1、分子晶体 3.2分子晶体与原子晶体 教学目标教学目标 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。 雪花（雪花（H2O） 干冰干冰(CO2) 金刚石金刚石(C) 水晶水晶(SiO2) 食盐食盐(NaCl) KNO3
2、晶体晶体 干冰（固态干冰（固态CO2）融化的影片资料）融化的影片资料 范德瓦尔斯范德瓦尔斯(J(JD Dvan der Waalsvan der Waals， 1837183719231923年年) )。荷兰科学家，。荷兰科学家，19101910 年获得诺贝尔物理奖。年获得诺贝尔物理奖。18371837年年6 6月月1 1 日，生于莱顿。日，生于莱顿。18731873年，他获得莱年，他获得莱 顿大学的博士学位，在论文中他首顿大学的博士学位，在论文中他首 次证明了分子体积以及次证明了分子体积以及分子间作用分子间作用 力的存在力的存在。这种把分子聚集在一起这种把分子聚集在一起 的作用力，叫做分子间
3、作用力的作用力，叫做分子间作用力。 资 料 资 料 思考讨论：思考讨论： 1、分子间作用力是化学键吗？分子间作用力是化学键吗？ 3、不同的分子间的作用力是不相同的，有什么规律呢？不同的分子间的作用力是不相同的，有什么规律呢？ 2 2、分子间作用力对物质的哪些性质有影响？、分子间作用力对物质的哪些性质有影响？ 分子间作分子间作 用力越大用力越大 物质的熔、物质的熔、 沸点就越高沸点就越高 相对分子相对分子 质量越大质量越大 注意：注意：一般是对于组成和结构相似的物质。一般是对于组成和结构相似的物质。 四卤化碳、卤素单质的熔、沸点与相对分子质量的关系图四卤化碳、卤素单质的熔、沸点与相对分子质量的关
4、系图 一些氢化物的沸点一些氢化物的沸点 一些氢化物的沸点一些氢化物的沸点 H2O 1、氢键是化学键吗？存在氢键的物质为何熔点、沸点、氢键是化学键吗？存在氢键的物质为何熔点、沸点 相对较高？相对较高？ 3 3、如果水分子间无氢键存在，地球上将会是什、如果水分子间无氢键存在，地球上将会是什 么面貌？么面貌？ 2、热胀冷缩是一种物理现象，但水结冰时体积却膨热胀冷缩是一种物理现象，但水结冰时体积却膨 胀了，即胀了，即冰 冰 水 水，你能解释吗？ ，你能解释吗？ 思考讨论：思考讨论： 思考：思考： 1、哪些物质能形成分子晶体呢？、哪些物质能形成分子晶体呢？ 实例：实例：多数非金属单质多数非金属单质（如卤
5、素，氧气）（如卤素，氧气） 稀有气体稀有气体（如氦，氖，氩）（如氦，氖，氩） 氢化物氢化物（如氨，氯化氢）（如氨，氯化氢） 多数非金属氧化物多数非金属氧化物（如一氧化碳，二氧化硫）（如一氧化碳，二氧化硫） 酸酸（如硫酸，磷酸）（如硫酸，磷酸） 有机物有机物（如蔗糖，酒精）（如蔗糖，酒精） 思考：思考： 2、结构决定性质，根据分子晶体的结构，总结：、结构决定性质，根据分子晶体的结构，总结： （1）分子晶体的熔沸点如何？）分子晶体的熔沸点如何？ （2）分子晶体在固态、熔融状态下、水溶液中，能）分子晶体在固态、熔融状态下、水溶液中，能 否导电？否导电？ 熔点和沸点较低熔点和沸点较低 导电性：固态及熔
6、化时都不导电，导电性：固态及熔化时都不导电， 溶于水时部分导电溶于水时部分导电 物理性质小结：物理性质小结： 3、分子晶体的溶解性如何？、分子晶体的溶解性如何？ 稀有气体：单原子分子稀有气体：单原子分子 离子晶体 离离 子子 键键 原子原子 离子离子 分子分子 得得 失 电 子 失 电 子 共价键共价键 共用电子对共用电子对 分子晶体 分子间作用力分子间作用力 熔、沸点较高熔、沸点较高 硬度较大硬度较大 水溶液、熔融能导电水溶液、熔融能导电 多数能溶与水多数能溶与水 熔 、 沸 点 较 低 熔 、 沸 点 较 低 固 态 、 熔 融 不 导 电 固 态 、 熔 融 不 导 电 相 似 相 溶
7、相 似 相 溶 2.下列属于分子晶体的是下列属于分子晶体的是 （ B ） A、 CaO、NO、CO B、Cl2、H2O2、He C、CO2、SO2、MgCl2 D、CH4、NH3、NaOH 1. 下列性质符合分子晶体下列性质符合分子晶体的是的是（ B ） A、熔点是熔点是1070 ，易溶于水易溶于水，水溶液能导电水溶液能导电。 B、熔点是熔点是10.31，液态不导电液态不导电，水溶液能导电水溶液能导电。 C、不能溶于水，熔点是、不能溶于水，熔点是1723 ，沸点是，沸点是2230 。 D、熔点是、熔点是97.81 ，质软、导电，密度是，质软、导电，密度是0.97 g/cm3。 3.当干冰熔化或
8、汽化时当干冰熔化或汽化时，发生变化的是发生变化的是（ ） A、CO2分子内分子内CO键键 B、CO2 C、CO2分子间作用力和分子间作用力和CO键键 D、OO键发生变化键发生变化 B 干冰晶体结构模型干冰晶体结构模型 晶体类型晶体类型 离子晶体离子晶体 分子晶体分子晶体 结结 构构 构成粒子构成粒子 作用形式作用形式 物物 理理 性性 质质 熔、沸点熔、沸点 导电性导电性 溶解性溶解性 阴阳离子阴阳离子 分子分子 离子键离子键 分子间作用力分子间作用力 较高较高 较低较低 熔融或水熔融或水 溶液中能溶液中能 固态或熔融固态或熔融 时都不能时都不能 多数能溶多数能溶 相似相溶相似相溶 比较总结：
9、比较总结： 原子晶体 讨论：讨论： CO2和和SiO2的一些物理性质如下表所示，通的一些物理性质如下表所示，通 过比较试判断过比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。晶体是否属于分子晶体。 熔点熔点/oC 状态（室温）状态（室温） CO2 -56.2 气态气态 SiO2 1723 固态固态 结论：结论：SiO2不是分子晶体。那它是什么晶体不是分子晶体。那它是什么晶体 呢？呢？ 一、原子晶体一、原子晶体 1.定义定义: 原子间通过共价键相结合而形成空间原子间通过共价键相结合而形成空间 网状结构的晶体网状结构的晶体 1.构成以上晶体的粒子是什么构成以上晶体的粒子是什么? 2.粒子间通过什么样的作用
10、力联系在一起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以上晶体结构在整体上有什么共同特点? 思考思考 Si o 二氧化硅二氧化硅 的晶体结构模型的晶体结构模型 二氧化硅二氧化硅 的晶体结构模型的晶体结构模型 1. SiO2晶体中晶体中Si、O原子的连接特点。原子的连接特点。 2. SiO2晶体中存在晶体中存在SiO2小分子吗？小分子吗？ SiO2能不能叫能不能叫 做分子式？做分子式？ 3. SiO2晶体中晶体中Si-O键的夹角（键角）是多少？每键的夹角（键角）是多少？每 个正四面体占有个正四面体占有Si、O原子数是多少？原子数是多少？ 4 SiO2晶体中，每个
11、硅原子与它周围的晶体中，每个硅原子与它周围的4个硅原子个硅原子 所形成的空间结构是什么？所形成的空间结构是什么？ SiO2晶体中，最小的晶体中，最小的 硅氧原子环上共有多少个原子？硅氧原子环上共有多少个原子？ 金刚石金刚石 的晶体结构模型的晶体结构模型 碳原子 金刚石金刚石 的晶体结构模型的晶体结构模型 1. 金刚石晶体的结构特点。金刚石晶体的结构特点。 2. 金刚石晶体中最小碳环上的碳原子数和环的特点。金刚石晶体中最小碳环上的碳原子数和环的特点。 3. 金刚石晶体中碳原子与金刚石晶体中碳原子与C-C键数之比是多少？键数之比是多少？ 3. 晶体中每个晶体中每个C原子参与了原子参与了4条条C-C
12、键的形成，而键的形成，而 在每条键中的贡献只有一半，故在每条键中的贡献只有一半，故C原子与原子与C-C键键 数之比为：数之比为：1:（41/2）= 1:2 2.最小的碳环由最小的碳环由6个碳原子组成且不在同一平面内个碳原子组成且不在同一平面内 晶体硅晶体硅 的晶体结构模型的晶体结构模型 硅原子 二、原子晶体的特点二、原子晶体的特点 1、熔沸点很高，硬度很大，难溶于一般溶剂，、熔沸点很高，硬度很大，难溶于一般溶剂， 一般不导电。一般不导电。 三、哪些物质属于原子晶体三、哪些物质属于原子晶体 金刚石、单晶硅、碳化硅、二氧化硅等金刚石、单晶硅、碳化硅、二氧化硅等 2、原子晶体熔、沸点的高低与共价键的
13、键能、原子晶体熔、沸点的高低与共价键的键能 大小有关，共价键的键能于半径有关，半径大小有关，共价键的键能于半径有关，半径 越大，键能越小。越大，键能越小。 比较比较C 、Si 原子半径，不难发现键能：原子半径，不难发现键能：C C C Si SiSi ，所以熔、沸点为金刚石，所以熔、沸点为金刚石 碳化硅碳化硅单晶硅单晶硅 石墨的晶体结构图 返回 石墨石墨 混合型晶体混合型晶体 石墨为什么很软？石墨为什么很软？ 石墨的熔沸点为什很高？石墨的熔沸点为什很高？ 石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，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，硬度小。容易滑动，所以石墨很软，硬
14、度小。 石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在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。很强的共价键，故熔沸点很高。 所以，石墨称为混合型晶体。所以，石墨称为混合型晶体。 原 子 晶 体 1、定义：、定义：原子间以共价键相结合而形成的空原子间以共价键相结合而形成的空 间网状结构的晶体。间网状结构的晶体。 如：金刚石是以碳碳单键结合而成的正四面体如：金刚石是以碳碳单键结合而成的正四面体 的空间网状结构。的空间网状结构。 键角：键角：10928 键长键长 ：1.5510-10m 2、性质：、性质：熔沸点高，硬度大，难溶于一般溶剂。熔沸点高，硬度大，难溶于一般溶剂。 熔
15、点：熔点： 3550 沸点：沸点：4827 3、代表晶型：、代表晶型：金刚石、晶体硅、二氧化硅金刚石、晶体硅、二氧化硅 4、原子晶体的构成微粒和作用力：、原子晶体的构成微粒和作用力： 构成微粒是：构成微粒是：原子原子 作用：作用：共价键共价键 5、原子晶体中不存在分子、原子晶体中不存在分子 如：如：SiO2中只存在中只存在Si原子和原子和O原子，而不原子，而不 存在存在SiO2分子，只有化学式。分子，只有化学式。 6、原子晶体的熔沸点也是随作共价键的、原子晶体的熔沸点也是随作共价键的 增强而增高增强而增高 晶体类型的判断晶体类型的判断 从组成上判断从组成上判断（仅限于中学范围）：（仅限于中学范
16、围）： 有无金属离子？有无金属离子？(有：离子晶体有：离子晶体) 是否属于“四种原子晶体”？是否属于“四种原子晶体”？ 以上皆否定，则多数是分子晶体。以上皆否定，则多数是分子晶体。 从性质上判断：从性质上判断： 熔沸点和硬度；熔沸点和硬度；(高：原子晶体；中：离子高：原子晶体；中：离子 晶体；低：分子晶体晶体；低：分子晶体) 熔融状态的导电性。熔融状态的导电性。(导电：离子晶体导电：离子晶体) 分析石墨结构中碳原子数与碳碳键数目比分析石墨结构中碳原子数与碳碳键数目比 故正六边形中的碳碳键数为故正六边形中的碳碳键数为6 61/2=31/2=3， 解析：解析： 我们可以先选取一个正六边形我们可以先
17、选取一个正六边形 此结构中的碳原子数为此结构中的碳原子数为6 6 一个碳原子被三个六元碳环共用，一个碳原子被三个六元碳环共用， 正六边形中的碳原子数为正六边形中的碳原子数为6 61/3=21/3=2。 六边形中的任一条边（即碳碳键）六边形中的任一条边（即碳碳键） 均被均被2 2个正六边形共用，个正六边形共用， 所以碳原子数与碳碳键数目比为所以碳原子数与碳碳键数目比为2:32:3。 5. 已知金刚石中已知金刚石中CC键长为键长为1.5410 10m，那么金刚石 ，那么金刚石 的密度为的密度为 g/cm3。（相对原子质量：。（相对原子质量：C 12.0） 6. SiC是原子晶体，其结构类似金刚石，
18、为是原子晶体，其结构类似金刚石，为C、Si 两原子两原子 依次相间排列的正四面体型空间网状结构。右图为两个依次相间排列的正四面体型空间网状结构。右图为两个 中心重合，各面分别平行的大小两个正方体，其中心为中心重合，各面分别平行的大小两个正方体，其中心为 一一Si原子，试在小正方体的顶点上画出与原子，试在小正方体的顶点上画出与Si最近的最近的C的的 位置，在大正方体的棱上画出与位置，在大正方体的棱上画出与C最近的最近的Si的位置。的位置。 Si C 两大小正方体的边长之比为两大小正方体的边长之比为_；SiCSi的键的键 角为角为_ (用反三角函数表示用反三角函数表示)；若；若SiC键长为键长为a
19、 cm， 则大正方体边长为则大正方体边长为_cm；SiC晶体的密度为晶体的密度为 _g/cm3。（。（NA为阿佛加德罗常数，相对原子质为阿佛加德罗常数，相对原子质 量量 C.12 Si.28）。）。 3.3.金刚石结构中，一个碳原子与金刚石结构中，一个碳原子与 个碳原子成键，个碳原子成键， 则每个碳原子实际形成的化学键为则每个碳原子实际形成的化学键为 个；个； a mola mol金刚石中，碳碳键数为金刚石中，碳碳键数为 molmol。 4 4 2 2 2a2a 4、已知金刚石的晶胞如图，金刚石中、已知金刚石的晶胞如图，金刚石中C-C 键长为键长为1.5510-8cm,求金刚石的晶体密度？求金
20、刚石的晶体密度？ 开拓思考题 仔细观察左边的示意图 后，回答下列问题： 金刚石与石墨的熔点均 很高，那么二者熔点是 否相同？为什么？若不 相同，哪种更高一些？ （二）、晶体中距离（二）、晶体中距离最近最近的微粒数的计算：的微粒数的计算： 1、在金刚石的网状结构中，在金刚石的网状结构中， 含有由共含有由共 价键形成的碳原子环，价键形成的碳原子环， 其中最小的环上其中最小的环上 有有_(_(填数字填数字) )个碳原子，每个碳原子个碳原子，每个碳原子 上的任意两个上的任意两个C CC C键的夹角都是键的夹角都是_ _ ( (填角度填角度) ) 6 10928 课堂练习题 下列不存在化学键的晶体是： A.硝酸钾 B.干冰 C.石墨 D.固体氩 常温常压下的分子晶体是： A.碘 B.水 C. 硫酸铵 D.干冰 晶体中的一个微粒周围有6个微粒，这种晶 体是： A.金刚石 B.石墨 C.干冰 D.氯化钠
