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晶體結構與性質教案(一)
分子晶體和原子晶體
1. 晶體與非晶體
2. 晶胞
3. 分子晶體
4. 原子晶體
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二. 重點、難點
1. 通過實驗探究理解晶體與非晶體的差異。
2. 了解區別晶體與非晶體的方法，認識化學的實用價值，增強學習化學的興趣。
3. 了解分子晶體的組成粒子、結構模型和結構特點及其性質的一般特點。
4. 理解分子間作用力和氫鍵對物質物理性質的影響，知道一些常見的屬于分子晶體的物質類別。
5. 掌握原子晶體的概念，能夠區分原子晶體和分子晶體。
6. 了解金剛石等典型原子晶體的結構特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結構與性質的關系。
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三. 教學過程
（一）晶體與非晶體
1、晶體的定義：晶體是由原子或原子團、離子或分子在空間按一定規律周期性地重復排列構成的固體物質。非晶體是原子、分子或離子無規則地堆積在一起所形成的固體。
（1）一種物質是否是晶體是由其內部結構決定的，而非由外觀判斷。
（2）晶體內部的原子有規律地排列，且外觀為多面體，為固體物質。
（3）周期性是晶體結構最基本的特征。
2、晶體與非晶體的本質差異
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自范性
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微觀結構
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晶體
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有（能自發呈現多面體外形）
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原子在三維空間里呈周期性有序排列
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非晶體
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沒有（不能自發呈現多面體外形）
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原子排列相對無序
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（1）自范性：晶體能自發性地呈現多面體外形的性質。
（2）晶體自范性的本質:是晶體中粒子微觀空間里呈現周期性地有序排列的宏觀表象。
（3）晶體自范性的條件之一：生長速率適當。如熔融態的二氧化硅，快速地冷卻得到瑪瑙，而緩慢冷卻得到水晶。
3、晶體形成的一段途徑：
（1）熔融態物質凝固。如從熔融態結晶出來硫晶體。
（2）氣態物質冷卻不經液態直接凝固（凝華）。如凝華得到的碘晶體。
（3）溶質從溶液中析出。如從硫酸銅飽和溶液中析出的硫酸銅晶體。
4、晶體的特點：
（1）均勻性
（2）各向異性
（3）自范性
（4）有明顯確定的熔點
（5）有特定的對稱性
（6）使X射線產生衍射
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（二）晶胞
1、晶胞的定義：晶體結構中的基本單元叫晶胞。
（1）晶胞是從晶體結構中截取出來的大小、形狀完全相同的平行六面體。晶胞代表整個晶體，無數個晶胞堆積起來，則得到晶體。
（2）整個晶體是由晶胞“無隙（相鄰晶胞之間沒有任何間隙）并置（所有晶胞都是平行排列的，取向相同）”堆砌而成。晶胞的無隙并置體現了晶體的各向異性（強度、導熱、光學性質）和緊密堆積（緊密堆積指由無方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力等結合的晶體中，原子、離子或分子等微觀粒子總是趨向于相互配位數高，能充分利用空間的堆積密度最大的那些結構。）。
（3）晶胞內微粒的組成反映整個晶體的組成，求出晶胞中微粒的個數比就能寫出晶體的化學式。
2、晶胞中原子個數的計算方法：
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（三）分子晶體
1、定義：分子間以分子間作用力（范德華力，氫鍵）相結合的晶體叫分子晶體。
（1）構成分子晶體的粒子是分子；
（2）分子晶體的粒子間的相互作用是范德華力；
（3）范德華力遠小于化學鍵的作用；
（4）分子晶體熔化破壞的是分子間作用力。
2、典型的分子晶體
（1）所有非金屬氫化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX
（2）部分非金屬單質：X2、 N2、 O2、 H2、S8、P4、C60
（3）部分非金屬氧化物：CO2、SO2、N2O4，P4O6， P4O10
（4）幾乎所有的酸：H2SO4、HNO3、H3PO4
（5）大多數有機物：乙醇，冰醋酸，蔗糖
3、分子晶體的物理特性：
某些分子晶體的熔點
由于范德華力很弱，所以分子晶體一般具有：
（1）較低的熔點和沸點；
（2）較小的硬度；
（3）一般都是絕緣體，熔融狀態也不導電。
【思考1】為何分子晶體的硬度小，熔沸點低？
因為構成晶體的微粒是分子，分子之間以分子間作用力（主要是范德華力）相結合，范德華力遠小于化學鍵的作用。
【思考2】是不是在分子晶體中分子間只存在范德華力？
不對，分子間氫鍵也是一種分子間作用力，如冰中就同時存在著范德華力和氫鍵。
【思考3】為何干冰的熔沸點比冰低，密度卻比冰大？
??? 由于冰中除了范德華力外還有氫鍵作用，破壞分子間作用力較難，所以熔沸點比干冰高。由于分子間作用力特別是氫鍵的方向性，導致晶體冰中有相當大的空隙，所以相同狀況下體積較大。又由于CO2分子的相對分子質量>H2O分子的相對分子質量，所以干冰的密度大。
4、分子晶體的結構特征
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組成微粒
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微粒間作用
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堆積方式
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熔沸點比較
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密度比較
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冰
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水分子
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范德華力和氫鍵
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每個分子周圍有4個緊鄰的分子
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較高
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較小
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干冰
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CO2分子
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范德華力
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每個分子周圍有12個緊鄰的分子
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較低
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較大
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大多數分子晶體結構有如下特征：
（1）如果分子間作用力只是范德華力。以一個分子為中心，其周圍通常可以有幾個緊鄰的分子。如O2、C60、CO2，我們把這一特征叫做分子緊密堆積。
（2）如果分子間除范德華力外還存在著氫鍵，分子就不會采取緊密堆積的方式。如在冰的晶體中，每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子，形成正四面體。氫鍵不是化學鍵，比共價鍵弱得多卻跟共價鍵一樣具有方向性，而氫鍵的存在迫使四面體中心的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，這一排列使冰晶體中空間利用率不高，皆有相當大的空隙使得冰的密度減小。
5、分子晶體熔、沸點高低的比較規律
分子晶體要熔化或汽化都需要克服分子間的作用力。分子間作用力越大，物質熔化和汽化時需要的能量就越多，物質的熔、沸點就越高。因此，比較分子晶體的熔、沸點高低，實際上就是比較分子間作用力（包括范力和氫鍵）的大小。
（1）組成和結構相似的物質，相對分子質量越大，范德華力越大，熔沸點越高。如：O2>N2，HI>HBr>HCl。
（2）分子量相等或相近，極性分子的范德華力大，熔沸點高，如CO>N2
（3）含有氫鍵的，熔沸點較高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3
（4）在烷烴的同分異構體中，一般來說，支鏈數越多，熔沸點越低。如沸點：正戊烷>異戊烷>新戊烷；芳香烴及其衍生物苯環上的同分異構體一般按照“鄰位>間位>對位”的順序。

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