高二化学选修3第三章晶体结构与性质全章课件

高二化学选修3第三章晶体结构与性质教学目标１、了解晶体的初步知识,知道晶体与非晶体的本质差异，学会识别晶体与非晶体的结构示意图。知道晶胞的概念，了解晶胞与晶体的关系，学会通过分析晶胞得出晶体的组成。培养空间想像能力和进一步认识“物质结构决定物质性质”的客观规律。２、了解分子晶体和原子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点。理解分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质的关系。了解分子间作用力对物质物理性质的影响。了解氢键及其物质物理性质的影响。３、知道金属键的涵义能用金属键理论解释金属的物理性质能列举金属晶体的基本堆积模型了解金属晶体性质的一般特点理解金属晶体的类型与性质的关系．•４、能说明离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。知道离子化合物的热稳定性与阴、阳离子的半径和电荷有关。了解晶格能的应用，知道晶格能的大小可以衡量离子晶体中离子键的强弱•能说出分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构基元以及物理性质方面的主要区别第三章晶体结构与性质第一节《晶体的常识》你知道固体有晶体和非晶体之分吗？能否举例说明？一、晶体与非晶体胆矾明矾晶体冰糖晶体水晶水晶石祖母绿绿宝石猫眼石紫水晶黄水晶黄水晶NaCl晶体结构示意图：Na+Cl-金刚石晶体结构示意图干冰晶体结构玻璃结构示意图BOSiM晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图1、什么是晶体？什么是非晶体？定义：晶体——具有规则几何外形的固体非晶体——没有规则几何外形的固体2、晶体有什么特点和性质？特点和性质：（1）晶体有自范性（几何外形和内部质点排列的高度有序性，非晶体没有）（2）晶体具有各向异性（非晶体不具有各向异性）（3）晶体具有固定的熔点（非晶体不具有固定的熔点）3、晶体和非晶体的本质区别是什么？★晶体的自范性即晶体能自发地呈现多面体外形的性质。3、晶体与非晶体的本质区别在于——构成固体的粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排列4、晶体形成的途径：①熔融态物质凝固.②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华).③溶质从溶液中析出.思考:根据已有知识,举例说明如何制得晶体?思考与交流:1.如何鉴别晶体和非晶体?（1）性质差异——如外形、硬度、熔点、折光率（2）区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X-射线衍射实验。2、某同学在网站找到一张玻璃的结构示意图如图所示，这张图说明玻璃是不是晶体?为什么?3、根据晶体物理性质的各向异性的特点，人们很容易识别用玻璃仿造的假宝石。你能列举出一些可能有效的方法鉴别假宝石吗?[分组探讨]◆本节小结：一、晶体与非晶体1、定义：晶体——具有规则几何外形的固体非晶体——没有规则几何外形的固体2、特点和性质：（1）晶体有自范性（2）晶体具有各向异性（3）晶体具有固定的熔点3、晶体与非晶体的本质区别在于——构成固体的粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排列5、晶体和非晶体的鉴别4、晶体形成的途径：1、下列关于晶体与非晶体的说法正确的是A、晶体一定比非晶体的熔点高B、晶体有自范性但排列无序C、非晶体无自范性而且排列无序D、固体SiO2一定是晶体2、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是A、熔沸点B、硬度C、颜色D、x-射线衍射实验CD[课堂练习]二﹑晶胞1.描述晶体结构的基本单元叫做晶胞蜂巢与蜂室铜晶体铜晶胞晶体与晶胞的关系可用蜂巢与峰室的关系比喻，然而蜂巢是有形的，晶胞是无形的，是人为划定的。晶胞一般是平行六面体，整块晶体可看作数量巨大的晶胞“无隙并置”而成（晶胞间无间隙，平行排列）NaCl晶体结构和晶胞思考与交流:1.上述铜晶体、金刚石、CO2晶体、NaCl晶体的晶胞的空间构形呈什么形状？2.在上述晶体中，晶胞是如何排列的？晶胞之间是否存在空隙？CO2晶胞晶体结构晶胞示意图铜晶体铜晶胞金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图NaCl晶体结构和晶胞思考与交流:上述铜晶体、金刚石、NaCl晶体的晶胞空间构形是怎样的？平行六面体无隙并置思考：铜晶胞含有4个铜原子，为什么不是14个？2、晶胞中原子个数的计算晶胞中原子个数的计算体心：1面心:1/2顶点:1/8棱边:1/4晶体空间结构Cl-Na+12345678立方晶胞体心：1面心：1/2棱边：1/4顶点：1/8小结:晶胞对质点的占有率探究:下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(12)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含几个原子?钠、锌晶胞都是：8×1/8+1=2；碘：（8×1/8+6×1/2）×2=8；金刚石：8×1/8+6×1/2+4=8。◆例:2001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图所示的是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有1个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为A、MgBB、MgB2C、Mg2BD、Mg3B2典例分析Mg原子的数目：12×1/6+2×1/2=3B原子的数目：6故化学式可表示为Mg2B典例分析立方晶胞体心：1面心：1/2棱边：1/4顶点：1/8二﹑晶胞1、概念：描述晶体结构的基本单元叫做晶胞2、晶胞中原子个数的计算3、如图所示晶体中每个阳离子A或阴离子B，均可被另一种离子以四面体形式包围着，则该晶体对应的化学式为A．ABB．A2BC．AB3D．A2B3◆4、右面图形是石墨晶体的层面结构图，试分析图形推测层面上每个正六边型拥有的共价键数和碳原子数是分别：A、6，6B、2，4C、2，3D、3，2◆5、某离子晶体晶胞结构如右图所示，X位于立方体的顶点，Y位于立方体的中心，晶体中距离最近的两个X与一个Y形成的夹角∠XYX的角度为：A.90°B.60°C.120°D.109°28′◆6、图是超导化合物一钙钛矿晶体中最小重复单元(晶胞)的结构.请回答：(1)该化合物的化学式为_______.(2)在该化合物晶体中，与某个钛离子距离最近且相等的其他钛离子共有__________个.(3)设该化合物的相对分子质量为M，密度为阿伏加德罗常数为NA，则晶体中钙离子与钛离子之间的最短距离为_______.3/cmagCaTiO367、如图是CsCl晶体的晶胞（晶体中最小的重复单元）已知晶体中2个最近的Cs+核间距离为acm，氯化铯的相对分子质量为M，NA为阿佛加德罗常数，则CsCl晶体的密度为（单位：克/cm3）A、8M/a3NAB、a3M/8NAC、M/a3NAD、a3M/NA第三章晶体结构与性质第二节《分子晶体与原子晶体》交流·讨论雪花、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。观察与思考：下列两种晶体有什么共同点？碘晶体结构干冰晶体结构一、分子晶体构成晶体的粒子是分子，粒子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相互作用的晶体叫分子晶体。1、概念（1）所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX（2）部分非金属单质:X2，O2，H2，S8，P4，C60（3）部分非金属氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6，P4O10（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2、典型的分子晶体：分子晶体有哪些物理特性，为什么？(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、物理特性：分子的密堆积（与每个分子距离最近的相同分子共有12个）氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞分子的密堆积（与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个）干冰的晶体结构图冰中１个水分子周围有４个水分子冰的结构氢键具有方向性分子的非密堆积只有范德华力，无分子间氢键——分子密堆积。这类晶体每个分子周围一般有12个紧邻的分子，如：C60、干冰、I2、O2。4、晶体结构特征（1）密堆积有分子间氢键——氢键具有方向性,使晶体中的空间利率不高,留有相当大的空隙.这种晶体不具有分子密堆积特征。如：HF、NH3、冰（每个水分子周围只有4个紧邻的水分子）。（2）非密堆积笼状化合物科学视野天然气水合物——一种潜在的能源＊7.要数出一个CO2周围紧邻多少个CO2，可以以教科书图3-12中的任一顶点为体心在其周围“无隙并置”八个CO2晶胞，周围紧邻的CO2分子数为12个。或利用晶胞进行数学计算：与任意顶点CO2紧邻的CO2是该顶点所处面的面心，共有三个分子。若以该顶点形成立方体，则需要八个与此相同的晶胞，则由3×8=24个紧邻CO2，但每一个CO2都属于两个晶胞，所以总数应为:24÷2=12个。P72习题7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。•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？180º109º28´SiO共价键二氧化硅晶体结构示意图109º28´共价键金刚石的晶体结构示意图二．原子晶体（共价晶体）构成晶体的粒子是原子，所有的相邻原子间都以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。金刚石1、概念：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（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。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。3、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（3）某些氧化物：–二氧化硅（SiO２）晶体、α-Al2O3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。碳、硅、锗原子半径依次增大，键长依次增大，键的强度依次减弱。故它们熔点和硬度依次下降。即金刚石＞硅＞锗学与问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？2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗？为什么？分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较晶体类型分子晶体原子晶体结构粒子间的作用力性质硬度溶、沸点导电溶解性构成晶体粒子分子原子分子间作用力共价键结构、性质较小较大较低很高固态和熔融状态都不导电不导电相似相溶难溶于常见溶剂知识拓展－比较石墨和金刚石晶体结构1.55×10-10m石墨金刚石思考：（1）石墨为什么很软？（2）石墨的熔沸点为什么很高？石墨的熔点为什么高于金刚石？（3）石墨属于哪类晶体？为什么？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。它们都有很强的C-C共价键。在石墨中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），C-C键长比金刚石的短，键的强度大，故其熔点金刚石高。石墨为混合键型晶体。熔点（℃）沸点（℃）石墨36524827金刚石35504827P72习题参考答案1.分子晶体原子晶体2.分子晶体原子晶体3.5.属于分子晶体的有：干冰、冰、硫磺、C60、碘、白磷、苯甲酸、稀有气体的晶体、氧的晶体、氮的晶体；属于原子晶体的有：金刚石、石英、金刚砂4.只认识到冰中含有共价键（即氢元素和氧元素之间的共价键），而没有认识冰晶体中水分子与其他水分子之间的作用力是范德华力和氢键，不是化学键，所以误认为冰是原子晶体。第三章晶体结构与性质第三节《金属晶体》一、金属共同的物理性质容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。金属为什么具有这些共同性质呢?二、金属的结构问题：构成金属晶体的粒子有哪些？组成粒子：金属阳离子和自由电子1.“电子气理论”(自由电子理论)金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体的“电子气”,被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。2.金属键:这种金属原子间由于电子气产生的作用.(在金属晶体中，金属阳离子和自由电子之间的较强的相互作用)在金属晶体中。金属键强弱判断:阳离子所带电荷多、半径小－金属键强，熔沸点高。3、金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体【讨论1】金属为什么易导电？在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加