晶体结构与性质课时教案

1 第三章 晶体结构与性质 第一节 晶体常识 学习重难点： 1、晶体与非晶体的区别 2、晶体的特征 3、知道晶胞的概念，了解晶胞与晶体的关系，学会通过分析晶胞得出晶体的组成。 学习过程： 前面我们讨论过原子结构、分子结构，对于化学键的形成也有了初步的了解，同时也知道组成千万种物质的质点可以是离子、原子或分子。又根据物质在不同温度和压强下，物质主要分为三态：气态、液态和固态。固体又可按一定的标准分为晶体和非晶体。如蜡状白磷、黄色的硫磺、紫黑色的碘、高锰酸钾这一类固体，有着自己有序的排列，我们把它们称为晶体；而像玻璃这一类固体，本身原子排列杂乱无章，称它为非晶体。 一、晶体与非晶体 1、晶体：绝大数固体 非晶体：如玻璃、松香、硅藻土、橡胶、沥青等 2、晶体与非晶体的本质差异 晶体与非晶体的本质差异 自范性 微观结构 晶体 粒子在三维空间里呈周期性有序排列 非晶体 粒子排列相对无序 自范性：晶体能自发性地呈现多面体外形的性质。 所谓自范性即“自发”进行，但这里得注意，“自发”过程的实现仍需一定的条件。例如：水能自发地从高处流向低处，但不打开拦截水流的闸门，水库里的水不能下泻。 注意：自范性需要一定的条件，其中最重要的条件是 。 见课本：同样是熔融态的二氧化硅，快速的冷却得到看不到晶体外形的玛瑙，而缓慢冷却得到的是晶体外形的水晶，其实，玛瑙和水晶都是二氧化硅晶体。 许多固体的粉末用肉眼是看不见晶体的，但我们可以借助于显微镜观察，这也证明固体粉末仍是晶体，只不过晶粒太小，肉眼看不到而已。 那么得到晶体的途径，除了用上述的冷却的方法，还有没有其它途径呢？ 3、晶体形成的一般途径： （1） （如从熔融态结晶出来的硫晶体） （2） （如凝华得到的碘晶体）； （3） （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） ； （2） ； （3） 。 解析：对于同一幅图案来说,从不同的方向审视,也会产生不同的感受,那么对于晶体来说,许多物理性质：如硬度、导热性、光学性质等，因研究角度不同而产生差异，即为各向异性。例如：蓝晶石（Al2O3·SiO2）在不同方向上的硬度不同；石墨在与层垂直的方向上的导电率与层平行的方向上的导电率1∕104。 小结：可以根据晶体特点区别某一固体属于晶体还是非晶体。然而，区别晶体与非晶体最可 2

靠的科学方法是利用x-射线衍射实验。 （4）x-射线衍射（若是晶体，则X-射线透过会在记录仪上看到分立的斑点或者明锐的谱线） 晶体具有以上特点本质上都是因为粒子在三维空间里呈周期性有序排列 总结：晶体：质点（分子、离子、原子）在三维空间里呈周期性有序排列的物质。

【巩固练习】 1、下列关于晶体与非晶体的说法正确的是：（ C） A．晶体一定比非晶体的熔点高 B．晶体有自范性但排列无序 C．非晶体无自范性而且排列无序 D．固体SiO2一定是晶体 2、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是： （ D ） A．熔沸点 B．硬度 C．颜色 D．x-射线衍射实验 3、晶体与非晶体的严格判别可采用 D A．有否自范性 B．有否各向同性 C．有否固定熔点 D．有否周期性结构 4、下列不属于晶体的特点是 D A．一定有固定的几何外形 B．一定有各向异性 C．一定有固定的熔点 D．一定是无色透明的固体 5、下列过程可以得到晶体的有 D A．对NaCl饱和溶液降温，所得到的固体 B．气态H2O冷却为液态，然后再冷却成的固态 C．熔融的KNO3冷却后所得的固体 D．将液态的玻璃冷却成所得到的固体 二、晶胞 1、 晶体中最小的重复结构单元 是晶胞。 一般来说，晶胞都是平行六面体。但基本的结构单元只要有完全等价的顶点、完全等价的平行面和完全等价的平行棱，且能代表晶体的化学组成，都可当作晶胞对待。 2、晶体和晶胞的关系：整块晶体可以看成是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。 无隙是指： 晶胞之间没有任何间隙 并置是指： 平行排列 3、晶胞中粒子数的计算方法： 晶胞任意位置上的一个原子A如果是被x个晶胞所共有，那么，属于该晶胞的就是1/x。以立方体晶胞为例：①凡处于立方体顶点的微粒，同时为 8 个晶胞共有，属于该晶胞的为 1/8 ；②凡处于立方体棱上的微粒，同时为 4 个晶胞共有，属于该晶胞的为 1/4 ；③凡处于立方体面上的微粒，同时为 2 个晶胞共有，属于该晶胞的为 1/2 ；④凡处于立方体体心的微粒，完全属于该晶胞。

完成课本64页“学与问”

【巩固练习】 1、某离子化合物的晶胞如右图所示立体结构，晶胞是整个晶体中 最基本的重复单位。阳离子位于此晶胞的中心，阴离子位于8个顶点， 该离子化合物中，阴、阳离子个数比是 （ D） A．1∶8 B．1∶4 C．1∶2 D．1∶1 3

2、某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排列方式如图所示 (其中前后两面心上的B原子未能画出)，晶体中A、B、C的中 原子个数之比依次为 ( A ) A．1:3:1 B．2:3:1 C．2:2:1 D．1:3:3 3、如右图石墨晶体结构的每一层里平均每个最小的正六边形 占有碳原子数目为 （ A） A．2 B．3 C．4 D．6

4、右图是石英晶体平面示意图，它实际上是立体的网状结构， 其中硅、氧原子数之比为 1:2 。

原硅酸根离子SiO44－的结构可表示为 二聚硅酸根离子Si2O76－中，只有硅氧键，它的 结构可表示为 略 。

第二节 分子晶体与原子晶体 【学习重点】 1、分子晶体、原子晶体的概念 2、晶体类型与性质之间的关系 3、氢键对物质物理性质的影响 【学习难点】 1、分子晶体、原子晶体的结构特点 2、氢键对冰晶体结构和性质的影响 【知识要点】 ［复习引入］：晶胞是晶体的基本结构单元，整块晶体可以看作是成千上万个晶胞“无隙并置”而成的。绝大多数固体都是晶体。 根据晶体的构成粒子和粒子间的相互作用力的不同，可将晶体分为如下5种： 分子晶体 原子晶体 晶体 离子晶体 金属晶体 混合晶体 一、分子晶体 1、定义：只含分子的晶体（即分子构成的晶体） 2、构成粒子： 3、微粒间作用力： 范德华力（普遍存在） 4

分子间作用力 氢键 （某些微粒间存在） ［思考］：①分子晶体中是否一定有化学键？

②分子晶体熔化是否一定破坏化学键？ ③分子晶体间作用力越大，是否越稳定？ ④分子晶体中是否存在单个的小分子？ ⑤分子晶体中除分子间作用力外，是否还存在其它的微粒间作用力？ 4、物理性质 （1）熔沸点较 ，易升华，易挥发 （2）硬度 ，易压缩 （3）固态、熔融态均不导电 （因为构成粒子是分子） （4）一般符合“相似相溶”原理 5、常见的分子晶体 （1）所有非金属元素的氢化物 （H显＋1价） （2）部分非金属单质（硼晶体、金刚石、晶体硅等除外） （3）部分非金属氧化物（二氧化硅等除外） （4）几乎所有的酸（一般认为中学出现的酸全是） （5）绝大多数有机物的晶体（高分子化合物除外） （6）根据题目信息：如熔沸点较低、易挥发、常温为液态（Hg除外）、熔融状态不导电等 6、分子晶体的结构特征 （1）分子间作用力只存在范德华力 以CO2为例：如右图为干冰晶体的晶胞，立方体的 和 各有一个CO2分子，因此，每个晶胞中有 个CO2分子。 在干冰晶体中，每个CO2分子距离最接近且相等的CO2分子 有 个。 象这种在分子晶体中以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子的特征称为 。（若将CO2分子换成O2、I2或C60等分子，干冰的晶体结构就变成了O2、I2或C60的晶体结构。） （2）分子间作用力既存在范德华力，又存在氢键 以冰为例分析：冰中水分子间的主要作用力是氢键，在冰的 晶体中，每个水分子周围只有 个紧邻的水分子（如右图）， 虽然氢键不属于化学键，却也具有方向性，即氢键的存在迫使 在正四面体中心的水分子与四面体顶点方向的4个相邻的水分子 相互吸引。这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留着相当大的空隙。 当冰刚刚开始融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体（此时主要破坏的是氢键），水分子间的空隙减小，密度反而增大；而超过4℃时由于热运动加剧（此时主要破坏的是范德华力），水分子间的距离加大，密度渐渐减小。此时只有少数水分子间形成氢键。当达到 5

水的沸点时，水分子间的氢键绝大部分被破坏，形成单个的水分子。即固态和液态水中，不同数目的水分子间都会存在氢键，因而它们的化学式有时又可写作（H2O）n。等质量时固态水中形成的氢键比液态水中形成的氢键更多。所以， ℃的水的密度最大。 当液态水继续升温完全汽化变成水蒸气时，水分子间的氢键完全破坏，即 态水中无氢键存在。

比较干冰与冰： 外观 分子间作用力 紧邻分子数 硬度 熔点 密度 干冰 外形 相似 相似 相对较 相对较 冰 和 相对较 相对较

7、比较分子晶体熔沸点的高低的方法 （1）看状态：一般来说，固体 液体 气体 （2）看分子间作用力，若有氢键 无氢键 （3）看分子量，分子量大，范德华力 ，熔沸点 。 （4）分子量相近，看分子极性，极性越大，熔沸点 。 ［过渡］：SiO2与CO2组成相似，均为酸性氧化物，化学性质相似，但是物理性质存在明显差异。SiO2晶体熔沸点高、硬度大，干冰晶体熔沸点低、硬度小等。 二、原子晶体 1、定义：所有 都以 键相互结合形成 结构的晶体。 2、构成粒子： 3、微粒间作用力： ，（所以原子晶体又叫 晶体） ［思考］：①能否说有共价键的晶体是原子晶体？

②能否说构成微粒为原子的是原子晶体？ ③能否说原子间均以共价键连接的为原子晶体？ ④原子晶体中是否存在单个的小分子？ 【过渡】：由于原子晶体中原子间均以共价键结合，且形成空间网状结构，作用力很大。因而要使其熔化、气化时需要较多的能量，这使原子晶体与分子晶体的物理性质存在很大的差异。 4、物理性质 （1）熔沸点 ——克服共价键键能 一般来说，原子半径越 ，键长越 ，键能越 ，熔沸点越 。 如：比较金刚石、SiC、Si晶体的熔沸点高低。

（2）硬度很 （3）不溶于一般溶剂