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人教版高中化学选修三 3.2.分子晶体与原子晶体(课件1)

1、第二节 分子晶体,学.科.网,回顾 :晶体和非晶体的差异,具有规则的几何外形,有,粒子在三维空间周期性有序排列,各向异性,固定,不具有规则的几何外形,没有,粒子排列相对无序,各向同性,不固定,微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列,立方晶胞,体心:,1,面心:,1/2,棱边:,1/4,顶点:,1/8,晶胞:描述晶体结构的基本单元,晶胞中原子个数的计算均摊法,下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图,其中有多少个分子?原子? 每个CO2分子相邻的分子有多少个?,碘晶体结构,干冰晶体结构,观察与思考: 下列两种晶体有什么共同点?,NaCl晶体结构,一、分子晶体,2、组成微粒:,分子,3、粒子间作用力

2、:,分子内原子间以共价键结合,相邻分子间靠分子间作用力或氢键相互吸引,有单个分子存在,化学式就是分子式不能使用均摊法,分子晶体有时无化学键,例如稀有气体是单原子分子,注意:,例:最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,如下图所示,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,它的化学式是 。,解析:由于本题团簇分子指的是一个分子的具体结构,并不是晶体中的最小的一个重复单位,不能采用均摊法分析,所以只需数出该结构内两种原子的数目就可以了。,Ti14C13,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

3、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;,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) 分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力和氢键,不破坏化学键,也有例外,如S8,(4) 符合相似相溶;,干冰,干冰(CO2的晶体)硬度与冰相似,但熔点比冰低,常压下极易升华,用作制冷剂。干冰分子间只存在范德华力不存在氢键,是分子密堆积,故密度比冰的高。,5、典型的分子晶体:,(1)所有非金属氢化物:H2O,NH3,CH4, HX (2)部分非金属单质:X2,O2, S8,P4,C60 (3)部分非金属氧化物: CO2, NO2

4、,P4O6, (4)几乎所有的酸:H2SO4,HNO3,H3PO4 (5)绝大多数有机物:乙醇,冰醋酸, 蔗糖,zxxkw,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)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

5、一般有12个紧邻的分子,如:C60、干冰 、I2、O2。,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。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,小结:,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, (

6、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。 晶体分子结构特征 ()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 ()有分子间氢键不具有分子密堆积特征 (如:HF 、冰、NH3 ),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

7、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,zxxkw,回顾:,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:低熔点、升华、硬度很小等。 3、常见分子晶体分类:(1)所

8、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。 晶体分子结构特征 ()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 ()有分子间氢键不具有分子密堆积特征 (如:HF 、冰、NH3 ),1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体,分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键;C60分子只含有五边形和六边形;碳与碳之间既有单键又有双键,每个碳原子仍然满足四个价键饱和;多面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧

9、拉定理:顶点数+面数-棱边数=2。 请回答: (1)一个C60分子中有几个五边形和几个六边形? (2)一个C60分子中有多少个C=C? (3)已知C70分子的结构模型也遵循C60的那些规律,请确定C70分子结构中上述几项参数。,先求棱边数:每个顶点伸出三条棱,而每条棱又总是由两个顶点共有,所以,每个顶点单独伸出的棱有31/2=1.5条,60个顶点共伸出的棱为601.5=90条。,依据欧拉定理可写出:60+x+y-90=2 ,依据棱边数守恒:(5x+6y)/2=90 ,联立解得 x=12,y=20,解析: (1)设C60分子中含有x个五边形和y个六边形,也可根据顶点数守恒:5/3x+2y=60

10、,(2)设一个C60分子中含的C-C单键数和C=C双键数分别为a、b,,则根据棱边守恒有:a+b=90 ,利用价电子守恒:2a+4b=60 4 联立解得:a=60,b=30,即C60中含的双键数为30,第二节 原子晶体,思考与交流,比较CO2和SiO2的一些物理性质和结构,试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。,二、原子晶体 1、定义:原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。 2、构成微粒: 3、微粒之间的作用: 4、气化或熔化时破坏的作用力: 5、物理性质: 熔沸点高,硬度大,难溶于一般溶剂。 (共价键键能越大,熔沸点越高,硬度越大),原子,共价键,共价键,6、常见原子晶体 (1)某些

11、非金属单质:硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、金刚石(C)等 (2)某些非金属化合物:SiC、BN等 (3)某些氧化物:SiO2、Al2O3等,7、原子晶体结构 无单个分子,原子间以共价键相连,无分子式,只有化学式; 化学式为原子个数比,10928,金刚石的晶体结构示意图,共价键,zxxkw,金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图,8、典型的原子晶体 (1) 金刚石 每个C周围有 个C,围成空间 图形 C的杂化轨道类型是 。 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。 C原子与碳碳键之比为( ) 最小碳环为( )且不共面 一个C-C键被 个环共用,每个环平均有 个C-C

12、键 一个C原子被 个环共用,每个环平均有 个C原子,4,正四面体,SP3杂化,1:2,六元环,6,12,1/2,1,金刚石是 晶胞,一个晶胞中平均含有 个原子。,面心立方,8,晶体硅结构与金刚石相似,键长不同,180,10928,Si,o,二氧化硅的晶体结构示意图,共价键,(2)SiO2原子晶体 每个Si周围有 个O,每个O周围有 个Si Si周围的Si围成空间 图形 1mol SiO2中共价键为( )mol 最小环上有( )个原子 每个Si被 个环共用,每个氧被 个环共用 每个最小环平均拥有 个Si 个O原子,4,2,正四面体,4,12,12,6,1/2,1,zxxkw,1、怎样从原子结构的

13、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?,探究思考,小结2:判断晶体类型的方法,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。 2、依据物质的分类判断 3、依据晶体的熔点判断:原子晶体的熔点高,一般在1000以上,分子晶体的熔点低,常在几百度以下甚至更低 4、依据导电性判断:分子晶体为非导体,部分分子溶于水能导电,原子晶体多为非导体,有些为半导体,如:硅、锗 5、依据硬度和机械性能判断:原子晶体硬度大,分子晶体硬度小,莫氏硬度

14、是表示矿物硬度的一种标准,1824年由德国矿物学家莫斯(Frederich Mohs)首先提出。确定这一标准的方法是,用棱锥形金刚石钻针刻划所试矿物的表面而产生划痕,用测得的划痕的深度来表示硬度。,资料 莫氏硬度,小结1:分子晶体与原子晶体的比较,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,很大,较小,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,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。

15、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,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(大键),故熔沸点很高。,石墨为混合键型晶体。,例、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C完全拥有CC数为_,石墨中CC夹角为120, CC键长为 1.421010 m层间距 3.35 1010 m,2,3,小结:金刚石、石墨的比较,每个环中,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,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=2,3、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_,