3.2分子晶体和共价晶体 课件 2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

分子晶体和共价晶体 人教版 选择性必修2 干冰晶体 干冰晶体 构成微粒 微粒间作用力 分子间 分子内 分子 范德华力 共价键 O C 观察思考 只含分子的晶体称为分子晶体。 一、分子晶体的概念 只含分子的晶体称为分子晶体。 下列晶体中，哪些是分子晶体呢？ H2S， CH4， NaCl， NaOH， O2， N2，白磷，CO2，NO2 1.所有非金属氢化物：H2S， CH4 ， NH3等； 2.部分非金属单质：O2， N2 ，白磷等； 3.部分非金属氧化物：CO2，NO2，P4O6 等； 4.几乎所有的酸； 5.绝大多数有机物。 二、典型的分子晶体： 2.稀有气体的晶体是否含有共价键？ 稀有气体是单原子分子，不存在共价键。 1.所有的分子晶体内部都只有范德华力吗？ 有的分子晶体如冰晶体，分子间还存在氢键。 思考交流 1.下表列出了一些分子晶体的熔点，请根据表中数据分析：分子晶体的熔点有什么特点？ 分子晶体 氧气 氮气 白磷 熔点/℃ -218.3 -210.1 44.2 分子晶体 硫化氢 甲烷 乙酸 熔点/℃ -85.6 -182 16.6 熔点较低； 分子晶体熔化时一般只破坏范德华力、氢键，不破坏化学键。范德华力、氢键相对化学键较弱。 思考交流 三、分子晶体的物理特性 为什么分子晶体的熔点比较低呢？ 干冰在常压下极易升华，通常用作制冷剂 舞台烟雾特效 装饰菜品 食品冷藏保鲜 2.溜冰时，冰面上常常容易留下划痕，这说明冰晶体的硬度较大还是较小？ 原因：分子间作用力较弱，容易被克服 思考交流 三、分子晶体的物理特性 分子晶体（如冰晶体）一般硬度比较小，如何从结构的角度进行解释呢？ 说明冰晶体的硬度小 构成分子晶体的微粒都是分子，熔融时没有产生自由移动的离子，因此分子晶体一般不导电。 3.分子晶体（如乙醇）一般都是绝缘体，熔融状态下也不导电。从结构的角度又应该如何解释呢？ 思考交流 三、分子晶体的物理特性 熔沸点低 硬度小 不导电 溶解性——“相似相溶” 三、分子晶体的物理特性 干冰晶体，易升华 冰晶体，不易升华，密度小于干冰 干冰晶胞 1.上图中，每个干冰晶胞中有多少个CO2分子？ 4 四、分子晶体的微粒堆积方式——干冰晶体 2.在干冰晶体中，每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有多少个？ 干冰晶体 每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个。 四、分子晶体的微粒堆积方式——干冰晶体 C60的晶胞 分子密堆积 干冰晶胞 如果分子间作用力只是范德华力，若以一个分子为中心，其周围最多可以有12个紧邻的分子，分子晶体的这一特征称为分子密堆积。 四、分子晶体的微粒堆积方式——干冰晶体 冰晶体中，每个水分子周围有多少个紧邻的水分子？和干冰晶体一样吗？若不一样，可能的原因是什么？ 在冰晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。因为水分子间存在氢键，氢键具有方向性，每个水分子都与4个相邻的水分子相互吸引，构成四面体，属于非密堆积。 观察思考 冰的结构 冰的结构 四、分子晶体的微粒堆积方式——冰晶体 冰晶体中1 mol H2O最多有多少mol 氢键？ 观察思考 冰晶体中，每个水分子与其它4个水分子形成氢键，每个氢键由2个水分子均摊，故4×1/2＝2，每个水分子平均形成2个氢键。即冰晶体1 mol H2O中最多含有2 mol氢键。 1 2 3 4 四、分子晶体的微粒堆积方式——冰晶体 冬季河水结冰后，冰块往往浮在水面，为什么冰的密度比水小呢？ 四、分子晶体的微粒堆积方式——冰晶体 由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，形成空隙较大的网状体。冰融化后，分子间的空隙减小。所以冰的密度比水小，结的冰会浮在水面上。 四、分子晶体的微粒堆积方式——冰晶体 四、分子晶体的微粒堆积方式——冰晶体 （1）0-4℃时，温度升高，热运动使缔合水分子的部分氢键断裂，分子间空隙减小，密度增大； 水的密度随温度变化的曲线如下图所示。0-4℃，水的密度随温度的升高而增大。超过4℃，水的密度随温度的升高而减小。为什么会这样呢? 资料卡片 （2）超过4℃时，温度升高，水分子热运动速度加快，使得分子的平均距离加大，密度减小。 四、分子晶体的微粒堆积方式 微粒间作用力 _________ _______________ 微粒堆积方式 _________ _______________ 举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰 范德华力 范德华力和氢键 密堆积 非密堆积 硫化氢和水分子结构相似，但硫化氢晶体中，一个硫化氢分子周围有12个紧邻分子，而冰中一个水分子周围只有4个紧邻分子，为什么？ 硫化氢晶体中分子之间只有范德华力，范德华力无饱和性与方向性，能够形成分子密堆积。因此，一个硫化氢分子周围有12分紧邻分子。 而冰晶体中水分子间存在氢键，氢键具有方向性，这迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子形成氢键。因此，冰中一个水分子周围只有4个紧邻分子。 思考讨论 四、分子晶体的微粒堆积方式 20世纪末，科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体——可燃冰。 科学 ∙ 技术 ∙社会 P80 天然气水合物—一种潜在的能源 2017年5月18日，我国南海神狐海域天然气水合物试采实现连续超过7天稳定产气。 1.下列关于分子晶体的说法正确的是 A. 分子内均存在共价键 B. 分子间一定存在范德华力 C. 分子间一定存在氢键 D. 晶体的熔、沸点一般较高  课堂练习 3．下列性质适合于分子晶体的是(　　) ①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电 ②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液导电 ③能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6 ℃ ④熔点97.81 ℃，质软、导电，密度为0.97 g·cm－3 A．①② B．①③ C．②③ D．②④ 4.下列说法正确的是 A. 范德华力普遍存在于分子之间，如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合 B. H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的 C. 冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶4 D. 氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大  课堂练习 思考与交流 比较CO2和金刚石的一些物理性质和结构，试判断金刚石晶体是否属于分子晶体？           熔点/℃ 状态（室温） CO2 －56.2（在527KP下测得） 气态 金刚石 ＞3500 固态 共价晶体的定义：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。 一、共价晶体的定义。 原子 共价键 下列有关共价晶体的叙述错误的是(　　) A．共价晶体中，只存在共价键 B．共价晶体具有空间网状结构 C．共价晶体中不存在独立的分子 D．共价晶体熔化时不破坏共价键 D 思考练习 结构和性质特点：由于所有原子间均以共价键相结合，所以晶体中不存在单个分子，共价键键能越大，晶体的熔点越高。 除了金刚石，还有哪些物质属于共价晶体呢？让我们沿着元素周期表一起寻找。 思考讨论 (1)某些单质：以碳为中心， 同主族向下： 硅（Si）锗（Ge）和灰锡（Sn）等 同周期向左、向右： 硼（B） (2)某些非金属化合物： 二氧化硅(SiO2)、金刚砂（SiC）、氮化硅（Si3N4）等 二、共价晶体的类别 科学研究表明，30 亿年前，在地壳下 200 km 左右的地幔中，处在高温、高压岩浆中的碳元素逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质∶ 熔点高，不导电，硬度极高。这些性质显然是由金刚石的结构决定的。那么，金刚石具有怎样的结构呢? 金刚石磨头 金刚石钻石 联想质疑 109º28´ 共价键 金刚石的立体网状结构 探究一 三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构 碳原子都采取sp3杂化，109º 28´，三维骨架 键能： 347.7 kJ/mol （很大） 键长：154 pm（很短） 熔点很高： 大于 3500 0C 硬度最大： 摩氏 10 度 结构决定性质 组装金刚石的立体网状球棍模型，并思考在金刚石晶体中碳原子的成键方式，以及金刚石的结构和性质的关系。 学生活动 三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构 影响共价晶体物理性质的 主要因素——共价键 金刚石晶体中，碳原子个数与C-C共价键个数之比是多少？1mol金刚石可以形成多少个C-C共价键？ 思考讨论 1 ：2 2NA 三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构 109º28´ 三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构 金刚石晶体中，最小环上有多少个碳原子，是否在同一平面内？ 思考讨论 6 不在同一平面 三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构 在金刚石晶胞中，每个晶胞均摊到的碳原子数？ 思考讨论 思考讨论 对比硅晶体和金刚石的结构异同点，分析金刚石和硅晶体熔点。 四、共价晶体的性质 上图硅晶胞中含有___个硅原子， 硅原子采取___杂化方式 8 sp3 硅晶体的结构 晶体硅与金刚石的晶胞结构有什么不同点吗? 性质上的什么不同点吗？ 思考讨论 对比硅晶体和金刚石的结构异同点，分析金刚石和硅晶体熔点。 四、共价晶体的性质 原子半径：Si > C 硅晶体中共价键键长变长，键能变小 金刚石比硅晶体的熔点更高和硬度更大 共价晶体 金刚石 硅 熔点/℃ ＞3500 1410 硬度 10 6.5 ②结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。 思考探究 对比分子晶体和共价晶体的数据，总结共价晶体的物理特性。 分子晶体 氧气 氮气 白磷 水 熔点/℃ －218.3 －210.1 44.2 0 分子晶体 硫化氢 甲烷 乙酸 尿素 熔点/℃ －85.6 －182.5 16.7 132.7 共价晶体 金刚石 碳化硅 石英 硅 熔点/℃ ＞3500 2700 1710 1410 硬度 10 9.5 7 6.5 ①与分子晶体相比，共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点高，硬度大。 四、共价晶体的性质 晶体类型 共价晶体 分子晶体 概念 组成微粒 作用力 熔沸点 硬度 相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构 原子 共价键 很大 很大 分子间以分子间作用力结合 分子 分子间作用力 较小 较小 讨论总结 对比共价晶体和分子晶体 自然界含量最高的固态二元氧化物，熔点1713℃ 有多种结构，最常见的是低温石英（α-SiO2） 海滩河岸边的黄沙、石英矿脉、花岗石中的白色晶体以及透明的水晶都是低温石英。 应用广泛的高科技产品原料---二氧化硅（SiO2) 资料卡片 二氧化硅（SiO2) 晶体硅结构 已知SiO2晶体骨架结构与晶体硅相似，根据SiO2中Si元素和O元素的比例，你能否在晶体硅的骨架结构基础上将O原子合理地填充进去以形成SiO2 骨架结构？ √ 思考讨论 SiO SiO2 二氧化硅（SiO2) 晶体硅结构 二氧化硅晶体结构 二氧化硅（SiO2) （注意：以“O”为中心的“Si-O”键的夹角不是180度） 知识迁移 正四面体结构 晶体硅中硅原子采取sp3杂化 二氧化硅晶体中硅原子采取sp3杂化 二氧化硅（SiO2) 1mol二氧化硅晶体中含有的“Si-O”键数目为？ 4NA 思考讨论 二氧化硅（SiO2) 晶体硅结构中最小的环为6元环 二氧化硅晶体结构中最小的环为12元环 知识迁移 二氧化硅（SiO2) 查资料得，晶体硅的熔点为1415℃，二氧化硅晶体的熔点为1713℃。怎么理解二氧化硅晶体的熔点比晶体硅的熔点高？ 熔点：二氧化硅晶体＞晶体硅 “Si-O”键能＞“Si-Si”键能 “Si-O”键长＜“Si-Si”键长 原子半径：Si > O 思考讨论 二氧化硅（SiO2) 有关资料报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，制得了与二氧化硅晶体结构相似，高熔点、高硬度的二氧化碳晶体。请思考以下问题 （一）该二氧化碳晶体属于分子晶体还是共价晶体？ 该二氧化碳晶体与二氧化硅晶体结构相似，且具备高熔点、高硬度特征，属于典型的共价晶体 思考讨论 二氧化硅（SiO2) （二）1mol该二氧化碳晶体中含有的“C-O”键数目为？ 有关资料报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，制得了与二氧化硅晶体结构相似，高熔点、高硬度的二氧化碳晶体。请思考以下问题 4NA 思考讨论 二氧化硅（SiO2) 有关资料报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，制得了与二氧化硅晶体结构相似，高熔点、高硬度的二氧化碳晶体。请思考以下问题 （三）该二氧化碳晶体的熔点、硬度与二氧化硅晶体相比如何？ “C-O”键长 ＜ “Si-O”键长 “C-O”键能 ＞“Si-O”键能 熔点、硬度：该二氧化碳晶体＞二氧化硅晶体 原子半径： C ＜ Si 思考讨论 二氧化硅（SiO2) 二氧化硅的用途 单晶硅 硅芯片 硅太阳能电池 二氧化硅光导纤维 （以SiO2为原料制造的高科技产品） 资料卡片 二氧化硅（SiO2) 1.下列说法中，错误的是（ ） A. 只含分子的晶体一定是分子晶体 B. 碘晶体升华时破坏了共价键 C. 几乎所有的酸都属于分子晶体 D. 稀有气体分子中只含原子，但稀有气体的晶体属于分子晶体 课堂练习 B 2.下列说法中，正确的是（ ） A. 分子晶体一定存在分子间作用力和共价键 B. 分子晶体的熔点一般比共价晶体的熔点高 C. 稀有气体形成的晶体属于分子晶体 D. CO2 晶体是分子晶体，可推测 SiO2 晶体也是分子晶体 课堂练习 C 3.下列说法中，正确的是（ ） 冰融化时，分子中 H－O 键发生断裂 共价晶体中，共价键越强，熔点越高 C. 分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔沸点一定越高 D. 分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定 课堂练习 B 4.下列事实能说明刚玉（Al2O3）是共价晶体的是（ ） ①Al2O3 是两性氧化物； ②硬度很大； ③它的熔点是 2045 ℃； ④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石 A. ①② B. ②③ C. ①④ D. ③④ 课堂练习 B 思考练习 1．下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是 (　　) A．共价晶体硬度通常比分子晶体大 B．共价晶体的熔、沸点较高 C．分子晶体都不溶于水 D．金刚石、水晶属于共价晶体 C 2．金刚石是典型的共价晶体。下列关于金刚石的说法中，错误的是 (　　) A．晶体中不存在独立的“分子” B．碳原子间以共价键相结合 C．是硬度最大的物质之一 D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.38 $$