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

分子晶体与原子晶体 选修3 第三章 第二节 请判断下列固体是否属于晶体？并说明理由。 雪花 食盐 钻石 玻璃 晶体 晶体 晶体 非晶体 分子晶体 离子晶体 原子晶体 【思考与讨论】 干冰晶胞 I2晶胞 同学们认真观察，找出两个晶胞中微粒组成有哪些共同点。 CO₂分子 I₂分子 内容内容内容 干冰 (CO2) 碘 (I2) 冰 (H2O) 一、分子晶体 只含分子的晶体叫做分子晶体 1.定义： 2.构成微粒： 分子 3.粒子间相互作用力： 分子内各原子之间： 分子间： 共价键 分子间作用力 氢键 范德华力 如：I2、H2O、CO2等在固态时都是分子晶体。 注意：稀有气体是单原子分子，不含共价键 4. 典型的分子晶体 a.所有的非金属氢化物： H2O、H2S、NH3、 HCl、CH4 等； d. 部分非金属单质： 卤素单质X2 、硫、 N2、白磷P4、稀有气体、C60 等； b. 几乎所有的酸； c. 绝大多数有机物。 e. 部分非金属氧化物： CO2、P4O6、P4O10、 SO2等； 5.分子晶体的性质 滑冰时，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？ 硬度小 分子间作用力较弱，容易被克服 酒精 构成分子晶体的微粒是分子，没有产生自由移动的离子。 分子晶体一般是绝缘体，固体和熔融状态不导电 固体和熔融状态不导电 5.分子晶体的性质 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、沸点较低 熔化时：一般只破坏范德华力、氢键（作用力较弱），不破坏化学键。 I2、干冰、AlCl3易升华 【归纳小结】 5.分子晶体的物理特性 1、熔点、沸点较低 2、硬度小 3、固体和熔融状态不导电 分子间的作用力—— 氢键、范德华力 影响因素： 4、溶解性：相似相溶 物质 熔点/℃ 沸点/℃ CO2 -56.2 （在527 kPa下测得） -78.5 SiO2 1 723 2 230 干冰 SiO2 【思考与讨论】 CO2和SiO2熔沸点为什么差距那么大？ 干冰 (CO2) 碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，CO2是分子晶体，那SiO2是分子晶体吗？ 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 晶体类型 分子晶体 原子晶体 定义 只含分子的晶体 所有原子间以共价键结合，空间立体网状结构 组成微粒 分子 原子 微粒间作用力 共价键、分子间作用力 (氢键、范德华力) 共价键 熔化时克服的作用力 分子间作用力（较弱） 共价键 (很强) 物理性质 熔点 较低(～200) 很高(1000~) 硬度 较小 很大 导电性 固态和熔化时都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电，如HCl 固态和熔化时多数都不导电，但晶体硅、晶体锗是半导体。 溶解性 相似相溶 难溶于一般溶剂 除了金刚石和SiO2外，还有哪些物质属于共价晶体呢？ 以碳为中心 3、常见的共价晶体及物质类别 (1)这些元素的单质 硅(Si)、硼(B)、锗(Ge)和灰锡(Sn) (2)这些元素组成的化合物 碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、氮化硼(BN) 、氮化硅(Si3N4)等 (3)极少数金属氧化物 刚玉(α­Al2O3)等 知识精讲 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 11 4、共价晶体的物理性质 共价晶体 金刚石 氮 化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点/℃ ＞3500 3000 2700 1710 1410 1211 硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 表3-3 某些共价晶体的熔点和硬度 ①共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点很高、硬度大，不溶于常见溶剂，一般不导电。 钻石(金刚石) 氮化硅(Si3N4)轴承 碳化硅(SiC)砂轮 知识精讲 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 12 晶体类型 分子晶体 原子晶体 常见物质类型 a.所有非金属氢化物 b.部分非金属单质 c.部分非金属氧化物 d.几乎所有酸 e.绝大多数有机物 a.某些非金属单质 金刚石(C)、晶体B、硅(Si)、Ge、Sn b.某些非金属化合物 SiO2、SiC（金刚砂）、BN、AlN等 小试牛刀 2、下列性质适合于分子晶体的是(　　) ①熔点1070 ℃，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 C 方法归纳：怎样判断非金属元素组成的晶体是 分子晶体还是原子晶体？ (1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断。 (3)依据晶体的熔沸点判断。 (2)记忆常见的、典型的原子晶体。 (4)依据导电性判断。 (5)依据硬度和机械性能判断。 (1)不同类型的晶体：原子晶体>分子晶体。 (2)同一类型的晶体 方法归纳：分子晶体、原子晶体熔沸点比较 含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常升高。 组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越强，熔、沸点越高。 组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高。 对于有机物中的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。 例如：CO＞Ar 例如：HI＞HBr＞HCl 3、下列晶体性质的比较中正确的是(双选)(　　) A．熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅 B．沸点：NH3＜PH3 C．硬度：白磷＞冰＞二氧化硅 D．熔点：SiI4＞SiBr4＞SiCl4 AD ②原子晶体【学与问P69】 结构相似的原子晶体，其熔沸点高低取决于共价键的键长和键能。 原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高。 为什么熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅？ 晶体类型 分子晶体 原子晶体 定义 只含分子的晶体 所有原子间以共价键结合，空间立体网状结构 组成微粒 分子 原子 微粒间作用力 共价键、分子间作用力 (氢键、范德华力) 共价键 熔化时克服的作用力 分子间作用力（较弱） 共价键 (很强) 物理性质 熔沸点 较低(～200) 很高(1000~) 硬度 较小 很大 导电性 固态和熔化时都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电，如HCl 固态和熔化时多数都不导电，但晶体硅、晶体锗是半导体。 溶解性 相似相溶 难溶于一般溶剂 晶体类型 分子晶体 原子晶体 常见物质类型 a.所有非金属氢化物 b.部分非金属单质 c.部分非金属氧化物 d.几乎所有酸 e.绝大多数有机物 a.某些非金属单质 金刚石(C)、晶体B、硅(Si)、Ge、Sn b.某些非金属化合物 SiO2、SiC（金刚砂）、BN、AlN等 “具有共价键的晶体叫做原子晶体”，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，如CO2、O2,某些离子晶体中也含共价键，如NaOH、NH4Cl “只含共价键的晶体叫做原子晶体”， 因此，原子晶体又称共价晶体。 【思考与讨论】 干冰 冰 熔点 -78.5℃ 0℃ 密度 1.56g/cm3 0.92 g/cm³ 干冰和冰的熔点和密度 干冰的熔沸点比冰低、而密度比冰大这是为什么呢？ （二）典型的分子晶体的结构 干冰(CO2) 只有范德华力 冰 (H2O) 既有范德华力也有氢键 在分子晶体中，分子间的存在作用力不同会对其内部分子的排列产生什么影响呢？ 1.干冰 ①每个晶胞中有 个CO2分子， 个原子。 ②每个CO2分子周围距离最近紧密相邻的CO2分子有 个。 4　 12　 （二）典型的分子晶体的结构 1 a x y z a 距离为a 距离小于a 在干冰晶体中，每个CO2周围有几个紧密相邻的CO2? 干冰晶胞 x y z 12个 中心 （二）典型的分子晶体的结构 (1)分子密堆积 在分子晶体中，如果分子间的作用力只有范德华力，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。 干冰晶胞 碘(I2) 碳60(C60) (如：干冰 、I2、C60等) （二）典型的分子晶体的结构 2.冰  ①水分子之间的作用力有 ， 但主要作用力是 。 ②每个H2O分子周围等距离紧邻的H2O分子有_____ 个。 4　 范德华力、氢键　 氢键　 思考：和干冰晶体不一样的原因是什么？ 水分子间存在氢键，氢键具有方向性和饱和性 ——分子非密堆积 （二）典型的分子晶体的结构 冰晶胞 干冰的熔沸点和密度与冰比如何？为什么？ 干冰晶胞 因为干冰中CO2之间只存在范德华力(CO2之间采用密堆积)，而冰中H2O间除范德华力外还存在氢键(H2O之间采用非密堆积)，所以干冰的熔沸点比冰低，而密度却比冰大； 知识精讲 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 26 分子密堆积 只有范德华力 既有范德华力也有氢键 干冰 (CO2) 冰 (H2O) 分子非密堆积 每个分子周围有12个紧邻的分子 周围紧邻的分子少于12个 空间利用率低 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰 干冰的熔沸点和密度与冰比如何？为什么？ 【思考与讨论】P80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，这是为什么? 硫化氢分子中不存在氢键，只存在范德华力，而范德华力无饱和性和方向性，能够形成分子密堆积。 水分子中存在氢键，由于氢键具有方向性，氢键的存在迫使在四面体中心的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。 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？ 融化前（冰）：空隙较大的网状体 融化后（水）：分子间的空隙减小 破坏了部分氢键 （二）典型的分子晶体的结构 水的密度随温度变化的曲线图 0-4℃：密度随温度升高而增大 超过4℃：密度随温度升高而减小 0-4℃：温度升高，部分氢键断裂，分子间隙减小 超过4℃：温度升高，分子热运动加快，分子距离加大 （二）典型的分子晶体的结构 天然气水合物—— 一种潜在的能源 许多气体可以与水形成水合物晶体。20世纪末，科学家发现海底和大陆冰川或永久冻土底部存在大量天然气水合物晶体。这种晶体的主要气体成分是甲烷，因而又称甲烷水合物。它的外形像冰，而且在常温常压下会迅速分解释放出可燃的甲烷，因而又称“可燃冰”。 天然气分子藏在水分子笼内 水分子笼是多种多样的 科学 · 技术 · 社会 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 冰 分子 晶体 分子 分子间作用力 分子密堆积 分子非密堆积 性质 熔、沸点低 硬度小 干冰、碘、C60 氢 键 范德华力 类型 性质 结构 决定 反映 影响晶体的密度 本节小结 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 B 34 战 4、医院在进行外科手术时，常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂，已知HgCl2有如下性质：①HgCl2晶体熔点较低；② HgCl2熔融状态下不导电；③ HgCl2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl2的叙述中正确的是( ) A. HgCl2晶体属于分子晶体 B. HgCl2属于离子化合物 C. HgCl2属于电解质，且属于强电解质 D. HgCl2属于非电解质 A 35 1.金刚石 ①碳原子采取了 杂化。在晶体中每个碳原子以 个共价键与相邻的 个碳原子相结合，形成 结构，晶体中C—C—C夹角为 。 ②最小环上有 个碳原子，有没有在同一个平面上？ *同一个C原子被 个六元环共用。 ③晶体中C原子个数与C—C键数之比为 ，金刚石中，1 mol C形成的共价键数目是多少？________ 金刚石的晶体结构模型 正四面体 最小环为六元环 sp3　 4　 4　 正四面体　 109.5 　 6　 没有　 1:2　 2NA　 （三）典型的原子晶体的结构 C42 ×2 =12 剖析金刚石晶体中六元环： （三）典型的原子晶体的结构 180º 109º28´ Si o 二氧化硅的晶体结构示意图 共价键 （三）典型的原子晶体的结构 2.二氧化硅 ①硅原子采取了 杂化。在晶体中每个硅原子与 个氧原子以共价键相结合，每个氧原子与__ 个硅原子相结合，故SiO2晶体中硅原子与氧原子按 的比例组成。 ②最小环上有 个原子，包括____个硅原子和___个氧原子，有没有在同一个平面上？ ③晶体中Si原子个数与Si—O键数之比为 , O原子个数与Si—O键数之比为 。 sp3　 4　 2　 1:2　 12　 没有　 1:2　 1:4　 1mol SiO2晶体中含Si-O键数目为_______， 4NA 制造： 水泥、玻璃、人造宝石、单晶硅、硅光电池、芯片、 光导纤维 二氧化硅的用途 知识拓展－石墨 思考： 1、石墨为什么很软？ 2、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？ 3、石墨属于哪类晶体？为什么？ 石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。 石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大π键），故熔沸点很高。 石墨为混合键型晶体。 Lavf57.71.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.35(fixed_gap:False) 3. 干冰和冰是两种常见的分子晶体，下列关于两种晶体的比较正确的是(　　) A．晶体的熔点：干冰>冰 B．晶体中的空间利用率：干冰>冰 C．晶体中分子间相互作用力相同 D．晶体中键的极性和分子的极性相同 $$