分子晶体和原子晶体84129.doc

版权所有 分子晶体和原子晶体第一课时教学目标知识与技能1、了解分子晶体的概念2、了解冰、二氧化碳的晶体结构及晶体中分子间作用力类型3、掌握分子晶体关于熔、沸点等方面的物理性质过程与方法联系旧知识，学习新知识，通过列举各种晶体及其特征，达到逐个掌握的目的情感、态度与价值观通过对水结冰密度减小这一学生已知事实的讲解，激发学生探究物质内部结构奥秘的兴趣教学重点 分子晶体的概念、结构特点教学难点 氯键对冰晶体结构和性质的影响教学过程【问题讨论】雪花、冰糖、食盐、水晶和电木（酚醛树脂）这些固体，是否属于晶体？若不是晶体，请说明理由。雪花、冰糖、食盐、水晶都是晶体。电木不是晶体。它是高聚物，无固定的熔点。【阅读】教材P66碘晶胞、P70干冰晶胞 这两个晶胞有何共同点？组成这两个晶胞的微粒都是分子。【师】这节课我们来学习第二节分子晶体和原子晶体【板书】第二节分子晶体和原子晶体一、分子晶体1定义：只含有分子的晶体。【师】1、既然组成分子晶体的微粒都是分子，那这些微粒之间存在着哪些作用呢？范德华力（分子间作用力）与氢键2、据此，可推断出分子晶体有哪些特点？熔、沸点低、硬度小【板书】2分子晶体的特点有单个分子存在，化学式就是分子式。熔、沸点低、硬度小，易升华。【师】根据分子晶体的概念，哪些物质的晶体属于分子晶体呢？【板书】3分子晶体的形成所有非金属气态氢化物。多数非金属单质。如卤素(X2)、氧(O2)、氢(H2)、氮(N2)、白磷(P4)、硫(S8)、C60等。多数非金属氧化物。如：CO2、P4O6、P4O10、SO2等。所有的酸。绝对大多数有机物。【师】下面，我们来看一下分子晶体都有哪些物理性质。【板书】4分子晶体的物理性质分子晶体不导电。【师】物质导电的条件是存在自由移到的电子或离子。由于构成分子晶体的粒子都是分子，不管是晶体还是晶体熔化成的液体，都没有带电荷的离子存在。因此，分子晶体及它熔化成的液体都不导电（但碲能导电）。分子晶体溶于水时，有的能导电（如：HCl），有的不能导电（如：CH3CH2OH）。【板书】分子晶体的溶解性和熔、沸点。【师】组成分子的分子不同，分子晶体的性质也不同。如在溶解性以及熔沸点上，不同晶体之间存在着较大的差异。【板书】溶 解 性：相似相溶、氢键； 熔、沸点：氢键、分子间作用力、分子的极性。5分子晶体的结构特征和结构模型如果分子间作用力只是范德华力，若以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子。如干冰晶体。如果分子间还有其他作用力，如存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性，必然要对这些分子的堆积方而成的晶体的构型产生影响。如晶体冰。干冰的晶体模型【师】提问：1、与一个CO2分子距离最近且相等的CO2分子共有多少个？2、一个干冰晶胞中平均有几个CO2分子？3、干冰晶体中，CO2分子的排列方向有几种？答案：1、12个；2、4个；3、4种（顶点一种，三个面心各一种）。【板书】冰晶胞模型【师】由上图可以看出，每个水分子最多可以形成4个氢键（每个H原子各1个，O原子两个）。氢键对冰晶体结构的影响是很明显的。在整个冰的晶体结构中，每个H原子都参与了氢键的形成，这是因为它服从“最大限度生成氢键原理”，尽可能多地生成氢键，可以最大限度地降低体系的能量，以增强晶体结构的稳定性。这样每个O原子周围都有4个H原子，由图可以看出，2个H原子距O原子较近，以共价键结合；另2个H原子距O原子较远，则以氢键相连。O的配位数为4，为了形成较稳定的车面体结构，水分子中原有的键角（105）也稍有扩张，使各键之间都形成正四面体角（10928）。这种结构是比较疏松的，因此冰表现出密度比水小的特殊性质。当冰熔化成水时，部分氢键遭破坏，而水中仍然保持有许多运动自由的以氢键构成的水分子小集团，且不断变动改组。由于这些小集团可以堆积得较为紧密，因而冰熔化时体积反而缩小。冰的结构属于六方晶系，从冰的这种六方晶系模型出发，即不难推想出雪花为六角晶形由来的基本内在因素。【总结】本节课我们主要学习了分子晶体的概念、组成及结构特点，大家不但要能从晶体类型来判断它的物理性质，而且要能根据该物质的物理性质来判断其晶体类型。【随堂练习】1、四氯化硅的结构和四氯化碳类似，对其性质的推断，正确的是：四氯化碳晶体是分子晶体；通常情况下为液态；熔点高于四氯化碳；属于正四面体的分子构型。其中正确的是（ ）A仅有 B仅有 C仅有 D2、HgCl2的稀溶液可作手术刀的消毒剂，已知其熔点是227，熔融状态的HgCl2不能导电，HgCl2的稀溶液有弱的导电能力，由下列关于HgCl2的叙述中正确的是（ ）属于共价化合物；属于离子化合物；属于非电解质；属于弱电解质。A B C D3、右图所示为干冰晶胞。观察图形，试说明每个CO2分子周围有 个与之紧邻等距离的CO2分子；在晶胞中截取一个最小的正方形，使正方形的四个顶点都落到CO2分子的中心，则这个正方形平面上，有 个CO2分子。4、白磷分子（P4）如右图所示，则31 g白磷分子中存在共价键的数目为（ ）A4NA BNA C105NA D0.25NA 5、1996年的诺贝尔贝尔奖授予三位发现C60的化学家。现已知C60属于晶体，其分子中只含有正五边形和正六边形，且每个碳原子只和与其相邻的三个碳原子成键（如右图），则：试计算C60分子中，碳碳单键和碳碳双键的个数；试计算C60分子中，正五边形和正六边形的个数；试判断C60能否与F2反应？什么？【作业】学习与评价P35课时12【板书】第二节 分子晶体和原子晶体一、分子晶体1、定义：只含有分子的晶体。2、特点：有单个分子的存在，化学式既分子式。熔、沸点较低，硬度较小，易升华。3、分子晶体的形成所有非金属气态氢化物。多数非金属单质。如卤素(X2)、氧(O2)、氢(H2)、氮(N2)、白磷(P4)、硫(S8)、C60等。多数非金属氧化物。如：CO2、P4O6、P4O10、SO2等。所有的酸。绝对大多数有机物。4、分子晶体和物理性质分子晶体不导电。分子晶体的溶解性和熔、沸点。 溶 解 性：相似相溶、氢键 熔、沸点：氢键分子间形成氢键的熔、沸点升高； 分子间作用力对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高； 分子的极性分子的极性越大，熔、沸点越高。5、分子晶体的结构特征和结构模型如果分子间作用力只是范德华力，若以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子。如干冰晶体。如果分子间还有其他作用力，如存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性，必然要对这些分子的堆积方而成的晶体的构型产生影响。如晶体冰。干冰的晶体模型冰晶胞模型分子晶体和原子晶体第二课时教学目标知识与技能1、了解原子晶体的概念，掌握原子晶体的熔、沸点，硬度等物理性质。2、掌握金刚石、晶体硅、二氧化硅等典型晶体的晶胞。3、理解并掌握原子晶体内原子间作用力的类型。过程与方法从结构理解原子晶体的性质，明确原子晶体的物理性质及化学变化特点和空间结构。情感、态度与价值观学会知识的运用，培养学以致用的能力教学重点 晶体类型与性质之间的关系教学难点 原子晶体的结构特点教学过程【问题引入】C、Si都是第A主族元素，它们的氧化物CO2和SiO2都是酸性氧化物，在化学性质上有着不少相似之处。大家来看一下这一张表：二氧化碳二氧化硅熔 点（）56.278.5沸 点（）17232230那为什么两者的熔、沸点相差这么大？二氧化硅又符不符合分子晶体的特征呢？【板书】二、原子晶体1、定义：相邻原子间以共价键相结合形成的空间网状结构的晶体。2、特点：不存在间个分子，化学式只表示其原子个数比。基本粒子是原子，并以共价键结合向空间发展形成空间网状结构。【师】原子晶体为什么呈空间网状结构呢？【生】因原子晶体中原子间相互作用是共价键，由于共价键不同于金属键，又不同于离子键；它既有饱和性，又有方向性。因而在共价型晶体中，在微粒间相互位置上，就既不可能像金属晶体那样，主要按等径圆球尽可能堆积的规律，尽量以高配位数配置；又不能像离子晶体那样，主要根据正、负离子的半径大小和数量的不同比不同取其可能的堆积方式，以一定的配位数相互配置。共价键的饱和性和方向性在晶体结构中表现出十分明显的决定作用。首先在种类型晶体中，微粒（原子）的配位数由具有饱和性的键的数量决定。其次，原子之间的联结（键合），都必须采取一定的方向。这样，就从根本上决定了晶体结构的空间构型。可见原子晶体的结构特征是键的饱和性和方向性，它决定了其配位数比一般金属晶体和离子晶体都要小。【板书】3、原子晶体的物理性质很高和熔、沸点，很大的硬度，不导电，难溶于一般溶剂。【师】原子晶体中，各个原子都和数个其他原子以共价键相结合，使整个晶体形成了一个牢固的整体。由于原子晶体内键的饱和性和方向性，决定了这类晶体不具有象金属那样的延性、展性和良好的导电性；又由于共价键的结合能力比离子键的结合能力强，故一般来说，其熔点、沸点较高，硬度较大。【学与问】1、怎样从原子结构的角度理解金属石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？答案：从碳到锗，核电荷数增大，电子层数增多，原子半径增大，CC键、SiSi键和GeGe键的键长依次增大。键长越短，共价键越牢固，而熔化时破坏的是共价键，因此共价键的稳定性是CC键SiSi键GeGe键。所以，金刚石、晶体硅和晶体锗的熔点和硬度依次下降。2、“含有共价键的晶体叫做原子晶体。”这种说法对吗？为什么？答案：不对。如：HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共价键，而它们都是分子晶体；又如：金刚石、晶体硅、SiC、SiO2中也都有共价键，它们却都是原子晶体。只有相邻原子间以共价键结合形成空间网状结构的晶体才是原子晶体。【板书】4、常见原子晶体少数非金属单质（如金刚石、单晶硅、晶体硼、晶体锗等）；少数非金属化合物（碳化硅SiC、二氧化硅SiO2、氮化硼BN等）。【板书】5、常见原子晶体模型金刚石【师】金刚石是世上已知最硬的物质，且熔点很高，人很名贵的宝石。人们把天然金刚石当作宝石珍藏已有三千余年历史。经过琢磨的金刚石称钻石，透光度高，纯净的钢厂无色透明，含杂质则呈蓝、黄、棕、绿、黑等色。至今世界上最大的金刚石是“非洲之星”，发现于1906年，质量为3025克拉。金刚石是最典型的原子晶体。宏观世界是由碳原子以共价单键结合而成的，其中，每一个碳原子都和三个与其相邻的碳原子形成典型的正四面体共价键基团CC4，所有的CC4在空间连续分布，每一个碳原子的配位数均为4（如图所示）；若从图中取出一个立方单位，即为金刚石的晶胞（如图所示）。在金刚石晶胞中，顶点和面心上各有一个碳原子，另每个顶点上的碳原子和经过该顶点的三个面面心的碳原子所构成的正四面体的中心也含有一个碳原子，即每个金刚石晶胞中平均拥有4个碳原子。问：金刚石晶体中，碳原子的杂化方式为什么？碳碳键的夹角为多少？晶体中，最小碳环中的碳原子数为多少？共用同一碳原子数的碳环数为多少？晶体中，碳原子数与碳碳共价键数之比为多少？答：sp3、10928；6、12；12。【师】如将金刚石中的碳原子全部换成硅原子，那就是晶体硅；如将其中一半的碳原子换成硅原子，那就是金刚砂（SiC）。同样都是原子晶体。【练习一】试比较金刚石、碳化硅和晶体硅的熔点高低。答案：金刚石晶体硅晶体硅解释：因从金刚石到晶体硅再到碳化硅，其的化学键分别是CC、CSi和SiSi，键长依次增长，键能依次降低，故熔点逐渐降低。【过渡】如果在晶体硅中的任两个硅原子之间都加上一个氧原子，那就是另一种典型的原子晶体SiO2。【板书】二氧化硅【师】在二氧化硅晶体中，硅原子和氧原子经共价键结合，每一个硅原子周围有四个氧原子，每个氧原子周围有有个硅原子（如右图），它们的配位数分别为4和2。问：二氧化硅中硅原子和氧原子的个数比为多少？二氧化硅晶体中SiO键的键角为多少？二氧化硅晶体中硅原子与SiO键数之比为多少？二氧化硅晶体中最小环上的原子数为多少？共用同一硅原子、共用同一氧原子的最小环各为多少个？答：12；SiOSi = 104.5、OSiO = 10928；14；12；12、6 【师】同金刚石的晶胞一样，二氧化硅的晶胞也是立方体。8个顶点和6个面的面心都是O原子，在每个顶点和过该顶点的三个面的面心所形成的正四面体的体心另有一个O原子；在每个正四面体中，中心的O原子与四个处于顶点的O原子之间各有一个Si原子。【总结】本节课的们学习了原子晶体，它是原子间以共价键相结合而形成的空间结构。上节课我们学习了分子晶体，现将这两种晶体的区别比较如下：晶体类型原子晶体分子晶体组成微粒原子分子微粒间作用力共价键分子间作用力熔、沸点很高较低硬度很大较小溶解性不溶于任何溶剂部分溶于水导电性不导电，个别为半导体不导电，部分溶于水导电【随堂练习】1、在a mol金刚石中含CC键数为（ ）A4a6.021023 Ba6.021023 C2a6.021023 D8a6.021023 2、有关晶体的叙述正确的是（ ）A在SiO2晶体中，由Si、O原子构成的最小单元环中共有8个原子B在12 g金刚石中，含CC共价键键数为4NAC干冰晶体熔化只需克服分子间作用力D分子晶体无论在固态或熔化状态下均不导电3、单质硼有晶体和无定形两种，参考下列数据回答：金刚石晶体硅晶体硼熔点/K382316832573沸点/K510026282823硬度/moh107.09.5晶体硼的晶体类型属于 晶体。已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中含二十个正三角形，和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。试推算：这个基本结构单元由 个硼原子组成，键角是 度，共含 个BB键。4、科学家在40 Gpa高压下，用激光器加热到1800 K，成功合成出一氧化碳原子晶体。下列有关这种二氧化碳原子晶体的叙述正确的是（ ）A晶体中每摩碳原子与