高中化学选修3第三章(第二节)

• 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
二氧化硅的晶体结构
二氧化碳的晶体结构
金刚石的晶体结构示意图
109º 28´
共价键
二.原子晶体
概念：相邻原子间以共价键相结合而形成
大多数分子晶体的结构特点： 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
（与CO2分子距离最近的 CO2分子共有12个 ）
干冰的晶体结构图
碘 的 晶 体 结 构 图
由此可见，每个碘分子周围有12个碘分子
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
3、支持固态氨是分子晶体的事实是( C ) A.氮原子不能形成阳离子 B.铵离子不能单独存在 C.常温下，氨是气态物质 D.氨极易溶于水
4.下列性质适合于分子晶体的是 ( BC )
A.熔点1 070℃，易溶于水，水溶液导电 B.熔点10.31 ℃，液态不导电、水溶液能导电 C.能溶于CS2、熔点112.8 ℃，沸点444.6℃ D.熔点97.81℃，质软、导电、密度0.97 g／cm3
–碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体
• 某些氧化物：
–二氧化硅（ SiO２）晶体、Al2O3
练习
下列晶体中，化学键类型相同，晶体类型也相 同的是（ B ） A、SO2与SiO2 B、CO2与H2O
C、HCl与金刚石
D、CCl4与SiC
交流与研讨
1、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？ 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 金刚石＞硅＞锗 2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体”。 这种说法对吗？为什么？ 解释：不对，分子晶体中通常也含有共价键， 如CO2、O2,某些离子晶体中也含共价键，如 NaOH、NH4Cl
A、 ① ③ ②
B、 ② ③ ①
C、 ③ ① ②
D、 ② ① ③
思考：
（1）在金刚石晶体中,C采取什 么杂化方式？每个C与多少个C成 键？形成怎样的空间结构？每个 碳原子周围紧邻的碳原子有多少 个？最小碳环由多少个碳原子组 成？它们是否在同一平面内？ （2）在金刚石晶体中，C原子 个数与C—C键数之比为多少？ （3）12克金刚石中C—C键数 为多少NA？
练习：下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶 体的化合物是 ( B ) A．NH3、HD、C10 H8 C．SO2、SO3、C60 B．PCl3、CO2、H2SO4 D．CCl4、Na2S、H2O2
第二课时
原子晶体
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。
知识拓展－石墨
石墨晶体结构
石墨及其结构（混合型晶体）
空间层状结构 空间结构俯视图
石墨中C－C夹角为： 120 ， C－C键长： 1.42×10－10 m
0
层间距：
3.35× 10－10 m
石墨
• 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。
• 石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？
由最少碳原子形成环的 ６个原子不同面 形状与个数
碳原子成键数 每个环上键的平均数 每个环上原子的平均数
６个原子同面
４ 6×1/6=1 6×1/12=1/2
３ 6×1/2=3 6×1/3=2
小结2：分子晶体与原子晶体的比较
晶体类型 原子晶体 分子晶体
分子间以分子间作用 力结合
分子 分子间作用力 较低
1．共价键、离子键和范德华力是构成物 质粒子间的不同作用方式，下列物质中， 只含有上述一种作用的是 ( B ) A.干冰 B.氯化钠 C.氢氧化钠 D.碘
2.下列有关分子晶体熔点的高低叙述中， 正确的是（ B ）。 A、Cl2>I2 B、SiCl4>CCl4 C、NH3<PH3 D、C(CH3)4>CH3(CH2)2CH3
概
相邻原子间以共价键相结 念 合而形成空间网状结构
原子 共价键 很高
组成微粒
粒子间作用力
熔沸点 硬 度 溶解性
很大
不溶于任何溶剂
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
导电性 不导电，个别为半导体
练习 1.下列各组物质的晶体中，化学键的类型相同， 晶体的类型也相同的是（ ）B A、SO2和SiO2 B、CO2和H2O C、BN和HCl D、CCl4和KCl 2.下列物质的晶体直接由原子构成的一组是（ ①CO2 ②SiO2 ③晶体Si ⑤氨基乙酸 ⑥Fe ⑦Na2O
某些原子晶体的熔点和硬度
原子晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/0C ＞3550 硬 度 10
3000 9.5
2700 9.5
1710 7
1410 6.5
1211 6.0
小结1：金刚石、石墨的比较
项目 晶体形状 晶体中的键或作用力 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
B、无色晶体，熔点3550 ℃ ，不导电，质硬，难溶于 水和有机溶剂 C、无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ℃ ， 熔化是能导电
D、熔点-56.6℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不 导电
常见的原子晶体
• 某些非金属单质：
–金刚石（C）、晶体硅(Si)、晶体硼（B）、晶 体锗(Ge)等
• 某些非金属化合物：
原因：分子间作用力很弱
构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的相 互作用是范德华力力或氢键
下列属于分子晶体的性质的是（
B
）
A、熔点1070℃，易溶于水，水溶液能导电
B、能溶于CS2，熔点112.8 ℃ ，沸点444.6 ℃
C、熔点1400 ℃ ，可做半导体材料，难溶于水
D、熔点97.81 ℃ ，质软，导电，密度0.97g/cm3
冰的结构
科学视野 天然气水合物——一种潜在的能源
科学视野：天然气水合物—一种潜在的能源
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19世纪初的英国化学家戴维，他发现氯 可形成化学式为Cl2·8H20的水合物晶体。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”„„„
金刚石的结构特征 在金刚石晶体里 ①每个碳原子都采取sp3杂化，被相邻的4个碳原子 包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体， 被包围的碳原子处于正四面体的中心。 ②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。 ③金刚石晶体中所有的C—C键长相等，键角相等（ 109°28’）； ④晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面 内； ⑤晶体中每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条 键中的贡献只有一半，故C原子与C—C键数之比为 1 ：（4 x ½）= 1：2
– 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。
• 石墨属于哪类晶体？为什么？
– 石墨为混合键型晶体
某些原子的熔点和硬度
“硬度是衡量固体软硬程度的指标。硬度有不 同的标度，最普通的硬度标度是划痕硬度，即 摩氏硬度，以固体互相刻划时出现刻痕的固体 的硬度较低。全刚石不能被任何天然矿物刻划 出封痕，因而是最硬的。以金刚石的硬度为10， 以另9种天然矿物为代表，可将摩氏硬度分为十 度。
结合的晶体叫分子晶体。
构成粒子：分子（构成分子的原子间以共价键结合）
构成粒子间的相互作用：分子间作用力。(范德华力
及氢键）
气化或熔化是破坏的作用力：分子间作用力。
组成和结构相似时，相对分子质量越大分子间作用 力越大，熔沸点越高。有氢键时，熔沸点升高。
分子晶体有哪些物理特性，为什么？
2.物理特性： ①较低的熔沸点 ②较小的硬度 ③固态或熔融状态下都不导电 ④分子晶体的溶解性与溶质与溶剂的 分子的极性相关 —— 相似相溶
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.物理特性
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
原因：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
wenku.baidu.com
练习
根据下列性质判断，属于原子晶体的是（ B ）
A、熔点2700 ℃ ，导电性好，延展性强
下列属于分子晶体的一组物质是（ B A、CaO、NO、CO
）
B、CCl4、H2 O2、He
C、CO2、SO2、NaCl D、CH4、O2、Na2 O
4.分子晶体结构特征
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 、I2、O2）
②.有分子间氢键－不具有分子密堆积特征（ 如：HF 、冰、NH3 ）
练习：在40GPa高压下，用激光器加热到1800 K时 ，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与
SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是
) A．原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂 B．原子晶体干冰有很高的熔点和沸点
(
BDE
C．原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料
D．原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应
空间立体网状结构的晶体。 构成粒子：原子 构成粒子之间的作用：共价键
熔化时需克服的作用：共价键 原子晶体中，成键元素原子半 径越小，共价键键能越大，熔 点越高。
练习
1、碳化硅SiC的一种晶体具有类似金刚石的结构， 其中C 原子和Si原子的位置是交替的。在下列三种晶 体①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的熔点 从高到低的顺序是（ A ）
SiO2的结构特征
在SiO2晶体中
①1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si 原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个 Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O 原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。 ②最小的碳环是由6个Si原子和6个O原子组成的 12元环。 ③1mol SiO2中含4mol Si—O键
思考1：在SiO2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硅原子有多少 个？在SiO2晶体中硅原子与氧原子 个数之比是多少？ 思考2：在SiO2晶体中每个硅原子 连接有几个共价键？每个氧原子连 接有几个共价键？硅原子个数与 Si－O共价键个数之比是多少？氧原子个数与Si－O 共价键个数之比是多少？ 思考3:在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由几个原子 构成?
第二节 分晶体子和原子晶体
第一课时
分子晶体
思考 • 雪花、冰糖、食盐、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。 • 为什么不同的晶体，它们的物 理性质各不相同？
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
稀有气体分子为单原 概念：分子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相 子分子，无共价键。
3. 典型的分子晶体：
①.所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，
CH4
②.部分非金属单质:X2，O2，H2， S8，P4，
③.部分非金属氧化物: CO2， SO2， NO2， ④.几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4 ⑤.绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸，
蔗糖 P4O6， P4O10 C60 (稀有气体)
E．每摩尔原子晶体干冰中含4 mol C-O键
知识拓展－石墨
一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁 黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指 成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、 鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3，化学性质 不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热 可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂， 并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。
小节: 1. 分子晶体：由分子构成。相邻分子靠分子间作用 力相互吸引。 2. 分子晶体特点：低熔沸点、升华、硬度很小等。 3. 常见分子晶体分类：(1)所有非金属氢化物 (2) 部分非金属单质 (3)部分非金属氧化物(4)几乎所有的 酸(而碱和盐则是离子晶体 ) (5)绝大多数有机物的晶 体。 4.分子晶体结构特征: (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 、 I2、O2) (２)有分子间氢键－不具有分子密堆积特征 （如：HF 、冰、NH3 ）