7833高二化学分子晶体和原子晶体人教实验版知识精讲.docx
- 文档编号:826620
- 上传时间:2022-10-13
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:318.86KB
7833高二化学分子晶体和原子晶体人教实验版知识精讲.docx
《7833高二化学分子晶体和原子晶体人教实验版知识精讲.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《7833高二化学分子晶体和原子晶体人教实验版知识精讲.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
7833高二化学分子晶体和原子晶体人教实验版知识精讲
高二化学分子晶体和原子晶体人教实验版
【本讲教育信息】
一.教学内容:
分子晶体和原子晶体
1.晶体与非晶体
2.晶胞
3.分子晶体
4.原子晶体
二.重点、难点
1.通过实验探究理解晶体与非晶体的差异。
2.了解区别晶体与非晶体的方法,认识化学的实用价值,增强学习化学的兴趣。
3.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。
4.理解分子间作用力和氢键对物质物理性质的影响,知道一些常见的属于分子晶体的物质类别。
5.掌握原子晶体的概念,能够区分原子晶体和分子晶体。
6.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。
三.教学过程
(一)晶体与非晶体
1、晶体的定义:
晶体是由原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。
非晶体是原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成的固体。
(1)一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的,而非由外观判断。
(2)晶体内部的原子有规律地排列,且外观为多面体,为固体物质。
(3)周期性是晶体结构最基本的特征。
2、晶体与非晶体的本质差异
自范性
微观结构
晶体
有(能自发呈现多面体外形)
原子在三维空间里呈周期性有序排列
非晶体
没有(不能自发呈现多面体外形)
原子排列相对无序
(1)自范性:
晶体能自发性地呈现多面体外形的性质。
(2)晶体自范性的本质:
是晶体中粒子微观空间里呈现周期性地有序排列的宏观表象。
(3)晶体自范性的条件之一:
生长速率适当。
如熔融态的二氧化硅,快速地冷却得到玛瑙,而缓慢冷却得到水晶。
3、晶体形成的一段途径:
(1)熔融态物质凝固。
如从熔融态结晶出来硫晶体。
(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
如凝华得到的碘晶体。
(3)溶质从溶液中析出。
如从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜晶体。
4、晶体的特点:
(1)均匀性
(2)各向异性
(3)自范性
(4)有明显确定的熔点
(5)有特定的对称性
(6)使X射线产生衍射
(二)晶胞
1、晶胞的定义:
晶体结构中的基本单元叫晶胞。
(1)晶胞是从晶体结构中截取出来的大小、形状完全相同的平行六面体。
晶胞代表整个晶体,无数个晶胞堆积起来,则得到晶体。
(2)整个晶体是由晶胞“无隙(相邻晶胞之间没有任何间隙)并置(所有晶胞都是平行排列的,取向相同)”堆砌而成。
晶胞的无隙并置体现了晶体的各向异性(强度、导热、光学性质)和紧密堆积(紧密堆积指由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中,原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高,能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。
)。
(3)晶胞内微粒的组成反映整个晶体的组成,求出晶胞中微粒的个数比就能写出晶体的化学式。
2、晶胞中原子个数的计算方法:
(三)分子晶体
1、定义:
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)分子晶体的粒子间的相互作用是范德华力;
(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。
2、典型的分子晶体
(1)所有非金属氢化物:
H2O、H2S、NH3、CH4、HX
(2)部分非金属单质:
X2、N2、O2、H2、S8、P4、C60
(3)部分非金属氧化物:
CO2、SO2、N2O4,P4O6,P4O10
(4)几乎所有的酸:
H2SO4、HNO3、H3PO4
(5)大多数有机物:
乙醇,冰醋酸,蔗糖
3、分子晶体的物理特性:
某些分子晶体的熔点
由于范德华力很弱,所以分子晶体一般具有:
(1)较低的熔点和沸点;
(2)较小的硬度;
(3)一般都是绝缘体,熔融状态也不导电。
【思考1】为何分子晶体的硬度小,熔沸点低?
因为构成晶体的微粒是分子,分子之间以分子间作用力(主要是范德华力)相结合,范德华力远小于化学键的作用。
【思考2】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,导致晶体冰中有相当大的空隙,所以相同状况下体积较大。
又由于CO2分子的相对分子质量>H2O分子的相对分子质量,所以干冰的密度大。
4、分子晶体的结构特征
组成微粒
微粒间作用
堆积方式
熔沸点比较
密度比较
冰
水分子
范德华力和氢键
每个分子周围有4个紧邻的分子
较高
较小
干冰
CO2分子
范德华力
每个分子周围有12个紧邻的分子
较低
较大
大多数分子晶体结构有如下特征:
(1)如果分子间作用力只是范德华力。
以一个分子为中心,其周围通常可以有几个紧邻的分子。
如O2、C60、CO2,我们把这一特征叫做分子紧密堆积。
(2)如果分子间除范德华力外还存在着氢键,分子就不会采取紧密堆积的方式。
如在冰的晶体中,每个水分子周围只有4个紧邻的水分子,形成正四面体。
氢键不是化学键,比共价键弱得多却跟共价键一样具有方向性,而氢键的存在迫使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空间利用率不高,皆有相当大的空隙使得冰的密度减小。
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。
(四)原子晶体
1、定义:
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。
(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。
2、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)晶体等。
(3)某些氧化物:
二氧化硅(SiO2)晶体。
3、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,所以原子晶体具有:
(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。
【思考4】为何CO2熔沸点低?
而破坏CO2分子却比SiO2更难?
因为CO2是分子晶体,SiO2是原子晶体,所以熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。
所以SiO2熔沸点高。
破坏CO2分子与SiO2时,都是破坏共价键,而C—O键能>Si-O键能,所以CO2分子更稳定。
【思考5】怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅和锗的熔点和硬度依次下降?
因为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,所以熔点和硬度有如下关系:
金刚石>碳化硅>锗。
4、原子晶体的结构
(1)金刚石晶体
①金刚石中每个C原子以sp3杂化,分别与4个相邻的C原子形成4个σ键,故键角为109°28′,每个C原子的配位数为4;
②每个C原子均可与相邻的4个C构成实心的正四面体,向空间无限延伸得到立体网状的金刚石晶体,在一个小正四面体中平均含有1+4×1/4=2个碳原子;
③在金刚石中最小的环是六元环,1个环中平均含有6×1/12=1/2个C原子,含C-C键数为6×1/6=1;
④金刚石的晶胞中含有C原子为8个,内含4个小正四面体,含有C-C键数为16。
(2)二氧化硅晶体
①二氧化硅中Si原子均以sp3杂化,分别与4个O原子成键,每个O原子与2个Si原子成键;
②晶体中的最小环为十二元环,其中有6个Si原子和6个O原子,含有12个Si-O键;每个Si原子被12个十二元环共有,每个O原子被6个十二元环共有,每个Si-O键被6个十二元环共有;每个十二元环所拥有的Si原子数为6×1/6=1,拥有的O原子数为6×1/6=1,拥有的Si-O键数为12×1/6=2,则Si原子数与O原子数之比为1:
2。
【思考6】原子晶体的化学式是否可以代表其分子式?
不能。
因为原子晶体是一个三维的网状结构,无小分子存在。
【思考7】以金刚石为例,说明原子晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同?
(1)组成微粒不同,原子晶体中只存在原子,没有分子。
(2)相互作用不同,原子晶体中存在的是共价键。
5、原子晶体熔、沸点比较规律
对于原子晶体,一般来说,原子间键长越短,键能越大,共价键越稳定,物质的熔沸点越高,硬度越大。
【比较归纳】原子晶体与分子晶体的比较
分子晶体
原子晶体
构成微粒
分子
原子
晶体内相互作用力
分子间作用力(含极性、氢键)
共价键
硬度、熔沸点
低
高
熔、沸点变化规律
(1)对于组成结构相似的物质,相对分子质量
(2)极性分子非极性分子(3)氢键作用
键长、键能
化学式能否表示分子结构
能
不能
【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法
(1)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断:
原子晶体的粒子是原子,质点间的作用是共价键;分子晶体的粒子是分子,质点间的作用是范德华力。
(2)记忆常见的、典型的原子晶体。
(3)依据晶体的熔点判断:
原子晶体熔、沸点高,常在1000℃以上;分子晶体熔、沸点低,常在数XX以下至很低的温度。
(4)依据导电性判断:
分子晶体为非导体,但部分分子晶体溶于水后能导电;原子晶体多数为非导体,但晶体硅、晶体锗是半导体。
(5)依据硬度和机械性能判断:
原子晶体硬度大,分子晶体硬度小且较脆。
【知识拓展】石墨
石墨的层状结构
(1)石墨中C原子以sp2杂化;
(2)石墨晶体中最小环为(6)元环,含有C
(2)个,C-C键为(3);
(3)石墨分层,层间为范德华力,硬度小,可导电;
(4)石墨中r(C-C)比金刚石中r(C-C)短。
【思考8】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。
【思考9】石墨的熔沸点为什么很高(高于金刚石)?
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。
【思考10】石墨属于哪类晶体?
石墨为混合键型晶体。
【典型例题】
例1.氮化硅(Si3N4)是一种新型的耐高温耐磨材料,在工业上有广泛用途,它属于
A.原子晶体B.分子晶体C.金属晶体D.离子晶体
分析:
耐高温、耐磨是原子晶体的特点,故氮化硅(Si3N4)是原子晶体。
答案:
A
例2.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()
A.干冰B.氯化钠C.氢氧化钠D.碘
分析:
干冰是分子晶体,分子内存在共价键,分子间存在范德华力。
NaCl是离子晶体只存在离子键。
NaOH是离子晶体,不仅存在离子键,还存在H—O间共价键。
碘也是分子晶体,分子内存在共价键,分子间存在分
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 7833 化学 分子 晶体 原子 实验 知识