7833高二化学分子晶体和原子晶体人教实验版知识精讲

高二化学分子晶体和原子晶体人教实验版

【本讲教育信息】

一. 教学内容：

分子晶体和原子晶体

1. 晶体与非晶体

2. 晶胞

3. 分子晶体

4. 原子晶体

二. 重点、难点

1. 通过实验探究理解晶体与非晶体的差异。

2. 了解区别晶体与非晶体的方法，认识化学的实用价值，增强学习化学的兴趣。

3. 了解分子晶体的组成粒子、结构模型和结构特点及其性质的一般特点。

4. 理解分子间作用力和氢键对物质物理性质的影响，知道一些常见的属于分子晶体的物质类别。

5. 掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体和分子晶体。

6. 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。

三. 教学过程

（一）晶体与非晶体

1、晶体的定义：晶体是由原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。非晶体是原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成的固体。

（1）一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的，而非由外观判断。

（2）晶体内部的原子有规律地排列，且外观为多面体，为固体物质。

（3）周期性是晶体结构最基本的特征。

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（2）晶体自范性的本质:是晶体中粒子微观空间里呈现周期性地有序排列的宏观表象。

（3）晶体自范性的条件之一：生长速率适当。如熔融态的二氧化硅，快速地冷却得到玛瑙，而缓慢冷却得到水晶。

3、晶体形成的一段途径：

（1）熔融态物质凝固。如从熔融态结晶出来硫晶体。

（2）气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。如凝华得到的碘晶体。

（3）溶质从溶液中析出。如从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜晶体。

4、晶体的特点：

（1）均匀性

（2）各向异性

（3）自范性

（4）有明显确定的熔点

（5）有特定的对称性

（6）使X射线产生衍射

（二）晶胞

1、晶胞的定义：晶体结构中的基本单元叫晶胞。

（1）晶胞是从晶体结构中截取出来的大小、形状完全相同的平行六面体。晶胞代表整个晶体，无数个晶胞堆积起来，则得到晶体。

（2）整个晶体是由晶胞“无隙（相邻晶胞之间没有任何间隙）并置（所有晶胞都是平行排列的，取向相同）”堆砌而成。晶胞的无隙并置体现了晶体的各向异性（强度、导热、光学性质）和紧密堆积（紧密堆积指由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。）。

（3）晶胞内微粒的组成反映整个晶体的组成，求出晶胞中微粒的个数比就能写出晶体的化学式。

2、晶胞中原子个数的计算方法：

（三）分子晶体

1、定义：分子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相结合的晶体叫分子晶体。

（1）构成分子晶体的粒子是分子；

（2）分子晶体的粒子间的相互作用是范德华力；

（3）范德华力远小于化学键的作用；

（4）分子晶体熔化破坏的是分子间作用力。

2、典型的分子晶体

（1）所有非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX

（2）部分非金属单质：X2、N2、O2、H2、S8、P4、C60

（3）部分非金属氧化物：CO2、SO2、N2O4，P4O6，P4O10

（4）几乎所有的酸：H2SO4、HNO3、H3PO4

（5）大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖

3、分子晶体的物理特性：

某些分子晶体的熔点

由于范德华力很弱，所以分子晶体一般具有：

（1）较低的熔点和沸点；

（2）较小的硬度；

（3）一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。

【思考1】为何分子晶体的硬度小，熔沸点低？

因为构成晶体的微粒是分子，分子之间以分子间作用力（主要是范德华力）相结合，范德华力远小于化学键的作用。

【思考2】是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力？

不对，分子间氢键也是一种分子间作用力，如冰中就同时存在着范德华力和氢键。

【思考3】为何干冰的熔沸点比冰低，密度却比冰大？

由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。由于分子间作用力特别是氢键的方向性，导致晶体冰中有相当大的空隙，所以相同状况下体积较大。又由于CO2分子的相对分子质量>H2O分子的相对分子质量，所以干冰的密度大。

4、分子晶体的结构特征

（1）如果分子间作用力只是范德华力。以一个分子为中心，其周围通常可以有几个紧

邻的分子。如O2、C60、CO2，我们把这一特征叫做分子紧密堆积。

（2）如果分子间除范德华力外还存在着氢键，分子就不会采取紧密堆积的方式。如在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，形成正四面体。氢键不是化学键，比共价键弱得多却跟共价键一样具有方向性，而氢键的存在迫使四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一排列使冰晶体中空间利用率不高，皆有相当大的空隙使得冰的密度减小。

5、分子晶体熔、沸点高低的比较规律

分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子间的作用力。分子间作用力越大，物质熔化和汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力（包括范力和氢键）的大小。

（1）组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高。如：O2>N2，HI>HBr>HCl。

（2）分子量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高，如CO>N2

（3）含有氢键的，熔沸点较高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3

（4）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低。如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“邻位>间位>对位”的顺序。

（四）原子晶体

1、定义：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。

（1）构成原子晶体的粒子是原子；

（2）原子晶体的粒子间以较强的共价键相结合；

（3）原子晶体熔化破坏的是共价键。

2、常见的原子晶体

（1）某些非金属单质：金刚石（C）、晶体硅（Si）、晶体硼（B）、晶体锗（Ge）等。

（2）某些非金属化合物：碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体等。

（3）某些氧化物：二氧化硅（SiO２）晶体。

3、原子晶体的物理特性

在原子晶体中，由于原子间以较强的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构，所以原子晶体具有：

（1）熔点和沸点高；

（2）硬度大；

（3）一般不导电；

（4）且难溶于一些常见的溶剂。

【思考4】为何CO2熔沸点低？而破坏CO2分子却比SiO2更难？

因为CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，所以熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。所以SiO2熔沸点高。破坏CO2分子与SiO2时，都是破坏共价键，而C—O键能>Si-O 键能，所以CO2分子更稳定。