選修3-3-2 分子晶體和原子晶體教案.doc

2012級高二年級(化學(xué))學(xué)科導(dǎo)學(xué)案 學(xué)案類型：新授課 材料序號: 26 編稿教師：郭俊輝 審稿教師: 楊寶生第三章 晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第2節(jié) 分子晶體和原子晶體學(xué)習(xí)目標(biāo)1知道分子晶體的涵義，知道分子晶體的熔點、沸點等物理性質(zhì)的特點。 2了解原子晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。學(xué)習(xí)重點 理解晶體類型與性質(zhì)之間的關(guān)系學(xué)習(xí)難點 了解分子晶體、原子晶體的結(jié)構(gòu)特點學(xué)習(xí)過程根據(jù)構(gòu)成晶體的粒子及粒子間的作用力或化學(xué)鍵類型的不同，可把晶體簡單地分為分子晶體、原子晶體、金屬晶體和離子晶體。一、分子晶體1概念：只含分子的晶體稱為分子晶體?；蛘哒f分子間只以分子間作用力結(jié)合形成的晶體。（1）構(gòu)成分子晶體的粒子是分子。 （2）在分子晶體中，分子內(nèi)的原子間以共價鍵結(jié)合而粒子間的作用力是分子間作用力，包括范德 華力和氫鍵。（3）晶體中也可以沒有化學(xué)鍵，如稀有氣體單質(zhì)。2典型的分子晶體（1）所有非金屬氣態(tài)氫化物。如H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等。（2）部分非金屬單質(zhì)。如鹵素(X2)、氧(O2)、氫(H2)、氮(N2)、白磷(P4)、單質(zhì)硫(如S8)、C60、稀 有氣體等。（3）部分非金屬氧化物。如：CO2、P4O6、P4O10、SO2等。（4）幾乎所有的酸。（5）絕大多數(shù)有機(jī)物的晶體。3物理性質(zhì)（1）由于分子間作用力很弱，所以分子晶體一般具有低熔沸點、易升華、硬度很小的特點。分子晶體熔沸點比較的規(guī)律： 組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強(qiáng)，物質(zhì)的熔沸點越高； 具有分子間氫鍵的分子晶體熔沸點反常高。 組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)（相對分子質(zhì)量相近），分子極性越大，其熔沸點越高。如CO、N2。 互為同系物的有機(jī)物分子，碳原子數(shù)目越多，熔沸點越高。 互為同分異構(gòu)體的有機(jī)物分子，鏈烴的同分異構(gòu)體支鏈越多，沸點越低。（2） 溶解性：不同的分子晶體存在較大差異。 根據(jù)“相似相溶”原理，極性溶質(zhì)一般易溶于極性溶劑，非極性溶質(zhì)一般易溶于非極性溶劑。（3）固態(tài)和熔融態(tài)時不導(dǎo)電。 一般分子晶體都是絕緣體，熔融態(tài)也不能導(dǎo)電，而有些分子晶體在水溶液中可以導(dǎo)電。 【例1】下列性質(zhì)適合于分子晶體的是（ ） A熔點1070 ，易溶于水，水溶液能導(dǎo)電B熔點10.31 ，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電C難溶于CS2，熔點1128 ，沸點4446 D熔點97.81 ，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度0.97 gcm3 【例2】下列分子晶體熔、沸點高低比較正確的是（ ）ACl2I2 BCCl4SiCl4 CNH3PH3 DC(CH3)4CH3CH2CH2CH2CH34結(jié)構(gòu)特點（1）分子密堆積 通常分子間作用力不具有方向性和飽和性，分子在形成晶體時會盡可能地利用空間，采取密堆積。干冰晶胞分析：CO2分子位置：在頂點和面心；一個干冰晶胞中平均有4個CO2分子；與一個CO2分子距離最近且相等的CO2分子共有12個?！咀ⅰ咳绻肿娱g作用力只是范德華力，則該分子晶體結(jié)構(gòu)與干冰類似，采取密堆積，如I2、O2和C60等。 （2）分子非密堆積 分子間如存在氫鍵，由于氫鍵具有方向性，必然要對這些分子晶體的構(gòu)型產(chǎn)生影響。如晶體冰等，氫鍵的存在使冰晶體中的水分子的空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙。冰的結(jié)構(gòu)分析如下：每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子；1mol水形成的冰中，平均擁有2mol氫鍵；如果把水分子看作一個質(zhì)點，每個水分子與所連的水分子構(gòu)成正四面體構(gòu)型。 【例3】下列有關(guān)分子晶體的說法中一定正確的是（ ） A碘晶體為分子非密堆積B分子間一定存在范德華力C只有冰晶體為分子非密堆積D其結(jié)構(gòu)一定為分子密堆積二、原子晶體 1概念：所有原子都以共價鍵相互結(jié)合，形成三維的共價鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。（1）構(gòu)成原子晶體的粒子是原子。（2）粒子間作用力：共價鍵。（3）整個晶體是一個三維的共價鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是一個“巨分子”，又稱共價晶體。 2典型的原子晶體（1）某些非金屬單質(zhì)，如金剛石(C)、硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)和灰錫等。（2）某些非金屬化合物，如二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC，俗稱金剛砂)、氮化硼(BN)等。 3物理性質(zhì)（閱讀教材p69 資料卡片）（1）熔沸點高、硬度大：由于共價鍵較強(qiáng)，所以原子晶體具有很高的熔沸點和很大的硬度。原子晶體熔沸點比較的規(guī)律：一般，原子間鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，物質(zhì)的熔沸點越高，硬度越大。如金剛石與晶體硅、晶體鍺的熔點和硬度依次下降。（2）（2）不導(dǎo)電，難溶于一般溶劑。 【例4】氮化鋁(AlN)常用做砂輪及高溫爐襯材料，熔化狀態(tài)下不導(dǎo)電，可知它屬于（ ）A 離子晶體 B原子晶體 C分子晶體 D無法判斷 【例5】碳化硅(SiC)是一種具有類似金剛石結(jié)構(gòu)的晶體，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。 下列三種晶體：金剛石 晶體硅 碳化硅中，它們的熔點由高到低的順序是（ ）A B C D 【例6】下列晶體性質(zhì)的比較中正確的是（ ）A熔點：晶體硅碳化硅金剛石 B沸點：HFH2ONH3C硬度：白磷冰二氧化硅 D熔點：SiI4SiBr4SiCl44結(jié)構(gòu)特點（1）金剛石的結(jié)構(gòu) 金剛石是最典型的原子晶體，每個碳原子周圍有4個緊鄰的碳原子形成正四面體結(jié)構(gòu)；碳原 子采取sp3雜化形成碳碳鍵，碳碳鍵的夾角為10928。 晶體中最小的碳環(huán)中的碳原子數(shù)為6，共用同一碳原子的碳環(huán)數(shù)為12個。晶體中碳原子數(shù) 與碳碳鍵數(shù)之比為1：2。 若從中取出一個立方單位，即為金剛石的晶胞（如右圖）。在金剛石 的晶胞中，每個頂點和面心各有1個碳原子，每個頂點上的碳原子和經(jīng)過該頂點的三個面上面心的碳原子所構(gòu)成的正四面體的中心也含有一個碳原子，即在每條體對角線的1/4或3/4處有一個碳原子，所以每個金剛石晶胞中平均擁有 8個碳原子。（2）二氧化硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅晶體可看成在晶體硅（晶體硅的結(jié)構(gòu)可看作將金剛石晶體中 的碳原子換為硅原子）的每個硅硅鍵中插入一個氧原子而形成。因此每個硅原子周圍結(jié)合 4個氧原子，同時每個氧原子跟2個硅原子相結(jié)合，晶體中硅氧原子個數(shù)比為1：2。晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)為12，硅原子與硅氧鍵數(shù)之比為1：4 。 【例7】硼和鎂形成的某種化合物具有很高的熔點。如圖是該化合物的晶體結(jié)構(gòu)單元：鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上下面還各有一個鎂原子；6個硼原子位于棱柱的側(cè)棱上，則該化合物的化學(xué)式可表示為（ ） AMgB BMg3B2 CMgB2 DMg2B3 【例8】最近，美國科學(xué)家成功地在高壓下將CO2轉(zhuǎn)化為具有類似SiO2結(jié)構(gòu)的原子晶體，下列 關(guān)于CO2的原子晶體說法正確的是（ ） ACO2的原子晶體和分子晶體互為同素異形體 B在一定條件下，CO2的原子晶體轉(zhuǎn)化為分子晶體是物理變化 CCO2的原子晶體和分子晶體具有相同的物理性質(zhì) D在CO2的原子晶體中，每個碳原子周圍結(jié)合4個氧原子，每個氧原子與2個碳原子相結(jié)合 課后練習(xí)1分子晶體具有某些特征的本質(zhì)原因是A組成晶體的基本粒子是分子 B熔融時不導(dǎo)電C晶體內(nèi)微粒間以分子間作用力相結(jié)合 D熔點一般比原子晶體低2下列晶體由原子直接構(gòu)成，且屬于分子晶體的是A固態(tài)氫 B固態(tài)氖 C磷 D三氧化硫3下列說法正確的是A原子晶體中只存在非極性共價鍵B因為HCl的相對分子質(zhì)量大于HF，所以HCl的熔點高于HFC干冰升華時，分子內(nèi)共價鍵不會發(fā)生斷裂D金屬元素和非金屬元素形成的化合物一定是離子化合物4下列說法中，正確的是 A構(gòu)成分子晶體的微粒一定含有共價鍵 B在結(jié)構(gòu)相似的情況下，原子晶體中的共價鍵越強(qiáng)，晶體的熔、沸點越高 C某分子晶體的熔、沸點越高，分子晶體中共價鍵的鍵能越大 D分子晶體中只存在分子間作用力而不存在任何化學(xué)鍵，所以其熔、沸點一般較低 5支持固態(tài)氨是分子晶體的事實是 A氮原子不能形成陽離子 B銨離子不能單獨存在 C常溫下，氨是氣態(tài)物質(zhì) D氨極易溶于水 6根據(jù)下列性質(zhì)判斷，屬于原子晶體的物質(zhì)是 A熔點2 700，導(dǎo)電性好，延展性強(qiáng) B無色晶體，熔點3 550，不導(dǎo)電，質(zhì)硬，難溶于水和有機(jī)溶劑 C無色晶體，能溶于水，質(zhì)硬而脆，熔點為800，熔化時能導(dǎo)電 D熔點56.6，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時不導(dǎo)電 7干冰和二氧化硅晶體同屬第A族元素的最高價氧化物，它們的熔、沸點差別很大的原因是 A二氧化硅的相對分子質(zhì)量大于二氧化碳的相對分子質(zhì)量 BC=O鍵鍵能比Si-O鍵鍵能小 C干冰為分子晶體，二氧化硅為原子晶體 D干冰易升華，二氧化硅不易升華8下面關(guān)于SiO2晶體的敘述正確的是A最小環(huán)為六元環(huán)B共用同一硅原子的最小環(huán)數(shù)為6個C最小的環(huán)上，有6個Si原子和6個O原子D存在四面體結(jié)構(gòu)單元，O處于中心，Si處于4個頂角 9已知C3N4晶體很可能具有比金剛石更大的硬度，且原子間以單鍵結(jié)合。下列C3N4晶體的說法 中正確的是 AC3N4晶體是分子晶體 BC3N4晶體中，C-N鍵的鍵長比金剛石中的C-C鍵的鍵長要短 CC3N4晶體中，C、N原子個數(shù)比為4:3 DC3N4晶體中微粒間通過離子鍵結(jié)合10金剛石是典型的原子晶體，下列關(guān)于金剛石的說法中錯誤的是A晶體中不存在獨立的“分子”B碳原子間以共價鍵相結(jié)合C是硬度最大的物質(zhì)之一D化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也不會與氧氣發(fā)生反應(yīng)11在x mol石英晶體中，含有SiO鍵數(shù)是Ax mol B2x mol C3x mol D4x mol12晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中可重復(fù)出現(xiàn)的最小的結(jié)構(gòu)單元，C60晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示， 下列說法正確的是AC60摩爾質(zhì)量是720 BC60與苯互為同素異形體C在C60晶胞中有14個C60分子D每個C60分子周圍與它距離最近等距離的C60分子有12個13制造光導(dǎo)纖維的材料是一種純度很高的硅氧化物，它是具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，下圖是其簡化了的平面示意圖，下列關(guān)于這種材料的說法中正確的是 A晶體中Si與O的數(shù)目比是14B晶體中Si與O的數(shù)目比是16 C該物質(zhì)是原子晶體D該物質(zhì)是分子晶體題號12345678910111213答案14金剛石和金剛砂(SiC)具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，在金剛砂的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，碳原子、硅原子交替以單鍵相結(jié)合。試回答： （1）金剛砂屬于_晶體。金剛砂熔點比金剛石熔點_。 （2）在金剛砂的結(jié)構(gòu)中，一個硅原子周圍結(jié)合_個碳原子，鍵角是_。 （3）金剛砂的結(jié)構(gòu)中含有由共價鍵形成的原子環(huán)，其中最小的環(huán)上擁有_個硅原子。15C60、金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)模型如圖所示(石墨僅表示出其中的一層結(jié)構(gòu))： （1）C60、金剛石和石墨三者的關(guān)系是互為_。 A同分異構(gòu)體 B同素異形體 C同系物 D同位素 （2）固態(tài)時，C60屬于 （填“離子”、“原子”或“分子”）晶體，每個C60分子中含有雙 鍵的數(shù)目是_。 （3）硅晶體的結(jié)構(gòu)跟金剛石相似，1 mol硅晶體中含有硅硅單鍵的數(shù)目約是_NA個。 （4）石墨層狀結(jié)構(gòu)中，平均每個正六邊形占有的碳原子數(shù)是_。16已知一些單質(zhì)、化合物的沸點（1.01105Pa，單位：）如下表所示： 結(jié)合上表有關(guān)信息回答下列問題： （1）判斷下列說法不正確的是 A同周期元素的氫化物，原子序數(shù)越大，沸點越高 B上表中H2O、HF中由于含有氫鍵，故其分子特別穩(wěn)定 C上表中，多數(shù)物質(zhì)的沸點均與相對分子質(zhì)量存在一定的關(guān)系 D周期表中各主族元素的單質(zhì)其沸點都隨原子序數(shù)的增大而升高 E氫化物的穩(wěn)定性越高，其沸點越高 （2）寫出系列中物質(zhì)主要化學(xué)性質(zhì)的遞變規(guī)律（任寫一種）： ； 能說明該遞變規(guī)律的化學(xué)事實是 （任寫一例，用離子方程式表示）。 （3）除極少數(shù)情況，同一系列中物質(zhì)的沸點與相對分子質(zhì)量之間存在一定的關(guān)系，該關(guān)系 是 。 （4）部分XX型鹵素互化物（X、X表示不同的鹵原子）和鹵素單質(zhì)的沸 點也與其相對分子質(zhì)量存在著如右圖所示的關(guān)系。試推測ICl的沸點所處 的最小范圍 （填“物質(zhì)的化學(xué)式”）。17磷化硼（BP）和氮化硼（BN）是受到高度關(guān)注的耐磨涂料，它們的結(jié)構(gòu)相似，下圖為磷化硼 晶體結(jié)構(gòu)中最小的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。磷化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氫氣中高溫反應(yīng)合成： BBr3PBr33H2BP6HBr?；卮鹣铝袉栴}： （1）寫出基態(tài)磷原子的外圍電子電子排布式 。 （2）磷化硼的晶體類型是 ，B原子的雜化方式 是 。 （3）電負(fù)性：N B (填“”、“_(用序號填空)，其原因是_。 （3）實驗測得25時干冰晶體的晶胞邊長為a cm，其摩爾質(zhì)量為M g/mol，則該干冰晶體的密度為（單位：g/cm3） 201996年諾貝化學(xué)獎授予對發(fā)現(xiàn)C60有重大貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家。C60分子是形如球狀的多面體(如圖)，該結(jié)構(gòu)的建立基于以下考慮：C60分子中每個碳原子只跟相鄰的3個碳原子形成化學(xué)鍵；C60分子只含有五邊形和六邊形；多面體的頂點數(shù)、面數(shù)和棱邊數(shù)的關(guān)系，遵循歐拉定理：頂點數(shù)+面數(shù)-棱邊數(shù)=2。請回答下列問題： （1）據(jù)上所述，可推知C60分子有12個五邊形和20個六邊形，C60分子所含的雙鍵數(shù)為30。 固體C60與金剛石相比較，熔點較高者應(yīng)是_，理由是：_。 （2）試估計C60跟F2在一定條件下，能否發(fā)生反應(yīng)生成C60F60(填“可能”或“不可能”)_， 并簡述其理由：_。 （3）通過計算，確定C60分子所含單鍵數(shù)為_。 （4）C70分子也已制得,它的分子結(jié)構(gòu)模型可