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1、第三章 晶体的结构与性质第1页，本讲稿共48页1.1.什么是晶体、什么是非晶体？什么是晶体、什么是非晶体？2.2.晶体有哪些特征？晶体有哪些特征？3.3.晶体与非晶体有哪些区别？晶体与非晶体有哪些区别？4.4.获得晶体有哪些方法？获得晶体有哪些方法？5.P5.P教材教材6262学与问。学与问。第一节第一节 晶体的常识晶体的常识第2页，本讲稿共48页物物质质状状态态气态气态液态液态固态固态晶体晶体非晶体非晶体玻璃体玻璃体.橡胶橡胶具有规则几何外形具有规则几何外形和和固定固定熔点熔点的固体。的固体。无无固定熔点固定熔点粒子间的相互作用力粒子间的相互作用力构成晶体的粒子种类构成晶体的粒子种类分子晶体
2、分子晶体原子晶体原子晶体离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体混合晶体混合晶体一、晶体和非晶体一、晶体和非晶体第3页，本讲稿共48页二、二、晶体有哪些特征晶体有哪些特征（1）自范性（能自发呈现多面体外形或规则的几何外形）（2）各向异性（同一晶体在不同方向上表现出不同的物理性质）（4）能使x-射线产生衍射（3）固定的熔点（5）均一性（同一晶体的化学组成、密度等性质在晶体的各个部分是相同）（6）稳定性（由同一成分组成的物质，晶体处于相对稳定的状态）（7）对称性（相同部分之间的有规律的重复）第4页，本讲稿共48页三、三、晶体与非晶体有哪些区别晶体与非晶体有哪些区别（1）自范性（根本区别在于其内部粒子在空间
3、是否呈周期性的有序排列）（2）各向异性（4）能使x-射线产生衍射（3）固定的熔点1.具有规则几何外形的固体一定是晶体第5页，本讲稿共48页四四 晶体形成的途径晶体形成的途径 熔融态物质凝固 溶质从溶液中析出 气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）a.a.冷却速率适当，得到规则晶体冷却速率适当，得到规则晶体b.b.冷却速率过快，会得到不规则块状物或看不到多面体外形的粉末冷却速率过快，会得到不规则块状物或看不到多面体外形的粉末实验3-1现象：烧杯中有紫色蒸汽产生，表面皿底部有紫黑色晶体生成现象：烧杯中有紫色蒸汽产生，表面皿底部有紫黑色晶体生成第6页，本讲稿共48页四四 P教材教材62页学与问页学与问
4、1.晶体与非晶体的根本区别在于构成固体中的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。构成玻璃的粒子无周期性的排列，是无序的，所以玻璃是非晶体（1）宝石是晶体，具有固定的熔点和各向异性2.利用晶体与非晶体的性质差异来鉴别玻璃与宝石（2）宝石具有多面体外形（3）硬度，晶体可在玻璃上划出痕迹（4）可利用宝石的折光率鉴别（5）可利用x-射线衍射仪鉴别第7页，本讲稿共48页二、晶二、晶 胞胞“无隙并置无隙并置”晶体结构的最小重复单元晶体结构的最小重复单元晶胞晶胞 晶体和晶胞的关系晶体和晶胞的关系：晶体可以看作是数量巨大的晶胞晶体可以看作是数量巨大的晶胞无隙无隙并置并置而成。而成。第8页，本讲稿共48页体
5、心立方体心立方简单立方简单立方面心立方面心立方三种典型立方晶体结构三种典型立方晶体结构第9页，本讲稿共48页蜂巢与蜂室蜂巢与蜂室铜晶体铜晶体铜晶胞铜晶胞问题问题:铜晶体的一个晶胞中含有多少个铜原子铜晶体的一个晶胞中含有多少个铜原子?第10页，本讲稿共48页1 12 24 43 37 76 68 85 51 12 22 21 13 34 4请看请看:1 1体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/4第11页，本讲稿共48页晶胞中原子个数的晶胞中原子个数的计算算体心：体心：1面心面心:1/2顶点顶点:1/8棱边棱边:1/4第12页，本讲稿共48页问题问题:铜晶体的一个晶胞中
6、含有多少个铜原子铜晶体的一个晶胞中含有多少个铜原子?第13页，本讲稿共48页灰色：灰色：12+1=4绿色绿色:8 1/8+61/2=4各各1/2个个 练习:下面几种晶胞中分别含有几个原子?第14页，本讲稿共48页学与问学与问（教材教材教材教材6464页页页页:）Na、Zn晶胞的示意图第15页，本讲稿共48页I2、金刚石晶胞的示意图第16页，本讲稿共48页AB练习练习1：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子）化学式：化学式：AB第17页，本讲稿共48页练习练习2：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离：根据
7、离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子）AB化学式：化学式：A2BBA2第18页，本讲稿共48页AB化学式：化学式：练习练习3：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子）AB第19页，本讲稿共48页B化学式：化学式：A练习练习4：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（离子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子）CABC3第20页，本讲稿共48页观察与思考：观察与思考：观察与思考：观察与思考：下列两种晶体有
8、什么共同点？下列两种晶体有什么共同点？下列两种晶体有什么共同点？下列两种晶体有什么共同点？碘晶体结构碘晶体结构干冰晶体结构干冰晶体结构第21页，本讲稿共48页概念：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。构成粒子构成粒子：分子（构成分子的原子间以共价键结合）构成粒子间的相互作用构成粒子间的相互作用：分子间作用力（可能存在氢键）（可能存在氢键）。气化或熔化气化或熔化时时破坏的作用力破坏的作用力：分子间作用力。（氢键）（氢键）稀有气体分子为单原子分子，无共价键。组成和结构相似时，相对分子质量越大分子间作用力越大，熔沸点越高。有氢键时，熔沸点升高。1.分子晶体分子晶体第2
9、2页，本讲稿共48页分子晶体有哪些物理特性，分子晶体有哪些物理特性，为什么？什么？第23页，本讲稿共48页(1)熔点、沸点较低，易升华；熔点、沸点较低，易升华；(2)(2)较小的硬度；较小的硬度；较小的硬度；较小的硬度；(3)(3)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。原因：分子间作用力较弱原因：分子间作用力较弱2.物理特性：物理特性：第24页，本讲稿共48页 （1 1）所有非金属氢化物：）所有非金属氢化物：H H2 2O O，H H2 2S S，NHNH3 3，CH CH4 4，HXHX（2 2
10、）部分非金属单质）部分非金属单质:X:X2 2，O O2 2，H H2 2，S S8 8，P P4 4，C C6060 (稀有气体稀有气体)（3 3）部分非金属氧化物）部分非金属氧化物:CO:CO2 2，SO SO2 2，NO NO2 2，P P4 4O O6 6，P P4 4O O1010（4 4）几乎所有的酸：）几乎所有的酸：H H2 2SOSO4 4，HNOHNO3 3，H H3 3POPO4 4（5 5）绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸，蔗糖）绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸，蔗糖3.典型的分子晶体：典型的分子晶体：第25页，本讲稿共48页 只有范德华力，无分子间氢键只有范德华力，
11、无分子间氢键分分子密堆积。子密堆积。这类晶体每个分子周围一般有这类晶体每个分子周围一般有1212个紧邻的分子，如：个紧邻的分子，如：C C6060、干冰、干冰 、I I2 2、O O2 2。4.分子晶体的结构特征分子晶体的结构特征（1 1）密堆积）密堆积第26页，本讲稿共48页大多数分子晶体的结构特点：大多数分子晶体的结构特点：分子分子的密堆积的密堆积（与每个分子距离最近的相同分子共有（与每个分子距离最近的相同分子共有（与每个分子距离最近的相同分子共有（与每个分子距离最近的相同分子共有12121212个个个个 ）氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞第27页，本讲稿共48页分子的密堆积分子的密堆积（
12、与（与COCO2 2分子距离最近的分子距离最近的COCO2 2分子共有分子共有1212个个 ）干冰的晶体结构图第28页，本讲稿共48页 有分子间氢键有分子间氢键氢键具有方向性氢键具有方向性,使晶体使晶体中的空间利率不高中的空间利率不高,留有相当大的空隙留有相当大的空隙.这种这种晶体晶体不具有分子密堆积特征。不具有分子密堆积特征。如如：HFHF、NHNH3 3、冰（每个水分子周围只有冰（每个水分子周围只有4 4个紧邻的水分子）个紧邻的水分子）（2 2）非密堆积）非密堆积第29页，本讲稿共48页冰中个水分子周围有个水分子冰中个水分子周围有个水分子冰中个水分子周围有个水分子冰中个水分子周围有个水分子
13、冰的结构冰的结构氢键具有方向性氢键具有方向性分子的非密堆积分子的非密堆积第30页，本讲稿共48页第二课时第二课时原原 子子 晶晶 体体第31页，本讲稿共48页思考与交流思考与交流lCO2和和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。晶体是否属于分子晶体。l碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么么CO2晶体的熔、沸点很低，而晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体的熔沸点很晶体的熔沸点很高？高？第32页，本讲稿共48页18010928SiO共价键二氧化硅晶体结构示意图第33页
14、，本讲稿共48页二氧化硅的晶体结构二氧化碳的晶体结构第34页，本讲稿共48页10928共价键金刚石的晶体结构示意图第35页，本讲稿共48页原子晶体原子晶体概念：概念：相邻原子间相邻原子间以共价键相结合以共价键相结合而形成而形成空间立体网状结构空间立体网状结构的晶体。的晶体。构成粒子：构成粒子：原子原子构成粒子之间的作用：构成粒子之间的作用：共价键共价键熔化时需克服的作用：熔化时需克服的作用：共价键共价键原子晶体中，成键元素原子半径越小，共价键键能越大，熔点越高。第36页，本讲稿共48页思考：思考：（1 1）在金刚石晶体中）在金刚石晶体中,C,C采取什么杂化方式？每采取什么杂化方式？每个个C C
15、与多少个与多少个C C成键？形成怎样的空间结构？最小成键？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碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？内？（2 2）在金刚石晶体中，）在金刚石晶体中，C C原子个数与原子个数与CCCC键数键数之比为多少？之比为多少？（3 3）在金刚石晶胞中碳原子的个数为多少？在金刚石晶胞中碳原子的个数为多少？第37页，本讲稿共48页 （1 1）每个碳原子以共价键与周围每个碳原子以共价键与周围4 4个碳原子结合个碳原子结合,成为正四面体型立体成为正四面体型立体网状结构网状结构,碳以碳以SPSP3 3杂化杂化，最小环中含最小环中含6 6个碳原子个
16、碳原子（不在同一平面）（不在同一平面）。（2 2）1mol1mol碳原子的碳原子的金刚石中含有的金刚石中含有的C-CC-C共价键数共价键数 2mol2mol。（3 3）8 8个个 10928154pm键能：键能：347.7kj/mol熔点：熔点：大于大于35500C硬度：很大硬度：很大第38页，本讲稿共48页思考思考1 1：在在SiOSiO2 2晶体中每个硅原子晶体中每个硅原子周围紧邻的氧原子有多少个周围紧邻的氧原子有多少个，形成几个，形成几个共价键共价键？每个氧原子周围紧邻的硅原？每个氧原子周围紧邻的硅原子有多少个子有多少个，形成几个共价键，形成几个共价键？在？在SiOSiO2 2晶体中硅原
17、子与氧原子个数之比是多少？晶体中硅原子与氧原子个数之比是多少？思考思考2 2:在二氧化硅的晶体结构中在二氧化硅的晶体结构中,最最小的环由几个原子构成小的环由几个原子构成?思考思考3 3：1mol SiO1mol SiO2 2中含中含多少多少 SiO SiO键键？第39页，本讲稿共48页SiO2的结构特征的结构特征在在SiO2晶体中晶体中1个个Si原子和原子和4个个O原子形成原子形成4个共价键，每个个共价键，每个Si原子原子周围结合周围结合4个个O原子；同时，每个原子；同时，每个O原子跟原子跟2个个Si原子相原子相结合。实际上，结合。实际上，SiO2晶体是由晶体是由Si原子和原子和O原子按原子按
18、1：2的的比例所组成的立体网状的晶体比例所组成的立体网状的晶体。最小的碳环是由最小的碳环是由6个个Si原子和原子和6个个O原子组成的原子组成的12元环。元环。1mol SiO2中含中含4mol SiO键键第40页，本讲稿共48页观察观察思考思考对比分子晶体和原子晶体的数据，原子对比分子晶体和原子晶体的数据，原子晶体有何物理特性？晶体有何物理特性？第41页，本讲稿共48页原子晶体的物理特性原子晶体的物理特性熔点和沸点高熔点和沸点高硬度大硬度大一般不导电一般不导电且难溶于一些常见的溶剂且难溶于一些常见的溶剂原因：在原子晶体中，由于原子间以原因：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
19、空间较强的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构立体网状结构第42页，本讲稿共48页常见的原子晶体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（SiO）晶体、Al2O3第43页，本讲稿共48页解释：结构相似的原子晶体，原子半径越解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高金刚石硅锗金刚石硅锗学与问学与问P69教材教材1 1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次
20、下降？和锗的熔点和硬度依次下降？2 2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗？为什么？这种说法对吗？为什么？解释：不对，分子晶体中通常也含有共价键，解释：不对，分子晶体中通常也含有共价键，如如COCO2 2、O O2 2,某些离子晶体中也含共价键，如某些离子晶体中也含共价键，如NaOHNaOH、NHNH4 4ClCl。原子晶体形成的粒子是原子。原子晶体形成的粒子是原子。第44页，本讲稿共48页小结：分子晶体与原子晶体的比较小结：分子晶体与原子晶体的比较晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体概概 念念组成微粒组成微粒 作用力作用力熔沸点熔沸点硬硬
21、度度溶解性溶解性导电性导电性实例实例相邻原子间以共价键相结合而相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构形成空间网状结构分子间以分子间作用力分子间以分子间作用力结合结合原子原子分子分子共价键共价键分子间作用力分子间作用力很高很高较低较低很大很大较小较小不溶于任何溶剂不溶于任何溶剂部分溶于水部分溶于水个别为半导体个别为半导体固体和熔化状态都不导电，固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电部分溶于水导电金刚石金刚石干冰干冰第45页，本讲稿共48页 一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑
22、色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。密度鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm32.25g/cm3，化学性质，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。知识拓展石墨知识拓展石墨第46页，本讲稿共48页石墨晶体结构石墨晶体结构知识拓展石墨知识拓展石墨第47页，本讲稿共48页石墨石墨为什么很软？石墨为层状结构，石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合各层之间是范德华力结合，容，容易滑动，所以石墨很软。易滑动，所以石墨很软。石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很很强的共价键（大强的共价键（大键）键），故熔沸点很高。故熔沸点很高。石墨属于哪类晶体？为什么？石墨为石墨为混合键型晶体混合键型晶体第48页，本讲稿共48页