高中化学人教版选修3第二章第二节 分子的立体结构 分析晶体的结构和性质特点 课件（86张PPT）
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| 名称 | 高中化学人教版选修3第二章第二节 分子的立体结构 分析晶体的结构和性质特点 课件（86张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 10.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2020-06-22 21:56:17 | ||
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文档简介
(共86张PPT)
物质结构与性质
选修3
微粒为分子：分子间作用力（或范德华力）或氢键；
微粒为原子：极性共价键或非极性共价键；
微粒为离子：离子键。
复习总结：
微粒间作用
构成物质的微粒主要有三种：原子、离子和分子，金属单质是由金属阳离子和自由电子构成的，大部分非金属单质和大部分的共价化合物是由分子构成的，金刚石和单质硅是由原子直接构成的，离子化合物是由离子构成的。
观察与思考：
下列三种晶体有什么共同点？
碘晶体结构
干冰晶体结构
冰晶体结构
构成微粒是分子，粒子间的相互作用是分子间作用力或氢键
．
分子晶体
一、概念：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。(或者说只含分子的晶体)
注意：
构成粒子：分子（构成分子的原子间以共价键结合）
有单个分子存在，化学式就是分子式。
稀有气体分子为单原子分子，无共价键。
分子晶体粒子间的相互作用
分子晶体中的分子内原子间的相互作用是共价键。
因为共价键具有饱和性，而分子又都是原子通过共价键结合而成的，因此分子与分子之间不会有强烈的相互作用，导致分子晶体中的分子间的相互作用比化学键弱得多，这种相互作用称为分子间作用力，又称范德瓦耳斯力。
分子晶体在气化或熔化时破坏的作用力为：分子间作用力。
二、分子晶体的物理特性：
（1）熔、沸点较低，易升华。
常温下为气态的物质一定是分子晶体；
常温下为液态的物质大部分是分子晶体；
稀有气体是分子晶体，C60是分子晶体。
（2）较小的硬度（多数分子晶体在常温时为气态或液态）
（3）一般都是绝缘体，固态或熔融状态不导电。
（4）溶解性与溶质、溶剂的分子的极性相关——相似相溶，氢键。
原因：分子间作用力很弱
(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
三、典型的分子晶体
【巩固练习】
1．下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是
(
)
A．固态氢
B．固态氖
C．白磷
D．三氧化硫
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
B
B
【巩固练习】
3.
支持固态氨是分子晶体的事实是
(
)
A.
氮原子不能形成阳离子
B.
铵离子不能单独存在
C.
常温下，氨是气态物质
D.
氨极易溶于水
C
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
四、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。
范德瓦耳斯力对晶体的熔沸点的影响
观察上面的图表，你能得出分子晶体的熔沸点具有何种变化规律吗？你能解释形成此规律的原因吗？
比较下列物质熔沸点的高低
1、CH3CH2CH2CH3
CH3CH2CH2CH2CH3
2、ClCH2CHClCCl3
ClCH2CHClCH2CHClCCl3
3、O2
S
Se
Te
Po
一般来说，结构和组成相似的物质，相对分子量越大，分子间作用力越大，物质的熔沸点越高。但也有一些反常情况，例如：H2O、H2S、H2Se、H2Te
等的结构和组成相似，但相对分子量小的H2O熔沸点却比H2S、H2Se、H2Te的熔沸点高，除此之外，还有一些物质也有这种情况出现，请大家观察下表。
问题：这是由于什么原因造成的呢？
（1）组成和结构相似的物质，
___________________________________
烷烃、烯烃、炔烃、饱和一元醇、醛、羧酸等同系物的沸点均随着碳原子数的增加而升高。
分子间有氢键的物质（HF、H2O、NH3等）熔、沸点反常增大。
形成分子内氢键的物质，其熔、沸点低于形成分子间氢键的物质。（如邻羟基苯甲醛的熔沸点低于对羟基苯甲醛的熔沸点）
分子量越大，熔沸点越高。
（2）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，______________。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“____________________”的顺序。
注意：分子的稳定性则决定于共价键的强弱．
熔沸点越低
邻位
>
间位
>
对位
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
五、分子晶体的结构特征和结构模型
（１）只有范德华力，无分子间氢键－分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰
、I2、O2）
（２）有分子间氢键－不具有分子密堆积特征（如：HF
、冰、NH3
）
分子的密堆积
（与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个
）
干冰的晶体结构图
分子的密堆积
（与每个分子距离最近的相同分子共有12个
）
氧（O2）的晶体结构
碳60的晶胞
冰中１个水分子周围有４个水分子
冰的结构
氢键具有方向性
分子的非密堆积
冰中１个水分子周围有４个水分子形成什么空间构型？
笼状化合物
〖思考〗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
由于CO2分子的相对分子质量>H2O，所以干冰的密度大。
〖归纳要点〗分子的密度取决于晶体的体积，取决于紧密堆积程度，分子晶体的紧密堆积由以下两个因素决定：
（1）范德华力
（2）分子间氢键
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
晶体结构的计算类型：
晶体结构是近几年来高考考查的重点和热点，特别是晶体结构的计算更是其中的重中之重，它体现了高考考试说明中提出的“将化学问题抽象为数学问题，利用数学工具，通过计算推理解决化学问题的能力”的要求。
晶体结构的计算通常有以下类型：
晶体结构的计算类型：
一．晶体中距离最近的微粒数的计算
二．晶体中结构单元微粒实际数目的计算、各种晶体化学式的确定
三．晶体中化学键数目的计算
四．综合计算
分子晶体中距离最近的微粒数的计算
例1：二氧化碳晶体中，与二氧化碳分子距离最近的二氧化碳分子有
个
解析：在图1
的二氧化碳分子晶体结构中，8个二氧化碳分子处于正方体的8个顶点上，还有6个处于正方体的六个面的面心上。此时可选定面心的二氧化碳分子为基准，设正方体的边长为a，则二氧化碳分子间的最近距离为
，从图中看有8个，它们分别位于该侧
面的四个顶点及与之相连的四个面的面心上。
例2：(改自97高考)1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体，如下图，该结构的建立基于以下考虑：C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；C60分子只含有五边形和六边形；碳与碳之间既有单键又有双键，每个碳原子仍然满足四个价键饱和；多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数+面数-棱边数=2。
请回答：
(1)一个C60分子中有多少个五边形和多少个六边形？
(2)一个C60分子中有多少个C=C？
(3)已知C70分子的结构模型也遵循C60的那些规律，请确定C70分子结构中上述几项参数。
晶体中化学键数目的计算
解析：(1)设C60分子中含有x个五边形和y个六边形。先求欧拉定理中棱边数：每个顶点伸出三条棱，而每条棱又总是由两个顶点共有，所以，每个顶点单独伸出的棱有3×1/2=1.5条，60个顶点共伸出的棱为60×1.5=90条。至此，依据欧拉定理可写出：60+x+y-90=2
①
为了求出x和y，还要建立一个方程式。因为五边形和六边形构成多面体时是共用棱边和顶点的，所以，还可以根据棱边数守恒和顶点数守恒写出两个方程式。
棱边数守恒：
每条棱是由两个多面体共用的，所以，一个五边形单独占有的棱边数为5/2=2.5条，一个六边形单独占有的棱边数为6/2=3条，所以，2.5x+3y=90
②
至此联立①②可以解得：x=12，y=20。
顶点数守恒：
每个顶点是由三个多面体共有，所以，一个五边形单独占有的顶点数为5/3个，一个六边形单独占有的顶点数为6/3=2个，所以，5/3x+2y=60
③，联立①③也可以解出x、y，但只联立②③不可以解出。
(2)首先要明确一个概念：在图中顶点间形成的棱都以单线标出，但有的是表示单键，有的是表示
双键。从空间结构来说，每个碳原子连接三条棱，而从化学价键来说，每个碳原子连接四条键。(一个双键也只是一条连线)。如下图。设一个C60分子中含的C-C单键数和C=C双键数分别为a、b，则根据棱边守恒有：a+b=90
④
再利用键线守恒列一个方程式。每个原子连接四条键线而每条键线被两个原子所共有，所以，每个原子单独占有的键线数为4/2=2，所以，60个碳原子共有键线120条：a+2b=120
⑤
联立④⑤解得：a=60，b=30。即C60中含的双键数为30。
(3)设C70分子结构中的五边形和六边形的个数分别为m、n，设C-C单键数和C=C双键数分别为p、q，则：一个C70分子中的棱边总数为70×1.5=105；依据欧拉定理有：70+m+n-105=2
⑥；
依据顶点数守恒有：5/3m+2n=70
⑦；联立⑥⑦得：m=12,n=25。
根据棱边守恒又写出：p+q=105
⑧；
根据键线守恒有：p+2q=70×2=140
⑨；联立⑧⑨得：p=70，q=35。即C70中含的双键数为35。
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
分子晶体的物理特性：
（1）熔、沸点较低，易升华。
（2）较小的硬度（多数分子晶体在常温时为气态或液态）
（3）一般都是绝缘体，固态或熔融状态不导电。
（4）溶解性与溶质、溶剂的分子的极性相关。
【思考与交流】
CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。
碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么CO2晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体的熔沸点很高？
原子晶体的概念
我们已经知道CO2是分子晶体，而C和Si都是第四主族元素，它们的原子结构和单质的性质很相似，为什么SiO2不是分子晶体呢？
CO2
和SiO2的结构不相同。
二氧化硅的晶体结构
二氧化碳的晶体结构
微粒之间的作用：
气化或熔化时破坏的作用力：
SiO2只有共价键，CO2分子内为共价键，分子间为范德华力。
SiO2气化或熔化时破坏共价键，CO2气化或熔化时破坏范德华力。
原子晶体
分子晶体
原子晶体（共价晶体）
１.概念：
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．
构成原子晶体的粒子是原子，原子间以较强的共价键相结合。
金刚石
常见原子晶体
（1）某些非金属单质：硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）、金刚石（C）等
（2）某些非金属化合物：SiC、BN等
（3）某些氧化物：SiO2、
等
109?28?
共价键
硅晶体结构示意图
作为晶体管材料
180?
109?28?
Si
O
共价键
二氧化硅晶体结构示意图
〖思考〗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？
组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子
粒子间相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键
原子晶体的结构特点
1、原子晶体中构成晶体的粒子是原子，离子晶体中构成晶体的粒子是离子，分子晶体中构成晶体的粒子是分子。
2、原子晶体中不存在单个分子。
3、原子晶体中所有原子间均具有较强的共价键，而且形成空间网状结构，所有原子的相对位置比较固定。
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，所以原子晶体的:
（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
（5）原子晶体一般密度较大，难压缩、难挥发；
2.原子晶体的物理特性
原子晶体具备以上物理性质的原因:_
_____________________
原子晶体的化学式是否可以代表其分子式____________
原因_
__________________
原子晶体中存在较强的共价键不易被破坏。
否
原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。
【拓展提高】
1.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得。
(1)氮化硅晶体属于_________晶体。
(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式_______.
(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为_______________________.
原子
Si3N4
3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
对比分子晶体和原子晶体的数据，原子晶体有何物理特性？
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
〖思考〗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是破坏范德华力而熔化SiO2时是破坏共价键。所以SiO2熔沸点高。
破坏CO2分子与SiO2时，都是破坏共价健，而C-O键能>Si-O键能，所以CO2分子更稳定。
归纳：非金属单质是原子晶体还是分子晶体，可从以下角度进行分析判断：
（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断
构成原子晶体的粒子是_________，微粒间的作用是________________________；
构成分子晶体的粒子是_________，微粒间的作用是________________________。
（2）记忆常见的、典型的原子晶体
a、单质：______________________________________
b、化合物：____________________________________
原子
共价键
分子
分子间作用力(某些含有氢键)
金刚石、晶体硅、晶体硼
SiO2、SiC、BN
原子晶体和分子晶体的区分方法
（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。
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，所以原子晶体的:
（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
（5）原子晶体一般密度较大，难压缩、难挥发；
原子晶体的物理特性
原子晶体具备以上物理性质的原因:_
_____________________
原子晶体中存在较强的共价键不易被破坏。
原子晶体的熔沸点普遍比较高，一般在10000c以上。但同样属于原子晶体的金刚石、晶体硅、二氧化硅等的熔沸点又有差异，那么原子晶体熔沸点又怎样进行比较呢？
SiO2的晶体结构
原子晶体结构特点
微粒之间的作用：
气化或熔化时破坏的作用力：
共价键
共价键
金刚石晶体结构
（原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定，晶体熔沸点越高，硬度越大）
原子晶体熔沸点高低的比较方法
三者都是原子晶体，形成晶体的粒子均是原子，粒子间的相互作用为共价键，所以熔点和硬度的大小由共价键的强弱决定，而共价键强弱和键长、键能有关。
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。金刚石
＞
碳化硅
＞
晶体硅
学与问
1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？
2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗？为什么？
不对，“具有共价键”并不是判断原子晶体的唯一条件，分子晶体的分子内部也有共价键。对原子晶体的认识除了要求“具有共价键”外，还要求形成晶体的粒子是原子。
例题1、氮化硅是一种新合成的材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质。下列各组物质熔化时，所克服的作用力与氮化硅熔化所克服的微粒间的作用力都相同的是
(
)
A、硝石和金刚石
B、晶体硅和水晶
C、冰和干冰
D、萘和蒽
B
例题2.
碳化硅（SiC）具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石②晶体硅③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是
（
）
A.
①③②
B.
②③①
C.
③①②
D.
②①③
A
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
晶体结构的计算类型：
晶体结构是近几年来高考考查的重点和热点，特别是晶体结构的计算更是其中的重中之重，它体现了高考考试说明中提出的“将化学问题抽象为数学问题，利用数学工具，通过计算推理解决化学问题的能力”的要求,是高考向“3+X”综合发展的趋势。在高考的第二轮复习中有必要加以归纳整理。晶体结构的计算通常有以下类型：
晶体结构的计算类型：
一．晶体中距离最近的微粒数的计算
二．晶体中结构单元微粒实际数目的计算、离子晶体化学式的确定
三．晶体中化学键数目的计算
四．综合计算
109?28?
共价键
思考：在金刚石晶体中，每个碳与周围多少个碳原子成键？形成怎样的空间结构？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？
在金刚石晶体中，碳原子个数与C-C键数之比为多少？
①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，金刚石晶体中所有的C-C键长相等，键角相等（
109°28′）；
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；
③在金刚石晶体中最小的环是六元环，且6个C原子不在同一平面内；
④晶体中每个C原子参与4条C-C键的形成，在每条键中的贡献一半，故C原子个数与C-C键数之比为1：2
即n(C)：n(C-C)=1:2
设晶胞边长为a，则
1号碳的坐标为（a/4,
3a/4,
a/4），
2号碳的坐标为（3a/4,
a/4,
a/4），
3号碳的坐标为（a/4,
a/4,
3a/4），
4号碳的坐标为（3a/4,
3a/4,
3a/4）。
180?
109?28?
Si
o
共价键
①每个Si原子均以sp3杂化，1个Si原子与4个O原子成键，形成4个Si-O键。同时每个O原子与2个Si原子成键；二氧化硅晶体是由Si原子和O原子按1：2比例构成的立体网状晶体；
②晶体中的最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的十二元环，且不在同一平面内；
③1molSiO2中含有1molSi原子，2mol
O原子，4mol
Si-O键。
例题1.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据
晶体硼的晶体类型属于_______晶体，理由是____________。
原子
熔点高、硬度大
金刚石
晶体硅
晶体硼
熔点
>3823
1683
2573
沸点
5100
2628
2823
硬度
10
7.0
9.5
例题2．如图所示，晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，其中含有20个等边三角形和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个原子。观察图形可知，这个基本结构单元由___________个硼原子组成，键与键之间的夹角
是_______，共含有___________B－B键
例题3．在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C—C键间的夹角是
(
)
A．6个120°
B．5个108°
C．4个109°28′
D．6个109°28′
D
4.
2003年美国《科学》杂志报道：在超高压下，科学家用激光器将CO2加热到1800K，成功制得了类似石英的CO2原子晶体。下列关于CO2晶体的叙述中不正确的是(
)
A.
晶体中C、O原子个数比为1∶2
B.
该晶体的熔点、沸点高、硬度大
C.
晶体中C—O—C键角为109°28，
D.
晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构
C
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
石墨是一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。
有金属光泽，并可以作电极，因此它具有金属晶体的性质。
晶体呈现六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。有很高的熔沸点，可用于制造坩埚，因此它具有原子晶体的性质。
石墨硬度很小，可用作润滑剂、铅笔芯等，密度也较小为：2.25g/cm3，因此它具有原子晶体的性质。
所以说石墨是一种混合型晶体。
知识拓展－石墨
石墨晶体结构
石墨晶体是层状结构，每一层内，C原子排成正六边形（如图所示）
1.层与层之间是范德华力，所以，具有分子晶体的性质，硬度很小。
2.层内是共价键，并且是网状结构，所以又具有原子晶体的性质，熔沸点高。
3.层与层之间还有自由移动的电子，所以也具有金属的性质，能导电。
石墨（混合型晶体、过渡型晶体）
石墨（混合型晶体、过渡型晶体）
1、石墨为什么很软？
2、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？
3、石墨属于哪类晶体？为什么？
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。
石墨各层均为平面网状结构，各层碳原子之间存在很强的共价键（大π键），故熔沸点很高。
石墨为混合键型晶体。
石墨晶体结构
关于石墨晶体结构的计算
问题：
(1)平均每个正六边形占有的C原子数为几个？占有的C-C键数有几个？
(2)在每一层内C原子数与C-C键数之比为多少？
解析：
(1)每个正六边形由6个C原子组成，每个C原子同时被3个正六边形共用，因此平均每个正六边形占有的C原子数为6×1/3=2。
(2)每个正六边形由6个C-C键组成，每个C-C键同时被2个正六边形共用，因此平均每个正六边形占有的C-C键为6×1/2=3。
思考：石墨中的碳原子是哪种杂化类型？
在石墨的单元结构中，键角为120o，所以C的杂化类型为SP2杂化，杂化轨道中S成分占1/3。而在金刚石的单元结构中，键角为109.5o，C的杂化类型为SP3杂化，杂化轨道中S成分占1/4。S成分越大，化学键的键长越短，键能就越大，所以石墨比金刚石的熔沸点高，稳定性好。由石墨转化为金刚石为吸热反应。
例题.石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原于都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是(
)
A.
10个
B.
18个
C.
24个
D.
14个
D
物质结构与性质
选修3
微粒为分子：分子间作用力（或范德华力）或氢键；
微粒为原子：极性共价键或非极性共价键；
微粒为离子：离子键。
复习总结：
微粒间作用
构成物质的微粒主要有三种：原子、离子和分子，金属单质是由金属阳离子和自由电子构成的，大部分非金属单质和大部分的共价化合物是由分子构成的，金刚石和单质硅是由原子直接构成的，离子化合物是由离子构成的。
观察与思考：
下列三种晶体有什么共同点？
碘晶体结构
干冰晶体结构
冰晶体结构
构成微粒是分子，粒子间的相互作用是分子间作用力或氢键
．
分子晶体
一、概念：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。(或者说只含分子的晶体)
注意：
构成粒子：分子（构成分子的原子间以共价键结合）
有单个分子存在，化学式就是分子式。
稀有气体分子为单原子分子，无共价键。
分子晶体粒子间的相互作用
分子晶体中的分子内原子间的相互作用是共价键。
因为共价键具有饱和性，而分子又都是原子通过共价键结合而成的，因此分子与分子之间不会有强烈的相互作用，导致分子晶体中的分子间的相互作用比化学键弱得多，这种相互作用称为分子间作用力，又称范德瓦耳斯力。
分子晶体在气化或熔化时破坏的作用力为：分子间作用力。
二、分子晶体的物理特性：
（1）熔、沸点较低，易升华。
常温下为气态的物质一定是分子晶体；
常温下为液态的物质大部分是分子晶体；
稀有气体是分子晶体，C60是分子晶体。
（2）较小的硬度（多数分子晶体在常温时为气态或液态）
（3）一般都是绝缘体，固态或熔融状态不导电。
（4）溶解性与溶质、溶剂的分子的极性相关——相似相溶，氢键。
原因：分子间作用力很弱
(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
三、典型的分子晶体
【巩固练习】
1．下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是
(
)
A．固态氢
B．固态氖
C．白磷
D．三氧化硫
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
B
B
【巩固练习】
3.
支持固态氨是分子晶体的事实是
(
)
A.
氮原子不能形成阳离子
B.
铵离子不能单独存在
C.
常温下，氨是气态物质
D.
氨极易溶于水
C
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
四、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。
范德瓦耳斯力对晶体的熔沸点的影响
观察上面的图表，你能得出分子晶体的熔沸点具有何种变化规律吗？你能解释形成此规律的原因吗？
比较下列物质熔沸点的高低
1、CH3CH2CH2CH3
CH3CH2CH2CH2CH3
2、ClCH2CHClCCl3
ClCH2CHClCH2CHClCCl3
3、O2
S
Se
Te
Po
一般来说，结构和组成相似的物质，相对分子量越大，分子间作用力越大，物质的熔沸点越高。但也有一些反常情况，例如：H2O、H2S、H2Se、H2Te
等的结构和组成相似，但相对分子量小的H2O熔沸点却比H2S、H2Se、H2Te的熔沸点高，除此之外，还有一些物质也有这种情况出现，请大家观察下表。
问题：这是由于什么原因造成的呢？
（1）组成和结构相似的物质，
___________________________________
烷烃、烯烃、炔烃、饱和一元醇、醛、羧酸等同系物的沸点均随着碳原子数的增加而升高。
分子间有氢键的物质（HF、H2O、NH3等）熔、沸点反常增大。
形成分子内氢键的物质，其熔、沸点低于形成分子间氢键的物质。（如邻羟基苯甲醛的熔沸点低于对羟基苯甲醛的熔沸点）
分子量越大，熔沸点越高。
（2）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，______________。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“____________________”的顺序。
注意：分子的稳定性则决定于共价键的强弱．
熔沸点越低
邻位
>
间位
>
对位
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
五、分子晶体的结构特征和结构模型
（１）只有范德华力，无分子间氢键－分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰
、I2、O2）
（２）有分子间氢键－不具有分子密堆积特征（如：HF
、冰、NH3
）
分子的密堆积
（与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个
）
干冰的晶体结构图
分子的密堆积
（与每个分子距离最近的相同分子共有12个
）
氧（O2）的晶体结构
碳60的晶胞
冰中１个水分子周围有４个水分子
冰的结构
氢键具有方向性
分子的非密堆积
冰中１个水分子周围有４个水分子形成什么空间构型？
笼状化合物
〖思考〗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
由于CO2分子的相对分子质量>H2O，所以干冰的密度大。
〖归纳要点〗分子的密度取决于晶体的体积，取决于紧密堆积程度，分子晶体的紧密堆积由以下两个因素决定：
（1）范德华力
（2）分子间氢键
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
晶体结构的计算类型：
晶体结构是近几年来高考考查的重点和热点，特别是晶体结构的计算更是其中的重中之重，它体现了高考考试说明中提出的“将化学问题抽象为数学问题，利用数学工具，通过计算推理解决化学问题的能力”的要求。
晶体结构的计算通常有以下类型：
晶体结构的计算类型：
一．晶体中距离最近的微粒数的计算
二．晶体中结构单元微粒实际数目的计算、各种晶体化学式的确定
三．晶体中化学键数目的计算
四．综合计算
分子晶体中距离最近的微粒数的计算
例1：二氧化碳晶体中，与二氧化碳分子距离最近的二氧化碳分子有
个
解析：在图1
的二氧化碳分子晶体结构中，8个二氧化碳分子处于正方体的8个顶点上，还有6个处于正方体的六个面的面心上。此时可选定面心的二氧化碳分子为基准，设正方体的边长为a，则二氧化碳分子间的最近距离为
，从图中看有8个，它们分别位于该侧
面的四个顶点及与之相连的四个面的面心上。
例2：(改自97高考)1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体，如下图，该结构的建立基于以下考虑：C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；C60分子只含有五边形和六边形；碳与碳之间既有单键又有双键，每个碳原子仍然满足四个价键饱和；多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数+面数-棱边数=2。
请回答：
(1)一个C60分子中有多少个五边形和多少个六边形？
(2)一个C60分子中有多少个C=C？
(3)已知C70分子的结构模型也遵循C60的那些规律，请确定C70分子结构中上述几项参数。
晶体中化学键数目的计算
解析：(1)设C60分子中含有x个五边形和y个六边形。先求欧拉定理中棱边数：每个顶点伸出三条棱，而每条棱又总是由两个顶点共有，所以，每个顶点单独伸出的棱有3×1/2=1.5条，60个顶点共伸出的棱为60×1.5=90条。至此，依据欧拉定理可写出：60+x+y-90=2
①
为了求出x和y，还要建立一个方程式。因为五边形和六边形构成多面体时是共用棱边和顶点的，所以，还可以根据棱边数守恒和顶点数守恒写出两个方程式。
棱边数守恒：
每条棱是由两个多面体共用的，所以，一个五边形单独占有的棱边数为5/2=2.5条，一个六边形单独占有的棱边数为6/2=3条，所以，2.5x+3y=90
②
至此联立①②可以解得：x=12，y=20。
顶点数守恒：
每个顶点是由三个多面体共有，所以，一个五边形单独占有的顶点数为5/3个，一个六边形单独占有的顶点数为6/3=2个，所以，5/3x+2y=60
③，联立①③也可以解出x、y，但只联立②③不可以解出。
(2)首先要明确一个概念：在图中顶点间形成的棱都以单线标出，但有的是表示单键，有的是表示
双键。从空间结构来说，每个碳原子连接三条棱，而从化学价键来说，每个碳原子连接四条键。(一个双键也只是一条连线)。如下图。设一个C60分子中含的C-C单键数和C=C双键数分别为a、b，则根据棱边守恒有：a+b=90
④
再利用键线守恒列一个方程式。每个原子连接四条键线而每条键线被两个原子所共有，所以，每个原子单独占有的键线数为4/2=2，所以，60个碳原子共有键线120条：a+2b=120
⑤
联立④⑤解得：a=60，b=30。即C60中含的双键数为30。
(3)设C70分子结构中的五边形和六边形的个数分别为m、n，设C-C单键数和C=C双键数分别为p、q，则：一个C70分子中的棱边总数为70×1.5=105；依据欧拉定理有：70+m+n-105=2
⑥；
依据顶点数守恒有：5/3m+2n=70
⑦；联立⑥⑦得：m=12,n=25。
根据棱边守恒又写出：p+q=105
⑧；
根据键线守恒有：p+2q=70×2=140
⑨；联立⑧⑨得：p=70，q=35。即C70中含的双键数为35。
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
分子晶体的物理特性：
（1）熔、沸点较低，易升华。
（2）较小的硬度（多数分子晶体在常温时为气态或液态）
（3）一般都是绝缘体，固态或熔融状态不导电。
（4）溶解性与溶质、溶剂的分子的极性相关。
【思考与交流】
CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。
碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么CO2晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体的熔沸点很高？
原子晶体的概念
我们已经知道CO2是分子晶体，而C和Si都是第四主族元素，它们的原子结构和单质的性质很相似，为什么SiO2不是分子晶体呢？
CO2
和SiO2的结构不相同。
二氧化硅的晶体结构
二氧化碳的晶体结构
微粒之间的作用：
气化或熔化时破坏的作用力：
SiO2只有共价键，CO2分子内为共价键，分子间为范德华力。
SiO2气化或熔化时破坏共价键，CO2气化或熔化时破坏范德华力。
原子晶体
分子晶体
原子晶体（共价晶体）
１.概念：
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．
构成原子晶体的粒子是原子，原子间以较强的共价键相结合。
金刚石
常见原子晶体
（1）某些非金属单质：硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）、金刚石（C）等
（2）某些非金属化合物：SiC、BN等
（3）某些氧化物：SiO2、
等
109?28?
共价键
硅晶体结构示意图
作为晶体管材料
180?
109?28?
Si
O
共价键
二氧化硅晶体结构示意图
〖思考〗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？
组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子
粒子间相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键
原子晶体的结构特点
1、原子晶体中构成晶体的粒子是原子，离子晶体中构成晶体的粒子是离子，分子晶体中构成晶体的粒子是分子。
2、原子晶体中不存在单个分子。
3、原子晶体中所有原子间均具有较强的共价键，而且形成空间网状结构，所有原子的相对位置比较固定。
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，所以原子晶体的:
（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
（5）原子晶体一般密度较大，难压缩、难挥发；
2.原子晶体的物理特性
原子晶体具备以上物理性质的原因:_
_____________________
原子晶体的化学式是否可以代表其分子式____________
原因_
__________________
原子晶体中存在较强的共价键不易被破坏。
否
原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。
【拓展提高】
1.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得。
(1)氮化硅晶体属于_________晶体。
(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式_______.
(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为_______________________.
原子
Si3N4
3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
对比分子晶体和原子晶体的数据，原子晶体有何物理特性？
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
〖思考〗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是破坏范德华力而熔化SiO2时是破坏共价键。所以SiO2熔沸点高。
破坏CO2分子与SiO2时，都是破坏共价健，而C-O键能>Si-O键能，所以CO2分子更稳定。
归纳：非金属单质是原子晶体还是分子晶体，可从以下角度进行分析判断：
（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断
构成原子晶体的粒子是_________，微粒间的作用是________________________；
构成分子晶体的粒子是_________，微粒间的作用是________________________。
（2）记忆常见的、典型的原子晶体
a、单质：______________________________________
b、化合物：____________________________________
原子
共价键
分子
分子间作用力(某些含有氢键)
金刚石、晶体硅、晶体硼
SiO2、SiC、BN
原子晶体和分子晶体的区分方法
（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。
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，所以原子晶体的:
（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
（5）原子晶体一般密度较大，难压缩、难挥发；
原子晶体的物理特性
原子晶体具备以上物理性质的原因:_
_____________________
原子晶体中存在较强的共价键不易被破坏。
原子晶体的熔沸点普遍比较高，一般在10000c以上。但同样属于原子晶体的金刚石、晶体硅、二氧化硅等的熔沸点又有差异，那么原子晶体熔沸点又怎样进行比较呢？
SiO2的晶体结构
原子晶体结构特点
微粒之间的作用：
气化或熔化时破坏的作用力：
共价键
共价键
金刚石晶体结构
（原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定，晶体熔沸点越高，硬度越大）
原子晶体熔沸点高低的比较方法
三者都是原子晶体，形成晶体的粒子均是原子，粒子间的相互作用为共价键，所以熔点和硬度的大小由共价键的强弱决定，而共价键强弱和键长、键能有关。
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。金刚石
＞
碳化硅
＞
晶体硅
学与问
1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？
2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗？为什么？
不对，“具有共价键”并不是判断原子晶体的唯一条件，分子晶体的分子内部也有共价键。对原子晶体的认识除了要求“具有共价键”外，还要求形成晶体的粒子是原子。
例题1、氮化硅是一种新合成的材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质。下列各组物质熔化时，所克服的作用力与氮化硅熔化所克服的微粒间的作用力都相同的是
(
)
A、硝石和金刚石
B、晶体硅和水晶
C、冰和干冰
D、萘和蒽
B
例题2.
碳化硅（SiC）具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石②晶体硅③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是
（
）
A.
①③②
B.
②③①
C.
③①②
D.
②①③
A
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
晶体结构的计算类型：
晶体结构是近几年来高考考查的重点和热点，特别是晶体结构的计算更是其中的重中之重，它体现了高考考试说明中提出的“将化学问题抽象为数学问题，利用数学工具，通过计算推理解决化学问题的能力”的要求,是高考向“3+X”综合发展的趋势。在高考的第二轮复习中有必要加以归纳整理。晶体结构的计算通常有以下类型：
晶体结构的计算类型：
一．晶体中距离最近的微粒数的计算
二．晶体中结构单元微粒实际数目的计算、离子晶体化学式的确定
三．晶体中化学键数目的计算
四．综合计算
109?28?
共价键
思考：在金刚石晶体中，每个碳与周围多少个碳原子成键？形成怎样的空间结构？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？
在金刚石晶体中，碳原子个数与C-C键数之比为多少？
①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，金刚石晶体中所有的C-C键长相等，键角相等（
109°28′）；
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；
③在金刚石晶体中最小的环是六元环，且6个C原子不在同一平面内；
④晶体中每个C原子参与4条C-C键的形成，在每条键中的贡献一半，故C原子个数与C-C键数之比为1：2
即n(C)：n(C-C)=1:2
设晶胞边长为a，则
1号碳的坐标为（a/4,
3a/4,
a/4），
2号碳的坐标为（3a/4,
a/4,
a/4），
3号碳的坐标为（a/4,
a/4,
3a/4），
4号碳的坐标为（3a/4,
3a/4,
3a/4）。
180?
109?28?
Si
o
共价键
①每个Si原子均以sp3杂化，1个Si原子与4个O原子成键，形成4个Si-O键。同时每个O原子与2个Si原子成键；二氧化硅晶体是由Si原子和O原子按1：2比例构成的立体网状晶体；
②晶体中的最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的十二元环，且不在同一平面内；
③1molSiO2中含有1molSi原子，2mol
O原子，4mol
Si-O键。
例题1.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据
晶体硼的晶体类型属于_______晶体，理由是____________。
原子
熔点高、硬度大
金刚石
晶体硅
晶体硼
熔点
>3823
1683
2573
沸点
5100
2628
2823
硬度
10
7.0
9.5
例题2．如图所示，晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，其中含有20个等边三角形和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个原子。观察图形可知，这个基本结构单元由___________个硼原子组成，键与键之间的夹角
是_______，共含有___________B－B键
例题3．在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C—C键间的夹角是
(
)
A．6个120°
B．5个108°
C．4个109°28′
D．6个109°28′
D
4.
2003年美国《科学》杂志报道：在超高压下，科学家用激光器将CO2加热到1800K，成功制得了类似石英的CO2原子晶体。下列关于CO2晶体的叙述中不正确的是(
)
A.
晶体中C、O原子个数比为1∶2
B.
该晶体的熔点、沸点高、硬度大
C.
晶体中C—O—C键角为109°28，
D.
晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构
C
物质结构与性质
选修3
学段学科——高中
石墨是一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。
有金属光泽，并可以作电极，因此它具有金属晶体的性质。
晶体呈现六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。有很高的熔沸点，可用于制造坩埚，因此它具有原子晶体的性质。
石墨硬度很小，可用作润滑剂、铅笔芯等，密度也较小为：2.25g/cm3，因此它具有原子晶体的性质。
所以说石墨是一种混合型晶体。
知识拓展－石墨
石墨晶体结构
石墨晶体是层状结构，每一层内，C原子排成正六边形（如图所示）
1.层与层之间是范德华力，所以，具有分子晶体的性质，硬度很小。
2.层内是共价键，并且是网状结构，所以又具有原子晶体的性质，熔沸点高。
3.层与层之间还有自由移动的电子，所以也具有金属的性质，能导电。
石墨（混合型晶体、过渡型晶体）
石墨（混合型晶体、过渡型晶体）
1、石墨为什么很软？
2、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？
3、石墨属于哪类晶体？为什么？
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。
石墨各层均为平面网状结构，各层碳原子之间存在很强的共价键（大π键），故熔沸点很高。
石墨为混合键型晶体。
石墨晶体结构
关于石墨晶体结构的计算
问题：
(1)平均每个正六边形占有的C原子数为几个？占有的C-C键数有几个？
(2)在每一层内C原子数与C-C键数之比为多少？
解析：
(1)每个正六边形由6个C原子组成，每个C原子同时被3个正六边形共用，因此平均每个正六边形占有的C原子数为6×1/3=2。
(2)每个正六边形由6个C-C键组成，每个C-C键同时被2个正六边形共用，因此平均每个正六边形占有的C-C键为6×1/2=3。
思考：石墨中的碳原子是哪种杂化类型？
在石墨的单元结构中，键角为120o，所以C的杂化类型为SP2杂化，杂化轨道中S成分占1/3。而在金刚石的单元结构中，键角为109.5o，C的杂化类型为SP3杂化，杂化轨道中S成分占1/4。S成分越大，化学键的键长越短，键能就越大，所以石墨比金刚石的熔沸点高，稳定性好。由石墨转化为金刚石为吸热反应。
例题.石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原于都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是(
)
A.
10个
B.
18个
C.
24个
D.
14个
D