分子晶体和原子晶体PPT课件
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高中《化学》新人教版 选修3系列课件
物质结构与性质
Biblioteka Baidu
3.2《分子晶体与 原子晶体》
教学目标
• 知识与能力
• 1、使学生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。 • 2、使学生了解晶体类型与性质的关系。 • 3、使学生理解分子间作用力和氢键对物质物理性质的影响。 • 4、知道一些常见的属于分子晶体的物质类别。 • 5、使学生主动参与科学探究，体验研究过程，激发他们的学 习兴趣。 • ６、掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体和分子晶体。 • ７、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。
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”………
笼装化合物
思考与交流
• CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过 比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。
思考与交流
石墨和金刚石同属于碳的单质，为什么在硬度上会相 差如此之大？
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
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）粒子间的相互作用是分子间作用力。 （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。
〖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， 导致晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下 体积较大 由于CO2分子的相对分子质量>H2O，所 以干冰的密度大。
科学视野：笼装化合物
• 教学重点难点： • 重点：掌握分子晶体的结构特点和性质特 点；原子晶体的结构与性质的关系 • 难点：是氢键的方向性和氢键对物体物理 性质的影响 • 从三维空间结构认识晶胞的组成结构 • 教学方法建议： • 运用模型和类比方法诱导分析归纳
复习总结：
微粒间作用
微粒为分子： 分子间作用力（或范德华力）或氢键； 微粒为原子：极性共价键或非极性共价键； 微粒为离子：离子键。
分子晶体有哪些物理特性，为什么？
2、物理特性：
(1)较低的熔点和沸点，易升华； (2)较小的硬度； (3)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。
原因：分子间作用力较弱
3、典型的分子晶体：
–非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX –酸：H2SO4，HNO3，H3PO4 –部分非金属单质:X2，O2，H2， S8，P4， C60 –部分非金属氧化物: CO2， SO2， NO2， P4O6， P4O10 –大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖
• 碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族， 为什么CO2晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体 的熔沸点很高？
二氧化硅晶体结构示意图
Si O
109º 28´
180º
共价键
金刚石的晶体结构示意图
109º 28´
共价键
二．原子晶体（共价晶体）
1、概念：
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。
4、分子晶体结构特征
–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
分子的密堆积
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 ）
分子的密堆积
• 〖思考1〗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2〗为什么冰融化为水时,密度增大？ 在冰晶体中,每个分子周围只有4个紧邻的水分子, 由于水分子之间的主要作用力是氢键,氢键跟共价 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的水分子的空间 利用率不变,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分解体,水分子间的 空隙减小,密度反而增大。
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。
（与CO2分子距离最近的 CO2分子共有12个 ）
干冰的晶体结构图
分子的非密堆积
氢键具有方向性
冰中１个水分子周围有４个水分子
冰的结构
思考：1mol冰周围有？mol氢键
冰中１个水分子周围有４个水分子形成 什么空间构型？
• 〖归纳要点〗分子的密度取决于晶体 的体积，取决于紧密堆积程度，分子 晶体的紧密堆积由以下两个因素决定： （1）范德华力 （2）分子间氢键
– （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。
观察· 思考
• 对比分子晶体和原子晶体的数据，原子 晶体有何物理特性？
2、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， 所以原子晶体的
– 熔点和沸点高 – 硬度大 – 一般不导电 – 且难溶于一些常见的溶剂
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 晶体有特殊的物理性质。
物质结构与性质
Biblioteka Baidu
3.2《分子晶体与 原子晶体》
教学目标
• 知识与能力
• 1、使学生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。 • 2、使学生了解晶体类型与性质的关系。 • 3、使学生理解分子间作用力和氢键对物质物理性质的影响。 • 4、知道一些常见的属于分子晶体的物质类别。 • 5、使学生主动参与科学探究，体验研究过程，激发他们的学 习兴趣。 • ６、掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体和分子晶体。 • ７、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。
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”………
笼装化合物
思考与交流
• CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过 比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。
思考与交流
石墨和金刚石同属于碳的单质，为什么在硬度上会相 差如此之大？
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
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）粒子间的相互作用是分子间作用力。 （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。
〖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， 导致晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下 体积较大 由于CO2分子的相对分子质量>H2O，所 以干冰的密度大。
科学视野：笼装化合物
• 教学重点难点： • 重点：掌握分子晶体的结构特点和性质特 点；原子晶体的结构与性质的关系 • 难点：是氢键的方向性和氢键对物体物理 性质的影响 • 从三维空间结构认识晶胞的组成结构 • 教学方法建议： • 运用模型和类比方法诱导分析归纳
复习总结：
微粒间作用
微粒为分子： 分子间作用力（或范德华力）或氢键； 微粒为原子：极性共价键或非极性共价键； 微粒为离子：离子键。
分子晶体有哪些物理特性，为什么？
2、物理特性：
(1)较低的熔点和沸点，易升华； (2)较小的硬度； (3)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。
原因：分子间作用力较弱
3、典型的分子晶体：
–非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX –酸：H2SO4，HNO3，H3PO4 –部分非金属单质:X2，O2，H2， S8，P4， C60 –部分非金属氧化物: CO2， SO2， NO2， P4O6， P4O10 –大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖
• 碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族， 为什么CO2晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体 的熔沸点很高？
二氧化硅晶体结构示意图
Si O
109º 28´
180º
共价键
金刚石的晶体结构示意图
109º 28´
共价键
二．原子晶体（共价晶体）
1、概念：
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。
4、分子晶体结构特征
–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
分子的密堆积
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 ）
分子的密堆积
• 〖思考1〗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2〗为什么冰融化为水时,密度增大？ 在冰晶体中,每个分子周围只有4个紧邻的水分子, 由于水分子之间的主要作用力是氢键,氢键跟共价 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的水分子的空间 利用率不变,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分解体,水分子间的 空隙减小,密度反而增大。
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。
（与CO2分子距离最近的 CO2分子共有12个 ）
干冰的晶体结构图
分子的非密堆积
氢键具有方向性
冰中１个水分子周围有４个水分子
冰的结构
思考：1mol冰周围有？mol氢键
冰中１个水分子周围有４个水分子形成 什么空间构型？
• 〖归纳要点〗分子的密度取决于晶体 的体积，取决于紧密堆积程度，分子 晶体的紧密堆积由以下两个因素决定： （1）范德华力 （2）分子间氢键
– （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。
观察· 思考
• 对比分子晶体和原子晶体的数据，原子 晶体有何物理特性？
2、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， 所以原子晶体的
– 熔点和沸点高 – 硬度大 – 一般不导电 – 且难溶于一些常见的溶剂
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 晶体有特殊的物理性质。