晶体结构与性质教案(一)

晶体结构与性质教案(一)

教学内容： 分子晶体和原子晶体 1. 晶体与非晶体 2. 晶胞 3. 分子晶体 4. 原子晶体   二. 重点、难点 1. 通过实验探究理解晶体与非晶体的差异。 2. 了解区别晶体与非晶体的方法，认识化学的实用价值，增强学习化学的兴趣。 3. 了解分子晶体的组成粒子、结构模型和结构特点及其性质的一般特点。 4. 理解分子间作用力和氢键对物质物理性质的影响，知道一些常见的属于分子晶体的物质类别。 5. 掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体和分子晶体。 6. 了解金刚石等典型原子晶体的结构特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。   三. 教学过程 （一）晶体与非晶体 1、晶体的定义：晶体是由原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。非晶体是原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成的固体。 （1）一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的，而非由外观判断。 （2）晶体内部的原子有规律地排列，且外观为多面体，为固体物质。 （3）周期性是晶体结构最基本的特征。 2、晶体与非晶体的本质差异         自范性   微观结构   晶体   有（能自发呈现多面体外形）   原子在三维空间里呈周期性有序排列   非晶体   没有（不能自发呈现多面体外形）   原子排列相对无序   （1）自范性：晶体能自发性地呈现多面体外形的性质。 （2）晶体自范性的本质:是晶体中粒子微观空间里呈现周期性地有序排列的宏观表象。 （3）晶体自范性的条件之一：生长速率适当。如熔融态的二氧化硅，快速地冷却得到玛瑙，而缓慢冷却得到水晶。 3、晶体形成的一段途径： （1）熔融态物质凝固。如从熔融态结晶出来硫晶体。 （2）气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。如凝华得到的碘晶体。 （3）溶质从溶液中析出。如从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜晶体。 4、晶体的特点： （1）均匀性 （2）各向异性 （3）自范性 （4）有明显确定的熔点 （5）有特定的对称性 （6）使X射线产生衍射   （二）晶胞 1、晶胞的定义：晶体结构中的基本单元叫晶胞。 （1）晶胞是从晶体结构中截取出来的大小、形状完全相同的平行六面体。晶胞代表整个晶体，无数个晶胞堆积起来，则得到晶体。 （2）整个晶体是由晶胞“无隙（相邻晶胞之间没有任何间隙）并置（所有晶胞都是平行排列的，取向相同）”堆砌而成。晶胞的无隙并置体现了晶体的各向异性（强度、导热、光学性质）和紧密堆积（紧密堆积指由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。）。 （3）晶胞内微粒的组成反映整个晶体的组成，求出晶胞中微粒的个数比就能写出晶体的化学式。 2、晶胞中原子个数的计算方法：   （三）分子晶体 1、定义：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。 （1）构成分子晶体的粒子是分子； （2）分子晶体的粒子间的相互作用是范德华力； （3）范德华力远小于化学键的作用； （4）分子晶体熔化破坏的是分子间作用力。 2、典型的分子晶体 （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 3、分子晶体的物理特性： 某些分子晶体的熔点 由于范德华力很弱，所以分子晶体一般具有： （1）较低的熔点和沸点； （2）较小的硬度； （3）一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。 【思考1】为何分子晶体的硬度小，熔沸点低？ 因为构成晶体的微粒是分子，分子之间以分子间作用力（主要是范德华力）相结合，范德华力远小于化学键的作用。 【思考2】是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力？ 不对，分子间氢键也是一种分子间作用力，如冰中就同时存在着范德华力和氢键。 【思考3】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。又由于CO2分子的相对分子质量>H2O分子的相对分子质量，所以干冰的密度大。 4、分子晶体的结构特征         组成微粒   微粒间作用   堆积方式   熔沸点比较   密度比较   冰   水分子   范德华力和氢键     每个分子周围有4个紧邻的分子   较高     较小     干冰   CO2分子   范德华力   每个分子周围有12个紧邻的分子   较低     较大     大多数分子晶体结构有如下特征： （1）如果分子间作用力只是范德华力。以一个分子为中心，其周围通常可以有几个紧邻的分子。如O2、C60、CO2，我们把这一特征叫做分子紧密堆积。 （2）如果分子间除范德华力外还存在着氢键，分子就不会采取紧密堆积的方式。如在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，形成正四面体。氢键不是化学键，比共价键弱得多却跟共价键一样具有方向性，而氢键的存在迫使四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一排列使冰晶体中空间利用率不高，皆有相当大的空隙使得冰的密度减小。 5、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。 （1）组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高。如：O2>N2，HI>HBr>HCl。 （2）分子量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高，如CO>N2 （3）含有氢键的，熔沸点较高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3 （4）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低。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“邻位>间位>对位”的顺序。  

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