【鼎尖教案】高中化学(大纲版)第三册 第一单元 晶体的类型与性质 第二节金属晶体(备课资料)

第一篇：【鼎尖教案】高中化学(大纲版)第三册 第一单元 晶体的类型与性质 第二节金属晶体(备课资料)

●备课资料

一、金属的物理性质 1.金属光泽

由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光线投射到它的表面上时，自由电子吸收所有频率的光，然后很快放出各种频率的光，这就使绝大多数金属呈现钢灰色以至银白色光泽。此外，金显黄色、铜显赤红色、铋为淡红色、铯为淡黄色以及铅是灰蓝色，这是因为它们较易吸收某一频率的光之故。金属光泽只有在整块时才能表现出来，在粉末状时，一般金属都呈暗灰色或黑色。这是因为在粉末状时，晶格排列得不规则，把可见光吸收后辐射不出去，所以为黑色。

2.金属的导电、导热性

大多数金属具有良好的导电性和导热性。善于导电的金属也善于导热，按照导电和导热能力由大到小的顺序，将常见的几种金属排列如下：

Ag、Cu、Au、Al、Zn、Pt、Sn、Fe、Pb、Hg 3.金属的延展性

金属的延展性导致金属具有良好的变形性，但也有少数金属，如锑、铋、锰等，性质较脆，没有延展性。

4.金属的密度

锂、钠、钾比水轻，大多数其他金属密度较大。5.金属的硬度

金属的硬度一般较大，但它们之间有很大差别。有的坚硬如铬、钨等；有的却可用小刀切割，如钠、钾等。

6.金属的熔点

金属的熔点一般较高，但高低差别较大。最难熔的是钨，最易熔的是汞和铯、镓。汞在常温下是液体，铯和镓在手上受热就能熔化。

二、金属与非金属的比较 三、一发吊千钧的金属晶须

一种胡须那样细的金属晶须，竟能吊起千钧的重量！

在提高金属材料强度的试验过程中，科学家们惊奇地发现，一种胡须状的铁晶须（直径为1.6微米，只有头发丝粗细的1/50～1/40），它的抗拉强度竟能达到13400兆帕，是工业纯铁的70多倍，比超高强度钢高出4～10倍。如果用这样的铁晶须编织成半径为1毫米的线材，能安全地吊起一辆4吨重的载重卡车。这种铁晶须堪称金属世界中的“大力士”。

经现代的X射线衍射技术显示，晶须内部的原子完全按照同样的方向和部位排列。这是一种没有任何缺陷的理想晶体。因其全部原子各就各位，阵容排列整齐，组成了一道坚不可摧的防线，故只有当外力增加到使一部分原子相对于另一部分原子作整体移动时，才能产生塑性变形或断裂。而在一般金属中，虽说总体上原子是有规则排列的，但局部地方，一些原子的排列并不规则，因而，晶体构造中产生了缺陷。晶体的缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类。点缺陷是指在晶体空间中，长、宽、高三个方向都存在很小的缺陷，如有的位置上缺少原子（称为空位），另一些位置上有多余原子（称为间隙原子），或有外来原子溶入（称为异类原子）等。线缺陷是指在晶体中某处有一列或几列原子发生了有规律的错排现象（称为位错）。面缺陷主要指在晶粒和晶粒之间的交界面（称为晶界）上，原子呈不规则排列。因此，对一般金属而言，只要使少数原子发生短距离的移动，就可以像“千里之堤，溃于蚁穴”那样导致塑性变形或断裂，因而表现出较低的强度。

目前，人们已能制造出一些极细的金属晶须，可用它们编织成较大的线材，或让晶须作为增强材料与其他材料组合成复合材料，这些新材料已在生产中获得了可喜的应用。

需要说明的是，金属和非金属单质，以及氧化物、碳化物、氮化物等化合物都能用来制造晶须。目前人们已利用几十种单质材料（如铁、铜、镍等金属和石墨）以及数十种化合物（如碳化硅、氮化硅、三氧化二铝等）制出了晶须。

想一想，议一议：

晶须的存在，显示了大幅度提高金属强度的可能性。目前，金属材料的强度潜力远远没有充分发挥。如果我们能有效地减少金属的晶体缺陷，制造出可供直接应用的理想晶体，那么，世界将会变得怎么样呢？

（答案开放：如若能制造出可供直接应用的理想晶体，那就无异于增加了数十倍、数百倍的金属材料产量，甚至从根本上改变人类的生活环境和条件。到那时，地球上将会出现许多轻巧的薄壳建筑结构，机器不再是那样笨重和庞大，摩托车和轿车可以折叠起来随身携带，航天飞机和宇宙飞船将神速地来往于星际之间，人类的活动场所向着无限宽阔的宇宙空间延伸„„）

第二篇：【鼎尖教案】高中化学(大纲版)第三册 第一单元 晶体的类型与性质 第二节金属晶体(第一课时)

第二节

金属晶体

●教学目标

1.使学生了解金属晶体的模型及性质的一般特点。2.使学生理解金属晶体的结构与性质的关系。

3.通过对金属晶体概念的形成及结构决定性质的分析讨论，培养学生科学的学习方法和归纳与探索的能力。

4.培养学生的抽象思维和逻辑思维能力。●教学重点

1.金属晶体的模型。

2.晶体类型与性质的关系。3.学生逻辑思维能力的培养。●教学难点

金属晶体结构模型。●教学方法

观察、分析、讨论、启发、推理、归纳、对比等。●教具准备

投影仪、多媒体电教设备、铝箔、铁丝、铜丝导线、小电炉（或金属电熨斗）。●课时安排 一课时 ●教学过程

［引言］在前面的学习中，我们认识了原子晶体、离子晶体和分子晶体，知道它们因结构的不同而性质各异。本节课我们来认识另一种类型的晶体——金属晶体。

［板书］

第二节

金属晶体

［演示多媒体三维动画］金属晶体中常见的三种结构类型。如下图

［说明］可把以上三种堆积方式中的硬球一个一个地堆积给学生观察，成形后再旋转让学生从不同角度进行观察，以利于提高学生的空间想象力。

［教师边操作边介绍］现在我们看到的就是通过X射线研究发现的金属晶体中的三种常见结构。请大家仔细观察金属晶体的空间结构并注意金属粒子的空间利用率。

［打出字幕兼有画外音或教师讲解］在现在已知的一百多种元素中，金属元素约占4/5。在所有金属中，除汞在常温下为液体外，其余的都是晶体。通过X射线研究发现，在金属中，金属原子好像许多硬球一层一层紧密地堆积着，每一个金属原子周围有许多相同的金属原子围绕着。

［设问］课本图1—15的金属晶体属于我们刚才看到的哪种堆积方式？

［学生观察后回答］面心立方紧密堆积！［设疑］那么，金属晶体中的原子与原子之间又是靠什么样的作用力堆积在一起的呢？我们所看到的决定金属晶体结构的圆球是否为中性金属原子呢？

［诱导启发］请大家根据金属元素的原子结构特点进行分析、讨论。［学生分组讨论后得出结论］金属元素的原子具有最外层电子数较少的特点，易失去最外层电子形成带正电荷的金属阳离子。

［设疑］电子的质量和体积与金属离子相比怎样？由金属原子释出的电子是否为某个金属原子所独有？它的活动空间怎么样？

［教师引导学生分析讨论］电子的质量和体积与金属离子相比很小很小，故金属离子的大小与结构对金属晶体的结构起着主导作用，我们所看到的金属晶体示意图中的圆球实际上主要是金属阳离子，由于它们之间存在空隙（由金属晶体的空间利用率也可说明此点），故由金属原子释出的电子便在一个偌大的空间内（相对于其自身的体积）自由运动，因此，由金属原子所释出的电子并不专属于某一个或几个特定的金属离子。

［演示多媒体三维动画］内容为：带负电的电子围绕在金属阳离子之间自由运动，且在整个晶体中，自由电子呈均匀分布状。

［讲解］像这种不受某一个或某几个特定金属离子限制的电子，我们称其为自由电子。金属晶体就是通过金属离子与自由电子之间的较强作用所形成的单质晶体，且自由电子几乎均匀地分布在整个晶体中，被许多金属离子所共有。

［板书］

一、金属晶体

通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体。［想一想］

1.金属晶体中是否可能有金属原子存在？（答案：可能）

2.在金属晶体中，金属离子与自由电子之间的作用力仅仅是静电吸引吗？

（答案：不是。这是因为：在金属晶体中，除了金属阳离子与自由电子之间因电荷异性而存在引力外，还有电子与电子、原子核与原子核之间的斥力。当金属原子的核间距达到某个固定数值时，引力和斥力达到暂时平衡，形成稳定的晶体。此时，金属离子在其平衡位置附近振动。因此，在金属晶体中，金属原子与金属原子之间并不能无限接近。而金属阳离子与自由电子之间的作用为引力和斥力的相对统一）

［过渡］由刚才的学习我们知道，金属晶体均是由金属离子与自由电子之间的较强作用形成的。那么，金属晶体内部存在的这种作用力是怎样影响金属晶体的物理性质的呢？

［板书］

二、金属晶体的物理性质。［展示铝箔、铁丝、铜丝导线、小电炉］ ［讨论］以上物品的形状及使用分别表现出了金属的哪些物理性质？它们是否属于金属的共性？

［学生分析、讨论］铝箔——展性；铁丝——延性；铜丝导线——延性、导电性；小电炉——延性、导电、导热性。

［学生归纳总结、教师板书］

共性：有良好的延展性、容易导电、导热。

［设疑过渡］我们能否用金属晶体的结构特点来解释金属的物理共性呢？ ［板书］

三、金属晶体的结构与金属性质的关系。

［教师］首先，我们来认识一下金属晶体结构与金属导电性的联系。［板书］1.金属晶体结构与金属导电性的关系。［设问］电流是怎样形成的？

［学生］带电粒子的定向移动形成电流。

［追问］金属在外加电场作用下能导电，说明什么粒子定向移动？ ［回答］甲.自由电子。

乙.自由电子和金属阳离子。［演示多媒体三维动画］内容：金属晶体中的自由电子在没有外加电场存在时是自由移动的，在外加电场作用下，自由电子发生定向移动而形成电流。

［教师归纳总结］在金属晶体中，金属离子与金属离子在紧密堆积时，其间存有一定的空隙，而在空隙之间是易流动的自由电子，因这些自由电子并不与一定的离子相连，因此在很小一点电势差的影响下，它们就开始朝一定的方向流动而形成电流。这就是金属具有良好导电性的原因。在晶体中的离子，并不是绝对不能动，而是在作轻微的振动，当金属加热时，离子的振动就加强，电子在其间的移动自然就困难了，所以金属的导电性随温度的升高而降低。

［思考］离子晶体在融熔状态下的导电，与金属的导电是否相同？

（不同。前者是阴、阳离子的定向移动，而后者是自由电子的定向移动；前者不发生化学变化，后者发生化学反应）

［过渡］由以上分析可知，金属能导电，主要是因为自由电子之故，那么，金属的导热性是否也与自由电子密切相关呢？

请大家阅读课本有关内容。

［板书］2.金属晶体结构与金属导热性的关系。［学生阅读教材后归纳回答］ ［教师总结］金属容易导热，实际上是由于自由电子与金属离子之间发生了能量交换之故。即自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。

［过渡］既然金属的导电性和导热性与自由电子的存在有密切关系，那么，在金属的延展性中，自由电子又充当了什么样的角色呢？

［板书］3.金属晶体结构与金属延展性的关系。

［演示多媒体三维动画］内容：离子晶体NaCl、原子晶体SiO2、金属晶体Cu的结构模型及它们分别受外力作用时的情景。

＋－NaCl晶体受外力时，Na与Cl之间的离子键破坏，晶体碎裂。SiO2受外力，Si—O共价键被破坏，晶体碎裂。

Cu受外力，晶体中的各原子层发生相对滑动，而自由电子也随着移动，使金属离子与自由电子之间的较强作用得以保持，而未发生碎裂。

［设问］当金属晶体受到外力冲击时，自由电子起什么作用？

［回答］使金属晶体中金属离子与自由电子之间的较强作用得以维系。

［教师］很正确！金属晶体正是由于自由电子的存在，才使得其在受到外力冲击时，不易断裂，但通常伴随着形变。因此，金属晶体一般具有较好的延展性。

需要说明的是：金属内部结构的均匀性，决定了金属导电、导热和延展性的优劣。其结构越均匀，上述性能就越好。

关于金属的密度、硬度、熔点等物理性质，主要与金属原子本身、金属晶体中金属原子的排列方式等因素有关，故没有一定的规律。

［讨论］分组讨论离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体结构及物理性质的异同，并填写下表。

［投影］不同类型晶体结构与性质的比较：

［学生分组讨论，并填写］

［教师最后投影一张正确的表格］ 如下：

不同类型晶体结构与性质的比较

［投影练习］

1.金属的下列性质中，不能用金属晶体结构加以解释的是

A.易导电

B.易导热

C.有延展性

D.易锈蚀 2.金属晶体的形成是因为晶体中存在 A.金属离子间的相互作用 B.金属原子间的相互作用

C.金属离子与自由电子间的相互作用 D.金属原子与自由电子间的相互作用 3.关于晶体的下列说法正确的是

A.在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B.在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 C.原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 D.分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 答案：1.D 2.C 3.A ［小结］本节课我们主要学习了金属晶体的结构特点及其与金属性质的关系。［议一议］为什么常温下金属的聚集状态均为固态（汞为液态）？

［答案］由于金属中的自由电子被多个金属离子所共用，因电性相反之故，每个金属离子周围总是尽可能多地吸引自由电子，而每个自由电子又尽可能吸引更多的金属阳离子，故在金属晶体中，金属原子与金属原子之间的距离比较近，宏观上总是以固体的形式表现（汞除外）。

［布置作业］课本P11习题二 ●板书设计

第二节

金属晶体

一、金属晶体

通过金属离子与自由电子之间的较强作用而形成的单质晶体

二、金属晶体的物理性质

共性：有良好的延展性、容易导电、导热

三、金属晶体的结构与金属性质的关系 1.金属晶体结构与金属导电性的关系 2.金属晶体结构与金属导热性的关系 3.金属晶体结构与金属延展性的关系 ●综合能力训练题

1.下列各组物质发生状态变化时，所克服的作用力属于同一类型的是 A.食盐和铜的熔化 B.二氧化硅和硫的熔化 C.铝和氧化铝的熔化 D.碘和干冰的升华 答案：D 2.同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的，试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因：

A组物质

NaCl

KCl

CsCl 熔点（K）

1074 149

918 B组物质

Na

Mg

Al 熔点（K）

317

923

933 晶体熔点、沸点的高低，决定于组成晶体粒子间的作用力的大小。A组是____________晶体，晶体粒子之间通过____________相连。B组晶体属____________晶体，价电子数由少

到多的顺序是____________，粒子半径由大到小的顺序是____________。由库仑定律F=____________可知，金属键强度由小到大的顺序为____________。

解析：本题以晶体熔点的规律变化的解释为背景，综合了化学、物理两门的知识内容，考查了分析、理解等能力。

A组为离子晶体，离子之间通过离子键相连，强度可借助库仑定律比较：F=k

＋

＋

＋，由于NaCl、KCl、CsCl中的阴、阳离子所带电荷数相等，而r（Na）＜r（K）＜r（Cs），所以有F（NaCl）＞F（KCl）＞F（CsCl），故熔点是逐渐降低的。

＋＋B组为金属晶体，是由金属键相互结合而成的，因为q（Na）＜q（Mg2）＜q（Al3+），＋＋而r（Na）＞r（Mg2）＞r（Al3+），所以，F（Na）＜F（Mg）＜F（Al），故其熔点是逐渐升高的。

答案：离子

离子键

金属

Na＜Mg＜Al Na＞Mg2＞Al3+

F=k

＋

＋

Na＜Mg＜Al

第三篇：【鼎尖教案】高中化学(大纲版)第三册 第一单元 晶体的类型与性质 第一节离子晶体、分子晶体和原子晶体(

●备课资料

一、晶体的基本性质

晶体的基本性质是由晶体的周期性结构决定的。

1.自范性：指晶体在适当条件下可以自发地形成几何多面体的性质。2.均一性：指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。

3.各向异性：同一格子构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的不同而有所差异。

4.对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。在外形上，常有相等的晶面、晶棱和角顶重复出现。

这种相同的性质在不同的方向或位置上作有规律地重复，就是对称性。晶体的格子构造本身就是质点重复规律的体现。

5.最小内能：在相同的热力学条件下晶体与同种物质的非晶质体、液体、气体相比较，其内能最小。

6.稳定性：晶体由于有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。7.有确定的熔点：给晶体加热，当温度升高到某一温度便立即熔化。8.能使X射线产生衍射：当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现象。X射线的波长与晶体结构的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X射线产生衍射。利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要实验方法。非晶态物质没有周期性结构，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。

二、梦幻般的晶体世界 1.什么是晶体

什么是晶体？晶体就是晶莹闪亮的物体吗？如果说下列物质中，只有一种是晶体，那么在“玻璃、珍珠和冰雪”中，你选择哪一个？如果答案是“冰雪”，你会奇怪吗？说到晶体，还得从结晶谈起。大家知道，所有物质都是由原子或分子构成的。众所周知，物质有三种聚集状态：气体、液体和固体。但是，你知道根据其内部结构特点，固体又可分为几类吗？研究表明，固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。晶体通常呈现规则的几何形状，就像有人特意加工出来一样。其内部原子的排列十分规整严格，比士兵的方阵还要整齐得多。如果把晶体中任意一个原子沿某一方向平移一定距离，必能找到一个同样的原子。而玻璃、珍珠、沥青、塑料等非晶体，内部原子的排列是杂乱无章的。准晶体是最近发现的一类新物质，其内部排列既不同于晶体，也不同于非晶体。究竟什么样的物质才能算作晶体呢？首先，除液晶外，晶体一般是固体形态。其次，组成物质的原子、分子或离子具有规律、周期性的排列，这样的物质就是晶体。但仅从外观上，用肉眼很难区分晶体、非晶体与准晶体。那么，如何才能快速鉴定出它们呢？一种最常用的技术是X光技术。用X光对固体进行结构分析，你很快就会发现，晶体和非晶体、准晶体是截然不同的三类固体。为了描述晶体的结构，我们把构成晶体的粒子当成一个点，再用假想的线段将这些代表粒子的各点连接起来，就绘成了像图中所示的格架式空间结构：

图1—7

这种用来描述粒子在晶体中排列的几何空间格架，称为晶格。由于晶体中粒子的排列是有规律的，可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶格结构的最小单元，这个最小单元称作晶胞。许多取向相同的晶胞组成晶粒，由取向不同的晶粒组成的物体，叫做多晶体，而单晶体内所有的晶胞取向完全一致，常见的单晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见的一般是多晶体。

由于物质内部粒子排列的明显差异，导致了晶体与非晶体物理化学性质的巨大差异。例如，晶体有固定的熔点，当温度高到某一温度便立即熔化，而玻璃及其他非晶体则无固定的熔点，从软化到熔化是一个较大的温度范围。我们吃的盐是氯化钠的结晶，味精是谷氨酸钠的结晶，冬天窗户玻璃上的冰花和天上飘下的雪花，是水的结晶。我们可以这样说：“熠熠闪光的不一定是晶体，朴实无华、不能闪光的未必就不是晶体”。不是吗？每家厨房中常见的砂糖、碱是晶体，每个人身上的牙齿、骨骼是晶体，工业中的矿物岩石是晶体，日常见到的各种金属及合金制品也属晶体，就连地上的泥土砂石都是晶体。我们身边的固体物质中，除了常被我们误以为是晶体的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外，几乎都是晶体。晶体离我们并不遥远，它就在我们的日常生活中。

2.晶体的诞生 站在光彩夺目、色彩艳丽的宝石晶体面前很少有人能够漠视这种纯洁、自然和美的魅力，人们常常禁不住俯下身来，从内心中发出惊叹：“世上居然有这么神奇的东西，它怎么长出来的呢？”

这个问题现在的人们已经能够精确地作出回答。有时，自然界中晶体的形成就同盐的结晶过程一样，从溶液中诞生。如，岩石的裂缝处充满了溶解的液态物质，结晶体逐渐沉积在岩石表面。当岩石表面饱和的溶液蒸发之后，晶体也就随之形成了。有时，许多晶体是在令人难以置信的压力和温度下形成的。如，在岩浆中熔化、流动，尔后随火山喷发的矿石冷却后，晶体就诞生了。大自然用地球内部的超高温火炉来冶炼晶体，这不由得让人想起神话中孙悟空在太上老君丹炉的三味真火中炼成火眼金睛。但是，自然界蕴藏的晶体不论在质量、数量和品种方面都满足不了人们的需要，因此，科学家就师法自然，模拟自然界的成矿条件来培育晶体，这就是人工晶体。

你知道最开始研制人工晶体是在什么时候吗？杨德忠院士告诉我们说：“这个早啦。比如说在中国古代，就有炼丹的这些术士，他们实际上就是在弄人工晶体。还有最简单的，从海水里提炼食盐，把海水拿到池子里去，让它晒干，它里面就可以形成很小的氯化钠晶体，那就是人工晶体。”炼丹术士为寻找长生不老之药，把一些化学物质配方后，拿到高温火炉中去烧，没想到它的丹丸虽无回天之力，却开创了化学科学的源头。同时，创造出了原始的人工晶体。炼丹术士炼出的这些晶体大多是硫化物，因为硫化物在高温下很容易结晶。人造红宝石可以说是人工晶体大家族中的开山鼻祖。它最早是由法国科学家维尔纳叶于1890年采用焰熔法制成的。人工晶体距今已有一百多年的历史，这期间人们发明和设计出了包括提拉法、下降法、水溶液法以及冷坩埚法在内的四十多种生长方法。晶体的生成有的可以在几天内完成，比如盘子中盐水的结晶，而有的晶体需要几百万年的时间才能生成，比如在岩浆内形成的矿物晶体。有时同样的元素可形成多种晶体，比如最软的石墨和最硬的钻石就具有相同的化学成分——纯碳。

寻找十全十美的晶体一直是科学家难以实现的理想。因为无论是在大自然中诞生还是在实验室里合成，晶体都会由于不可逃脱的地球引力难以完美成形。于是科学家们希望换一种环境去生长晶体，建立永久空间站实现了这一切。在高空微重力环境中，即使比重不同的物质也可以均匀混合、和平共处，因此长出的晶体晶格缺陷少，组分均匀，结构完整，性能优良。目前，各国科学家的造物本领已巧夺天工，不仅能用人工方法合成出自然界已有的晶体，如水晶、金刚石、人工合成胰岛素等，也能用人工方法合成出自然界没有的晶体，无机晶体如最常见的半导体单晶硅，有机晶体如青霉素等。

五光十色、丰富多彩的人工晶体已悄悄地进入了我们的生活，并在各个高新技术领域大显神通。

3.神奇的人工晶体

当我们使用电脑上网时，当我们烹饪美味佳肴时，当我们用手机通话时，当新郎给新娘戴上钻戒时，你可曾想到，发生在身边的这些大事小事都与人工晶体有关。它们已成为当代日常生活和高科技领域不可缺少的材料。比如，纯净的人工石英晶体即人工水晶，就具有优良的压电性能，它既能把机械能转变成电能；也能把电能转化成机械能，甚至发出唱歌似的声音。遥控器、电子表、手机、声纳等都是利用压电晶体或其他压电材料来实现能量转换的。压电晶体主要用来制作滤波器、谐振器、光偏转器等，被广泛应用在钟表及无线电工业上。

我们知道，X光的穿透本领很强，无论人体组织还是几厘米厚的钢板，它都能畅通无阻，因此可用来进行医疗诊断、工业探伤和物质分析。但X光人眼是看不见的，而通过一种晶体就能看得见。在X光或其他高能射线的照射下，这种晶体能够激发出荧光，射线越强，荧光越强。这种晶体就是闪烁晶体。光电探测器记录下这些光子数，就可以计算出入射粒子的能量，科学家利用这一原理进行高能物理实验和宇宙射线的探测。人们用闪烁晶体做成的探测器或荧光屏比喻为看得见X光和高能射线的眼睛。我们对激光并不陌生，利用激光晶体设计的激光器，激励后能够产生各种激光，如果再加上变频晶体，就能使激光的频率增加一倍或数倍，甚至可以把不可见的红外激光变为可见光，把绿色激光化为蓝色光。现在，常用作激光工作物质的晶体有红宝石晶体、石榴石晶体、掺钛蓝宝石晶体等。激光具有极强的方向性和单色性，能量高度集中，并能产生极高的亮度和极远的射程。红宝石激光器发出的激光，亮度比太阳光要高出几亿倍，照到月亮上也仅是一个变化不大，清晰可辨的明亮光斑。工业生产用激光可以在坚硬的宝石上打出头发针尖粗细的小孔；激光还可用于通信，几根细如发丝的光纤代替了笨重昂贵的电缆，但却可以传递更多的信息。

如果给各种信息技术材料记功授奖，首功当属半导体晶体。自动化技术的日新月异，电子计算机的更新换代，广播电视的普及与提高，通信事业的迅猛发展等都离不开半导体晶体。最常见的半导体晶体是硅和锗，其电阻率介于金属和绝缘体之间。自从1958年第一块集成电路诞生以来，集成电路技术迅猛发展，现在科学家已经能够在米粒大小的硅片上集成数十万乃至数百万个晶体管等电子元件，这就是我们的计算机从“386”迅速发展更新到“奔Ⅳ”的原因。

追溯人类最近百年的历史，我们会发现，人工晶体为现代科技的发展立下了赫赫战功。在两次世界大战的时候，石英晶体作为无线电通讯中的一个关键元件，开创了无线电通信时代。在上世纪五十年代，发现了硅单晶，直接导致了电视、手表、计算机、电话、无线电通讯的诞生，硅单晶的发现，表明了电子时代的来临。上世纪六十年代，红宝石晶体问世，产生了人工激光，为人类迎来了光电子时代。从某种意义上说，人工晶体不仅是划分时代的标志，它还是人类进步与繁荣的阶梯，随着更为神奇的晶体的诞生，人类文明必将走向一个更加美好的高科技时代。

三、晶体缺陷

所谓理想晶体是指晶体中的原子、分子或离子等完全按照严格的周期性重复排列得到的晶体，晶体中所有的晶胞是等同的。而在实际晶体中或多或少总会存在空位、错位、杂质粒子等缺陷，这些因素促使实际晶体偏离理想的周期性重复排列，人们称之为晶体缺陷。即使少量缺陷对晶体的性质却有很大的影响。如半导体材料单晶硅和单晶锗，杂质含量要求小于－109。因此人们千方百计设法克服晶体缺陷来满足要求。这样看来，晶体缺陷是件坏事，是需要克服消除的。其实不然，有的晶体材料需要克服晶体缺陷，更多的晶体材料需要人们有计划、有目的地制造晶体缺陷。因为晶体缺陷能影响晶体的性质，在晶体中有计划地制造种种缺陷，就可使晶体的性质产生各种各样的变化，以此造就各种性能的晶体材料来满足五彩

缤纷的物质世界的需要。比如，ZnS晶体的晶体缺陷可以作为蓝色荧光粉。蓝色荧光粉的主要原料是硫化锌（ZnS）晶体，它是白色的。如果往ZnS晶体中掺入大约0.0001%的氯化银＋－＋－（AgCl）时，Ag和Cl分别占据ZnS晶体中对应Zn2和S2的位置，造成晶体缺陷，破坏

＋－了ZnS晶体周期性结构，使得杂质原子周围的电子能级与Zn2和S2周围的不同。这种掺杂的ZnS晶体，在阴极射线激发下，放出波长为450 nm的荧光，可做彩色电视荧光屏中的蓝色荧光粉。

四、球烯——碳家族的新成员

提到晶态的碳单质，人们自然会想到光泽夺目、坚硬无比的金刚石和深灰色、质软滑腻的石墨，因人类对它们的认识和应用已源远流长。但在1985年，科学家们用激光照射石墨时，通过质谱法首次检测出C60、C70等纯碳分子，此后，又用它法制出了它们的晶体。除此，还发现了一些结构与C60类似的分子，如C28、C32、C50、C70、C84、C90、C94„、C240、„、C540等，它们组成了一个尚不完整的系列（如下图）。至此，在金刚石和石墨之后，人们发现了碳的第三类晶态同素异形体——球烯。

其中比较重要的是C60，经研究发现C60分子具有封闭球形笼式结构，即C60是由12个五边形和20个六边形所围成的球形凸多面体，具有高度美学对称性的足球状分子，人们称之为“碳足球”。如此结构中共有60个顶点和90条棱边，它们分别代表60个碳原子的位置和90条碳碳键，结构中每个C原子与相邻的3个C原子成键，因每个C原子共可形成4条键，故其中两条为单键，一条为双键、整个分子共60条C—C和30条C==C。C60的球形结构使其内部形成了一个球形空腔。

结构决定性质，C60和C70分子都是非极性分子，通过分子间作用力形成分子晶体。因此，熔、沸点较低、密度较小，易溶于苯、甲苯等有机溶剂。由于球烯类分子中存在着交替的单双键，因而表现出很强的芳香性和热稳定性，如可与F2、H2等非金属发生分步加成反应，生成C60F6、C60F36、C60H36、C60H60等多种加成产物。化学家们尝试往C60的空心球中加入各式各样的金属原子，已成功地研制出了金属掺杂C60的超导体（如K3C60、Rb3C60）。还进一步试验，向球心里放入多种离子，使它们成为一个个带电的球体；化学家还试图通过各式各样的方法为球面上的碳原子“接种”上各种取代基使之成为球烯的各种衍生物。

可以说，球烯的发现，对于碳化学甚至整个化学领域、新型无机非金属材料的研究都具有非常重要的意义。更因为球烯同时具有“内藏”和“外接”的两种可能性，因此今后的化学研究必定会更加丰富多彩。

“Cn”的结构：

1.Cn中有五边形和六边形，每个五边形占有的碳原子数应为5/3个（5×边形占有的碳原子数为2个（6×

1313），而每个六）。

2.关于棱数，由于每个孤立的碳原子周围有三个键（一个双键，两个单键），而每个键

却又是两个碳原子所共有，因此棱数为n×3×3.单、双键数的求法： 单键数+双键数=总棱边数 单键数=2×双键数

4.五边形及六边形数目的求法：

设五边形为a个，六边形为b个，则有：

5a2bn(顶点数)33n(ab)n22欧拉定理:顶点数面数棱边数12。

2a、b由两式联立方程组求解可得。

五、可燃“冰”——未来高效新能源

可燃“冰”是一种沉于海底的独特新能源。是天然气（甲烷类）被包进水分子中，在海底低温与高压下形成的透明晶体。

由于海水水温低，压力大，海洋生物和微生物死亡，尸体沉入海底，在无氧环境下，经过厌氧菌分解，生成甲烷等可燃性气体，然后钻入海底疏松的沉积岩，与水结合成可燃冰。年复一年，在海底就形成了绵延数万里的可燃“冰”的矿藏。可燃“冰”的储量大，含能量高，科学家断言，天然气水合物作为未来的一种潜在能源将独具魅力，伴随于我们的生活。

天然气类水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个客体分子（如CH4），因此可燃“冰”的极限化学式是8X·46H2O，式中X为客体分子，可以是CH4、C2H6等等（如8CH4·46H2O）。X与H2O之间并非化学键而是被宿主以分子间作用力包藏在笼中，因而把它们叫做包合物（或曰笼形化合物）。

现已探明，我国南海海底有巨大的可燃“冰”带。其总量已超过已知蕴藏在我国内陆地下天然气总量的一半，是外观像冰的甲烷水合物。

想一想：

若把它从海底取出，拿到地面上，它将有什么变化？为什么？它属何类晶体？你做出判断的根据是什么？

从海底取出的甲烷混合物将熔化并放出甲烷气体。因为该晶体属分子晶体，甲烷分子与水分子都是由有限数目的原子通过共价键结合成的小分子。而分子之间是较弱的分子间作用力。所以可燃冰的熔、沸点较低。易发生熔化，汽化现象。

已知1 m3可燃冰释放出164 m3的甲烷气，试估算晶体中水与甲烷的分子数之比： 假设甲烷气体体积已折算成标准状况下的数据，则n（CH4）=164 m3÷22.4 m3/kmol=7.32 kmol。设甲烷水合物的密度与冰的密度相同，即1 g/cm3，则n（H2O）∶n（CH4）=110007.321618∶7.32=6.7∶1，由于可燃冰沉入海底，密度会大增，另外甲烷的密度肯定比水小，合理答案应是n（H2O）∶n（CH4）＞6.7∶1（理论组成为8CH4·46H2O）。所以参考答案为n（H2O）∶n（CH4）=7～9∶1。

甲烷类水合物的可燃冰，其储量之大，含能之高，必将决定其成为未来人类的高效新能源。

六、第三周期元素氯化物及氧化物键型与晶型变化情况

*PCl5固态为离子晶体：［PCl4］［PCl6］

七、课题研究 C60的制作 制作要求：

给你一张白纸，请把C60的图形折叠出来。参考答案：

（1）剪下巴基球模型的附图（见下图）。

（2）沿着黑线的边缘剪成三条长形的连续六角形长条（注意：虚线的地方不可剪断）。（3）将三个长条的所有虚线部分都折一下。

＋

－

（4）将两个标记“AA”的边线并齐后，用胶带粘住。

（5）将两个标记“BB”的边线并齐后，用胶带粘住。此时三个长条变成一个扭曲的Y字。

（6）将两个标记数字“1”的边线并齐后，用胶带粘住，然后依序将2、3„„至11，依上述步骤一一完成。

（完成的模型如右图）

第四篇：【鼎尖教案】高中化学(大纲版)第三册 第一单元 晶体的类型与性质 第一节离子晶体、分子晶体和原子晶体(

第二课时

［引言］上一课我们学习了离子晶体。离子晶体由阴、阳离子通过离子键在空间规则排列而成。由于离子间存在着较强的离子键，使离子晶体表现出硬度较大，熔、沸点较高等性质特点，如NaCl和CsCl晶体，与之相比，请看下列晶体。

［多媒体展示］碘晶体、萘的晶体、二氧化碳的晶体、雪花晶体、冰晶。

［讲述］屏幕显示的碘的晶体，萘的晶体、二氧化碳的晶体均有易升华的特点，而雪花晶体、冰晶较易熔化，进而汽化。由此可知，这些晶体并无离子晶体较高的熔、沸点。它们是本节将要学习的另一类晶体。

［板书］

二、分子晶体 ［引导］请同学们参照离子晶体的分析方法，首先思考构成分子晶体的粒子及粒子间的作用力是什么？

［学生活动］ ［板书］

1.概念：分子间以分子间作用力相结合而形成的晶体叫分子晶体。

［讲述］任何分子之间都存在分子间作用力。稀有气体，不少非金属单质（如H2、N2、O2、Cl2、I2等）和化合物（如H2O、HX、NH3、CH4、CO2等及大量有机分子）在常温下是气体、易挥发的液体或易熔化易升化的固体，处于气体和液体的分子在降温凝聚时可通过分子间作用力而聚集在一起，形成分子晶体。分子晶体的特点是分子依靠分子间作用力整齐地排列在晶体中。

［模型展示］干冰及其晶体结构模型。

［讲解］此为干冰晶体的一个晶胞，由此晶胞向空间规则、重复地排列即可形成二氧化碳的晶体，同学们仔细观察干冰晶胞的结构，分析分子的排列和取向。

［学生活动］观察、分析 ［小结］干冰晶胞呈立方面心结构，其中八个顶角上排列着取向相同的8个二氧化碳分子，三组平行面的面心上各有一个二氧化碳分子，而且每组相对的分子排列取向也相同。由此可知，晶体中分子排列有一定的取向。那么，与离子晶体相比，则有，离子晶体中离子有阴阳之分，而分子晶体中分子有取向之分。其实分子晶体比离子晶体更为复杂些。

［思考］

1.属于一个干冰晶胞中的二氧化碳分子有几个？（8×

11+6×=4个）822.在干冰晶体中，设立方体晶胞的棱长为a，则每个二氧化碳分子周围距离相等且最近的二氧化碳分子有几个？其距离为多少？

［解析］在熟悉干冰晶胞结构的基础上，想象晶体的结构，假若选定立方体顶点上的一个CO2分子，则与其等距离最近的CO2分子应在面心上，这样的分子共有12个（同层4个，上层4个，下层4个），且距离为

2a。2［板书］2.干冰晶体的结构： ［投影］

立方面心结构——每8个CO2分子构成立方体且再在6个面心各占据1个，在每个CO2周围等距离（2a/2，a为立方体棱长）最近的CO2有12个（同层4个，上层4个，下层4个）。

［过渡］以上我们以干冰晶体为例，认识到分子晶体是分子间通过分子间作用力结合而成的一类晶体，那么分子间作用力的存在对其物理性质有何影响呢？

［板书］3.性质特点：

［三维动画］CO2由气态变为固态

［讲述］气态物质分子能缩短彼此间的距离，并由无规则运动转变为有规则排列，这说明物质的分子间存在着作用力——分子间作用力。

从常见由分子构成的物质的状态（如气体O2、H2、N2、Cl2、HCl、NH3、CH4、CO2、SO2等，液体H2O、C2H5OH，液溴、H2SO4等）可知分子晶体的熔、沸点较低，也就是说克服分子间引力使物质熔化和汽化所需能量较低，说明分子间作用力较弱，与化学键相比其差别是：

［板书］①分子间作用力与化学键 ［投影小结］

－①化学键存在于分子或物质内部相邻原子之间，键能约为100～600 kJ·mol1。

－②分子间作用力存在于分子之间，其大小一般在2～20 kJ·mol1之间。③分子间作用力很弱，不属于化学键。

［引述］正是由于分子间作用力很弱，所以分子晶体具以下性质特点： ［板书］较低的熔、沸点，较小的硬度。如：

［投影］

熔点

沸点

N2 －209.86℃

－195.8℃

CO －199℃

－191.5℃ ［讨论］有同学说，在一般分子晶体中存在共价键，使其熔化或汽化时就需较多的能量，因此熔、沸点也应较高，此说法有无道理？

［分析］分子晶体是由分子构成的，除稀有气体的晶体外，分子内部存在较强的共价键，而分子之间则通过较弱的分子间作用力聚集在一起。前者影响分子晶体的化学性质，而熔、沸点高低则取决于分子间作用力，即分子间作用力与物质的物理性质有密切关系。所以，该同学的说法没有道理。

［思考］1.食盐和蔗糖熔化所克服的粒子间的相互作用是否相同？ 2.碘和干冰的升华所克服的粒子间的相互作用是否相同？

［解析］食盐熔化克服的是离子键、蔗糖熔化克服的是分子间作用力，两者不同。碘和干冰都是分子晶体，升华时克服的都是分子间作用力。此类题目需要考虑晶体类型和粒子间的作用力。

［投影］卤素单质的熔沸点

I2，熔、沸点发生规律性变化的原因。请分析表中数据，推测使卤素单质从F2I2逐渐升高。另外，联系［引导］从表中数据不难看出卤素单质的熔、沸点从F2卤素单质常温下的状态（F2、Cl2呈气态，Br2为液体，I2为固体，也可得出与实验数据相同

I2逐渐升高的原因是何呢？这得从晶体类的结论。那么，导致卤素单质熔、沸点从F2型分析起。

［投影］

问题1：卤素单质属何晶体类型？ ［答曰］分子晶体

问题2：卤素单质分子的组成和结构有何特点？ ［答曰］卤素单质分子均是由卤原子通过共价单键结合成的双原子非极性分子。其结构式可用通式“X—X”表示。因此卤素单质分子具有组成和结构相似的特点。．．．．．．．问题3：影响卤素单质熔、沸点高低的作用力是何？

［答曰］分子间作用力。

问题4：卤素单质熔沸点从F2I2逐渐升高，可知从F2I2分子间作用力逐渐增强，那么在此影响分子间作用力的主要因素又是何呢？

［答曰］分子体积大小或分子质量大小或相对分子质量大小。

［说明］以上三种答案都对，但便于我们分析判断的当属相对分子质量。［板书］②分子间作用力与物质的熔、沸点： 一般来说，对于组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，．．．．．．．．．．其熔、沸点升高。

［思考］按CF4、CCl4、CBr4、CI4顺序，四卤化碳的熔、沸点如何递变？

［分析］四卤化碳属组成和结构相似的物质，因此按CF4、CCl4、CBr4、CI4顺序，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。

［投影］

卤素单质的熔、沸点与相对分子质量的关系

四卤化碳的熔、沸点与相对分子质量的关

系

［过渡］从以上分析可知，对于由分子构成的物质，分子间作用力大小是直接影响其熔、沸点高低的因素，而分子间作用力的大小除取决于相对分子质量外，还与分子的极性、氢键等因素有关。

［投影］

一些氢化物的沸点

［设疑］从上图可看出，ⅤA、ⅥA、ⅦA元素氢化物的沸点与ⅣA相比出现了反常，为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常呢？

［转引］HF、H2O和NH3的沸点反常，是因为它们的分子间存在着一种比分子间作用力稍强的相互作用，它叫氢键。

［板书］③氢键

［阅读］弄清以下几个问题： 1.氢键如何形成？ 2.氢键形成的条件？ 3.氢键的表示方法？

4.氢键对物质熔、沸点的影响？

［讲述］氢键如何形成呢？现以HF为例说明。在HF分子中，由于F原子半径小，吸引电子能力强，导致H—F键极性很强，其间共用电子对强烈偏向F原子，使H原子几乎成为“裸露”的质子。这个半径很小，带部分正电荷的H核，可使另一分子中带部分负电荷的F原子几乎无阻碍地充分接近它，产生静电吸引作用而形成氢键。氢键比化学键弱得多，但比分子间作用力稍强。为区别与化学键，氢键常用“„”来表示，如F—H„F，同学们观察课本P4图1—7，图1—8，可发现形成氢键的三原子处于一条直线上，这就是说形成氢键具有方向的选择性。而且H原子周围只连两个其他原子（一个为共价键，另一为氢键）。一个氢原子不可能同时形成两个氢键，即说，氢键具有饱和性。

那么分子形成氢键必须具备怎样的条件呢？ ［投影小结］ 1.氢键形成的条件

①分子中必须有H原子与它原子形成的强极性键。如H—F。

②分子中必须有吸引电子能力很强、原子半径很小的非金属原子。如F、O、N等。2.氢键的表示方法：用“X—H„Y”表示，三原子要在一条直线上，其中X、Y可同可不同，如：F—H„F、O—H„O、N—H„O等。

3.氢键的特点：

①比化学键弱得多，比分子间作用力稍强。②具有方向性和饱和性。

4.氢键的本质：一般认为是一种静电吸引作用。

［讲述］由于分子间氢键的形成，使分子间产生了较强的结合力，因而使化合物的熔、沸点显著升高。这是由于要使固体熔化或液体汽化，必须给予额外的能量去破坏分子间的氢键。

从投影图“一些氢化物的沸点”可看出，在分子间没有氢键形成的情况下（如IVA元素的氢化物），化合物的沸点随相对分子质量的增加而升高，这是由于随分子量的增大，分子间作用力依次增强。但在分子间有较强的氢键时（如HF、H2O、NH3），化合物的沸点与同族同类化合物相比则显著升高。

［投影小结］5.分子间氢键的形成使物质的熔、沸点升高。

［转引］从投影图可看出H2O的沸点按沸点曲线下降趋势应该在－70℃以下，而分子间氢键的形成使它的沸点实际为100℃，试设想如果水分子之间没有氢键存在，地球上将会是什么面貌？

［讨论］P5同学们可畅所欲言。

［概述］从投影图氧族元素氢化物的沸点变化规律来看，如果水分子间没有氢键，水的沸点将在－70℃以下。

地球上生存着的各种动植物是依存于当地的自然环境和气候条件的，而水的变化能直接影响自然环境和气候。如果水的沸点降为－80℃左右，占据地球表面70%以上的浩瀚的海洋，川流不息的江河和湖泊及其他地表上的水，几乎全要变成水蒸气。就是终年冰雪覆盖的极地，也只有极少量液态的水存在（极地个别地方温度可能在－70℃以下）。于是地表会干涸龟裂，动植物要灭绝，地球将会失去生机，成为不毛之地„„

［转述］水分子间氢键的存在，使水表现出很多不同寻常的物理性质。如水的沸点比同族其他化合物显著高，水的比热特别大，水结冰时体积膨胀，密度减小等。单说水结冰，水结冰时，水分子大范围地以氢键结合，形成相当疏松有很多空隙的结构（水分子缔合），从而使冰的密度小于水，冰能浮于水面上。正是由于氢键造成的这一重要自然现象，才使得寒冷冬季江湖中一切生物免遭冻死的灾难。

［过渡］以上我们从分子间作用力和氢键角度主要讨论了物质的熔、沸点。那么，分子晶体的导电性，溶解性如何？

［设疑］分子晶体在固态和熔融态时能否导电？

［回答］固态和熔融态时只有中性分子，故不导电。

［说明］有些分子晶体溶于水时可发生电离而导电，如冰醋酸、硫酸等。［转引］至于分子晶体的溶解性，由于分子不同，情况各异。

［演示］实验1—1，蔗糖、磷酸、碘和萘晶体分别在水、四氯化碳中的溶解现象。［结论］蔗糖和磷酸易溶于水，不易溶于四氯化碳，而碘和萘却易溶于甲氯化碳，不易溶于水。

［学生活动］从分子极性角度进行分析。［投影小结］ “相似相溶”规则：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂；极性溶质一般能溶于极性溶剂。［思考］常用的硫粉是一种硫的小晶体，熔点112.8℃，易溶于CS2、CCl4等溶剂，试推测它可能属于哪一类晶体？

［分析］硫的晶体熔点较低，且易溶于CS2、CCl4非极性分子形成的溶剂，可推断它是由非极性分子形成的分子晶体。

［思考］单质氯的熔点和沸点都很低，而氯化钠的熔、沸点都很高，为什么？

［分析］单质氯形成分子晶体，分子间存在较弱的分子间作用力，故熔、沸点都较低，而NaCl晶体属离子晶体，离子间有较强离子键，故熔沸点都较高。

［总结］本节主要学习了分子晶体的结构与其性质的关系，希望同学们课后将分子晶体

和离子晶体进行对比。

［布置作业］课本P8

一、1.2

二、1.3.4.5 ●板书设计

二、分子晶体

1.概念：分子间以分子间作用力相结合的晶体。2.干冰晶体的结构： 3.性质特点：

较低的熔、沸点，较小的硬度，不导电。①分子间作用力与化学键

②分子间作用力与物质的熔、沸点。

一般来说，对于组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。

③氢键

●综合能力训练题

1.下列变化过程中，共价键被破坏的是 A.碘晶体升华

B.溴蒸气被木炭吸附 C.酒精溶于水

D.HCl气体溶于水

［解析］A中碘升华是I2由固态变为气态，只破坏了分子间的作用力。B是一个物理过程，物质本身没发生变化，C中酒精分子扩散到水分子中，分子间作用力发生了变化。D中

＋－HCl气体溶于水，HCl分子变成了水合氢离子（H3O）和Cl，共价键被破坏。

［答案］D 2.参考下表熔点，回答下列问题：

（1）钠的卤化物熔点比相应硅的卤化物熔点高得多，这与

有关，因为

，故前者熔点远远高于后者。

（2）硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物熔点与

有关，随

增大，增大，故熔点依次升高。

（3）钠的卤化物及碱金属的氯化物熔点与

有关，随着

增大，减小，故熔点降低。

［解析］晶体熔点高低首先是与晶体类型有关。一般，原子晶体熔点高于离子晶体熔点；离子晶体熔点高于分子晶体熔点。其次，同类型的晶体熔点与决定作用力的粒子的结构有关。同类型原子晶体熔点与组成晶体的原子半径有关。同类型离子晶体熔点与组成晶体的离子半径和离子电荷数等因素有关。同类型分子晶体的熔点与相对分子质量大小等有关。

（1）小题中钠的卤化物是离子晶体，硅的卤化物形成分子晶体，所以前者熔点比后者高很多，这与晶体类型有关，因离子键键能比分子间作用力大得多。

（2）小题中硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物形成分子晶体，且组成和结构相似，因此，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔点升高。

（3）小题中钠的氯化物及碱金属的氯化物属离子晶体，熔点高低与离子半径有关，随离子半径的增大，离子键减弱，熔点降低。

［答案］（1）晶体类型，离子键键能比分子间作用力大得多。（2）相对分子质量，相对分子质量，分子间作用力。（3）离子半径，离子半径，离子键能。

［点拨］此类题目应明确晶体结构与物质性质的关系，把握粒子半径规律及以上12条规律即可解决问题。

3.第28届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类1000年的能源需求。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个CH4或1个游离水分子。据以上信息完成下列两题。

（1）下列关于天然气水合物中两种分子极性的描述正确的是 A.两种都是极性分子 B.两种都是非极性分子 C.CH4是极性分子

D.水是极性分子，CH4是非极性分子 ［答案］D（2）若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离水分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为

A.CH4·14H2O

B.CH4·8H2O C.CH4·72H2O 3

D.CH4·6H2O ［解析］n（CH4）∶n（H2O）=6∶（46+2）=1∶8 ［答案］B

第五篇：【鼎尖教案】高中化学(大纲版)第三册 第二单元 胶体的性质及其应用 第二节胶体的性质及其应用(备课资料)

●备课资料

一、胶体与溶液、浊液之间最本质的区别是什么？

胶体与溶液、浊液之间最本质的区别是分散质粒子的大小不同。溶液分散质直径＜ －9－10 m，浊液分散质的直径是＞107 m，而胶体的分散质直径介于二者之间。

溶液、胶体和浊液由于分散质粒子大小不同，而在性质上、外观上也有许多不同。比较如下：

二、胶体化学的研究历史

人们在古代就接触和利用过很多种胶体。例如，生活中遇到的面团、乳汁、油漆、土壤等，都属胶体范围。

1663年，卡西厄斯（Cassius）用氯化亚锡还原金盐溶液，制得了紫色的金溶胶。从十九世纪初，人们开始了对胶体的科学研究。1809年，列伊斯使用一支U型管，管底中部放一粘土塞子，盛水后通电。他观察到粘土的悬浮粒子向阳极移动，而阴极一臂中的水位则上升。这个实验证明了粘土粒和水两个相，带有相反的电荷，这种现象叫做“电泳”。1827年，英国植物学家R·布朗（R·Brown，1773～1858）用显微镜观察水中悬浮的藤黄粒子，发现粒子不停顿地在运动着，后来人们就把胶体粒子所呈现的这个重要现象称作“布朗运动”。

1838年，阿歇森（Ascherson，德）在鸡蛋白的水溶液中加入一些橄榄油，使之呈悬浮的微滴。他在研究这种油滴的行为时，看到鸡蛋白在油滴与水（介质）的界面上，形成了一层膜。这一实验表明，在这种情况下蛋白质形成了几分子厚度的一层薄膜，而变得不能溶于水了，这种现象叫做“变性”作用，他同时还发现油滴在蛋白质的“保护”下也不能“聚结”了。1845～1850年间，塞尔米（F·Selmi，意）对无机胶体作了系统的研究，包括AgCl溶胶的生成条件以及盐类对它的凝聚作用。

1857年，法拉第曾做试验，他使一束光线通过一个玫瑰红色的金溶胶。这个溶胶原来也像普通的溶液一样是清澈的，但当光线射过时，从侧面可以看到在此溶胶中呈现出一条光路。后来丁达尔（J·Tyndall，1820～1893，英）对此现象作了广泛的研究，以后人们就把这一现象称做“丁达尔效应”。此外，法拉第还曾做试验，他往无机溶液中先加入动物胶，再加入适当的沉淀剂时发现这时原来的沉淀作用不再发生了，这种作用后来被称做“保护”作用。

1861～1864年间，格雷哈姆（T·Graham，1805～1869，英）对胶体进行了大量的实验。为着区别胶体和晶体，他首先提出了胶体(colloid)这一名称。他指出动物胶是典型的胶体，不结晶，在水中扩散时要比晶体慢得多。他采用过以羊皮纸作半透膜的渗析法，膜的微孔只能让溶液中原为晶体物质的溶质粒子透过，而胶体粒子则穿透不过去。因此他就用这种方法来纯制胶体。他还发现虽然晶体物质的溶质粒子比动物胶类的胶体粒子小得多，但若有许多这类溶质粒子聚集在一起，也能形成一个胶体粒子，金溶胶的形成就属于这种情况。格

雷哈姆还区别了溶胶和凝胶，指出硅酸和氢氧化铝的沉淀就属于后者。他还研究了凝胶的“胶溶”现象和“脱水收缩”现象。他对胶体的这些方面的研究，导致建立了一门有系统性的学科——胶体化学。十九世纪末，人们对半透膜的渗析方法，又通以电流，发展成为电渗析法；另外还通过加压，发展为“超滤法”。1911年，唐南（T·G·Donnan，英）又提出了半透膜平衡的理论，并且为实验所证明。

关于胶体的定义，1907年法伊曼（П·П·Ваймарн，1879～1935，俄）明确地提出了胶体的概念，认为它是物质处在一定程度的分散状态，即粒子大小在十至一千多埃之间。同年，奥斯特瓦尔德进一步对胶体作出新的定义，认为胶体是一种多相体系，由分散相胶粒和分散介质所构成。前者可以是固、液或气体（溶胶、烟、雾、泡沫、膜等）。由于当物质处于高度分散的胶粒状态时，扩展出了很大的界面，因此胶体化学的研究又与表面化学密切联系起来了。

表面力导致吸附现象。J·W·吉布斯在1876年应用热力学，研究了等温吸附，指出，借测量溶液的表面张力，可以计算出液体表面的吸附量。但他的这一理论当时并未引起人们的注意，只是在三十多年后才由实验所证实。1906年，富朗特里希（H·Freundlish)研究了木炭等吸附剂从脂肪酸溶液中吸附溶剂的性质，总结出了经验公式，称做“富氏吸附公式”。1916年，朗缪尔（I·Langmuir，1881～1957，美）又从分子运动论推导出“朗氏吸附公式”，但这一公式只适用于单分子层。次年，他又设计一种“表面天平”，可以计量液面上散布的一层不溶物质的表面积，由此能计算后者的分子截面。1938年，布仑诺厄（S·Brunauer）、爱麦特（P·H·Emmett）和特勒（E·Teller）把朗氏公式推广到多分子层吸附现象，求得一个比较广泛适用的多分子层吸附等温线公式，即后来的所谓“BET公式”，从而建立了现代测定固体比表面的标准方法，它对于催化作用的定量研究起了重大的推进作用。

另一方面，对胶体粒子的直接观察，在二十世纪初也有了进展，1903年，西登托夫（H·Siedentopf，1872～1940）和齐格蒙第（R·Zsigmondy，1865～1929，瑞士）发明了观察胶体粒子运动的超显微镜，实际上观察到的是散射光，即胶粒以一个个亮点的形式而呈现。一般显微镜只能看到2000埃以上的物象，而超显微镜则可以观察到小至100埃的粒子。贝仑（J·B·Perrin，1870～1942，法）就曾借这种仪器进行试验，他把一定大小的藤黄小球悬浮在水中，由于受到地心引力的作用，形成了沉降平衡，由此可以求得阿伏加德罗常数。

1913年，德国鲁斯卡（E·Ruska)、麻尔和阿登内（V·Ardenne）发明了电子显微镜，用电子束代替普通光线，并运用磁镜聚焦，这样能达到三十万倍的线性放大，能观察到10埃以上大小的物像，这也就是胶粒大小的低限。电子显微镜通过复制技术，更可以用来观察表面膜内小至约10埃的胶粒。

为了能够确定一个胶体粒子的“分子量”，1923年，瑞典斯维德贝格（T·Svedberg,1884～）设计了超离心机，获得的引力常数达30万倍于地心引力常数，为测量蛋白质分子在水中的沉降速度创造了条件，从而能计算蛋白质的分子量。他的一些测定结果如下：

牛胰岛素

46，000 人血红朊

63，000 人血清球朊

153，000 章鱼血清朊

2，800，000 烟草花叶病毒

31，400，000 斯维德贝格的工作在亲液胶体方面取得了重大的成就，对蛋白质及高分子溶液的深入了解提供了有力的研究手段。

另一方面，由于憎液胶体具有很大的相界面，从热力学的观点来衡量，它是不稳定的体系。因此有关胶体稳定性的研究便成为胶体化学的中心课题之一。本世纪四十年代，苏联人

杰里雅金（Дерягин)、朗道（Ландау)、荷兰人费韦（Verwey），以及乌弗贝克（Overbeek)，各自独立地建立了胶体稳定性的理论，称做DLVO理论。这个理论考虑了质点之间由于双电层的存在而引起的斥力，以及质点之间的范德华力。这样，便第一次从理论上定量地解释了质点形状比较简单的胶体的稳定性，因此对胶体化学的发展有着重大的影响。

综观二十年代利用超离心机的实验，三十年代多层吸附理论和四十年代憎液胶体稳定理论的建立，可以说是最近半世纪中胶体化学领域内的三大成就。

有一类物质，如肥皂、染料，具有很奇特的性质。按其溶液的依数性，可以断定质点的数目很少，但其电导率却很高，并且其电导率与浓度的关系也与一般电解质很不一样。这类物质的另一特点是有增溶作用。麦克班（J·W·McBain，美）在本世纪初期，系统地研究了这类物质的性质，开辟了所谓胶态电解质的领域。他证明，在溶液中，这类物质的分子或离子能聚集成胶团，从而解释了它们的许多特性。近代表面活性剂的多样化应用，正是在这一理论基础上发展起来的。

1936年，缪勒（Erwin Wilhelm Müller，美籍德人）发明了场发射显微镜。他是利用一个高熔金属（钨、铂）的尖端为阴极，在高电场作用下，使该尖端发射出电子，并将其投射在荧光屏上，形成尖端上原子的电子投射象，分辨本领约达20埃。1951年，缪勒进一步将尖端改为阳极，令氦离子投射在屏上，成为场离子显微镜，分辨本领能达到2埃。这些仪器适用于观察表面原子的微观排列，包括被吸附的物质。再结合超高真空技术，它已成为现代研究固体表面结构的有力工具。

当前，胶体化学正在研究的课题大致有：（1）第一吸附层的本性，（2）电化学反应的机理，（3）湿润作用的本性等。此外，还有一些问题有待于创造研究条件，然后才能找到解决的途径。例如：从溶液中吸附的单分子层区；表面层机械性能的本性；泡沫和乳胶的本性等问题。

胶体化学的应用范围，涉及到很多工业部门。近年来对油漆膜的物化性能、催化剂的作用机理、生物膜及合成膜的选择性渗透机理等研究，都受到重视。胶体化学还深入到分子生物学的其他领域。大气污染中气溶胶的形成与破除又是一项重要的课题。自从塑料、橡胶、合成纤维工业兴起以来，胶体化学的研究与高分子化学的联系更加密切。

三、胶体的结构

当溶胶通以直流电时，可以看到胶粒向某一电极移动，这种现象叫做电泳。它说明胶体粒子是带电的。要认识胶体的结构，首先必须了解胶粒为什么会带电。胶粒带电的原因，是由于胶体是高分散的多相体系，具有巨大的界面（总表面积），因而有很强的吸附能力。它能有选择地吸附介质中的某种离子，而形成带电的胶粒。

关于胶体的结构，现在认为，在胶体粒子的中心，是一个由许多分子聚集而成的固体颗粒，叫做胶核。在胶核的表面常常吸附一层组成类似的、带相同电荷的离子。例如，硝酸银

－与氯化钾反应，生成氯化银溶胶，若氯化钾过量，则胶核氯化银吸附过量的Cl而带负电，＋若硝酸银过量，则氯化银吸附过量的Ag而带正电。

当胶核表面吸附了离子而带电后，在它周围的液体中，与胶核表面电性相反的离子会扩散到胶核附近，并与胶核表面电荷形成扩散双电层（如图）。扩散双电层由两部分构成：

扩散双电层

（1）吸附层

胶核表面吸附着的离子，由于静电引力，又吸引了一部分带相反电荷的离子（以下简称反离子），形成吸附层。

（2）扩散层

除吸附层中的反离子外，其余的反离子扩散分布在吸附层的外围。距离吸附层的界面越远，反离子浓度越小，到了胶核表面电荷影响不到之处，反离子浓度就等于零。从吸附层界面（图的虚线）到反离子浓度为零的区域叫做扩散层。

这里再以氯化银溶胶为例来说明。包围着氯化银胶核的是扩散双电层（吸附层和扩散层），胶核和吸附层构成了胶粒，胶粒和扩散层形成的整体为胶团，在胶团中吸附离子的电荷数与反离子的电荷数相等，因此胶粒是带电的，而整个胶团是电中性的。

由于胶核对吸附层的吸引能力较强，对扩散层的吸引能力较弱，因此在外加电场（如通直流电）作用下，胶团会从吸附层与扩散层之间分裂，形成带电荷的胶粒而发生电泳现象。

下图是硅酸胶团结构示意图。m个SiO2·nH2O分子聚集成胶核，胶核表面的H2SiO

32有微弱的电离，胶核选择吸附与其组成类似的n个SiO3，H为反离子，总数为2 n个，其

＋

2中2（n－x）个为带负电的SiO3所吸引，共同构成胶粒中的吸附层，其余的2x个H则分

＋布在扩散层中，它的胶团结构也可以用下面式子来表示。

硅酸溶胶是土壤胶体中的重要部分，而土壤胶体又是土壤中最重要、最活跃的部分，植物营养的吸收，土壤中的各种反应，大都集中在这一部分。

硅酸胶团结构示意图

胶体在土壤肥力上起着巨大作用，在工农业生产上有着重要意义。

四、高分子凝胶的智能化

高分子凝胶是指三维网络结构的高分子化合物与溶剂组成的体系，由于它是一种三维网络立体结构，因此它不被溶剂溶解，同时分散在溶剂中并能保持一定的形状。溶剂虽然不能将三维网状结构的高分子溶解，但高分子化合物中亲溶剂的基团部分却可以被溶剂作用而使高分子溶胀，这也是形成高分子凝胶的原因之一。

高分子凝胶的智能化表现在以下几方面。当外部环境的pH、离子强度、温度、电场以及环境中所含有的其他化学物质发生变化时，高分子凝胶即呈现出“刺激—应答”状态。例如在高分子凝胶中出现相转变，表现为网络的网孔增大、网络失去弹性、网络的体积急剧变化（可变化几百倍之多），甚至在三维网络结构中不再存在凝胶相。而且这些变化是可逆的和不连续的。

上述这些变化使高分子凝胶的体积既可以发生溶胀，又可以收缩，利用这种性质设计出一种装置，它具有肌肉的功能，这种人造肌肉制成机械手类似于智能机器人的手，能够拿东西。

我们可以看出，这种人造肌肉是被谁指令的呢？那就是上面指出的外部环境的各种物理性质和化学性质发生的变化。

这种具有三维网络结构的高分子凝胶的溶胀行为还可以由于糖类的刺激而发生突变，这样，高分子溶胀行为将受到葡萄糖浓度变化的指令。

葡萄糖浓度信息对于糖尿病患者是很重要的，如果以这种含葡萄糖的高分子凝胶作为负载胰岛素的载体，表面用半透膜包覆，在此体系中随着葡萄糖浓度的变化，高分子凝胶将作出响应，执行释放胰岛素的命令，从而有效地维持糖尿病患者的血糖浓度处于正常。

五、纳米材料

纳米材料是近年来受到人们极大重视的一个领域。它至少可以分为以下三类：

（1）金属与半导体的纳米颗粒。这种物质当颗粒尺寸减小到纳米级时，金属颗粒的能级，从准连续能级变为离散能级，最后达到类似分子轨道的能级。这时，它们的电学、磁学、光学性质都会发生突变。不同物质有不同的尺寸临界值。这类物质是物理学家研究的对象。

（2）Al2O3、MgO、某些硅酸盐等绝缘体，它们的纳米颗粒早已被人们研究（如催化剂、陶瓷材料等），在一般情况下并不呈现特殊的电学性能。

（3）化学家早已合成出的许多大分子、如冠醚化合物、树型化合物、多环化合物、超分子化合物、富勒烯等等，它们的分子尺寸可达几纳米，甚至几十纳米。一些生物活性的大分子也可以归入此类。这些化合物的电子能级一般都表现出分子轨道能级的特点，有时会出现离子导电。它们的导电性质与颗粒尺寸的关系不明显，与金属纳米颗粒的性质有很大的差别。但是，这一类大分子化合物，当分子结构达到一定尺寸和复杂程度时，会出现一些特殊性质，如自修复、自组合等，形成更复杂的结构。以富勒烯为例：

1985年，英国化学家Kroto，美国化学家Curl和Smalley在研究碳原子形成团簇（cluster)的条件和机制时，首次在质谱图上观察到C60和C70的存在。后来因为受到建筑学家Fuller所设计的拱形圆顶建筑的启发，想出了C60的结构应当和足球相似，是由12个五边形和20个六边形组成的中空的球形分子。

值得重视的是，富勒烯的合成也是以碳原子（用电弧放电法使石墨气化）为真正的原料。和人造金刚石的思路有异曲同工之妙，关键在于如何控制碳原子形成团簇时多种可能采取的结构途径之间的比例。

左下图是富勒烯家族中的一些“成员”的结构示意图。右下图是近年来倍受重视的碳纳米管的结构模型图。这种材料因为可以在管上的碳原子处通过形成化学键的方式和其他功能分子相连接，有可能成为一种比较容易制备且可多点连接的分子导线而受到关注。此外，利用它做一种模具，设法在其中充以金属氧化物（可通过硝酸盐的分解来得到），经过还原可制备出纳米量级的金属“细丝”。纳米材料是一个全新的材料科学领域，可作超导材料。

1991年日本Sumio Lijima用电弧放电法制C60得到的碳炱中发现管状的碳管碳的壁为类石墨二维结构，基本上由六元并环构成，按管壁上的碳碳键与管轴的几何关系可分为“扶手椅管”“锯齿状管”和“螺管”三大类，按管口是否封闭可分为“封口管”和“开口管”，按管壁层数可分为单层管（SWNT）和多层管（MWNT）。多层管有点像俄国玩具“套娃”，层

－间距为340 pm，比石墨的层间距335 pm略大。管碳的长度通常只达到纳米级（1 nm=109 m）。

C60自从发现以来，一直是科学家关注的物质。近年的研究发现，C60分子被发现及制备后，其独特的光电磁性引起科学家的浓厚兴趣。例如：C60的超导温度为18 K，当掺杂CHCl3后超导温度提高到80 K，当掺杂CHBr3后超导温度提高到117 K。另外，一般的高分子中引入少量C60后，能产生较好的光电导性能，可用于高效催化剂、紧凑型高能电池、光化学装置及化学传感器。水溶性的高分子C60衍生物将应用于生物与药物中，其抗病毒试验已得到令人惊奇的结果。据最近的研究结果表明，C60具有治疗艾滋病的功效。含C60衍生物能与许多物质发生化学反应。

六、趣味实验 胶体粒子的电泳 操作：

（1）用直径为12厘米培养皿作槽体，槽里加入0.1%的硝酸钾溶液，然后用滴管伸到硝酸钾稀溶液的下面，缓慢地加入硝酸钾饱和溶液，使稀、浓溶液之间形成一个界面。

（2）在槽中央硝酸钾稀溶液里轻轻滴入几滴氢氧化铁溶胶，使它在稀、浓溶液的界面处形成一个圆珠，如图所示。

（3）小心地插入两片碳电极，接通20～30伏的直流电源后，氢氧化铁胶粒逐渐向阴极移动，致使阴极附近溶液的颜色变深。说明氢氧化铁胶体粒子带正电。

七、卤水为什么可以点豆腐

答：豆浆是胶体，卤水是一种镁盐，这种盐使豆浆胶体发生凝聚，所以卤水能点豆腐，豆腐是一种凝胶。

解析：胶体中分散质的直径大小决定了胶体具有独特的性质。①丁达尔现象：此现象是胶体的光学性质，是胶体粒子对光的散射而形成的；②布朗运动：是胶体的力学性质，是胶体粒子受到分散剂分子在每一方向不均衡碰撞造成的；③电泳现象：是胶体的电学性质。这是由于胶体具有较大的表面积，能吸附阳离子或阴离子，使得胶粒带有正电荷或负电荷。在外加电场作用下带电胶粒向阴极或阳极作定向移动。④胶体粒子由于都带有相同电荷，它们之间相互排斥而达到相对稳定状态，当向胶体中加入某电解质时，破坏了胶粒之间的排斥力，使胶粒凝聚而沉积下来。卤水点豆腐就是这个原理，此过程称胶体的凝聚。

八、能否使用两种不同品牌的蓝黑墨水？

答：不能，同时使用两种不同牌子的墨水，会出现钢笔堵塞现象。

解析：墨水通常都是胶体，不同牌子的墨水往往含的胶粒所带电荷不同，当二者相遇时，相异电荷的互相吸引而破坏了胶体中胶粒之间的排斥力而发生胶体的凝聚，产生的固体沉积会堵塞钢笔。一般情况下：金属氢氧化物、金属氧化物的胶体粒子吸附阳离子，胶粒带正电荷；非金属氧化物、金属的硫化物的胶粒吸附阴离子，胶粒带负电荷。