第二节 分子晶体与原子晶体(共2课时)

分析：晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和 金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原子晶体，B 与C相邻与Si处于对角线处，则晶体硼也为原子晶 体。晶体硼每个三角形的顶点被5个三角形所共有， 所以，此顶点完全属于一个三角形的只占到1/5， 每个三角形中有3个这样的点，且晶体B中有20个 这样的三角形，因此，晶体B中这样的顶点（B原 子）有3/5×20=12个。又因晶体硼中的三角形面 为正三角形，所以键角为60°。 答案：原子，晶体硼具有很高的熔沸点和很大的 硬度；12，60°
4、单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据
金刚石 熔点 沸点 硬度 >3823 5100 10 晶体硅 1683 2628 7.0 晶体硼 2573 2823 9.5
原子 （1）晶体硼的晶体类型属于________晶体， 晶体硼具有很高的熔沸点和很大的硬度 理由是___________________。 （2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面 体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每 个顶点上各有1个B原子。通过视察图形及推算，此晶 12 体结构单元由_____个硼原子构成。其中B—B键的键 60° 角为_______。
（2）石墨的熔沸点为什么很高？ 石墨的熔点为什么高于金刚石？
它们都有很强的C-C共价键。在 石墨中各层均为平面网状结构，碳 原子之间存在很强的共价键（大π 键）， C-C键长比金刚石的短，键 的强度大，故其熔点比金刚石高。
金刚石 3550
（3）石墨属于哪类晶体？
石墨为混合键型晶体。
1、分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型：
• （２）有分子间氢键－不具有分子密堆积特征 （如：HF 、冰、NH3 ）
5、分子晶体熔、沸点高低的比较规律
分子晶体要熔化或气化都需要克服分子间的 作用力。分子间作用力越大，物质熔化和气化 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。
利用金刚石的结构来推断SiO2的空间结构
金刚石的结构
SiO2 平面结构
白球表示 硅原子
SiO2最小的环二氧化硅晶体结构示意图
Si O
109º 28´
180º
共价键
SiO2的结构特征：在SiO2晶体中
①SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：2的比例所 组成的立体网状的晶体，没有单个分子 ②最小的环是十二元环（6个Si和6个O）
4.分子晶体的典型结构
分子的密堆积
（与CO2分子距离最近的 CO2分子共有 12 个 ）
干冰的晶体结构图
分子的密堆积
氧（O2）的晶体结构
碳60的晶胞
（与每个分子距离最近的相同分子共有12个 ）
分子的非密堆积
氢键具有方向性
冰中１个水分子周围有４个水分子
冰的结构
如何判断分子晶体的结构特征？
• （１）只有范德华力，无分子间氢键－分子密 堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子，如： C60、干冰 、I2、O2）
◆熔点和沸点高 ◆硬度大 ◆一般不导电
◆难溶于一些常见的溶剂
3、常见的原子晶体
• 某些非金属单质：
金刚石（C）、晶体硅(Si)、晶体硼（B）、
晶体锗(Ge)等
• 某些非金属化合物：
碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体
• 某些氧化物：
二氧化硅（ SiO２）晶体
4、原子晶体熔、沸点比较规律
对于原子晶体，一般来说，原子间键长越短， 键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高， 硬度越大。
第二课时 原子晶体
思考与交流
• CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过 比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。
• 碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族， 为什么CO2晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体 的熔沸点很高？
二．原子晶体（共价晶体）
1、概念：
相邻原子间以共价键相结合而形成空间 立体网状结构的晶体。
5.典型原子晶体的结构
金刚石的晶体结构示意图
109º 28´
共价键
思考：在金刚石晶体中，每个碳与周
围多少个碳原子成键？形成怎样的空间结 构？最小碳环由多少个碳原子组成？它们 是否在同一平面内？ 4、正四面体、6、不在同一平面 在金刚石晶体中，碳原子个数与C-C 键数之比为多少？ 1:2 12g金刚石C-C键数为多少NA？
分子晶体有哪些物理特性，为什么？
2、分子晶体的物理特性：
(1)较低的熔点和沸点，易升华； (2)较小的硬度； (3)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。
原因：分子间作用力较弱
3、典型的分子晶体：
◆非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，
HX ◆酸：H2SO4，HNO3，H3PO4 ◆非金属单质:X2，O2，H2， S8，P4， C60 ◆部分非金属氧化物: CO2， SO2， NO2， P4O6， P4O10 ◆大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖
A、碳化铝，黄色晶体，熔点2200℃，熔融态不
原子晶体 导电______________；
B、溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导
分子晶体 电_______________；
C、五氟化钒，无色晶体，熔点19.5℃，易溶于乙
分子晶体 醇、氯仿、丙酮中_______________；
2. 氮化硅（Si3N4）是一种新型的耐高温耐磨 材料，在工业上有广泛用途，它属于（A ） A.原子晶体 B. 分子晶体 C. 金属晶体 D. 离子晶体 3、碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚 石的结构，其中C原子和S原子的位置是交替 的。在下列三种晶体①金刚石 ②晶体硅 ③ 碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序 是 （ A） A.①③② B.②③① C.③①② D.②①③
高中化学选修3
物质结构与性质
第 二 节
第一课时
分子晶体
观察与思考： 下列两种晶体有什么共同点？
干冰晶体结构
碘晶体结构
一、分子晶体
1、概念
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）粒子间的相互作用是分子间作用力。 （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。
（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。
③每1个Si被 12 个十二元环共有
④1mol SiO2中含4mol Si—O键
分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较
晶体类型
结构、性质
结 构
分子晶体
原子晶体
构成晶体粒子
粒子间的作用力 硬度 熔、沸点
分子 分子间作用力 较小
原子 共价键 较大
较低
固态和熔融状 态都不导电 相似相溶
很高
不导电
性 质
导电
– （1）构成原子晶体的粒子是原子；
– （2）原子晶体的粒子间以较强的共价键相结合； – （3）原子晶体熔化破坏的是共价键。
观察· 思考
• 对比分子晶体和原子晶体的数据，原子 晶体有何物理特性？
2、原子晶体的物理特性 • 在原子晶体中，由于原子间以较强 的共价键相结合，而且形成空间立体 网状结构，所以原子晶体
2NA
典型的原子晶体
金刚石的结构特征：在金刚石晶体里 ①每个碳原子都采取SP3杂化，被相邻的4个碳原子 包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包 围的碳原子处于正四面体的中心。 ②金刚石晶体中所有的C—C键键长相等，键角相等 （109°28’）； ③晶体中最小的碳环由6个碳组成的六元环，且不在同一 平面内； ④每一个碳被 12 个六元环共有 ⑤晶体中每个C形成( 2 )个 C—C键
溶解性
难溶于常见溶剂
知识拓展－石墨
石 墨 晶 体 结 构
（1）石墨中C原子以sp2杂化； （2）石墨晶体中最小环为六元环，平均含有C 2个，C-C键为 3； （3）石墨分层，层间为范德华力，硬度 小， 可导电； （4）石墨中r（C-C）比金刚石中r（C-C）短。
思考：
（1）石墨为什么很软？
石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动， 所以石墨很软。 熔点 （℃） 石墨 3652 沸点 （℃） 4827 4827