高中化學(xué) 第3章第2節(jié) 分子晶體與原子晶體同步導(dǎo)學(xué)課件 新人教版選修3

第二節(jié)分子晶體與原子晶體 金剛石是一種礦物，早在公元前1000年，人們就發(fā)現(xiàn)金剛石很硬，“金剛石”的英文名diamond，就源于阿拉伯語“almas”(最堅(jiān)硬的)。金剛石具有許多優(yōu)良的性質(zhì)：熔點(diǎn)高(3 350 )、不導(dǎo)電、硬度極高。這些性質(zhì)顯然是由金剛石的結(jié)構(gòu)決定的。那么，金剛石具有怎樣的結(jié)構(gòu)呢？水晶是一種古老的寶石，晶體完好時呈六棱柱鉆頭形。在水晶中，原子是怎樣排列的呢？我們知道，冰容易融化，干冰容易氣化，碘晶體容易升華。 那么，這些晶體為什么具有上述特殊性質(zhì)呢？它們的結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢？ 1掌握分子晶體、原子晶體的概念及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 2掌握晶體類型與性質(zhì)之間的關(guān)系。 3了解氫鍵對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響。 1結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (1)構(gòu)成微粒及微粒間的作用力 (2)微粒堆積方式 若分子間只有范德華力，則分子晶體有 特征，即每個分子周圍有 個緊鄰分子。 若分子間含有其他作用力，如氫鍵。由于氫鍵具有，使分子不能采取密堆積的方式，則每個分子周圍緊鄰的分子要少于12個。如冰中每個水分子周圍只有個緊鄰的水分子。分子密堆積分子密堆積12方向性方向性4 2屬于分子晶體的物質(zhì) (1)所有 ，如H2O、NH3、CH4等。 (2)部分 ，如鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有氣體等。 (3)部分，如CO2、P4O6、P4O10、SO2等。 (4)幾乎所有的 酸，如HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等。 (5)絕大多數(shù)，如苯、乙醇。非金屬氫化物非金屬氫化物非金屬單質(zhì)非金屬單質(zhì)非金屬氧化物非金屬氧化物有機(jī)物的晶體有機(jī)物的晶體 分子晶體的特征及影響分子晶體熔沸點(diǎn)的因素 (1)分子晶體的特征 大多數(shù)分子晶體具有如下結(jié)構(gòu)特征： 如果分子間作用力只是范德 華力，若以一個分子為中心，其周 圍通?？梢杂?2個緊鄰的分子。 如干冰晶體(如圖a) 晶體中含有其他作用力(如氫鍵)時，分子晶體的分子堆積要少于12個。如冰中每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子相互吸引構(gòu)成水的晶體。(如圖b) (2)分子間作用力與分子晶體熔、沸點(diǎn)的關(guān)系 分子晶體的熔、沸點(diǎn)取決于分子間作用力的大小。對于組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，隨相對分子質(zhì)量的增大，分子間作用力也增大，熔、沸點(diǎn)升高，如I2Br2Cl2F2，O2N2。組成相似的分子，有極性的比無極性的分子間作用力大，熔、沸點(diǎn)高，如SO2CO2。有氫鍵的分子晶體，還要考慮氫鍵的強(qiáng)弱。 結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量大的其熔、沸點(diǎn)不一定大。例如：H2O與H2S，H2O的沸點(diǎn)比H2S高，因?yàn)樗肿娱g有氫鍵，H2S分子中只有范德華力，而氫鍵比范德華力強(qiáng)。 1SiCl4的分子結(jié)構(gòu)與CCl4相似，對其進(jìn)行的下列推測不正確的是() ASiCl4晶體是分子晶體 B常溫、常壓下SiCl4是氣體 CSiCl4的分子是由極性鍵形成的非極性分子 DSiCl4的熔點(diǎn)高于CCl4 解析：由于SiCl4分子結(jié)構(gòu)與CCl4相似，所以一定屬于分子晶體。影響分子晶體熔、沸點(diǎn)的因素是分子間作用力的大小，在這兩種分子之間都只有范德華力，SiCl4的相對分子質(zhì)量大于CCl4的相對分子質(zhì)量，所以SiCl4的分子間作用力比CCl4大，熔、沸點(diǎn)應(yīng)該比CCl4高一些。CCl4的分子是正四面體結(jié)構(gòu)，SiCl4與它結(jié)構(gòu)相似，因此也應(yīng)該是正四面體結(jié)構(gòu)，是含極性鍵的非極性分子。 答案：B 1結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (1)構(gòu)成微粒及微粒間的作用力 (2)微粒堆積方式 整塊晶體是一個三維的結(jié)構(gòu)，不存在單個小分子，是一個“巨分子”，又稱。共價鍵網(wǎng)狀共價鍵網(wǎng)狀共價晶體共價晶體 2屬于原子晶體的物質(zhì) (1)某些，如晶體硼、晶體硅、晶體鍺、金剛石等。 (2)某些，如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等。 (3)某些 ，如二氧化硅(SiO2)等。非金屬單質(zhì)非金屬單質(zhì)非金屬化合物非金屬化合物氧化物氧化物 分子晶體與原子晶體的比較晶體類晶體類型型分子晶體分子晶體原子晶體原子晶體定義定義分子間通過分子間分子間通過分子間作用力結(jié)合形成的晶體作用力結(jié)合形成的晶體相鄰原子間以共價鍵相鄰原子間以共價鍵結(jié)合而形成的具有空間結(jié)合而形成的具有空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體組成微組成微粒粒分子分子原子原子物質(zhì)類物質(zhì)類別別多數(shù)的非金屬單質(zhì)多數(shù)的非金屬單質(zhì)和共價化合物和共價化合物金剛石、晶體硅、碳金剛石、晶體硅、碳化硅、二氧化硅等少數(shù)化硅、二氧化硅等少數(shù)非金屬單質(zhì)及共價化合非金屬單質(zhì)及共價化合物物晶體類型晶體類型分子晶體分子晶體原子晶體原子晶體 微粒間的微粒間的作用力作用力分子間作用力分子間作用力(氫鍵、范氫鍵、范德華力德華力)共價鍵共價鍵(極性鍵、非極性鍵、非極性鍵極性鍵)熔化時需克熔化時需克服的作用力服的作用力較弱的分子間作用力較弱的分子間作用力很強(qiáng)的共價鍵很強(qiáng)的共價鍵物物理理性性質(zhì)質(zhì)熔、熔、沸點(diǎn)沸點(diǎn)較低較低很高很高硬度硬度較小較小很大很大導(dǎo)電導(dǎo)電性性固態(tài)和熔化時都不導(dǎo)電固態(tài)和熔化時都不導(dǎo)電，但某些分子晶體溶于水能，但某些分子晶體溶于水能導(dǎo)電，如導(dǎo)電，如HCl固態(tài)和熔化時都不導(dǎo)固態(tài)和熔化時都不導(dǎo)電電溶解溶解性性相似相溶相似相溶難溶于一般溶劑難溶于一般溶劑決定熔、沸決定熔、沸點(diǎn)高低的因素點(diǎn)高低的因素分子間作用分子間作用力的強(qiáng)弱力的強(qiáng)弱共價鍵的強(qiáng)弱共價鍵的強(qiáng)弱晶體晶體類型類型分子晶體分子晶體原子晶體原子晶體典型典型例子例子(1)干冰干冰每個晶胞中有每個晶胞中有4個個CO2分分子，子，12個原子。個原子。每個每個CO2分子周圍等距離分子周圍等距離緊鄰的緊鄰的CO2分子有分子有12個。個。(2)冰冰(1)金剛石金剛石在晶體中每個碳原子以在晶體中每個碳原子以4個共價個共價鍵對稱地與相鄰的鍵對稱地與相鄰的4個碳原子相結(jié)合個碳原子相結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)。，形成正四面體結(jié)構(gòu)。晶體中晶體中CCC夾角為夾角為10928，碳原子采取了，碳原子采取了sp3雜化。雜化。晶晶體體類類型型分子晶體分子晶體原子晶體原子晶體典典型型例例子子水分子之間的作用力有范德水分子之間的作用力有范德華力，但主要作用力是氫鍵。華力，但主要作用力是氫鍵。最小環(huán)上有最小環(huán)上有6個碳原子。個碳原子。晶體中晶體中C原子個數(shù)與原子個數(shù)與CC鍵數(shù)之鍵數(shù)之比為比為 (2)二氧化硅二氧化硅典典型型例例子子由于氫鍵的由于氫鍵的存在迫使在四面存在迫使在四面體中心的每個水體中心的每個水分子與四面體頂分子與四面體頂點(diǎn)的點(diǎn)的4個相鄰的個相鄰的水分子相互吸引水分子相互吸引。在晶體中每個硅原子和在晶體中每個硅原子和4個氧原子形成個氧原子形成4個共價鍵；每個共價鍵；每個氧原子與個氧原子與2個硅原子相結(jié)合個硅原子相結(jié)合。故。故SiO2晶體中硅原子與氧晶體中硅原子與氧原子按原子按12的比例組成。的比例組成。最小環(huán)上有最小環(huán)上有12個原子。個原子。 2. 美國科學(xué)雜志曾報道：在40 GPa的高壓下，用激光加熱到1 800 K，人們成功制得了原子晶體CO2，下列對該物質(zhì)的推斷一定不正確的是() A該原子晶體中含有極性鍵 B該原子晶體易汽化，可用作制冷材料 C該原子晶體有很高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn) D該原子晶體硬度大，可用作耐磨材料 解析：CO2由固態(tài)時形成的分子晶體變?yōu)樵泳w，其成鍵情況也發(fā)生了變化，由原來的C=O雙鍵變?yōu)镃O單鍵，但化學(xué)鍵依然為極性共價鍵，故A項(xiàng)正確。 由于晶體類型及分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)等性質(zhì)也發(fā)生了變化。CO2原子晶體具有高硬度、高熔、沸點(diǎn)等特點(diǎn)，故C、D選項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯誤。 答案：B (2011南京高二質(zhì)檢)下列各組晶體物質(zhì)中，化學(xué)鍵類型相同，晶體類型也相同的是() SiO2和SO3晶體硼和HClCO2和SO2晶體硅和金剛石晶體氖和晶體氮硫磺和碘 AB C D 思路指引：本題考查了化學(xué)鍵的類型與晶體類型的判斷。解題時應(yīng)注意化學(xué)鍵類型的判斷。 屬于分子晶體的有SO3、HCl、SO2、CO2、晶體氖、晶體氮、硫磺、碘等。屬于原子晶體的有SiO2、晶體硼、晶體硅、金剛石等。但晶體氖是由稀有氣體分子構(gòu)成，稀有氣體分子間不存在化學(xué)鍵。 答案：C 判斷非金屬元素組成的晶體是分子晶體還是原子晶體的方法 (1)依據(jù)構(gòu)成晶體的粒子和粒子間的作用判斷：原子晶體的構(gòu)成粒子是原子，質(zhì)點(diǎn)間的作用是共價鍵；分子晶體的構(gòu)成粒子是分子，質(zhì)點(diǎn)間的作用是范德華力。 (2)記憶常見的、典型的原子晶體。 常見的原子晶體有：某些非金屬單質(zhì)如硼、硅、鍺等；某些非金屬化合物如碳化硅、氮化硼等；某些氧化物如二氧化硅。 (3)依據(jù)晶體的熔沸點(diǎn)判斷：原子晶體熔、沸點(diǎn)高，常在1 000 以上；分子晶體熔、沸點(diǎn)低，常在幾百度以下至很低的溫度。 (4)依據(jù)導(dǎo)電性判斷：分子晶體為非導(dǎo)體，但部分分子晶體溶于水后能導(dǎo)電；原子晶體多數(shù)為非導(dǎo)體，但晶體硅、晶體鍺是半導(dǎo)體。 (5)依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷：原子晶體硬度大，分子晶體硬度小且較脆。 1下列性質(zhì)適合于分子晶體的是() 熔點(diǎn)1 070 ，易溶于水，水溶液導(dǎo)電熔點(diǎn)10.31 ，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液導(dǎo)電能溶于CS2，熔點(diǎn)112.8 ，沸點(diǎn)444.6 熔點(diǎn)97.81 ，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度為0.97 gcm3 A B C D 解析：分子晶體的熔點(diǎn)較低，中熔點(diǎn)高，不是分子晶體，是金屬鈉的性質(zhì)。 答案：C下列晶體性質(zhì)的比較中正確的是(雙選)() A熔點(diǎn)：金剛石碳化硅晶體硅 B沸點(diǎn)：NH3PH3 C硬度：白磷冰二氧化硅 D熔點(diǎn)：SiI4SiBr4SiCl4 思路指引：本題考查了晶體物理性質(zhì)的影響因素。 A項(xiàng)中三種物質(zhì)都是原子晶體，因原子半徑r(C)r(Si)，所以鍵長：CCCSiSiSi，故鍵能： CCCSiSiSi，鍵能越大，原子晶體的熔點(diǎn)越高，A項(xiàng)正確；氟化氫、水、氨都是分子晶體，其沸點(diǎn)高低與分子間作用力大小有關(guān)，因?yàn)檫@三種物質(zhì)之間都存在氫鍵，且H2O之間氫鍵最強(qiáng)，NH3之間氫鍵最弱，故水的沸點(diǎn)最高，氨的最低，B項(xiàng)錯誤；二氧化硅是原子晶體，硬度大，白磷和冰都是分子晶體，硬度較小，C項(xiàng)錯誤；鹵化硅為分子晶體，它們的組成和結(jié)構(gòu)相似，分子間不存在氫鍵，故相對分子質(zhì)量越大，熔點(diǎn)越高，D項(xiàng)正確。 答案：AD 分子晶體、原子晶體熔沸點(diǎn)比較 (1)不同類型的晶體：原子晶體分子晶體。 (2)同一類型的晶體 分子晶體 a分子間作用力越大，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)越高；具有氫鍵的分子晶體，熔沸點(diǎn)反常的高。如H2OH2TeH2SeH2S。 b組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，熔沸點(diǎn)越高。如SnH4GeH4SiH4CH4。 c組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，其熔沸點(diǎn)越高。如CON2，CH3OHCH3CH3。 原子晶體 晶體的熔沸點(diǎn)高低取決于共價鍵的鍵長和鍵能。鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)越高。如熔點(diǎn)：金剛石碳化硅晶體硅。 2. 據(jù)報道科研人員應(yīng)用計算機(jī)模擬出結(jié)構(gòu)類似C60的物質(zhì)N60。已知：N60分子中每個氮原子均以NN鍵結(jié)合三個N原子而形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；NN鍵的鍵能為167 kJmol1。請回答下列問題： (1)N60分子組成的晶體為_晶體，其熔、沸點(diǎn)比N2_(填“高”或“低”)，原因是_ _。 (2)1 mol N60分解成N2時吸收或放出的熱量是_kJ(已知NN鍵的鍵能為942 kJmol1)，表明穩(wěn)定性N60_(填“”、“Mr(N2)，故N60晶體中分子的范德華力比N2晶體大，N60晶體的熔、沸點(diǎn)比N2晶體高。 (2)因每個氮原子形成三個NN鍵，每個NN鍵被2個N原子共用，故1 mol N60中存在NN鍵：1 mol60390 mol。發(fā)生的反應(yīng)為N60=30N2H，故H90167 kJmol130942 kJmol113 230 kJmol1N60。 (3)由于反應(yīng)放出大量的熱同時生成大量氣體，因此N60可用作高能炸藥。 答案：(1)分子高N60、N2均形成分子晶體，且N60的相對分子質(zhì)量大，分子間作用力大，故熔、沸點(diǎn)高 (2)13 230Cl2Br2 B金剛石P4O2 CSHBr金剛石 DI2CH4冰 解析：A項(xiàng)中F2、Cl2、Br2均是分子晶體，由相對分子質(zhì)量可知熔點(diǎn)：F2Cl2_(填寫相應(yīng)物質(zhì)的編號)。 解析：以立方體的一個頂點(diǎn)為研究對象，補(bǔ)齊平均分?jǐn)偹钠渌?個同樣的立方體(即8個立方體并置)，找出通過所選研究對象的3個相互垂直的截面，每個截面上有4個，總共12個分子與其距離最近且相等；CO2、CS2、SiO2形成的晶體分別是分子晶體、分子晶體、原子晶體，并且CS2比CO2的相對分子質(zhì)量大，所以CS2的沸點(diǎn)比CO2的高。 答案：(1)12(2)