2018年高考化學(xué)第一輪復(fù)習(xí) 專題 分子晶體和原子晶體學(xué)案 蘇教版.doc
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分子晶體和原子晶體【本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容:分子晶體和原子晶體二、教學(xué)目標(biāo)使學(xué)生了解分子晶體的組成粒子、結(jié)構(gòu)模型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其性質(zhì)的一般特點(diǎn);了解晶體類型與性質(zhì)的關(guān)系;理解分子間作用力和氫鍵對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響;知道一些常見的屬于分子晶體的物質(zhì)類別。掌握原子晶體的概念,能夠區(qū)分原子晶體和分子晶體;了解金剛石等典型原子晶體的結(jié)構(gòu)特征;能描述原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 分子晶體的組成粒子、結(jié)構(gòu)模型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其性質(zhì)的一般特點(diǎn),分子間作用力和氫鍵對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響。 原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系,原子晶體與分子晶體的判斷。四、教學(xué)過程:(一)分子晶體:構(gòu)成晶體的微粒間通過分子間作用力相互作用所形成的晶體,稱為分子晶體。分子晶體中存在的微粒是分子,不存在離子。較典型的分子晶體有非金屬氫化物,部分非金屬單質(zhì),部分非金屬氧化物,幾乎所有的酸,絕大多數(shù)有機(jī)物的晶體等。分子晶體中存在的相互作用力主要是分子間作用力,它是分子間存在著一種把分子聚集在一起的作用力,叫做分子間作用力,也叫范徳華力。分子間作用力只影響物質(zhì)的熔沸點(diǎn)、硬度、密度等物理性質(zhì),分子晶體一般都是絕緣體,熔融狀態(tài)不導(dǎo)電。對于某些含有電負(fù)性很大的元素的原子和氫原子的分子,分子間還可以通過氫鍵相互作用。氫鍵的形成條件:它是由已經(jīng)與電負(fù)性很強(qiáng)的原子形成共價鍵的氫原子與另一分子中電負(fù)性很強(qiáng)的原子之間的作用力形成,(它不屬于化學(xué)鍵)一般表示為 XHY。這種靜電吸引作用就是氫鍵。氫鍵同樣只影響物質(zhì)的熔沸點(diǎn)和密度,對物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)沒有影響分子晶體的結(jié)構(gòu)特征:沒有氫鍵的分子密堆積排列,如CO2等分子晶體,分子間的作用力主要是分子間作用力,以一個分子為中心,每個分子周圍有12個緊鄰的分子存在。如:干冰的晶體結(jié)構(gòu)還有一類分子晶體,其結(jié)構(gòu)中不僅存在分子間作用力,同時還存在氫鍵,如:冰。此時,水分子間的主要作用力是氫鍵,每個水分子周圍只有4個水分子與之相鄰。稱為非密堆積結(jié)構(gòu)。如圖,冰的晶體結(jié)構(gòu):說明:1、分子晶體的構(gòu)成微粒是分子,分子中各原子一般以共價鍵相結(jié)合。因此,大多數(shù)共價化合物所形成的晶體為分子晶體。如:部分非金屬單質(zhì)、非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸以及絕大多數(shù)的有機(jī)物等都屬于分子晶體。但并不是所有的分子晶體中都存在共價鍵,如:由單原子構(gòu)成的稀有氣體分子中就不存在化學(xué)鍵。也不是共價化合物都是分子晶體,如二氧化硅等物質(zhì)屬于原子晶體。 2、由于構(gòu)成晶體的微粒是分子,因此分子晶體的化學(xué)式可以表示其分子式,即只有分子晶體才存在分子式。3、分子晶體的微粒間以分子間作用力或氫鍵相結(jié)合,因此,分子晶體具有熔沸點(diǎn)低、硬度密度小,較易熔化和揮發(fā)等物理性質(zhì)。4、影響分子間作用力的大小的因素有分子的極性和相對分子質(zhì)量的大小。一般而言,分子的極性越大、相對分子質(zhì)量越大,分子間作用力越強(qiáng)。5、分子晶體的熔沸點(diǎn)的高低與分子的結(jié)構(gòu)有關(guān):在同樣不存在氫鍵時,組成與結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,隨著相對分子質(zhì)量的增大,分子間作用力增大,分子晶體的熔沸點(diǎn)增大;對于分子中存在氫鍵的分子晶體,其熔沸點(diǎn)一般比沒有氫鍵的分子晶體的熔沸點(diǎn)高,存在分子間氫鍵的分子晶體的熔沸點(diǎn)比存在分子內(nèi)氫鍵的分子晶體的熔沸點(diǎn)高。6、分子晶體的溶解性與溶劑和溶質(zhì)的極性有關(guān):一般情況下,極性分子易溶于極性溶劑,非極性分子易溶于非極性溶劑這就是相似相溶原理。如:HCl、等分子晶體易溶于水,而溴和碘等分子則易溶于汽油和四氯化碳等非極性溶劑。7、分子間作用力不具有方向性和飽和性,而氫鍵具有方向性和飽和性。所以,不存在氫鍵的分子晶體可以以緊密堆砌的方式排列,而存在氫鍵的分子晶體則必須在一定的方向上堆砌排列。由于水中存在氫鍵,所以水在凝結(jié)成冰時,體積增大,密度減小。8、氫鍵與分子間作用力的比較:分 類分子間作用力氫 鍵概 念物質(zhì)分子之間存在的微弱的相互作用(實(shí)質(zhì)上也是靜電作用)分子中與氫原子形成共價鍵的非金屬原子,如果吸引電子的能力很強(qiáng),原子半徑又很小,則使氫原子幾乎成為“裸露”的質(zhì)子,帶部分正電荷,這樣的分子之間,氫核與帶部分負(fù)電荷的非金屬原子相互吸引,這種靜電作用就是氫鍵存在范圍分子間某些含氫化合物分子間(如:HF、H2O、NH3、乙醇等)強(qiáng)度比較比化學(xué)鍵弱很多比化學(xué)鍵弱得多,比分子間作用力強(qiáng)影響強(qiáng)度的因素隨著分子的極性與相對分子質(zhì)量的增大而增大。組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),相對分子質(zhì)量越大,分子間作用力越大形成氫鍵的非金屬原子,其吸引電子的能力越強(qiáng)、半徑越小,則氫鍵越強(qiáng)9、干冰的熔沸點(diǎn)比冰低,但密度卻比冰大的原因是: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(diǎn)比干冰高。同時,由于分子間作用力特別是氫鍵的方向性,導(dǎo)致晶體冰中有相當(dāng)大的空隙,所以相同狀況下體積較大。由于CO2分子的相對分子質(zhì)量H2O,所以干冰的密度大。(二)原子晶體:相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體稱為原子晶體。構(gòu)成原子晶體的微粒是原子,微粒間的相互作用力是共價鍵,由于共價鍵的鍵能比分子間作用力要大得多,因此原子晶體具有很高的熔沸點(diǎn)和硬度,一般不導(dǎo)電(硅屬于半導(dǎo)體材料),一般不溶于溶劑等性質(zhì)。常見的原子晶體有:金剛石、晶體硅、二氧化硅和碳化硅等。如金剛石的晶體結(jié)構(gòu)和晶胞、二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu):金剛石的晶體結(jié)構(gòu)中,每個碳原子與四個碳原子相互結(jié)合形成四個共價鍵,形成正四面體型結(jié)構(gòu),晶體中每個最小的環(huán)為六元環(huán);另外二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似,每個最小的環(huán)由六個氧原子和六個硅原子構(gòu)成,為十二元環(huán),每個硅原子結(jié)合四個氧原子、每個氧原子結(jié)合二個硅原子,因此晶體中硅、氧原子的個數(shù)比為1:2,則二氧化硅的化學(xué)式為SiO2,晶體中每個硅原子被12個環(huán)所共有。說明:1、原子晶體的構(gòu)成微粒是原子,原子間通過共價鍵相互結(jié)合,因此原子晶體的物理性質(zhì)與分子晶體有明顯的不同,有熔沸點(diǎn)高,硬度、密度大等特點(diǎn)。原子晶體中不存在分子,其化學(xué)式表示晶體中各組成微粒的原子個數(shù)比,這一點(diǎn)也與分子晶體不同。2、原子晶體中原子間以共價鍵相互連接,但并不是存在共價鍵的晶體就是原子晶體。如:水、干冰等晶體都存在共價鍵,但它們屬于分子晶體。3、判斷晶體類型的依據(jù):(1)看構(gòu)成晶體的微粒種類及微粒間的相互作用。對分子晶體,構(gòu)成晶體的微粒是分子,微粒間的相互作用是分子間作用力;對于原子晶體,構(gòu)成晶體的微粒是原子,微粒間的相互作用是共價鍵。(2)看物質(zhì)的物理性質(zhì)(如:熔、沸點(diǎn)或硬度)。一般情況下,不同類晶體熔點(diǎn)高低順序是原子晶體比分子晶體的熔、沸點(diǎn)高得多,硬度、密度也要大得多。(3)依據(jù)導(dǎo)電性判斷:分子晶體為非導(dǎo)體,但部分分子晶體溶于水后能導(dǎo)電;原子晶體多數(shù)為非導(dǎo)體,但晶體硅、晶體鍺是半導(dǎo)體。(4)依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷:原子晶體硬度大,分子晶體硬度小且較脆。4、比較晶體的熔沸點(diǎn)的高低,首先要比較晶體的類型。分子晶體的熔沸點(diǎn)比較其分子的極性、相對分子質(zhì)量以及能不能形成氫鍵。而原子晶體熔沸點(diǎn)的高低與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系:對結(jié)構(gòu)相似的原子晶體而言,原子半徑越小、鍵長越短、鍵能越大,晶體的熔沸點(diǎn)越高。5、CO2、SiO2都屬于第A族的氧化物,但兩者的熔沸點(diǎn)、硬度等物理性質(zhì)存在較大的差異,但CO2卻比SiO2穩(wěn)定得多:主要是因?yàn)镃O2是分子晶體,SiO2是原子晶體,所以熔化時CO2是破壞范德華力而SiO2是破壞化學(xué)鍵。所以SiO2熔沸點(diǎn)高。而破壞CO2分子與SiO2時,都是破壞共價鍵,而C-O鍵能Si-O鍵能,所以CO2分子更穩(wěn)定。(三)過渡型晶體(混合型晶體)石墨是一種結(jié)晶形碳,有天然出產(chǎn)的礦物。鐵黑色至深鋼灰色。質(zhì)軟具滑膩感,可沾污手指成灰黑色。有金屬光澤。六方晶系,成葉片狀、鱗片狀和致密塊狀。密度2.25g/,化學(xué)性質(zhì)不活潑。具有耐腐蝕性,在空氣或氧氣中可以強(qiáng)熱燃燒生成二氧化碳。石墨可用作潤滑劑,并用于制造坩鍋、電極、鉛筆芯等。它既具有金屬晶體的性質(zhì)(導(dǎo)電性),又具有分子晶體的性質(zhì)(質(zhì)地很軟),同時還具備原子晶體的特性(熔沸點(diǎn)高)等。因此化學(xué)上把石墨稱為過渡型晶體(又稱混合型晶體)。石墨晶體是一種層狀結(jié)構(gòu):層與層之間以分子間作用力相互連接,而同一層內(nèi)各原子間以共價鍵相互結(jié)合。如圖所示:所以石墨晶體的質(zhì)地較軟、熔沸點(diǎn)很高。說明:1、石墨為層狀結(jié)構(gòu),各層之間以范德華力結(jié)合,容易滑動,所以石墨很軟。2、石墨各層均為平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),碳原子之間存在很強(qiáng)的共價鍵(大鍵),故熔沸點(diǎn)很高。石墨層狀結(jié)構(gòu)中六個碳原子構(gòu)成平面六元環(huán),平均每個環(huán)占有2個碳原子、三個碳碳鍵。3、在金剛石中每個碳原子與相鄰的四個碳原子經(jīng)共價鍵結(jié)合形成正四面體結(jié)構(gòu),碳原子所有外層電子均參與成鍵,無自由電子,所以不導(dǎo)電。而石墨晶體中,每個碳原子以三個共價鍵與另外三個碳原子相連,在同一平面內(nèi)形成正六邊形的環(huán)。這樣每個碳原子上仍有一個電子未參與成鍵,電子比較自由,相當(dāng)于金屬中的自由電子,所以石墨能導(dǎo)電?!镜湫屠}】例1. 共價鍵、離子鍵和范德華力是構(gòu)成物質(zhì)粒子間的不同作用方式,下列物質(zhì)中,只含有上述一種作用的是 A. 干冰B. 氯化鈉C. 氫氧化鈉D. 碘 解析:干冰是分子晶體,分子內(nèi)存在共價鍵,分子間存在范德華力。NaCl是離子晶體只存在離子鍵。 NaOH是離子晶體,不僅存在離子鍵,還存在HO間共價鍵。 碘也是分子晶體,分子內(nèi)存在共價鍵,分子間存在分子間作用力。故只有B符合題意。答案:B例2. 在解釋下列物質(zhì)性質(zhì)的變化規(guī)律與物質(zhì)結(jié)構(gòu)間的因果關(guān)系時,與鍵能無關(guān)的變化規(guī)律是 A. HF、HCI、HBr、HI的熱穩(wěn)定性依次減弱B. NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔點(diǎn)依次降低C. F2、C12、Br2、I2的熔沸點(diǎn)逐漸升高 D. H2S的熔沸點(diǎn)小于H2O的熔沸點(diǎn)解析:HF、HCl、HBr、HI熱穩(wěn)定性依次減弱是它們的共價鍵鍵能逐漸減小的原因,與鍵能有關(guān)。NaF、 NaCl、NaBr、NaI的熔點(diǎn)依次降低是它們的離子鍵能隨離子半徑增大逐漸減小的原因。F2、C12、Br2、I2為分子晶體,結(jié)構(gòu)相似,熔、沸點(diǎn)高低由相對分子質(zhì)量決定,它們的相對分子質(zhì)量逐漸增大,因此分子間的作用力也逐漸增大,熔沸點(diǎn)逐漸升高。H2S與H2O的熔沸點(diǎn)高低由分子間作用力及分子的極性是否存在氫鍵決定,同時,水分子間還可以形成氫鍵,而H2S分子間不能形成氫鍵。故選C、D。 答案:C、D 例3. 2003年美國科學(xué)雜志報道:在超高壓下,科學(xué)家用激光器將CO2加熱到1800K,成功制得了類似石英的CO2原子晶體。下列關(guān)于CO2晶體的敘述中不正確的是 A. 晶體中C、O原子個數(shù)比為12 B. 該晶體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高、硬度大 C. 晶體中COC鍵角為180 D. 晶體中C、O原子最外層都滿足8電子結(jié)構(gòu)解析:CO2原子晶體的結(jié)構(gòu)與SiO2相似,每個碳原子周圍連接4個氧原子,每個氧原子連接2個碳原子,所以晶體中碳氧原子的個數(shù)比為1:2,碳原子位于正四面體的中心,OCO的鍵角為10928,晶體中每個C、O原子最外層均達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。同時原子晶體具有熔沸點(diǎn)高、硬度大等性質(zhì)特點(diǎn)。故本題選C答案:C例4. 在干冰晶體中每個CO2分子周圍緊鄰的 CO2分子有_個,在晶體中截取一個最小的正方形;使正方形的四個頂點(diǎn)都落到CO2分子的中心,則在這個正方形的平面上有_個CO2分子。解析:此題要求對干冰的晶體模型十分熟悉。以右下角CO2分子研究對象:與其緊鄰的為面心上的3個CO2分子,而CO2分子被8個這樣的立方體所共有,故有38=24。又考慮到面心上的 CO2被2個這樣的立方體共有,故24/2=12個。由CO2晶體模型分析得出,符合題意的最小正方形即模型的對角面的一半,不難看出有4個CO2分子。 答案:12,4例5. 氮化硅是一種高溫陶瓷材料,它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1300反應(yīng)獲得。(1)氮化硅晶體屬于_晶體。(2)已知氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中,原子間都以單鍵相連,且N原子與N原子,Si原子與Si原子不直接相連,同時每個原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),請寫出氮化硅的化學(xué)式_.(3)現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃鈿夥毡Wo(hù)下,加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng),可得到較高純度的氮化硅。反應(yīng)的化學(xué)方程式為_.解析:原子晶體具有熔沸點(diǎn)高、硬度大等特點(diǎn),因此氮化硅晶體屬于原子晶體,所以氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中每個氮原子周圍連接3個硅原子,而每個硅原子周圍連接4個氮原子,相互之間通過共價鍵相連形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在原子的最外層形成8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),故氮化硅的化學(xué)式為:Si3N4。四氯化硅和氮?dú)庠跉錃鈿夥毡Wo(hù)下生成氮化硅,反應(yīng)方程式為:3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl答案:原子、Si3N4、3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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