分子晶體與原子晶體 (2)課件

第二節(jié)分子晶體回顧:1、什么叫晶體？什么叫非晶體？2、晶體與非晶體在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上有什么差異？3、利用分?jǐn)偡ㄓ嬎憔О辛Ｗ訑?shù)目碘晶體結(jié)構(gòu)干冰晶體結(jié)構(gòu)觀察與思考：

下列兩種晶體有什么共同點(diǎn)？NaCl晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合表格和已有知識,分析:分子晶體有哪些物理特性？為什么?思考與交流2、物理特性：(1)較低的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，易升華；分子晶體熔、沸點(diǎn)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(diǎn)就越高。因此，比較分子晶體的熔、沸點(diǎn)高低，實(shí)際上就是比較分子間作用力（包括范力和氫鍵）的大小。（2）在烷烴的同分異構(gòu)體中，一般來說，支鏈數(shù)越多，______________。如沸點(diǎn)：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“____________________”的順序。熔沸點(diǎn)越低鄰位>間位>對位原因：分子間作用力較弱2、物理特性：(1)較低的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，易升華；(3)一般都是絕緣體，熔融狀態(tài)也不導(dǎo)電。有些在水溶液中可以導(dǎo)電.(2)較小的硬度；注:①分子間作用力越大,熔沸點(diǎn)越高(相對分子質(zhì)量,分子極性,氫鍵)②分子晶體熔化時一般只破壞分子間作用力,不破壞化學(xué)鍵,也有例外,如S85、典型的分子晶體：（1）所有非金屬氫化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX（2）部分非金屬單質(zhì):X2，O2，H2，S8，N2P4，C60

（3）部分非金屬氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6，P4O10（4）幾乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4（5）絕大多數(shù)有機(jī)物的晶體：乙醇，冰醋酸，蔗糖（6）稀有氣體6、分子晶體結(jié)構(gòu)特征（1）密堆積（2）非密堆積

只有范德華力，無分子間氫鍵——分子密堆積。這類晶體每個分子周圍一般有12個緊鄰的分子，如：C60、干冰、I2、O2。分子的密堆積氧（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在冰的晶體中，每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子。盡管氫鍵比共價鍵弱得多，不屬于化學(xué)鍵，卻跟共價鍵一樣具有方向性，即氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子相互吸引。這一排列使冰晶體中的水分子的空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙。當(dāng)冰剛剛?cè)诨癁橐簯B(tài)水時，熱運(yùn)動使冰的結(jié)構(gòu)部分解體，水分子間的空隙減小，密度反而增大，超過4℃時，才由于熱運(yùn)動加劇，分子間距離加大，密度漸漸減小。思考：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？水分子間存在著氫鍵的作用，使水分子彼此結(jié)合而成（H2O）n。在冰中每個水分子被4個水分子包圍形成變形的正四面體，通過“氫鍵”相互連接成龐大的分子晶體1mol冰中有2mol氫鍵？〖思考2〗為何干冰的熔沸點(diǎn)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(diǎn)比干冰高。

由于分子間作用力特別是氫鍵的方向性，導(dǎo)致晶體冰中有相當(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?！?xì)w納要點(diǎn)〗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

原子晶體具備以上物理性質(zhì)的原因:____________________________ 原子晶體的化學(xué)式是否可以代表其分子式____________原因___________________原子晶體中存在較強(qiáng)的共價鍵不易被破壞。否原子晶體是一個三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無小分子存在。4、原子晶體熔、沸點(diǎn)比較規(guī)律 在共價鍵形成的原子晶體中，原子半徑小的，鍵長短，鍵能大，晶體的熔、沸點(diǎn)高。如：金剛石>碳化硅>晶體硅〖思考〗為何金剛石的熔沸點(diǎn)高于硅？C-C鍵能大于Si-Si和Ge-Ge鍵，難破壞〖思考〗為何CO2熔沸點(diǎn)低？而破壞CO2分子卻比SiO2更難？

因?yàn)镃O2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(diǎn)高。 破壞CO2分子與SiO2時，都是破壞共價健，而C-O鍵能>Si-O鍵能，所以CO2分子更穩(wěn)定。6、常見原子晶體（1）某些非金屬單質(zhì)：硼（B）、硅（Si）、鍺（Ge）、金剛石（C）等（2）某些非金屬化合物：SiC、BN等（3）某些氧化物：SiO2、

等109o28′金剛石的晶體結(jié)構(gòu)示意圖共價鍵思考：（1）在金剛石晶體中,C采取什么雜化方式？每個C與多少個C成鍵？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)？（2）在金剛石晶體中，C原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為多少？（3）12克金剛石中C—C鍵數(shù)為多少NA？7、典型的原子晶體金剛石的結(jié)構(gòu)特征：在金剛石晶體里①每個碳原子都采取SP3雜化，以共價鍵跟4個碳原子結(jié)合，形成正四面體。②這些正四面體向空間發(fā)展，構(gòu)成一個堅實(shí)的，彼此聯(lián)結(jié)的空間網(wǎng)狀晶體。③金剛石晶體中所有的C—C鍵長相等，鍵角相等（109°28’）；④晶體中最小的碳環(huán)由6個碳組成，且不在同一平面內(nèi)；⑤晶體中C原子與C—C鍵數(shù)之比為1：2金剛石的多面體外形、晶體結(jié)構(gòu)和晶胞示意圖180o109o28′Sio二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)示意圖共價鍵180o109o28′Sio二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)示意圖共價鍵109o28′金剛石的晶體結(jié)構(gòu)示意圖共價鍵思考1：在SiO2晶體中每個硅原子周圍緊鄰的氧原子有多少個？每個氧原子周圍緊鄰的硅原子有多少個？在SiO2晶體中硅原子與氧原子個數(shù)之比是多少？思考2：1mol二氧化硅的晶體含幾摩的Si-O鍵3:在二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)中,最小的環(huán)由幾個原子構(gòu)成?SiO2的結(jié)構(gòu)特征：在SiO2晶體中①每個Si原子周圍結(jié)合4個O原子；每個O原子跟2個Si原子相結(jié)合。SiO2晶體是由Si原子和O原子按1：2的比例所組成的立體網(wǎng)狀的晶體。②最小的環(huán)是由6個Si原子和6個O原子組成的12元環(huán)。③1molSiO2中含4molSi—O鍵解釋：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(diǎn)越高金剛石＞硅＞鍺學(xué)與問

1、怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石、硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度依次下降？2、“具有共價鍵的晶體叫做原子晶體”。這種說法對嗎？為什么？小結(jié)1：分子晶體與原子晶體的比較晶體類型原子晶體分子晶體概念組成微粒

作用力熔沸點(diǎn)硬度溶解性導(dǎo)電性相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分子間以分子間作用力結(jié)合原子分子共價鍵分子間作用力很大較小很大較小不溶于任何溶劑部分溶于水不導(dǎo)電，個別為半導(dǎo)體固體和熔化狀態(tài)都不導(dǎo)電，部分溶于水導(dǎo)電小結(jié)2：判斷晶體類型的方法1、依據(jù)組成晶體的微粒和微粒間的作用力判斷：構(gòu)成原子晶體的微粒是原子，原子間的作用力是共價鍵，構(gòu)成分子晶體的微粒是分子，分子之間的作用力是分子間作用力。2、依據(jù)物質(zhì)的分類判斷3、依據(jù)晶體的熔點(diǎn)判斷：原子晶體的熔點(diǎn)高，一般在1000℃以上，分子晶體的熔點(diǎn)低，常在幾百度以下甚至更低4、依據(jù)導(dǎo)電性判斷：分子晶體為非導(dǎo)體，部分分子溶于水能導(dǎo)電，原子晶體多為非導(dǎo)體，有些為半導(dǎo)體，如：硅、鍺5、依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷：原子晶體硬度大，分子晶體硬度小石墨晶體結(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。石墨1、石墨為什么很軟？2、石墨的熔沸點(diǎn)為什么很高（熔點(diǎn)高于金剛石）？3、石墨屬于哪類晶體？為什么？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。石墨為混合鍵型晶體。它們都有很強(qiáng)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(qiáng)的共價鍵（大π鍵），C-C鍵長比金剛石的短，鍵的強(qiáng)度大，故其熔點(diǎn)金剛石高。熔點(diǎn)（℃）沸點(diǎn)（℃）石墨36524827金剛石35504827例4：石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)為平面正六邊形結(jié)構(gòu)，試回答下列問題：（1）圖中平均每個正六邊形占有C原子數(shù)為____個、占有的碳碳鍵數(shù)為____個。（2）層內(nèi)7個六元環(huán)完全占有的C原子數(shù)為_____個，碳原子數(shù)目與碳碳化學(xué)鍵數(shù)目之比為_______.142:323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(diǎn)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?？赏茢嗵蓟钁?yīng)在Si與C之間。三種原子晶體，空間結(jié)構(gòu)相似，熔點(diǎn)決定于它們的鍵長與鍵能，故熔點(diǎn)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(diǎn)>382316832573沸點(diǎn)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(diǎn)，每個頂點(diǎn)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(diǎn)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。晶體硼每個三角形的頂點(diǎn)被5個三角形所共有，所以，此頂點(diǎn)完全屬于一個三角形的只占到1/5，每個三角形中有3個這樣的點(diǎn)，且晶體B中有20個這樣的三角形，因此，晶體B中這樣的頂點(diǎn)