2021新教材高中化学第三章晶体结构与性质-课件-人教版选择性必修2.pptx

1、2021新教材高中化学第三章晶体结构与性质-课件-人教版选择性必修21.了解物质的聚集状态。2.认识晶体和非晶体的本质差异。3.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性。新课导入固态液态气态凝固融化升华凝华气化液化20世纪前，人们认为物质的三态变化只是分子间距离发生了变化。20世纪初，通过X射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子。气态和液态物质也不一定是由分子构成。一、物质的聚集状态(1)概念：气态物质在 或者在 激发下，分子发生分解，产生 等。这种由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈 的物质 称为等离子体。(2)特点等离子体具有良好的 和 。基础初探除了三态，还有更多的物质聚集状态，

2、如 、离子液体、晶态、非晶态，以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、等。基础初探(3)应用运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器；利用等高子体可以进行化学合成；核聚变也是在等离子态下发生的等。(1)概念：物质加热到达到熔点后，先呈浑浊态，再加热达到一定温度时，浑浊态变透明清亮态，将熔点至澄清点温度范围内的物质状态称为液晶。固体液体液晶的温度范围液晶T1(熔点)T2(澄清点)温度逐渐升高基础初探(2)特征：液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，既具有液体的流动性、黏度、性变形等，又具有晶体的某些物理性质，如导热性、光学性质等。(3)应用液晶已有广泛的应用。例如，手机、电脑和电视的液晶显示器，由于施

3、加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变，从而显示数字、文字或图像。再如，合成高强度液晶纤维已广泛应用于飞机、火箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等。二、晶体与非晶体基础初探概念：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈 排列而构成的具有 的固体。分类：根据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用，可分为 、和金属晶体。概念：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈 排列而构成的 规则几何外形的固体。基础初探具有规则几何外形的固体一定是晶体吗？常见的晶体和非晶体常见的晶体和非晶体晶体：食盐、冰、铁、铜等。非晶体：玻璃、橡胶等。晶体中粒子排列的周期性是指一定方向上每隔一定距离就重复出现的排列，粒子排

4、列的周期性导致晶体呈现规则的几何外形。名师点拨名师点拨基础初探概念：晶体能 多面体外形的性质。晶体呈现自范性的条件之一：。如熔融物质冷却凝固速率过快时，常常只得到看不到多面体外形的粉末或没有规则的外形的块状物。晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的 。基础初探同一晶体中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的许多物理性质，如 、导电性、光学性质等，常常随方向的不同而有所差异。晶体有 的熔点，而非晶体没有固定熔点。晶体物质能使X-射线产生 ，非晶体只有散射效应。这是测定晶体结构的重要实验方法。名师点拨名师点拨自范性微观结构晶体非晶体基础初探实验操作实验现象用研钵把硫

5、黄粉末研细，放入蒸发皿中，放在三角架的铁圈上，用酒精灯加热至熔融态，自然冷却结晶后，观察现象在一个小烧杯里加入少量碘，用一个表面皿盖在小烧杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯放在石棉网上小火加热，观察实验现象。在250 mL烧杯中加入半杯饱和氯化钠溶液，用滴管滴入浓盐酸，观察实验现象。第三章 晶体结构与性质第一节 物质的聚集状态与晶体的常识第2课时 晶胞1.认识简单的晶胞。2.通过典型晶胞的学习，类推其他晶胞的分析方法。3.学会晶胞中微粒数的计算方法(均摊法)，能根据晶胞的结构确定晶体的化学式。基础初探(1)晶胞的概念描述晶体结构的 叫做晶胞。晶胞是晶体中最小的 。铜晶体铜晶胞(2)晶体与晶

6、胞的关系整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“”而成；所谓“无隙”，是指 之间没有任何间隙；所谓“并置”，是指所有晶胞都是 排列的，相同。基础初探基础初探微思考一个铜晶胞的有14个原子吗？解析：金属铜的一个晶胞的原子数=118+6=482基础初探(3)晶胞的结构常规的晶胞都是平行六面体。晶胞的顶角原子是 个晶胞共用。晶胞棱上的原子是 个晶胞共用。晶胞面上的原子是 个晶胞共用。基础初探微思考一个铜晶胞的有14个原子吗？解析：金属铜的一个晶胞的原子数=118+6=482基础初探钠、锌、碘、金刚石晶胞示意图1.金属钠的一个晶胞的原子数=11+8=282.金属锌的一个晶胞的原子数=11+8=283.碘的一

7、个晶胞的原子数=1112+16=8284.金刚石的一个晶胞的原子数=116+8+4=828基础初探(4)常见的晶胞简单立方体心立方面心立方类型简单立方体心立方面心立方结构特点在平面六面体的8个顶角上有粒子除8个顶角上有粒子外，平行六面体的体心上还有1个粒子除8个顶角上有粒子外，平行六面体的6个面的面心上均有1个粒子一个晶胞的原子数基础初探(1)晶体化学式的含义一般地，晶体的化学式表示的是晶体(也可以说是晶胞)中各类原子或离子数目的 。(2)用均摊法确定晶胞中粒子的个数立方晶胞中粒子的计算方法基础初探例如：在较高温度时，钾、氧两种元素形成的一种晶体结构，则该化合物的化学式是 。每个晶胞中属于该晶

8、胞的K+的个数=；O2-的个数=；故其比值为1：11186482 112144 2KO基础初探六方晶胞中粒子的计算方法1名师点拨名师点拨不均摊法在其他结构晶胞中粒子数目的计算：1/221基础初探测定晶体结构最常用的仪器是 。通过晶体的X射线衍射实验获得行射图后，经过计算可以从衍射图形获得晶体结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。题型一：晶胞的判断课堂专练课堂专练课堂专练题型二：均摊法计算微粒个数答案：答案：D课堂专练C题型三：利用均摊法求算化学式课堂专练答案：答案：B课堂专练

9、答案：A题型四：利用均摊法计算晶胞中微粒间的距离课堂专练课堂专练第三章 晶体结构与性质第二节 分子晶体与共价晶体1.借助分子晶体、共价晶体等模型认识晶体的结构特点。2.能从范德华力、氢键的角度分析、理解分子晶体的物理性质。3.学会比较晶体的熔、沸点。基础初探(1)概念：只含 的晶体称为分子晶体。(2)粒子间的相互作用力：分子晶体内相邻分子间以 相互吸引，分子内原子之间以 结合。碘晶胞示意图(1)分子晶体熔、沸点 ，硬度 ，易升华。(2)分子晶体不导电。(1)所有的 ，如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等；(2)部分 ，如卤素(X2)、氧气(O2)、硫(S8)、氮气(N2)、白磷(P4)、碳60(C

10、60)、稀有气体等；(3)部分非金属氧化物，如CO2、P4O10、SO2等(4)几乎所有的 ；(5)绝大多数有机物。基础初探微点拨：分子晶体在熔化时，只破坏分子间作用力而不破坏化学键。基础初探(1)只有范德华力，无分子间氢键 ：每个分子周围有12个紧邻的分子，如C60、干冰、I2、O2等。(2)有分子间氢键不具有分子密堆积特征：如HF、冰、NH3等。为什么一个分子周围有12个紧邻分子？基础初探微思考微思考为什么水凝固成冰、雪、霜时，密度变小？冰中水分子之间的相互作用力除范德华力外还有氢键,冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。由于氢键具有一定的方向性，每个水分子与周围4个水分子结合,4个水分子也

11、按照这样的规律再与其他的水分子结合。这样，每个水分子中的氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的2个氢原子通过共价键结合，因此它们之间的距离较近一些，而与另外2个属于其他水分子的氢原子靠氢键结合在一起。在这种排列中,分子的间距比较大，留有相当大的空隙，比较松散。因此，液态水变成固态水，即水凝固成冰雪、霜时，密度变小。名师点拨名师点拨干冰与冰干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，而熔点却比冰的低得多，在常压下极易升华。而且，由于干冰中的CO2之间只存在范德华力，一个分子周围有12个紧邻分子，密度比冰的高。干冰在工业上广泛用作制冷剂。基础初探(1)概念：相邻原子间以 相结合形成的具有 结构的晶体，称为

12、共价晶体。基础初探(1)金刚石在晶体中每个碳原子以 个共价单键与相邻的 个碳原子相结合，成为正四面体。晶体中C一C一C夹角为 ，碳原子采取了 杂化。最小环上有 个碳原子。晶体中碳原子个数与C-C键数之比为 。在一个晶胞中，碳原子位于立方体的8个顶点、6个面心以及晶胞内部，由“均摊法”可求出该晶胞中实际含有的碳原子数为 。11:41:2211864882 基础初探(2)二氧化硅晶体每个硅原子与相邻的 个氧原子以共价键相结合构成 结构，硅原子在正四面体的中心，4个氧原子在正四面体的4个顶点。每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与 个Si原子成键，最小的环是 元环。每个最小的环实际拥有的硅原子为

13、 ，氧原子数为 。1molSiO2晶体中含SiO键数目为 ，在SiO2晶体中Si、O原子均采取 杂化。SiO2具有许多重要用途，是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。名师点拨名师点拨（1）晶体硅、碳化硅晶体的结构与金刚石相似，晶体硅可看作是硅原子取代金刚石中碳原子的位置得到的，碳化硅晶体可看作是C、Si交替排列形成的（存在以C为中心，Si为顶点或以Si为中心，C为顶点的正四面体结构）。（2）在金刚石、晶体硅、碳化硅中，C、Si均采取sp3杂化，最小的环均为六元环。（3）共价晶体的化学式不表示实际组成，只表示组成原子的个数比，如SiO2只是表示晶体中Si与O的原子

14、个数比为1：2。而分子晶体的化学式表示真实的组成。基础初探(1)熔点很高。共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使物质熔化就要破坏共价键，需要很高的能量。因此，共价晶体一般都具有很高的熔点。如金刚石的熔点大于3 550。(2)硬度很大。如金刚石是天然存在的最硬的物质。(3)一般不导电，但晶体硅、锗是半导体。(4)难溶于一般的溶剂。基础初探(1)某些单质，如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)和灰锡(Sn)等；(2)某些非金属化合物，如碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、Si3N4。(3)极少数金属氧化物，如刚玉(-Al2O3)。基础初探微思考微思考整理提升晶体类型共价晶体分子晶体定义相邻原 子间以共

15、价键相结合而形成空间网状结构的晶体分子间以分子间作用力相结合的晶体组成粒子原子分子粒子间作用力共价键分子间作用力熔、沸点很高较低硬度很大较小整理提升晶体类型共价晶体分子晶体溶解性不溶于任何溶剂有一部分溶于水，一部分溶于有机溶剂导电性不导电，个别为半导体不导电，部分溶于水导电熔化时破坏的作用力共价键分子间作用力实例金刚石干冰整理提升(1)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断组成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的的作用力是分子间作用力。(2)依据晶体的熔点判断依据晶体的熔点判断共价晶体的熔沸点高，常在1000以上

16、；分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度以下。(3)依据物质的状态判断依据物质的状态判断一般常温常压下，呈气态或液态的单质与化合物，在固态时属于分子晶体。(4)依据物质的挥发性判断依据物质的挥发性判断一般易挥发的物质呈固态时都属于分子晶体。整理提升(1)不同类型的晶体熔、沸点：原子晶体分子晶体。(2)同一类型的晶体分子晶体分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；非金属氢化物分子间含有氢键的分子晶体，熔、沸点比同族元素的氢化物反常得高。如H2OH2Te H2Se H2S。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。如SnH4GeH4 SiH4 CH4。整理提升组成和结构不相似的物质（相

17、对分子质量接近），分子的极性越大，其熔、沸点越高。如CON2，CH3OHCH3CH3。同分异构体的支链越多，熔、沸点越低。如烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子的增加，熔、沸点升高。如C2H6CH4，C2H5ClCH3Cl，CH3COOHHCOOH。整理提升共价晶体晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。.若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小。一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。如比较金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点高低：原子半径：CSi，则键长：CCCSiSiSi，故键能：CCCSi碳化硅晶体

18、硅。第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体与离子晶体第1课时 金属晶体1.借助金属晶体等模型认识晶体的结构特点。2.知道金属键的特点与金属某些性质的关系。3.认识金属晶体的物理性质与晶体结构的关系。基础初探(1)概念：金属原子脱落下来的形成 遍布整块晶体的“”被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起。(2)成键微粒：与自由电子(3)存在：金属单质与合金中(4)金属键没有 ，也没有饱和性：常温下，绝大多数金属单质和合金都是金属晶体，但汞除外，因汞在常温下呈液态。金属晶体的熔沸点差别较大。金属阳离子半径越 ，所带电荷数越 ，金属键越强，熔沸点越高，硬度越大。(1)定义：金属原子之间通过 相

19、互结合形成的晶体，叫做金属晶体。(2)组成粒子：金属阳离子和自由电子。(3)微粒间的作用力：金属键基础初探微点拨：在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。在金属晶体中，不存在单个分子或原子，金属单质或合金(晶体锗、灰锡除外)属于金属晶体。金属晶体是一个“巨分子”。基础初探(1)金属延展性的解释当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生回相对滑动，但排列方式不变，金属离子与自由电子形成的电子气没有破坏，所以金属有良好的延展性。自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子错位错位+基础初探(2)金属导电性的解释 在金属晶体中，充

20、满着带负电的“电子气”（自由电子），这些电子气的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下，自由电子定向运动形成电流，所以金属容易导电。不同的金属导电能力不同，导电性最强的三中金属是：Ag、Cu、Al。自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子外加外加电场电场+基础初探(3)金属导热性的解释自由电子移运动时与金属离子相互碰撞，在碰撞过程中发生能量交换。当金属的某一部分受热时，从区域获得能量的电子会向别处运动并发生碰撞，将能量从温度高的区域传递到温度低的区域，最后使整块金属的温度趋于一致。金属的导热性可以解释生活中常见的些现象。比如，在冬天我们感觉金属制品比木制品更凉，原因是当人接触到金

21、属时，金属很快将人体的热量传递出去，因为木制品不易导热所以当人接触到木制品时，身体的热量不易散失。基础初探(4)有金属光泽的解释金属晶体内部存在自由电子，当光线投射到金属表面时，自由电子吸收可见光，然后又把各种波长的光大部分再反射出来,这就使绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽。而金属在粉末状态时，金属原子的取向杂乱，排列不规则，吸收可见光后不能再反射出来，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色名师点拨名师点拨金属与电解质溶液导电的比较晶体类型晶体类型电解质电解质金属晶体金属晶体 导电时的状态导电粒子导电时发生的变化导电能力随温度的变化水溶液或熔融状态下水溶液或熔融状态下课堂小结课堂小结三种晶体类型与性质

22、的比较晶体类型晶体类型共价晶体共价晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体概念概念作用力作用力构成微粒构成微粒物物理理性性质质熔沸点熔沸点硬度硬度导电性导电性实例实例金刚石、二氧化硅、金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅晶体硅、碳化硅 Ar、S等等Au、Fe、Cu、钢铁等钢铁等相邻原子之间以共价键相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网相结合而成具有空间网状结构的晶体状结构的晶体分子间以范德华分子间以范德华力相结合而成的力相结合而成的晶体晶体通过金属键形成的通过金属键形成的晶体晶体共价键共价键范德华力范德华力金属键金属键原子原子分子分子金属阳离子和自金属阳离子和自由电子由电子很高很高很低很低差别较大差

23、别较大很大很大很小很小差别较大差别较大无（硅为半导体）无（硅为半导体）无无题型一：金属键与金属晶体课堂专练B课堂专练B课堂专练B题型二：用课堂专练答案：答案：A课堂专练答案：答案：B题型三：分子晶体、共价晶体、金属晶体的比较课堂专练答案：答案：D第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体与离子晶体第2课时 金属晶体、过渡晶体与混合型晶体1.借助离子晶体等模型认识晶体的结构特点。2.认识离子晶体的物理性质与晶体结构的关系。3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普通存在的。硫酸铜晶体氯化钠晶体基础初探(1)定义：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。(2)成键粒子：阴、阳离子(3)相互作用：

24、阴、阳离子间以离子键结合，离子内可能含有 。(4)常见的离子晶体：、活泼金属氧化物和过氧化物、大部分盐。NaCl的晶胞示意图CsCl的晶胞示意图CaF2的晶胞示意图基础初探(1)离子键的实质：是 作用，它包括阴、阳离子之间的引力和两种离子的原子核之间以及它们的电子之间的斥力两个方面，当引力与斥力之间达到平衡时就形成了稳定的离子化合物，它不显电性。(2)离子键的特征：没有 性和 性。因此，以离子键结合的化合物倾向于形成 ，使每个离子周围尽可能多地排列异性电荷的离子，从而达到稳定的目的。基础初探硬度熔点沸点NaCl大8011413CsCl645645基础初探(1)具有较高的熔、沸点，难挥发离子晶体

25、中，阴、阳离子间有强烈的相互作用（离子键），要克服离子间的相互作用使物质熔化和沸腾，就需要较多的能量。因此，离子晶体具有 和 的性质。一般说来，阴、阳离子的电荷数越 ，离子半径越 ，离子键越 ，离子晶体的熔、沸点越 。(2)硬度离子晶体的硬度较大，难于压缩。阴阳离子间有较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。基础初探(3)导电性离子晶体中，离子键较强，离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此，离子晶体 。当升高温度时，阴、阳离子获得足够能量克服离子间的相互作用，成为自由移动的离子，在外界电场作用下，离子定向移动而形成电流。离子化合物

26、 时，阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子（实质上是水合离子），在外界电场作用下，阴、阳离子定向移动而导电。(4)溶解性大多数离子晶体易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如汽油、苯等），遵循“”规律。当把离子晶体放入水中时，极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用，使晶体中的离子克服了离子间的作用而电离，变成在水中自由移动的离子。四种晶体的结构和性质比较 基础初探(1)四类典型晶体由 和 相互作用而形成的晶体，如NaCl、CsCl等分子晶体共价晶体金属晶体离子晶体只含 的晶体，如水、硫化氢等原子间通过 形成三维骨架结构的晶体，如金刚石、二氧化硅等金属原子之间通过 相互结合形成的晶

27、体，如Cu(2)过渡晶体的概念离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型，但是，原子间形成的化学键往往是介于典型模型之间的 ，由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的的晶体，也可能介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。(3)过渡晶体的典例基础初探以离子晶体和共价晶体之间的过渡为例，如第三周期前几种元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数如表所示：氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2P2O5离子键的百分数/%62504133是分子晶体，表明离子键成分的百分数更小由表可知，表中的氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的 ，也不是纯粹的 ，这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的 。基础初探(1)混合型晶体的概念既有 又有 ，同时还存在类似金属键的作用力，兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体，称为混合型晶体。(2)石墨的结构模型石墨不同于金刚石，石墨中的碳原子呈 杂化，形成 结构。因此，石墨晶体是层状结构的，层内的碳原子的核间距为142 pm，层间距离为335 pm，说明层间没有化学键相连，是靠 维系的。石墨晶体中的二维平面的结构由于所有的p轨道相互平行而且相互 ，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。因此，石墨有类似金属晶体的 。基础初探石墨的层状结构石墨结构中未参与杂化的轨道