高二化学课件-晶体结构与性质课件

课件是老师的教学工具，同时也是我们学习的重要工具，在大家进行课前预习的时候可以参考一下化学课件，下面学大教育网为大家带来高二化学课件-晶体结构与性质课件，希望对大家学好化学有帮助。

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

(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

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

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，常在数百度以下至很低的温度。

(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。

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