第一单元晶体的类型与性质.docx

第一单元晶体的类型与性质.docx

《第一单元晶体的类型与性质.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一单元晶体的类型与性质.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第一单元晶体的类型与性质

第一单元晶体的类型与性质（第一课时）

一、学习目标

1．使学生理解氯化钠、氯化铯等典型离子晶体的结构模型及其性质的一般特点。

2．使学生理解离子晶体、分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质的关系。

3．复习已学过原子结构、元素周期表、化学键、分子极性等相关基础知识，帮助学生形成知识网络。

4．掌握根据晶体结构模型计算微粒数的一般方法。

二、重点难点

重点：

离子晶体、分子晶体和原子晶体的结构模型；晶体类型与性质的关系。

难点：

离子晶体、分子晶体和原子晶体的结构模型；氢键。

三、教学过程

（一）引入新课

[复习提问]

1．写出NaCl、CO2、H2O的电子式。

2．NaCl晶体是由Na+和Cl-通过形成的晶体。

[课题板书]第一节离子晶体、分子晶体和分子晶体

一、离子晶体

1．概念：

离子间通过离子键形成的晶体

2．空间结构

以NaCl、CsCl为例来，以媒体为手段，攻克离子晶体空间结构这一难点

[针对性练习]

[例1]如图为NaCl晶体中取出一部分结构图，图中直线交点处为NaCl晶体中Na+与Cl-所处的位置（不考虑体积的大小）。

（1）若该立方体中心处是一钠离子，请将图中代表Na+的小圆用笔涂黑圆点，以完成NaCl晶体结构示意图。

分析这个立方体示意图中共有多少个“NaCl”单元？

（2）从晶胞中分Na+周围与它最近时且距离相等的Na+共有多少个?

[解析]下图中心圆甲涂黑为Na+，与之相隔均要涂黑

（1）图中大立方体是由8个小立方体构成，由于顶点上的微粒是由八个相同的立方体共用、棱上的微粒是由四个相同的立方体共用、面上的微粒是由两个相同的立方体共用。

可如下计算立方体中钠离子、氯离子个数：

计算在该晶胞中含有Na+的数目。

在晶胞中心有1个Na+外，在棱上共有4个Na+，一个晶胞有6个面，与这6个面相接的其他晶胞还有6个面，共12个面。

又因棱上每个Na+又为周围4个晶胞所共有，所以该晶胞独占的是12×1/4=3个.该晶胞共有的Na+为4个。

晶胞中含有的Cl-数：

Cl-位于顶点及面心处，每.个平面上有4个顶点与1个面心，而每个顶点上的氯离于又为8个晶胞（本层4个，上层4个）所共有。

该晶胞独占8×1/8=1个。

一个晶胞有6个面，每面有一个面心氯离子，又为两个晶胞共有，所以该晶胞中独占的Cl-数为6×1/2=3。

不难推出，n（Na+）:

n（Cl-）=4:

4=1:

1。

所以图示立方体中共有4个“NaCl”单元。

化学式为NaCl。

（2）以中心Na+为依据，画上或找出三个平面（主个平面互相垂直）。

在每个平面上的Na+都与中心Na+最近且为等距离。

每个平面上又都有4个Na+，所以与Na+最近相邻且等距的Na+为3×4=12个。

3．离子晶体结构对其性质的影响

（1）离子晶体熔、沸点的高低取决于离子键的强弱，而离子晶体的稳定性又取决于什么?

在离子晶体中，构成晶体的粒子和构成离子键的粒子是相同的，即都是阴、阳离子。

离子晶体发生三态变化，破坏的是离子键。

也就是离子键强弱即决定了晶体熔、沸点的高低，又决定了晶体稳定性的强弱。

（2）离子晶体中为何不存在单个的小分子?

在离子晶体中，阴、阳离子既可以看作是带电的质点，又要以看作是带电的球体，其中，阳离子总是尽可能的多吸引阴离子、阴离子又总是尽可能多的吸引阴离子（只要空间条件允许的话）这种结构向空间延伸，即晶体多大，分子就有多大，晶体内根本不存在单个的小分子，整个晶体就是一个大分子。

4．离子晶体的判断及晶胞折算

（1）如何判断一种晶体是离子晶体

方法一：

由组成晶体的晶格质点种类分：

离子化合物形成的晶体一定为离子晶体。

方法二：

由晶体的性质来分：

①根据导电性：

固态时不导电而熔化或溶解时能导电的一般为离子晶体。

②根据机械性能：

具有较高硬度，且脆的为离子晶体。

（2）什么是晶胞?

如何由晶胞来求算晶体的化学式?

构成晶体的结构粒子是按着一定的排列方式所形成的固态群体。

在晶体结构中具有代表性的最小重复单位叫晶胞。

根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法？

①处于顶点上的离子：

同时为8个晶胞共有，每个离子有1/8属于晶胞。

②处于棱上的离子：

同时为4个晶胞共有，每个离子有1/4属于晶胞。

③处于面上的离子；同时为2个晶胞共有，每个离子有1/2属于晶胞。

④处于体心的离子：

则完全属于该晶胞。

[学生练习]

题目：

在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示试回答：

（1）在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距离的钛离子有多少个?

（2）在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数化是多少?

[解析]由图看出，在每个钛离于的同层左、右与前后、上下各层中都紧密排列着完全相同的钛离子，共有晶胞边长的6个钛离子。

至于同一晶胞中独占三元素粒子个数比，则从每种元素粒子是晶胞中的位置考虑。

Ca2+位于立方体的中央为一个晶胞所独占；钛离子位于晶胞的顶点上，为相邻两层8个晶胞所共有（左右、前后、上中下、左右前后4个而上下中相同重复共8个），而每个晶胞独占有8×1/8=1个。

氧离子位于棱上，在同一晶胞中，每个氧离子为同层的4个晶胞所共有，一个晶胞独占12×1/4=3个。

故氧、钙、钛的粒子数之比为3:

1:

1

[答案]63:

1:

1

5．总结

1．离子间通过离子键结合而成的晶体叫离子晶体。

构成离子晶体的微粒是阳离子和阴离子。

离子晶体中，阳离子和阴离子间存在着较强的离子键，因此，离子晶体的硬度都较高，密度都较大，熔、沸点都较高。

2．不同离子晶体的比较。

离子晶体的熔、沸点和硬度等物理性质可根据离子晶体中的阴阳离子的半径和电荷数进行粗略地比较。

一般化学式与结构相似的离子晶体，阴、阳离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高。

如：

氯化钾、氯化钠、氟化钠等三种离子的熔点高低顺序为：

KCl

氧化镁>氯化钠。

第一节离子晶体、分子晶体和原子晶体（第二课时）

一、学习目标

1．掌握分子晶体的概念，了解分子晶体中的构成微粒、微粒间的作用力、分子晶体的特征等。

2．理解分子间作用力和氢键的差别，了解分子间作用力、氢键等对分子晶体物理性质的影响。

3．了解物质的“相似相溶”原理，能够用“相似相溶”的规律解释一些物质溶解性规律和一些生活实际问题。

二、学习过程

（一）引入新课

[复习提问]

1．常温下氟是淡黄绿色的；氯是黄绿色的；溴是深棕红色的；碘是紫黑色的。

卤素单质常温下状态不同的原因是。

2．甲烷、乙烷、丙烷等一系列烷烃随着分子中碳原子数增多，它们的熔、沸点变化有什么规律？

3．甲烷、四氟甲烷、四氯化碳、四碘化碳等化合物分子属于极性分子还是非极性分子？

它们的熔点和沸点高低有什么规律？

4．氯化钠、氯化钾、碳酸钠等离子化合物易熔解在水的溶剂中，在苯、四氯化碳等溶剂中溶解度很小。

但碘单质、硫单质在水中溶解度很小，在苯、四氯化碳和二硫化碳等溶剂中溶解度较大。

为什么？

类似的，你还能找到哪些事实？

[新授内容]分子晶体、相似相溶原理

一、知识要点（学生自学完成）

1．分子间作用力

（1）分子间作用力____________；又称范德华力。

分子间作用力存在于__________之间。

（2）影响因素：

①分子的极性

②组成和结构相似的：

2．分子晶体

（1）定义：

________________________________。

（2）构成微粒_______________________________。

（3）粒子间的作用力：

________________________________

（4）分子晶体一般物质类别_____________________________

（5）分子晶体的物理性质_______________________________

二、要点点拨

1．结构对性质的影响：

构成分子晶体的粒子是分子，分子间以分子间作用力而结合，而分子之间作用力是一种比较弱的作用。

比化学键弱的多。

因此造成分子晶体的硬度小，熔、沸点低（与离子晶体相比较）。

分子晶体无论是液态时，还是固态时，存在的都是分子，不存在可以导电的粒子（阴、阳离子或电子），故分子晶体熔融或固态时都不导电，由此性质，可判断晶体为分子晶体。

2．氢键：

对于HF、H2O、NH3熔、沸点反常，原因在于三者都是极性分子（极性很强）分子间作用力很大，超出了一般的分子间作用力的范围（实属氢键）。

是介于分子间作用力和化学键之间的一种特殊的分子间作用力，因此，它们的熔、沸点反常。

3．空间结构：

分子晶体中的分子构成晶体时，一般也有自己的规律，并不象我们所想象的那样任意排列。

不同的物质，分子之间的排列方式可能不相同，在中学，我们只了解干冰中CO2分子的排列方式就可以了。

由干冰晶体求一个晶胞中CO2分子数目的方法同离子晶体。

4．影响分子间作用力的因素：

①分子的极性

②相对分子质量的大小。

这里所说的分子的极性，一般指极性特别强的，即第二周期的几种活泼非金属的氢化物：

HF、H20、NH3。

其他组成和结构相似物质分子间作用力的大小，则要看其相对分子质量的大小。

相对分子质量大的分子，其中一般存在原子序数比较大的元素，这些元素的原子体积一般比较大。

由于每个分子的电子不断运动和原子核的不断振动，经常发生电子云和原子核之间的瞬时相对偏移，从而使原子产生瞬时的极性，并且原子的体积越大，这种相对偏移也越大。

因此使分子间产生作用。

由于这种现象产生的分子间作用力一般比由于分子本身存在极性产生的作用要弱。

三、习题讲练（学生先练，教师再点拨）

[例1]共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是（）

A．干冰B．氯化钠C．氢氧化钠D．碘

[解析]干冰是分子晶体，分于内存在共价键，分子间存在范德华力。

NaCl是离子晶体只存在离子键。

NaOH是离子晶体，不仅存在离子键，还存在H—O共价键。

碘也是分子晶体，分子内存在共价键，分子间存在分子间作用力。

故只有B符合题意。

[例2]在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与键能无关的变化规律是（）

A．HF、HCI、HBr、HI的热稳定性依次减弱

B．NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减低

C．F2、C12、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高

D．H2S的熔沸点小于H2O的熔、沸点

[解析]HF、HCl、HBr、HI热稳定性依次减弱是它们的共价键键能逐渐减小的原因，与键能有关。

NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减低是它们的离子键能随离子半径增大逐渐减小的原因。

F2、C12、Br2、I2为分子晶体。

熔、沸点逐渐降低由分子间作用力决定。

H2S与H2O的熔沸点高低由分子间作用力及分子的极性决定。

故选C、D。

[例3]

（1）PtCl2（NH3）2成平面立方形结构，它可以形成两种固体。

一种为淡黄色，在水中溶解度较小；另一种为黄绿色，在水中溶解度较大。

请在空格内分别画出这两种固体分子的几何构型图。

（1）淡黄色固体的分子构型是______；黄绿色固体的分子构型为________。

（1）

（2）

（2）试解释：

钠的卤化物比相应的硅的卤化物熔点高的多（如氯化钠和氯化硅）。

[解析]

（1）分子对称、无极性、颜色为淡黄色、难溶于水，因为是非极性分子。

分子不对称、有极性、颜色为黄绿色能溶于水、因为分子有极性。

（2）钠的卤化物比相应的硅的卤化物的熔点高得多，这与晶体的类型有关。

前者是离子晶体而后者为分子晶体，前者靠阴、阳离子相互作用比后者的范德华力大的多。

[例4]在干冰晶体中每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有___________个，在晶体中截取一个最小的正方形；使正方形的四个顶点部落到CO2分子的中心，则在这个正方形的平面上有___________个CO2分子。

[解析]解答此题要求对干冰的晶体模型十分熟悉。

以右下角CO2分子研究对象：

与其紧邻的为面心上的3个CO2分子，而CO2分子被8个这样的立方体所共有，故有3×8=24。

又考虑到面心上的CO2被2个这个的立方体共有，故24/2=12个。

由CO2晶体模型分析得出，符合题意的最小正方形即模型的角对角面的一半，不难看出有4个CO2分于。

[答案]12个；4个。

四、总结

1．分子间通过分子作用力相结合而形成的晶体叫分子晶体。

构成分子晶体的微粒是分子。

分子晶体中，由于分子间作用力较弱，因此，分子晶体一般硬度较小，熔、沸点较低。

2．一般来说，对于组成和结构相似的物质，分子间作用力随着相对分子质量增加而增大，物质的熔点、沸点也升高。

例如：

F2

3．组成相似的分子，极性分子的熔、沸点大于非极性分子，如：

SO2>CO2。

第一节离子晶体、分子晶体和原子晶体（第三课时）

一、学习目标

1．掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体、离子晶体和分子晶体。

2．掌握金刚石等典型原子晶体的结构特征，理解原子晶体中“相邻原子间通过共价键结合而成空间网状结构”的特征。

3．以金刚石为例，了解原子晶体的物理性质（熔、沸点，导电性和溶解性）。

4．能够根据金刚石、石墨的晶体结构特征，分析比较两种物质的性质特征。

由此培养根据晶体的微观结构解释晶体的物理性质的观念。

5．学会比较离子晶体、分子晶体、原子晶体三类晶体的性质特征和结构特征。

二、学习过程

[复习提问]

（一）基本知识点（学生自学完成）

1．原子晶体：

相邻原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。

2．构成粒子：

______________；

3.粒子间的作用______________；

4．原子晶体的物理性质

熔、沸点__________，硬度___________；______________一般的溶剂；_____导电。

原子晶体具备以上物理性质的原因____________________________

原子晶体的化学式是否可以代表其分子式______________。

为什么？

5．常见的原子晶体有____________________________等。

6．判断晶体类型的依据

（1）看构成晶体的微粒种类及微粒间的相互作用。

对分子晶体,构成晶体的微粒是______________，微粒间的相互作用是___________；

对于离子晶体，构成晶体的是微粒是______________，微粒间的相互作__________键。

对于原子晶体，构成晶体的微粒是_______，微粒间的相互作用是___________键。

（2）看物质的物理性质（如：

熔、沸点或硬度）。

一般情况下，不同类晶体熔点高低顺序是________晶体>_______晶体>_______晶体。

原子晶体、离子晶体比分子晶体的熔、沸点高得多

（二）重点点拨

1．晶体

晶体是指具有规则几何外形的固体。

其结构特征是其内的原子或分子在主维空间的排布具有特定的周期性，即隔一定距离重复出现。

重复的单位可以是单个原子或分子，也可以是多个分子或原子团。

重复的单位必须具备3个条件，化学组成相同，空间结构（包括化学键）相同，化学环境和空间环境相同。

2．晶胞的概念

在晶体结构中具有代表性的基本的重复单位称为晶胞。

晶胞在三维空间无限地重复就产生了宏观的晶体。

可以说，晶体的性质是由晶胞的大小，形状和质点的种类（分子、原子或离子）以及它们之间的作用力所决定的。

3．纳米材料

我们平时所见到的材料，绝大多数是固体物质，它的颗粒一般在微米级，一个颗粒包含着无数个原子和分子，这时候，材料所显示的是大量分子所显示的宏观性质。

当人们用特殊的方法把颗粒加工到纳米级大小，这时的材料则被称之为纳米材料，一个纳米级颗粒所含的分子数则大为减少。

奇怪的是，纳米材料具有奇特的光、电、热、力和化学特性，和微米级材料的性质迥然不同。

纳米材料的粒子是超细微的，粒子数多、表面积大，而且处于粒子界面上的原子比例甚高，一般可达总数的一半左右。

这就使纳米材料具有不寻常的表面效应，界面效应等。

因此而呈现出一系列独特的性质。

纳米颗粒和晶胞是两个完全不同的概念：

晶胞是晶体中最小的重复单元，这种重复单元向空间延伸，构成晶体，而纳米颗粒本身就是一个分子，纳米材料在结构上与分子晶体有相似的地方，但并不相同。

纳米材料并不是新的物质，只不过是将传统材料的颗粒进一步超细微化，这样对物质的物理性质的改变十分巨大，使之具备了一些传统材料所无法具备的性质。

为什么与传统材料相比，纳米材料的性质改变如此巨大，科学界目前还无法做出最终解释。

4．各类晶体主要特征

在离子晶体、原子晶体均不存在分子，因此NaCl、SiO2等均为化学式。

只有分子晶体中才存在分子。

类型

比较

离子晶体

原子晶体

分子晶体

构成晶体微粒

阴、阳离子

原子

分子

形成晶体作用力

离子键

共价键

范德华力

物理性质

熔沸点

较高

很高

低

硬度

硬而脆

大

小

导电性

不良（熔融或水溶液中导电）

绝缘、半导体

不良

传热性

不良

不良

不良

延展性

不良

不良

不良

溶解性

易溶于极性溶剂，难溶于有机溶剂

不溶于任何溶剂

极性分子易溶于极性溶剂；非极性分子易溶于非极性溶剂中

典型实例

NaOH、NaCl

金刚石

P4、干冰、硫

（三）讲练（先练后讲）

[例1]下列的晶体中，化学键种类相同，晶体类型也相同的是（）

A．SO2与SiO2B.C02与H2OC．NaCl与HClD．CCl4与KCl

[解析]抓住晶体粒子的化学键去判断晶体类型这一关键进行对比。

如SO2与SiO2都是共价化合物，但是，晶体内的作用力是分子间作用力，SO2为分子晶体，而SiO2中硅与氧以共价键结合形成网状的原子晶体。

[答案]B

[例2]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．①③②B．②③①C．③①②D．②①③

[解析]C与Si同为IVA族元素，它们的相似性表现在金刚石是原子晶体，硅晶体，碳化硅也是原子晶体。

从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱。

可推断碳化硅应在Si与C之间。

三种原子晶体，空间结构相似，熔点决定于它们的键长与键能，故熔点从高到低分别是金刚石碳化硅、晶体硅。

[答案]A

[例3]下列晶体分类中正确的一组是（）

离子晶体

原子晶体

分子晶体

A

NaOH

Ar

SO2

B

H2SO4

石墨

S

C

CH3COONa

水晶

D

Ba（OH）2

金刚石

玻璃

[解析]从晶体中结构粒子的性质去判断晶体的类型。

NaOH、CH3COONa、Ba（OH）2都是通过离子键相互结合的离子晶体，纯H2S04，无H+，系分子晶体。

Ar是气体，分子间以范德华力相互结合为分子晶体，石墨是过渡型或混合型晶体，水晶Si02与金刚石是典型原子晶体。

硫的化学式以1个S表示，实际上是S8，气体时为S2，是以范德华力结合的分子晶体。

玻璃无一定的熔点，加热时逐渐软化，为非晶体，是无定形物质。

[答案]C

[例4]单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据

金刚石

晶体硅

晶体硼

熔点

>3823

1683

2573

沸点

5100

2628

2823

硬度

10

7.0

9.5

①晶体硼的晶体类型属于____________晶体，理由是________________________。

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，每个项点上各有1个B原子。

通过视察图形及推算，此晶体体结构单元由

____________________个硼原子构成。

其中B—B键的键角为____________。

[解析]①原子，理由：

晶体的熔、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均为原予晶体，B与C相邻与Si处于对角线处，亦为原于晶体。

②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B中的三角形面为正三角形，所以键角为60°

[例5]1999年美国《科学》杂志报道：

在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，人们成功制得了原子晶体干冰，下列推断中不正确的是（）。

A．原子晶体干冰有很高的熔点、沸点，有很大的硬度

B．原子晶体干冰易气化，可用作制冷材料

C．原子晶体干冰的硬度大，可用作耐磨材料

D．每摩尔原子晶体干冰中含4molC—O键

[解析]解答前，应先弄清命题者是要考查干冰的性质、还是要考查原子晶体的性质。

有的同学没有分析清楚这一点，认为是考查干冰的性质，因而造成错解。

通过“原子晶体干冰”来考测解题者对“原子晶体性质”的理解程度。

原子晶体硬度大、熔点和沸点高，所以A和C两种说法正确。

联想到二氧化硅晶体结构，可得出D说法也是正确的。

答案应选B。

（四）总结

1．相邻原子间通过共价键结合而成空间网状结构的晶体属于离子晶体。

2．构成原子晶体的微粒是原子。

原子间以较强共价键相结合，而且形成空间网状结构。

键能大。

原子晶体的熔点和沸点高。

3．同种晶体:

若同为原子晶体，成键的原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高：

如金刚石>SiC>Si。

第二节金属晶体

学习目标

1．了解金属晶体的结构模型及性质的一般特点。

2．理解金属晶体的类型与性质的关系。

能够用金属晶体结构模型解释金属的导电性、导热性、延展性等性质。

3．较为系统地掌握化学键和晶体的几种类型及其特点。

4．能够比较离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体的性质差异，能够根据晶体的性质判断晶体的类型。

学习重点：

金属晶体的模型；晶体类型与性质的关系。

学习难点：

金属晶体结构模型。

用金属晶体的结构模型解释金属在物理性质方面的共性。

四、学习过程

[投影]选一位同学的家庭作业（以表格形式比较离子晶体、原子晶体和分子晶体结构与性质的关系）。

要求全体同学对照分析各自作业，在教师的引导下进行必要的修正和补充。

然后投影一张正确的表格。

表一：

离子晶体、分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较

晶体类型

离子晶体

分子晶体

原子晶体

结构

构成晶体粒子

阴、阳离子

分子

原子

粒子间的作用力

离子键

分子间作用力

共价键

性

质

硬度

较大

较小

较大

溶、沸点

较高

较低

很大

导电

固体不导电，溶化或溶于水后导电

固态和熔融状态都不导电

不导电

溶解性

有些易溶于等极性溶剂

相似相溶

难溶于常见溶剂

[展示金属实物]展示的金属实物有金属导线（铜或铝）、铁丝、镀铜金属片等，并将铁丝随意弯曲，引导观察铜的金属光泽。

叙述应用部分包括电工架设金属高压电线，家用铁锅炒菜，锻压机把钢锭压成钢板等。

[教师诱导]从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢?

[学生分组讨论]请一位同学归纳，其他同学补充。

[板书]一、金属共同的物理性质

容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。

[教师诱导]前面我们知道离子晶体、分子晶体、原子晶体有着不同的物理性质特