人教版化学选修三分子晶体与原子晶体课件36页

第三节 分子晶体与原子晶体回顾回顾: :1 1、什么叫晶体？什么叫非晶体？、什么叫晶体？什么叫非晶体？2 2、晶体与非晶体在结构和性质上有什么差异？、晶体与非晶体在结构和性质上有什么差异？3 3、利用分摊法计算晶胞中粒子数目、利用分摊法计算晶胞中粒子数目观察思考l请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体：水晶碘晶体结构碘晶体结构干冰晶体结构干冰晶体结构NaCl晶体结构晶体结构一5 5、典型的分子晶体：、典型的分子晶体：氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞6 6、分子晶体结构特征、分子晶体结构特征（1 1）密堆积）密堆积 有分子间氢键有分子间氢键氢键具有方向性氢键具有方向性,使晶体中使晶体中的空间利率不高的空间利率不高,留有相当大的空隙留有相当大的空隙.这种晶体不这种晶体不具有分子密堆积特征。如具有分子密堆积特征。如：HF 、NH3、冰（每、冰（每个水分子周围只有个水分子周围只有4个紧邻的水分子）。个紧邻的水分子）。（2 2）非密堆积）非密堆积 只有范德华力，无分子间氢键只有范德华力，无分子间氢键分子密分子密堆积。这类晶体每个分子周围一般有堆积。这类晶体每个分子周围一般有12个紧个紧邻的分子，如：邻的分子，如：C60、干冰、干冰 、I2、O2。 许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发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现这类水合物晶体的是1919世纪初的英国化学家世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为戴维，他发现氯可形成化学式为ClCl2 28H8H2 20 0的水合的水合物晶体。物晶体。2020世纪末，科学家发现海底存在大量世纪末，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天然气水合物晶体。这种晶体的主要气体成分是甲烷，是甲烷， 因而又称甲烷水合物。它的外形像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，因而又称的甲烷，因而又称“可燃冰可燃冰” 科学视野：天然气水合物科学视野：天然气水合物一种潜在的能源一种潜在的能源4、水分子间存在着氢键的作用，使、水分子间存在着氢键的作用，使水分子彼此结合而成（水分子彼此结合而成（H2O）n。在。在冰中每个水分子被冰中每个水分子被4个水分子包围形个水分子包围形成变形的正四面体，通过成变形的正四面体，通过“氢键氢键”相相互连接成庞大的分子晶体，其结构如互连接成庞大的分子晶体，其结构如图：试分析：图：试分析：1mol 冰中有冰中有 mol氢键？氢键？H2O的熔沸点比的熔沸点比H2S高还是低？为高还是低？为什么？什么？2氢键氢键 讨论讨论COCO2 2和和SiOSiO2 2的一些物理性质如下所示，通过的一些物理性质如下所示，通过比较，判断比较，判断SiOSiO2 2晶体是否属于分子晶体晶体是否属于分子晶体。熔点熔点/oC状态（室温）状态（室温）CO2-56.2气态气态SiO21723固态固态结论：结论：SiO2不是分子晶体。不是分子晶体。那么那么SiO2是什么晶体呢？是什么晶体呢？在冰的晶体中，每个水分子周围只有在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。个紧邻的水分子。尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键，却跟共价键一尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键，却跟共价键一样具有方向性，即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水样具有方向性，即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。这一个相邻水分子相互吸引。这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部的空隙。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。可燃冰二、原子晶体二、原子晶体 1 1、定义：原子间以共价键相结合而形成、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。的空间网状结构的晶体。 2 2、构成微粒：原子、构成微粒：原子 3 3、微粒之间的作用：、微粒之间的作用： 4 4、气化或熔化时破坏的作用力：、气化或熔化时破坏的作用力： 5 5、物理性质：、物理性质： 熔沸点高，硬度大，难溶于一般溶剂。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）（共价键键能越大，熔沸点越高，硬度越大）共价键共价键共价键共价键6、常见原子晶体、常见原子晶体（1）某些非金属单质：硼（）某些非金属单质：硼（B）、硅）、硅（Si）、锗（）、锗（Ge）、金刚石（）、金刚石（C）等）等（2）某些非金属化合物：）某些非金属化合物：SiC、BN等等（3）某些氧化物：）某些氧化物：SiO2、 等等10928 共价键共价键思考：思考： （1）在金刚石晶体中）在金刚石晶体中,C采取什采取什么杂化方式？每个么杂化方式？每个C与多少个与多少个C成成键？最小碳环由多少个碳原子组键？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？成？它们是否在同一平面内？ （2）在金刚石晶体中，）在金刚石晶体中，C原子原子个数与个数与CC键数之比为多少？键数之比为多少？ （3）12克金刚石中克金刚石中CC键数键数为多少为多少NA？7 7、典型的原子晶体、典型的原子晶体金刚石的结构特征金刚石的结构特征：在金刚石晶体里：在金刚石晶体里每个碳原子都采取每个碳原子都采取SP3杂化，以共价键跟杂化，以共价键跟4个碳原子个碳原子结合，形成正四面体，。结合，形成正四面体，。这些正四面体向空间发展，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。构成一个坚实的，彼此联结的空间网状晶体。金刚金刚石晶体中所有的石晶体中所有的CC键长相等，键角相等键长相等，键角相等（10928）；）；晶体中最小的碳环由晶体中最小的碳环由6个碳组成，且个碳组成，且不在同一平面内；不在同一平面内；晶体中晶体中C原子与原子与CC键数之比为：键数之比为：1：218010928Sio共价键共价键18010928Sio下一页共价键10928 返回共价键思考思考1：在：在SiO2晶体中每个硅原子周围紧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？在邻的硅原子有多少个？在SiO2晶体中硅晶体中硅原子与氧原子个数之比是多少？原子与氧原子个数之比是多少？思考思考2：1mol二氧化硅的晶体含几摩的二氧化硅的晶体含几摩的Si-O 键3:在二氧化硅的晶体结构中在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由最小的环由几个原子构成几个原子构成?SiO2的结构特征的结构特征：在：在SiO2晶体中晶体中每每个个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子；每个原子；每个O原子跟原子跟2个个Si原子相结合。原子相结合。SiO2晶体是晶体是由由Si原子和原子和O原子按原子按1：2的比例所组成的比例所组成的立体网状的晶体。的立体网状的晶体。最小的环是由最小的环是由6个个Si原子和原子和6个个O原子组成的原子组成的12元环。元环。1mol SiO2中含中含4mol SiO键键解释：结构相似的原子晶体，原子半径越解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高金刚石硅锗金刚石硅锗学与问学与问 1 1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅、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？和锗的熔点和硬度依次下降？2 2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗？为什么这种说法对吗？为什么？晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体概念概念组成微粒组成微粒 作用力作用力熔沸点熔沸点硬度硬度溶解性溶解性导电性导电性知识拓展石墨知识拓展石墨石墨 1 1、石墨为什么很软？、石墨为什么很软？2 2、石墨的熔沸点为什么很高（熔点高于金刚石）？、石墨的熔沸点为什么很高（熔点高于金刚石）？石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，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。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。存在很强的共价键，故熔沸点很高。石墨为混合键型晶体石墨为混合键型晶体。例例4：石墨晶体的层状结构，层石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构，试回内为平面正六边形结构，试回答下列问题：答下列问题：（1）图中平均每个正六边形占）图中平均每个正六边形占有有C原子数为原子数为_个、占有的碳个、占有的碳碳键数为碳键数为_个。个。（2）层内）层内7个六元环完全占有个六元环完全占有的的C原子数为原子数为_个，碳原子个，碳原子数目与碳碳化学键数目之比为数目与碳碳化学键数目之比为_.142:323