高中化学选修三《第三章 分子晶体原子晶体》课件

---分子间作用力强弱
【问题探究】
1.水的相对分子质量小于硫化氢的，但为什么水分子的 熔点比H2S分子的高？ 2.分子晶体是否导电？什么条件下可以导电？ 3.怎样判断分子晶体的溶解性？ 4.冰的密度为何比水小？ 0--4℃ 水的密度增大 4℃以上 水的密度减小 为什么？ 5.为何干冰的熔点比冰低，密度比冰高？
第三章
第二节
晶体结构与性质
分子晶体和原子晶体
【复习回顾】
什么是晶胞？如何计算晶胞中的粒子个数？
雪花、食盐、冰糖、水晶和电木（酚醛树脂）这 些固体是否属于晶体？若不是晶体，请说明理由。
电木不是晶体，属于高分子化合物，没有固 定的熔沸点。
分子晶体
晶体 固态
构成晶体的微粒
微粒间相互作用不同
原子晶体 离子晶体 金属晶体
非晶体
微粒的种类：原子、分子、离子等
离子键 化学键 微粒间的作用力： 共价键 金属键
极性键 非极性键 配位键
分子间作用力
范德华力 氢键
【观察与思考】
下列两种晶体有什么共同点？
干冰晶体结构
碘晶体结构
一、分子晶体
1.概念： 只含分子的晶体叫分子晶体 2.粒子间相互作用： 构成分子晶体的粒子： 分子 粒子间相互作用力：
分子间做用力
分子内原子间作用力： （范德华力和氢键）
共价键（除稀有气体）
共价键 结合，相邻分子 分子内的原子以 靠 分子间作用力 （包括 范德华力和 氢键 ）相互吸引
3.常见的分子晶体： （1）所有 非金属氢化物 ：
H2O、H2S、NH3、 CH4、HX等 （2）部分 非金属单质 : 卤素（X2）、O2、H2、S8、 P4、 C60 等 （3）部分 非金属氧化物 : CO2、 SO2、 NO2、P4O6、 P4O10等 （4）几乎所有的 酸 ： H2SO4、HNO3、H3PO4等 （5）绝大多数的 有机物 晶体： 乙醇、乙酸、蔗糖等
子晶体有：某些非金属单质如硼、硅、锗等; 某些非金属化合物如碳化硅、氮化硼、二氧 化硅等。 (3)依据晶体的熔、沸点判断：原子晶体熔、 沸点高，常在1000 ℃以上；分子晶体熔、 沸点低，常在几百度以下至很低的温度。
(4)依据导电性判断：分子晶体为非导体，但 部分分子晶体溶于水后能电离出自由移动的 离子，故能导电；原子晶体多数为非导体， 但晶体硅、晶体锗是半导体。
石墨中C－C夹 ☉ 角为120 ， C－C键长为 1.42×10－10 m 层间距
3.35× 10－10 m
小结：金刚石、石墨的比较 项目 金刚石 正四面体空间网状 共价键 石墨 六边形平面层状
共价键与范德华力
晶体形状
晶体中的键或作用力
由最少碳原子形成 ６个原子不同面 环的形状与个数 碳原子成键数 ４
(5)依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度
大，分子晶体硬度小且较脆。
热点示例思维拓展
分子晶体和原子晶体熔、沸点比较 1.不同类型的晶体：原子晶体＞分子晶体。
2.同一类型的晶体
(1)分子晶体 A.组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔沸 点越高。 B.组成和结构不相似的物质，分子极性越大，熔沸 点越高。 C.分子间有氢键的物质熔沸点反常。 D.同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。
(2)原子晶体
晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和 键能。键长越短,键能越大,共价键越稳定， 物质的熔、沸点越高。如熔点：金刚石＞碳 化硅＞晶体硅。
形状：空间三维网状
二、原子晶体
1、定义： 相邻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： 原子 3、微粒之间的作用：共价键
问题讨论：
1、原子晶体内是否只存在共价键呢？ 2、根据金刚石结构特点分析其硬度最大的原因？ 3、原子晶体在固态和熔融状态下是否能够导电？ 4、总结影响原子晶体熔沸点的因素？
1.分子晶体有哪些物理特性，为什么？ 2.怎样判断分子间作用力的大小？分子间作用力 对分子的熔沸点有什么影响？
5.分子晶体的物理性质
（1）性质：
分子晶体熔沸点低、硬度小、易升华，固体和熔融状态不导电，有些在水 溶液中能导电。 分子间作用力很弱。
（2）本质原因：
（3）熔沸点的比较：
①分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常 的高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。②不含氢键且组成和结构相似的分子晶体， 相对分子质量越大，熔、沸点越高。如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。 ③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点 越高。如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。 ④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如CH3CH2CH2CH3 ＞ CH3CH(CH3)CH3.
原子 16 个
6、常见原子晶体
（1）某些非金属单质 [硼、硅、锗、金刚石等]
（2）某些非金属化合物 [SiC、BN等]
（3）某些氧化物
[SiO2等]
探究思考
1、怎样从原子结构的角度理解金刚石、 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?
知识拓展－石墨 石 墨 晶 体 结 构
4、原子晶体物理性质 熔沸点高（与键能大小有关） 硬度大
难溶于水
导电性差（一般不导电） 5、原子晶体的结构特点
【问题探究1】金刚石的结构
109º 28´
共价键
金刚石的晶胞
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金刚石的晶体结构
晶体中的最小环为 6 元环， 每个C原子被 12 个六元环 共有，每个C-C键被 6 个六 元环共有，每个环平摊的C 原子数为___ ，平摊的C-C
作用力
熔沸点 硬度
很大
不溶于任何溶剂 不导电，个别为半导体
溶解性
导电性
【规律方法】
判断非金属元素组成的晶体
是分子晶体还是原子晶体的方法有：
(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断:
原子晶体的构成粒子是原子，原子间的作用 是共价键；分子晶体的构成粒子是分子，分 子间的作用是范德华力。
(2)记忆常见的、典型的原子晶体。常见的原
６个原子同面 ３ 6*1/2=3
每 个 环 中
键的平均数
6*1/6=1
原子的平均数
6*1/12=1/2
6*1/3=2
小结： 晶体类型 原子晶体 分子晶体
概念
组成微粒
相邻原子间以共价键相结 合而形成空间网状结构
原子 共价键 很大
分子间以分子 间作用力结合
分子 分子间作用力 较小 较小 部分溶于水 固体和熔化状态都 不导电，部分溶于 水导电
1 ，则C原子数 键数为____ 1:2 。 与C-C键数之比为_____ 1/2
晶胞中占有C原子 8
个
【问题探究2】水晶的结构
Si O
109º 28´
180º
共价键
晶体Si
晶体SiO2
SiO2晶胞
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SiO2晶胞
在SiO2晶体中每个Si原子 与 4 个O原子成键;每个 O原子与 2 个Si原子成键; Si- O- Si键角为 1800 OSi-O键角为 109028’ ;晶体 中的最小环为 12 元环， 平均每个环平摊 1/2 个Si 原子，平摊 1 个O原子, Si数与O原子数之为 1:2 。 8 O 晶胞中占有Si原子 个
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石墨
1、石墨为什么很软？
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。 2、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？ 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π 键），故熔 沸点很高。
3、石墨属于哪类晶体？为什么？
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 2 为___，每个 C完 全拥有C－C数为 ___
分子的非密堆积
氢键具有方向性
冰中１个水分子周围有几个水分子？为什么?
冰中１个水分子周围有４个水分子
熔点℃ CO2 SiO2 -56.2 1723
状态（室温） 气体 固体
• C和Si同属于第 IVA族元素，而CO2 和SiO2的物理性质却相差很大呢？
观察晶体结构找出共同点
组成晶体的粒子：原子
粒子间的作用力：共价键
4.分子晶体的结构特征
（1）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 、O2 等 （2）有分子间氢键 如：HF 、冰、NH3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
—分子非密堆积
水分子之间的主要作用力是 氢键 ，由于氢键
具有
饱和性和方向性 ，故在冰的每个水分子周围只
有 4个 紧邻的水分子
【思考与交流】
【思考与交流】
1.一个干冰晶胞中平均有几个CO2分子？ 2.此分子晶体中有哪些作用力？ 3.与一个CO2分子距离最近且相等的CO2分子 共有多少个？
干冰晶体结构示意图
每个二氧化碳分子周围有12个二氧化碳分子。 分子的密堆积
分子密堆积
氧（O2）的晶体结构
碳60的晶胞
（与每个分子距离最近的相同分子共有12个 ）