資源簡介

(共25張PPT)
第3章 不同聚集狀態的物質與性質
第2節 幾種簡單的晶體結構模型
第4課時 分子晶體、晶體結構的復雜性
干冰
冰
碘晶體
石墨
干冰、冰、碘單質、石墨等是相對比較熟悉的物質，它們在不同的領域有著不同的作用，我們需要了解它們有著怎樣的微觀結構，從而進一步了解其性能使其能更好的為我們服務。
1.了解分子晶體的結構與性質;能借助分子晶體的模型說明晶體中的微粒及其微粒間的相互作用。
2.知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普遍存在的。
1.了解分子晶體的結構與性質。(宏觀辨識與微觀探析)
2.通過對分子晶體的模型理解，能描述分子晶體的結構與性質。(證據推理與模型認知)
3.體會現代實驗手段在化學研究中的應用，認識借助實驗獲得證據進而建立物質結構模型的過程,感受化學研究創新發展的前沿與方向。(科學探究與創新意識)
體會課堂探究的樂趣，
汲取新知識的營養，
讓我們一起 吧！
進
走
課
堂
四、分子晶體
聯想 質疑
在金屬晶體、離子晶體和共價晶體中，原子或離子之間都是通過化學鍵相互結合的，相應化學鍵的特點對晶體中微粒的空間排布方式會產生影響。那么，像碘、干冰、等這些以分子為基本構成微粒的晶體中，分子會如何排列呢
1.分子晶體的概念：
分子之間通過分子間作用力結合形成的晶體。
2.常見的分子晶體：
非金屬單質、非金屬的氧化物和氫化物等無機物以及多數有機化合物形成的晶體。
碘單質
1.碘晶體的結構：
（1）碘晶體的晶胞是一個長方體,在它的_________________各有1個I2分子,每個晶胞中有__個I2分子。
每個頂點和面心上
4
（2）I2分子之間以_________結合。
范德華力
2.碘晶體的同類物質：
氯單質、溴單質等晶體。
干冰
1.干冰晶體的結構：
（1）干冰的晶胞為立方體，每個晶胞中有 CO2分子, 個原子;每個CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子數為 個。
4
12
12
（2）干冰晶體中分子之間通過_________相結合,熔化時分子內的化學鍵不斷裂，不存在 。
范德華力
氫鍵
2.干冰作用：
在低溫試驗、人工降雨等場合，常用干冰作制冷劑。
交流 研討
表 3-2-5 列出了一些分子晶體的熔點和沸點。請根據表中所列數據猜想;影響不同分子晶體熔點的原因可能有哪些
影響分子晶體熔點的主要因素是分子間作用力，組成和結構相似且晶體中沒有氫鍵的分子晶體來說，隨著相對分子質量的增大，分子間作用力增強，熔點升高。
觀察 思考
常溫下，液態水中水分子在不停地做無規則的運動。0 ℃以下，水凝結為冰，其中的水分子排列由雜亂無序變得十分有序。
觀察圖3-2-14，思考∶冰晶體中存在著哪幾種微粒間的相互作用 這對冰晶體的結構與性質產生了怎樣的影響
冰
冰的結構
冰中的氫鍵
冰晶體主要是水分子依靠氫鍵結合形成的。由于氫鍵具有一定的方向性，每個水分子都與周圍四個水分子結合，四個水分子也按同樣的規律再與其他水分子結合。這種排列分子間距離比較大，形成空隙較大的網狀體，所以冰、雪、霜的密度比水小，結的冰會浮在水面上。
氫鍵
類似蜂巢結構
苯甲酸晶體
通過上面的討論可知，典型的分子
晶體是指有限數目的原子以共價鍵結合
為分子后，這些分子再通過分子間作用力結合形成晶體。一般來說，分子在無方向性的分子間作用力的作用下堆積時，盡可能利用空間緊密地堆積在一起，這一點與金屬晶體相似。但是，分子的形狀、分子的極性以及分子之間是否存在氫鍵等，都會影響分子的堆積方式。圖3-2-15是苯甲酸晶體及其晶體模型。苯甲酸分子排列形成層狀結構，同平面內分子之間通過氫鍵相互作用連接，平面之間的分子依靠范德華力維系。
分子晶體的結構特征
(1)分子密堆積—只有范德華力，無分子間氫鍵（每個分子周圍有12個等距離且最近的分子，如：C60、干冰 、I2、O2等）。
(2)分子非密堆積—除范德華力外還有分子間氫鍵（如：HF 、冰、苯甲酸等）。
五、晶體結構的復雜性
聯想 質疑
實驗測定，石墨的熔點高達 3850 ℃，這說明石墨晶體具有共價晶體的特點。但是，石墨很軟并且能導電，是非常好的潤滑劑，這說明它又不同于共價晶體。那么，石墨究競屬于哪種類型的晶體呢
石墨
1.結構特點：
(1)石墨晶體是_____結構,在每一層內,每個C原子與
其他3個C原子以共價鍵結合,形成無限的_____形平面
網狀結構。每個C原子還有1個未參與雜化的2p軌道并
含有1個未成對電子,能形成遍及整個平面的_____鍵。
(2)C原子采取___雜化,C—C鍵之間的夾角為______。
(3)層與層之間以_________結合。
層狀
六邊
sp2
1200
范德華力
2.作用力：
共價鍵、范德華力以及類似于金屬鍵的作用力。
3.晶體類型：
混合型晶體。
4.用途：
制造電極、潤滑劑、鉛筆芯、原子反應堆中的中子減速劑等。
拓展視野
黑磷
1914年，布里奇曼（P.Bridgman） 在200℃和1.2 GPa（1 GPa約為1萬大氣壓）下首次用白磷合成得黑磷。1946 年，布里奇曼因在高壓物理領域中的貢獻而獲得諾貝爾物理學獎。100年后，黑磷再次受到極大關注。2014 年，中國家陳仙輝與張遠波合作利用黑磷實現了高速場效應晶體管的應用嘗試，為研究黑磷的廣泛應用拉開了序幕。
拓展視野
金屬晶體、離子晶體、共價晶體、分子晶體等模型都是典型的晶體結構模型，大多數實際晶體結構要復雜得多。
一方面，物質組成的復雜性導致晶體中存在多種不同微粒以及不同微粒間作用，這也是這類晶體具有重要應用。
例如，BaTiO3含有一種陰離子O2-和多種陽離子Ti4+、Ba2+。其晶胞如右圖：
O2-
Ba2+
Ti4+
近年來，一類類似于BaTiO3光電材料由CH3NH3+和Pb2+、Sn2+等金屬陽離子以及Cl-、Br-、I-等鹵素陰離子組成，可作為薄膜太陽能電池材料。
羥基磷酸鈣Ca5(PO4)3OH含有一種陽離子和多種陰離子，是人體和動物骨骼的主要無機成分。
又如，Na2SiO3與Na2CO3組成看似相似，但結構明顯不同。在Na2SiO3固體中并不存在單個的簡單SiO32－，Si通過共價鍵與4個O原子相連，形成硅氧四面體。硅氧四面體通過共用頂角O原子而連成較大的鏈狀硅酸鹽{SiO32－}∞單元(如圖3-2-18)，帶負電的鏈狀硅酸鹽{SiO32－}∞單元與金屬陽離子以離子鍵相互作用。
另一方面，金屬鍵、離子鍵、共價鍵、配位鍵等都是化學鍵的典型模型，但是原子之間形成的化學鍵往往是介于典型模型之間的過渡狀態。即使組成簡單的晶體，也可能是居于金屬晶體、離子晶體、共價晶體、分子晶體之間的過渡晶體。
分子晶體
概念：
結構：
性質：
常見物質：
分子之間通過分子間作用力結合形成的晶體
密堆積（無氫鍵）、非密堆積（有氫鍵）
熔沸點低、硬度小
非金屬單質、非金屬的氧化物和氫化物等無機物以及多數有機化合物。
晶體結構
的復雜性
石墨
硅酸鈉
結構
空間模型
1.下列關于物質熔點的排列順序,不正確的是(　　)
A.HI>HBr>HCl>HF
B.CI4>CBr4>CCl4>CF4
C.NaCl>NaBr>KBr
D.金剛石>碳化硅>晶體硅
A
2.下列說法正確的是(　　)
A.共價晶體中只存在非極性共價鍵
B.因為HCl的相對分子質量大于HF,所以HCl晶體的熔點高于HF
C.干冰升華時,分子內共價鍵不會發生斷裂
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
C
3.在學習分子晶體后,某化學興趣小組的同學查閱了幾種氯化物的熔、沸點,記錄如下:
根據這些數據分析,你認為屬于分子晶體的是(　　)
A.NaCl、MgCl2、CaCl2 B.AlCl3、SiCl4 C.NaCl、CaCl2 D.全部
B
氯化物 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔點/℃ 801 712 190 -68 782
沸點/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
4.SiCl4的分子結構與CCl4類似,對其作出的如下推斷正確的是(　　)
①SiCl4晶體是分子晶體　②常溫、常壓下SiCl4是液體　③SiCl4的分子是由極性鍵形成的非極性分子　④SiCl4的熔點高于CCl4
A.只有① B.只有①②
C.只有②③ D.①②③④
D
5.下列有關分子晶體的說法中一定正確的是(　　)
A.分子內均存在共價鍵
B.分子間一定存在范德華力
C.分子間一定存在氫鍵
D.其結構一定為分子密堆積
B
6.下列說法中正確的是(　　)
A.C60汽化和I2升華克服的作用力不相同
B.甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它們的熔點相近
C.NaCl和HCl溶于水時，破壞的化學鍵都是離子鍵
D.常溫下TiCl4是無色透明液體，熔點－23.2 ℃，沸點136.2 ℃， 所以TiCl4屬于分子晶體
D
回答下列問題:
(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的
單質形式,它們互為 。
(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為 。
(3)C60屬于 晶體,石墨屬于 晶體。
(4)石墨晶體中,層內C—C鍵的鍵長為142 pm,而金剛石中C—C鍵的鍵長為154 pm。其原因是金剛石中碳原子間只存在C—C 共價鍵,而石墨層內的碳原子間不僅存在C—C 共價鍵,還有 鍵。
(5)C60的晶體結構類似于干冰,則每個C60晶胞的質量為 g (用含NA的式子表示,NA為阿伏加德羅常數的值)。
同素異形體
7.碳元素的單質有多種形式,下圖依次是C60、石墨和金剛石的結構圖:
sp3、sp2
分子
混合型

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