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2019-2020年高三化學(xué) 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教案(一)教學(xué)素材 分子晶體和原子晶體 1. 晶體與非晶體 2. 晶胞 3. 分子晶體 4. 原子晶體 二. 重點(diǎn)、難點(diǎn) 1. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究理解晶體與非晶體的差異。 2. 了解區(qū)別晶體與非晶體的方法，認(rèn)識(shí)化學(xué)的實(shí)用價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。 3. 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)。 4. 理解分子間作用力和氫鍵對(duì)物質(zhì)物理性質(zhì)的影響，知道一些常見(jiàn)的屬于分子晶體的物質(zhì)類別。 5. 掌握原子晶體的概念，能夠區(qū)分原子晶體和分子晶體。 6. 了解金剛石等典型原子晶體的結(jié)構(gòu)特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。 三. 教學(xué)過(guò)程 （一）晶體與非晶體 1、晶體的定義：晶體是由原子或原子團(tuán)、離子或分子在空間按一定規(guī)律周期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。非晶體是原子、分子或離子無(wú)規(guī)則地堆積在一起所形成的固體。 （1）一種物質(zhì)是否是晶體是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，而非由外觀判斷。 （2）晶體內(nèi)部的原子有規(guī)律地排列，且外觀為多面體，為固體物質(zhì)。 （3）周期性是晶體結(jié)構(gòu)最基本的特征。 2、晶體與非晶體的本質(zhì)差異 自范性 微觀結(jié)構(gòu) 晶體 有（能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形） 原子在三維空間里呈周期性有序排列 非晶體 沒(méi)有（不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形） 原子排列相對(duì)無(wú)序 （1）自范性：晶體能自發(fā)性地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。 （2）晶體自范性的本質(zhì):是晶體中粒子微觀空間里呈現(xiàn)周期性地有序排列的宏觀表象。 （3）晶體自范性的條件之一：生長(zhǎng)速率適當(dāng)。如熔融態(tài)的二氧化硅，快速地冷卻得到瑪瑙，而緩慢冷卻得到水晶。 3、晶體形成的一段途徑： （1）熔融態(tài)物質(zhì)凝固。如從熔融態(tài)結(jié)晶出來(lái)硫晶體。 （2）氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固（凝華）。如凝華得到的碘晶體。 （3）溶質(zhì)從溶液中析出。如從硫酸銅飽和溶液中析出的硫酸銅晶體。 4、晶體的特點(diǎn)： （1）均勻性 （2）各向異性 （3）自范性 （4）有明顯確定的熔點(diǎn) （5）有特定的對(duì)稱性 （6）使X射線產(chǎn)生衍射 （二）晶胞 1、晶胞的定義：晶體結(jié)構(gòu)中的基本單元叫晶胞。 （1）晶胞是從晶體結(jié)構(gòu)中截取出來(lái)的大小、形狀完全相同的平行六面體。晶胞代表整個(gè)晶體，無(wú)數(shù)個(gè)晶胞堆積起來(lái)，則得到晶體。 （2）整個(gè)晶體是由晶胞“無(wú)隙（相鄰晶胞之間沒(méi)有任何間隙）并置（所有晶胞都是平行排列的，取向相同）”堆砌而成。晶胞的無(wú)隙并置體現(xiàn)了晶體的各向異性（強(qiáng)度、導(dǎo)熱、光學(xué)性質(zhì)）和緊密堆積（緊密堆積指由無(wú)方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力等結(jié)合的晶體中，原子、離子或分子等微觀粒子總是趨向于相互配位數(shù)高，能充分利用空間的堆積密度最大的那些結(jié)構(gòu)。）。 （3）晶胞內(nèi)微粒的組成反映整個(gè)晶體的組成，求出晶胞中微粒的個(gè)數(shù)比就能寫(xiě)出晶體的化學(xué)式。 2、晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算方法： （三）分子晶體 1、定義：分子間以分子間作用力（范德華力，氫鍵）相結(jié)合的晶體叫分子晶體。 （1）構(gòu)成分子晶體的粒子是分子； （2）分子晶體的粒子間的相互作用是范德華力； （3）范德華力遠(yuǎn)小于化學(xué)鍵的作用； （4）分子晶體熔化破壞的是分子間作用力。 2、典型的分子晶體 （1）所有非金屬氫化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX （2）部分非金屬單質(zhì)：X2、 N2、 O2、 H2、S8、P4、C60 （3）部分非金屬氧化物：CO2、SO2、N2O4，P4O6， P4O10 （4）幾乎所有的酸：H2SO4、HNO3、H3PO4 （5）大多數(shù)有機(jī)物：乙醇，冰醋酸，蔗糖 3、分子晶體的物理特性： 某些分子晶體的熔點(diǎn) 由于范德華力很弱，所以分子晶體一般具有： （1）較低的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)； （2）較小的硬度； （3）一般都是絕緣體，熔融狀態(tài)也不導(dǎo)電。 【思考1】為何分子晶體的硬度小，熔沸點(diǎn)低？ 因?yàn)闃?gòu)成晶體的微粒是分子，分子之間以分子間作用力（主要是范德華力）相結(jié)合，范德華力遠(yuǎn)小于化學(xué)鍵的作用。 【思考2】是不是在分子晶體中分子間只存在范德華力？ 不對(duì)，分子間氫鍵也是一種分子間作用力，如冰中就同時(shí)存在著范德華力和氫鍵。 【思考3】為何干冰的熔沸點(diǎn)比冰低，密度卻比冰大？ 由于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。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。又由于CO2分子的相對(duì)分子質(zhì)量>H2O分子的相對(duì)分子質(zhì)量，所以干冰的密度大。 4、分子晶體的結(jié)構(gòu)特征 組成微粒 微粒間作用 堆積方式 熔沸點(diǎn)比較 密度比較 冰 水分子 范德華力和氫鍵 每個(gè)分子周?chē)?個(gè)緊鄰的分子 較高 較小 干冰 CO2分子 范德華力 每個(gè)分子周?chē)?2個(gè)緊鄰的分子 較低 較大 大多數(shù)分子晶體結(jié)構(gòu)有如下特征： （1）如果分子間作用力只是范德華力。以一個(gè)分子為中心，其周?chē)ǔ？梢杂袔讉€(gè)緊鄰的分子。如O2、C60、CO2，我們把這一特征叫做分子緊密堆積。 （2）如果分子間除范德華力外還存在著氫鍵，分子就不會(huì)采取緊密堆積的方式。如在冰的晶體中，每個(gè)水分子周?chē)挥?個(gè)緊鄰的水分子，形成正四面體。氫鍵不是化學(xué)鍵，比共價(jià)鍵弱得多卻跟共價(jià)鍵一樣具有方向性，而氫鍵的存在迫使四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰水分子相互吸引，這一排列使冰晶體中空間利用率不高，皆有相當(dāng)大的空隙使得冰的密度減小。 5、分子晶體熔、沸點(diǎn)高低的比較規(guī)律 分子晶體要熔化或汽化都需要克服分子間的作用力。分子間作用力越大，物質(zhì)熔化和汽化時(shí)需要的能量就越多，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)就越高。因此，比較分子晶體的熔、沸點(diǎn)高低，實(shí)際上就是比較分子間作用力（包括范力和氫鍵）的大小。 （1）組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔沸點(diǎn)越高。如：O2>N2，HI>HBr>HCl。 （2）分子量相等或相近，極性分子的范德華力大，熔沸點(diǎn)高，如CO>N2 （3）含有氫鍵的，熔沸點(diǎn)較高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3 （4）在烷烴的同分異構(gòu)體中，一般來(lái)說(shuō)，支鏈數(shù)越多，熔沸點(diǎn)越低。如沸點(diǎn)：正戊烷>異戊烷>新戊烷；芳香烴及其衍生物苯環(huán)上的同分異構(gòu)體一般按照“鄰位>間位>對(duì)位”的順序。