则多数是分子晶体。,2.从组成上判断（仅限于中学范围）：,3.从性质上判断：,溶解性。,分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较,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，部分水溶液导电,不导电,个别为半导体,相似相溶,难溶于常见溶剂,资料卡片:P69了解某些原子晶体的熔点和硬度。科学视野：P69-70了解金刚石的单晶的多面体外形和形成。科学史话：P71了解谁证明了金刚石是碳？,资料卡片：P76,一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至

15、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,石墨的晶体结构图,返回,石墨,1、石墨为什么很软？ 2、石墨的熔沸点为什么很高（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。,石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键，故熔沸点很高。,石墨为混合键型晶体。,混合型晶体,小结：金刚石、石墨的比较,每个环中,正四面体空间

16、网状,六边形平面层状,共价键,共价键与范德华力,个原子不同面,个原子同面,6*1/2=3,6*1/2=3,6*1/4=3/2,6*1/3=2,练习1、金刚石（晶体硅结构与此类似）,（1）由图中观察可知：每个碳原子被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子接个，形成四面体。这些四面体向空间发展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状晶体。每个 C-C键长相等，键角均为109。28。,（2）晶体中最小环由_个C组成且不共面。,6,（3）晶体中C原子数与C-C 键数之比为：*/：*/：,2、如右图所示，在石墨晶体的层状结构中，每一个最小的碳环完全拥有碳原子数为_，每个碳环完全拥有CC数为_,石墨中CC

17、夹角为120， CC键长为 1.421010 m层间距 3.35 1010 m,2,3,白球表示 硅原子,SiO2平面结构,3、利用金刚石的结构来推断SiO2的空间结构,SiO2最小的环有几个原子组成？,金刚石的结构,12个（6个硅 6个氧）,4、最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右图所示。顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，则它的分子式是 ( ) ATiC BTi4C4， CTi14C13 DTi13C14,防止类推中的失误,C,5、分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型：A、碳化铝，黄色晶体，熔点2200，熔融态不导电；_B、溴化铝，无色晶体，熔点

18、98 ，熔融态不导电；_C、五氟化钒，无色晶体，熔点19.5，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中；_D、物质A，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电_,分子晶体,分子晶体,原子晶体,离子晶体,再见,四、晶体类型的判断,从组成上判断（仅限于中学范围）：有无金属离子？(有：离子晶体)是否属于“四种原子晶体”？以上皆否定，则多数是分子晶体。从性质上判断：熔沸点和硬度；(高：原子晶体；中：离子晶体；低：分子晶体)熔融状态的导电性。(导电：离子晶体),五、原子晶体结构的计算,1、分析石墨结构中碳原子数与碳碳键数目比,故正六边形中的碳碳键数为61/2=3,解析：我们可以先选取一个正六边形,此结构中的碳原子数为6,一个

19、碳原子被三个六元碳环共用，,正六边形中的碳原子数为61/3=2。,六边形中的任一条边（即碳碳键）均被2个正六边形共用，,所以碳原子数与碳碳键数目比为2:3。,2. 在金刚石的网状结构中， 含有由共价键形成的碳原子环， 其中最小的环上有_(填数字)个碳原子，每个碳原子上的任意两个CC键的夹角都是_ (填角度) 金刚石结构中，一个碳原子与 个碳原子成键，则每个碳原子实际形成的化学键为 ； amol金刚石中，碳碳键数 mol。,4,2,2a,6,10928,3、已知金刚石的晶胞如图，金刚石中C-C键长为1.5510-8cm,求金刚石的晶体密度？,课堂练习题,下列不存在化学键的晶体是：A.硝酸钾 B.干冰 C.石墨 D.固体氩常温常压下为分子晶体的是：A.碘 B.水 C. 硫酸铵 D.干冰晶体中的一个微粒周围有6个微粒，这种晶体是：A.金刚石 B.石墨 C.干冰 D.氯化钠,D,A,D,10928,共价键,金刚石的晶体结构示意图,