高二化学《分子晶体与原子晶体》

第二节分子晶体与原子晶体•教学目标1.掌握分子晶体的概念、构成微粒、微粒间的作用、物理性质、常见的分子晶体。2.理解分子晶体类型与性质的关系。3.掌握典型分子晶体干冰晶胞的结构特点•能力目标1.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。•教学重、难点1.理解分子晶体类型与性质的关系。回顾:1、利用分摊法计算晶胞中粒子数目第1课时体心：1面心：1/2棱边：1/4顶点：1/8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2、组成微粒：分子3、粒子间作用力：相邻分子间靠分子间作用力或氢键相互吸引，分子内原子间以共价键结合1.定义：只含分子的晶体，叫做分子晶体。如干冰、冰等共价化合物结合表格和已有知识,分析:分子晶体有哪些物理特性？为什么?原因：分子间作用力较弱4、物理特性：(1)较低的熔点和沸点，易升华；(3)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。有些在水溶液中可以导电.(2)较小的硬度；②.分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力,不破坏化学键,也有例外,如S8注:①.分子间作用力越大,熔沸点越高(相对分子质量,分子极性,氢键)5、典型的分子晶体：（5）绝大多数有机物的晶体：（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：H2O，H2S，NH3，CH4，HX等X2，O2，H2，S8，P4，C60，稀有气体等CO2，SO2，NO2，P4O6，P4O10等乙醇，冰醋酸，蔗糖H2SO4，HNO3，H3PO4分子的密堆积氧（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6、分子晶体结构特征（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。资料卡片P67（冰灯）2Mg+CO2====2MgO+C点燃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8CH4·46H2O。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”………科学视野：天然气水合物—一种潜在的能源1.分子晶体：由分子构成。小结:相邻分子靠分子间作用力相互吸引2.分子晶体物性：低熔点、升华、硬度很小等3.常见分子晶体分类：4.分子晶体结构特征（１）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）不具有分子密堆积特征（如：HF.冰.NH3）(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。1、下列物质属于分子晶体的化合物是（）A、石英B、硫磺C、干冰D、食盐C练习2、干冰气化时，下列所述内容发生变化的是A、分子内共价键B、分子间作用力C、分子键距离D、分子间的氢键BC3、冰醋酸固体中不存在的作用力是（）A、离子键B、极性键C、非极性键D、范德华力A4、水分子间存在着氢键的作用，使水分子彼此结合而成（H2O）n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体，其结构如图：试分析：①1mol冰中有mol氢键？②H2O的熔沸点比H2S高还是低？为什么？③已知氢键也有方向性，试分析为什么冬季河水总是从水面上开始结冰？2氢键由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶点的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上＊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第２课时《原子晶体》3.2《分子晶体与原子晶体》教学目标•知识与能力•1、掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体和分子晶体。•2、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。•〖教学难点重点〗•原子晶体的结构与性质的关系复习提问：1、什么是分子晶体？试举例说明。2、分子晶体通常具有什么样的物理性质？3、典型的分子晶体有哪些？讨论：CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较判断SiO2晶体是否属于分子晶体。气态固态熔点沸点干冰（CO2）-56.2℃-78.4℃SiO21723℃2230℃状态（室温）干冰的晶体结构图180º109º28´SiO共价键二氧化硅晶体结构示意图思考1.构成以上晶体的粒子是什么?2.粒子间通过什么样的作用力联系在一起?3.以上晶体结构在整体上有什么共同特点?二.原子晶体原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体(又称共价晶体)。2、原子晶体的构成微粒和作用力：1、定义：(1)构成微粒是：(2)作用力：注：原子晶体中不存在分子原子共价键3、气化或熔化时破坏的作用力：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？(1)熔沸点高4、物理特性：原子晶体的熔沸点随着共价键的增强而升高注：5、典型的原子晶体（1）某些非金属单质，如B,Si,Ge,金刚石.（2）某些非金属化合物，如氮化硼(BN)碳化硅（SiC,俗称金刚砂）,二氧化硅晶体,α-Al2O3(2)硬度大(3)难溶于一般溶剂（4）一般不导电解释：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？干冰晶体中就含有共价键,而它是分子晶体.第3课时3.2《分子晶体与原子晶体》教学目标•知识与能力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。•〖教学难点重点〗•原子晶体的结构与性质的关系109º28´共价键返回金刚石的晶体结构模型晶体硅的晶体结构模型硅原子思考：（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？6、金刚石和二氧化硅的结构特征（1）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’）。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：（4x½）=1：2④晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内。⑥12克金刚石中C—C键数为2NASio二氧化硅的晶体结构模型思考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？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21molSiO2中含多少molSi—O键思考3：SiO2晶体中存在SiO2小分子吗？SiO2能不能叫做分子式？思考4:在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由几个原子构成?①每个Si原子周围结合4个O原子形成4个共价键，同时，每个O原子跟2个Si原子相结合形成2个共价键。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）SiO2晶体的结构特征：②1molSiO2中含4molSi—O键③SiO2不能叫做分子式在SiO2晶体中④最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。三、晶体类型的判断方法1、依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断：构成原子晶体的微粒是原子，原子间的作用力是共价键，构成分子晶体的微粒是分子，分子之间的作用力是分子间作用力。①熔沸点和硬度；(高：原子晶体；中：离子晶体；低：分子晶体)②熔融状态的导电性。有无金属离子？(有：离子晶体)是否属于“四种原子晶体”？以上皆否定，则多数是分子晶体。2.从组成上判断（仅限于中学范围）：3.从性质上判断：③溶解性。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，部分水溶液导电不导电,个别为半导体相似相溶难溶于常见溶剂资料卡片:P69了解某些原子晶体的熔点和硬度。科学视野：P69-70了解金刚石的单晶的多面体外形和形成。科学史话：P71了解谁证明了金刚石是碳？资料卡片：P76一种结晶形碳，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。知识拓展－石墨石墨的晶体结构图返回石墨1、石墨为什么很软？2、石墨的熔沸点为什么很高（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。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，故熔沸点很高。石墨为混合键型晶体。—混合型晶体小结：金刚石、石墨的比较项目金刚石石墨晶体形状晶体中的键或作用力由最少碳原子形成环的形状与个数碳原子成键数键的平均数原子的平均数每个环中正四面体空间网状六边形平面层状共价键共价键与范德华力６个原子不同面６个原子同面４３6*1/2=36*1/2=36*1/4=3/26*1/3=2练习1、金刚石（晶体硅结构与此类似）（1）由图中观察可知：每个碳原子被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子接个，形成四面体。这些四面体向空间发展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状晶体。每个C-C键长相等，键角均为109。28`。（2）晶体中最小环由____个C组成且不共面。6（3）晶体中C原子数与C-C键数之比为：６*１/４：６*１/２＝１：２2、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为___，每个碳环完全拥有C－C数为___石墨中C－C夹角为120☉，C－C键长为1.42×10－10m层间距3.35×10－10m23白球表示硅原子SiO2平面结构3、利用金刚石的结构来推断SiO2的空间结构SiO2最小的环有几个原子组成？金刚石的结构12个（6个硅6个氧）4、最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右图所示。顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，则它的分子式是()A．TiCB．Ti4C4，C．Ti14C13D．Ti13C14防止类推中的失误C5、分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型：A、碳化铝，黄色晶体，熔点2200℃，熔融态不导电；_____________