3.2.4分子晶体 课件 2024-2025学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修2

钻石 通过前面对于晶体与非晶体的学习，我们知道：铜、食盐以及金刚石都是晶体。 思考：这些晶体有什么不同呢？ 铜 食盐 新课导入 离子键 共价键 离子晶体 Na+、Cl- 碳原子 原子晶体 食盐 钻石 金属键 金属晶体 Cu2+、e- 铜 新课导入 雪花是天空中的水汽经凝华而来的晶体，多呈六角形，像花。思考：雪花由哪些微粒构成？有哪些作用力？是什么晶体？ 分子间作用力 分子晶体 H2O 雪花 新课导入 第2节 几种简单的晶体结构模型 第4课时 分子晶体 第3章不同凝聚状态的物质与性质 制作教师：李亚泉 4 典型的分子晶体的结构和性质 2 分子晶体的概念和性质 1 本节重点 本节难点 知识导航 只含_____的晶体，或者分子间以______________结合形成的晶体叫分子晶体。 概念 分子 分子间作用力 分子 分子间作用力 共价键 氢键 范德华力 新课讲授 新课讲授 我们知道：分子间作用力除范德华力之外还有氢键，在分子晶体中，分子间的作用力不同时会对结构产生什么影响呢？ 新课讲授 干冰(CO2) x y z 只存在 范德华力 每个分子周围 有12个 紧邻的分子 分子密堆积 无方向性和饱和性 新课讲授 如果分子间除了存在范德华力，还存在氢键，那么，这对分子晶体的结构有什么影响呢？ 新课讲授 冰中一个水分子周围有4个水分子 冰（H2O） 水分子之间的作用力是氢键（主要）和范德华力，尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键，却跟共价键一样具有方向性和饱和性，即氢键的存在使在四面体中心的水分子与四面体顶角方向响铃的4个水分子相互吸引。 为什么冰中一个水分子周围有4个水分子？ 分子非密堆积 新课讲授 分子晶体的结构特征   分子密堆积 分子非密堆积 微粒间作用力 空间 特点 通常每个分子周围 有12个紧邻的分子 每个分子周围紧邻的分子数 小于12个，空间利用率不高 举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰 范德华力 范德华力和氢键 新课讲授 根据所学内容，思考并回答下列问题： 1、为什么冰刚刚融化时，密度变大，4 ℃后密度又变小？ 冰 冰融化，分子间的空隙减小 冰晶体中的水分子空间利用率不高，还有很大的空隙，它的密度比液态水的小。冰刚刚融化时，热运动使冰的晶体结构解体，水分子间的空隙减小，密度增大，而温度超过4℃时，由于热运动加剧，分子间距离加大，密度变小。 聪明 新课讲授 H2S晶体中只存在范德华力，属于分子密堆积。而冰中主要作用力是氢键，氢键具有方向性和饱和性，氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。 H2S和H2O结构相似，但H2S晶体中，一个H2S分子周围有12个紧邻的分子，而冰中一个H2O分子周围只有4个紧邻分子，为什么？ 典例精讲 干冰 范德华力 密堆积 空隙小 冰 范德华力、氢键 非密堆积 空隙大 2、为何干冰的密度比冰的密度大？ 故在同一条件下，冰的体积比干冰的体积大，而二氧化碳的相对质量比水的相对质量大，即干冰的密度比冰的密度大 聪明 新课讲授 某些分子晶体的熔点 分子晶体 氧气 氮气 白磷 水 硫化氢 甲烷 乙酸 尿素 熔点/℃ -218.3 -210.1 44.2 0 -85.6 -182 16.6 132.7 3、分析表中数据，归纳分子晶体的物理性质，并说明原因。 较低的熔点 【影响因素：分子间作用力(氢键、范德华力)】 相对分子质量 N、O、H 较小的硬度 原因：分子间作用力小 分子晶体较低的沸点、不导电 分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律 新课讲授 氢键 不存在 相对分子质量大 熔点高 相对分子质量小 熔点低 存在 熔点高 分子晶体的判断方法 依据 解释 物质的类别 部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。 组成晶体的粒子及粒子间作用 组成分子晶体的微粒是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。 物质的性质 分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。 新课讲授 常见的典型分子晶体 所有非金属氢化物 H2O、H2S、NH3、CH4、HX(卤化氢)等 部分非金属单质 X2(卤素单质)、O2、H2、S8、P4、C60、稀有气体等 部分非金属氧化物 CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等 几乎所有的酸 H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等 绝大多数有机物 苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等 新课讲授 分子晶体熔、沸点高低的判断 分子类型 性质 典例 组成和结构相似 不含氢键的分子晶体 相对分子质量越大，范德华力越强，熔、沸点越高 I2＞Br2＞Cl2＞F2 HI＞HBr＞HCl 组成和结构不相似 (相对分子质量接近) 分子的极性越大，熔、沸点越高 CH3OH＞CH3CH3 含有分子间氢键 熔、沸点反常升高 H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S 有机物中的同分异构体 支链越多，熔、沸点越低 烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物 一般随分子中碳原子数的增加，熔、沸点升高 新课讲授 分子晶体的结构和性质 【典例1】下列关于分子晶体的说法正确的是(　　) A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 B．在分子晶体中一定存在共价键 C．冰和固体Br2都是分子晶体 D．稀有气体不能形成分子晶体 【解析】A项，分子晶体中分子间作用力越大，晶体的熔点越高，不影响分子的稳定性；B项，在He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn形成的分子晶体中只有分子间作用力，而无共价键；D项，稀有气体能形成分子晶体。 C 【解题必备】【解题技巧】【归纳总结】 分子晶体中存在的相互作用力主要是分子间作用力，分子间作用力只影响物质的熔沸点、硬度、密度等物理性质，分子晶体一般都是绝缘体，熔融状态不导电。 典例精讲 【变式1-1】(2024·天津市红桥区高二期中)下列属于分子晶体的化合物是( ) A．干冰 B．晶体硅 C．金刚石 D．碳化硅 【解析】A项，干冰是由二氧化碳分子组成的分子晶体，属于化合物，A正确；B项，晶体硅是由硅原子组成的共价晶体，属于单质，B错误；C项，金刚石是由碳原子组成的共价晶体，属于单质，C错误；D项，碳化硅由碳原子、硅原子组成的共价晶体，属于化合物，D错误；故选A。 A 典例精讲 【变式1-2】下列属于分子晶体性质的是(　　) A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 B．能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃ C．熔点1 400 ℃，可做半导体材料，难溶于水 D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3 【解析】分子晶体的主要性质有：熔、沸点低，硬度小，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂，固态和熔化时均不导电。 B 典例精讲 常见的分子晶体 【典例2】下列有关冰和干冰的叙述不正确的是(　　) A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体 B．冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子 C．干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华 D．干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子 【解析】干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，分子采取密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力，冰融化需要克服范德华力和氢键，由于氢键作用力比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常压下易升华。 A 典例精讲 【变式2-1】干冰晶胞如图所示，若干冰的晶胞棱长为a，则每个CO2分子周围与其相距a的CO2分子有(　　) A．4个　　 B．8个　　　 　 C．12个　　　　 D．6个 【解析】以顶点CO2分子为研究对象，若干冰的晶胞棱长为a，该CO2分子周围与其相距a的CO2分子处于共用这个顶点的面的面心，由于顶点CO2分子为8个晶胞共有，则每个CO2分子周围与其相距a的CO2分子有=12个，故选C。 C 典例精讲 【变式2-2】下图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H。下列有关说法正确的是(　　) A．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构 B．冰晶体具有空间网状结构，是共价晶体 C．水分子间通过H—O键形成冰晶体 D．冰融化后，水分子之间的空隙增大 【解析】冰晶体属于分子晶体，冰晶体中的水分子主要是靠氢键结合在一起，氢键不是化学键，而是一种分子间作用力，故B、C两项均错误。每个水分子可以与4个水分子形成氢键，从而形成四面体结构，A项正确。冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性，故水分子间由氢键连接后，分子间空隙变大，因此冰融化成水后，体积减小，水分子之间空隙减小，D项错误。 A 典例精讲 分子晶体的性质与应用 【典例3】有四组同一族元素所形成的不同物质，在101 kPa时测定它们的沸点(℃)如下表所示： 下列各项判断正确的是 (　　) A．第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子中化学键键能最大 B．第三组与第四组相比较，化合物的稳定性：HBr>H2Se C．第三组物质溶于水后，溶液的酸性：HF>HCl>HBr>HI D．第一组物质是分子晶体，一定含有共价键 【解析】第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子之间可以形成氢键，A不正确；Se和Br同为第四周期元素，Br的非金属性较强，故氢化物的稳定性HBr>H2Se，B正确；第三组物质溶于水后，HF溶液的酸性最弱，C不正确；第一组物质是分子晶体，但分子中不一定含有共价键，如稀有气体分子中无共价键，D不正确。 B 第一组 A -268.8 B -249.5 C -185.8 D -151.7 第二组 F2-187.0 Cl2-33.6 Br2 58.7 I2 184.0 第三组 HF 19.4 HCl -84.0 HBr -67.0 HI -35.3 第四组 H2O 100.0 H2S -60.2 H2Se -42.0 H2Te -1.8 典例精讲 【变式3-1】下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列，正确的一组是(　　) A．HF、HCl、HBr、HI B．F2、Cl2、Br2、I2 C．H2O、H2S、H2Se、H2Te D．CI4、CBr4、CCl4、CF4 【解析】对结构和组成相似的分子晶体，其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高，但HF、H2O分子之间都存在氢键，熔、沸点反常。所以A中应为HF>HI>HBr>HCl；B中应为I2>Br2>Cl2>F2；C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S；只有D正确。 D 典例精讲 【变式3-2】C60分子和C60晶胞示意图如图所示。下列关于C60晶体的说法中不正确的是(　　) A．C60晶体可能具有很高的熔、沸点 B．C60晶体可能易溶于四氯化碳中 C．C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240 D．C60晶体中每个C60分子与12个C60分子紧邻 【解析】构成C60晶体的基本微粒是C60分子，因此C60晶体是分子晶体，不可能具有很高的熔、沸点；由于C60是非极性分子，根据相似相溶原理，其可能易溶于四氯化碳中；每个C60的晶胞中含有的C60分子个数为8×+6×=4，因此含有的碳原子数为4×60=240；如果以晶胞中一个顶点的C60分子为研究对象，则共用这个顶点的三个面的面心的C60分子与其距离最近且相等，有×8=12个。 A 典例精讲 【变式3-3】C60可用作储存氢气的材料，结构如图所示。继C60后，科学家又合成了Si60、N60，三种物质结构相似。下列有关说法不正确的是(　　) A．C60、Si60、N60都属于分子晶体 B．C60、Si60、N60分子内共用电子对数目不相同 C．由于N—N键键能小于N≡N键，故N60的稳定性弱于N2 D．由于C—C键的键长小于Si—Si键，所以C60的熔、沸点低于Si60 【解析】C60、Si60、N60均为分子晶体，A项正确；由于C、N原子的价电子数不相同，因此C60、N60分子内共用电子对数目不相同，B项正确；物质分子内含有的化学键键能越小，键越不牢固，物质的稳定性越弱，由于N—N键的键能小于N≡N键，故N60的稳定性弱于N2，C项正确；Si60与C60的结构相似，Si60相对分子质量比C60大，分子间作用力大，故熔、沸点比C60高，与分子内化学键的键长无关，D项错误。 D 典例精讲 谢谢！ 典例精讲 $$