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2物質結構與性質第三章晶體結構與性質主講人賈雪喬天津市新華中學高二年級化學分子晶體與共價晶體天津市秋季學期基礎教育精品課程資源選擇性必修

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物質結構與性質第三章晶體結構與性質主講：賈雪喬（高級教師）指導教師：蘇華慶英華分子晶體與共價晶體天津市秋季學期基礎教育精品課程資源學習目標1.能從微粒組成及微粒間的相互作用，理解分子晶體、共價晶體的結構特點。2.能基于分子晶體、共價晶體的結構特點分析二者某些物理性質的差異性原因。3.能應用分子晶體，共價晶體的相關知識解釋一些實驗現象或某些化學事實及其研究的應用價值。天津市秋季學期基礎教育精品課程資源為什么冰比水輕？冰、干冰、可燃冰的結構有什么不同？為什么干冰可以用作制冷劑？金剛石為什么是最硬的物質？這些常識，你知道嗎？引入新課天津市秋季學期基礎教育精品課程資源觀察下圖，找出干冰、I2兩種晶體結構的共同點干冰的晶體結構

I2的晶體結構

天津市秋季學期基礎教育精品課程資源干冰的晶體結構I2的晶體結構構成微粒：分子微粒內作用：共價鍵觀察下圖，找出干冰、I2兩種晶體結構的共同點天津市秋季學期基礎教育精品課程資源干冰的晶體結構I2的晶體結構構成微粒：分子微粒內作用：共價鍵觀察下圖，找出干冰、I2兩種晶體結構的共同點微粒間作用：分子間作用力晶胞中分子位置：頂角和面心天津市秋季學期基礎教育精品課程資源一、分子晶體1.概念：直接由分子構成的晶體分子間作用力分子

3.微粒間作用力：2.構成微粒：冰干冰晶胞冰的結構干冰冰

干冰和冰的外觀相似、硬度接近，Mr(CO2)>Mr(H2O)為什么干冰的熔點比冰的低得多，且密度比冰的高？干冰

冰外觀硬度

相似或接近晶體中分子堆積形式分子間作用力1個分子周圍緊鄰分子個數晶體

干冰和冰的外觀相似、硬度接近，Mr(CO2)>Mr(H2O)為什么干冰的熔點比冰的低得多，且密度比冰的高？干冰冰外觀硬度

相似或接近晶體中分子堆積形式分子間作用力1個分子周圍緊鄰分子個數晶體范德華力

干冰和冰的外觀相似、硬度接近，Mr(CO2)>Mr(H2O)為什么干冰的熔點比冰的低得多，且密度比冰的高？天津市秋季學期基礎教育精品課程資源與一個CO2分子緊鄰的CO2分子共有____個天津市秋季學期基礎教育精品課程資源天津市秋季學期基礎教育精品課程資源天津市秋季學期基礎教育精品課程資源天津市秋季學期基礎教育精品課程資源與一個CO2分子緊鄰的CO2分子共有____個12干冰

冰外觀硬度

相似或接近晶體中分子堆積形式分子間作用力1個分子周圍緊鄰分子個數晶體范德華力密堆積12個

干冰和冰的外觀相似、硬度接近，Mr(CO2)>Mr(H2O)為什么干冰的熔點比冰的低得多，且密度比冰的高？天津市秋季學期基礎教育精品課程資源碳

60的晶胞O2的晶胞分子密堆積天津市秋季學期基礎教育精品課程資源怎樣理解水的密度在4℃時最大？水的這一特殊性對生命的存在有什么重要意義？資料天津市秋季學期基礎教育精品課程資源氫鍵具有方向性分子非密堆積冰中一個水分子周圍有4個水分子冰的結構周期性有序排列水約4℃水超過4℃冰大量氫鍵非密堆積空隙大密度小氫鍵減少部分解體空隙減小密度增大熱運動加劇分子間距加大密度減小天津市秋季學期基礎教育精品課程資源

水結冰時體積增大，密度減小，從而浮在水面冰浮在水面，成為一隔熱層，使下面的水的溫度保持在4℃左右。

結冰時散熱，冰融時吸熱，這一過程有緩沖水溫變化的作用，也有利于生物的生存。怎樣理解水的密度在4℃時最大？水的這一特殊性對生命的存在有什么重要意義？干冰

冰外觀硬度

相似或接近晶體中分子堆積形式分子間作用力1個分子周圍緊鄰分子個數晶體

干冰和冰的外觀相似、硬度接近，Mr(CO2)>Mr(H2O)為什么干冰的熔點比冰的低得多，且密度比冰的高？范德華力密堆積12個4個非密堆積氫鍵天津市秋季學期基礎教育精品課程資源

若分子間作用力主要為范德華力時，以1個分子為中心，周圍有12個緊鄰分子，即分子密堆積結構。如：干冰。

若分子間作用力主要為氫鍵時，氫鍵具有方向性，使晶體中的空間利用率不高，留有相當大的空隙，為分子非密堆積結構。如：冰。4.分子晶體的結構特征一、分子晶體干冰能讓鎂持續燃燒嗎？干冰能讓鎂持續燃燒嗎？干冰能讓鎂持續燃燒鎂可以跟二氧化碳反應干冰有易升華的特性實驗結論：天津市秋季學期基礎教育精品課程資源5.分子晶體的性質一、分子晶體分子晶體氧氣氮氣白磷水熔點/℃－218.3－210.144.20分子晶體硫化氫甲烷乙酸尿素熔點/℃－85.6－18216.6132.7表3-2某些分子晶體的熔點大多數分子晶體的熔點是相對比較低的思考H2SH2O

熔點

/℃－85.60Mr3418晶體這是為什么？><

冰中水分子間除了范德華力，大部分是氫鍵，破壞時需要吸收更多的能量。天津市秋季學期基礎教育精品課程資源5.分子晶體的性質一、分子晶體微觀結構宏觀性質分子無離子、自由電子純凈物不導電電解質的水溶液導電分子間作用力（比化學鍵弱）硬度小熔點低分子的極性相似相溶天津市秋季學期基礎教育精品課程資源(1)所有非金屬氫化物：

如H2O、H2S、NH3、HCl、CH4

等；(2)部分非金屬單質：

如鹵素(X2)、O2、S8、N2、P4、C60、稀有氣體等；6.常見的分子晶體一、分子晶體天津市秋季學期基礎教育精品課程資源(3)部分非金屬氧化物：如CO2、P4O6、P4O10、SO2

等；(4)幾乎所有的酸；(5)絕大多數有機物的晶體：如乙醇、冰醋酸、蔗糖。6.常見的分子晶體一、分子晶體天津市秋季學期基礎教育精品課程資源了解可燃冰

20世紀末，科學家發現海底和大陸冰川或永久凍土底部存在大量天然氣水合物晶體，這種晶體的主要成分是甲烷，因而又稱甲烷水合物，它的外形像冰，而且在常溫常壓下會迅速分解釋放出可燃的甲烷，因而又稱“可燃冰”。科學·技術·社會天津市秋季學期基礎教育精品課程資源了解可燃冰

天然氣在水合物晶體中，裝在以氫鍵相連的幾個水分子構成的籠中，因而又稱籠狀化合物。天然氣水合物晶體中的水分子籠也是多種多樣的，它們是一類籠狀的分子晶體。科學·技術·社會

全球的海底和冰川底部藏在天然氣水合物中的天然氣，總量超過煤、石油和天然氣等化石燃料的總和的兩倍，是巨大的潛在能源。2017年，我國南海神狐海域試采實現連續超過七天的穩定采氣。天津市秋季學期基礎教育精品課程資源藍鯨一號科學·技術·社會分子晶體小結只含分子的晶體低熔點、硬度小含有氫鍵的分子晶體具有更為特殊的物理性質（熔沸點偏高、水溶性高、水的密度反常等）分子密堆積如：干冰只有范德華力含有氫鍵分子之間分子非密堆積如：冰構成結構性質天津市秋季學期基礎教育精品課程資源金剛石——鉆石的原身

天然的金剛石經常呈現規則多面體的外形，這是金剛石微觀原子有序排列的宏觀表現金剛石的微觀結構是怎樣的？請觀看動畫資料金剛石晶體的結構特點

金剛石晶體中，每個碳原子以四個共價鍵對稱地與相鄰的4個碳原子相結合，鍵角為109o28′，即金剛石中的碳采取sp3雜化軌道形成共價鍵三維骨架結構。二、共價晶體1．定義：2．構成粒子：原子3．粒子間作用：共價鍵4．空間結構：三維骨架結構相鄰原子間以共價鍵結合而形成的三維骨架結構的晶體109o28′，三維骨架鍵能：347.7kJ/mol（很大）鍵長：154pm（很短）熔點很高：大于35000C

硬度最大：摩氏10度結構決定性質

金剛石的用途

除了金剛石，還有哪些物質屬于共價晶體呢？讓我們沿著元素周期表一起尋找。5.常見共價晶體(1)某些單質：以碳為中心，同主族向下：

硅（Si）鍺（Ge）和灰錫（Sn）等同周期向左、向右：

硼（B）高聚氮二、共價晶體

與金剛石極其相似，只是將碳原子換成了硅原子

硅晶體的結構資料

硅晶體的結構思考：請推測晶體硅中Si－Si鍵的鍵參數與金剛石中C－C鍵的鍵參數相比，有什么變化？原子半徑：Si>C鍵長變長，鍵能變小(2)某些非金屬化合物：碳化硅（SiC）氮化硅（Si3N4）氮化硼（BN）等

以Si3N4為基礎，用Al取代部分Si，用O取代部分N而獲得結構多樣化的陶瓷，用于制作LED發光材料。5.常見共價晶體二、共價晶體6.共價晶體的性質資料卡片P82二、共價晶體

硬度是衡量固體軟硬程度的指標。硬度有不同的標度，最普通的硬度標度是畫痕硬度，即摩氏硬度。以固體互相刻畫時出現刻痕的固體的硬度較低。金剛石不能被任何天然礦物刻劃出刻痕，因而是最硬的。以金剛石的硬度為10，以另9種天然礦物為代表。可將摩氏硬度分為十度，即：

某些共價晶體的熔點和硬度共價晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點/0C＞350030002700171014101211硬度109.59.576.56.0資料卡片P82共價鍵三維骨架結構熔點高硬度大一般不導電難溶于一些常見的溶劑二、共價晶體6.共價晶體的性質（1）怎樣從原子結構的角度理解金剛石、硅和鍺的熔點和硬度依次降低？

金剛石、硅和鍺中原子半徑依次增大，鍵長變長，鍵能變小，共價鍵穩定性下降，熔點和硬度依次下降。思考P82SiO2自然界含量最高的固態二元氧化物

有多種結構，最常見的是低溫石英（α-SiO2）

黃沙、石英礦脈、花崗石中的白色晶體以及透明的水晶都是低溫石英。

二氧化硅的存在石英的左、右型晶體壓電材料：制作石英手表

低溫石英的結構中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，而沒有封閉的環狀結構二氧化硅的結構二氧化硅的用途

以SiO2為原料制造的高科技產品：單晶硅硅芯片硅太陽能電池二氧化硅光導纖維

俗名“金剛砂”，它具有類似金剛石的結構和性質，其空間結構中碳原子和硅原子相間排列，化學式為SiC。SiC的球棍模型功能陶瓷高級耐火材料磨料用途碳化硅（2）“具有共價鍵的晶體叫做共價晶體”，這種說法對嗎？為什么？

不對，共價晶體中都有共價鍵，但含有共價鍵的不一定是共價晶體。如分子晶體CO2、H2O的分子中也含有共價鍵。思考P82晶體類型分子晶體共價晶體直接構成晶體的粒子分子原子粒子間相互作用分子間作用力共價鍵熔點較低很高硬度較小很大代表物冰、干冰金剛石課堂小結

下列說法中，錯誤的是（）A.只含分子的晶體一定是分子晶體B.碘晶體升華時破壞了共價鍵C.幾乎所有的酸都屬于分子晶體D.稀有氣體分子中只含原子，但稀有氣體的晶體屬于分子晶體課堂反饋BP84-1√√√×下列說法中，正確的是（）A.冰融化時，分子中H－O鍵發生斷裂

B.共價晶體中，共價鍵越強，熔點越高C.分子晶體中，共價鍵鍵能越大，該分子晶體的熔沸點一定越高D.分子晶體中，分子間作用力越大，對應的物質越穩定課堂反饋B分子晶體：影響熔、沸點的是分子間作用力，決定分子穩定性的是分子內的共價鍵P84-2下列說法中，正確的是（

）A.分子晶體一定存在分子間作用力和共價鍵B.分子晶體的熔點一般比共價晶體的熔點高C.稀有氣體形成的晶體屬于分子晶體D.CO2晶體是分子晶體，可推測SiO2晶體也是分子晶體課堂反饋C稀有氣體P85-4SiO2晶體是共價晶體低請將下列晶體分類，并填入下表：金剛石干冰冰可燃冰硫黃C60