晶体结构与性质教案(一)_清风_新浪博客
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

 

 

(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xx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{zd0}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:

2010年2月18日 - aspuluowangsi - aspuluowangsi的博客

 

(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

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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

2010年2月18日 - aspuluowangsi - aspuluowangsi的博客

 

 

 

 

组成微粒

 

微粒间作用

 

堆积方式

 

熔沸点比较

 

密度比较

 

 

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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