3.2.1分子晶体 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第二节　分子晶体与共价晶体 第1课时 分子晶体 第三章 晶体结构与性质 1 学习目标 1.能辨识常见的分子晶体，并能从微观角度分析分子晶体中各构成微粒之间的作用和对分子晶体物理性质的影响。 2.能利用分子晶体的通性推断常见的分子晶体，理解分子晶体中微粒的堆积模型，并能用均摊法对晶胞进行分析。 新课引入 通过前面对于晶体与非晶体的学习，我们知道：雪花、食盐以及金刚石都是晶体，这些晶体构成微粒、微粒间的作用力有什么不同呢？ 雪花 食盐 钻石 分子间作用力 分子晶体 静电作用力 共价键 离子晶体 水分子 钠离子、氯离子 碳原子 共价晶体 一、分子晶体的概念 1.分子晶体的概念 只含_____的晶体称为分子晶体，相邻分子靠_____________相互吸引。 2.分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用 分子 分子间作用力 (1)构成微粒： 分子 (2)相互作用力： 分子内： 分子间： 共价键 分子间作用力 氢键 范德华力 【思考】下列晶体中，哪些是分子晶体呢？ H2S，NH3， NaCl， NaOH，Cu，石墨、He、O2，C60， P4，CO2，SiO2，NO2，Na2O，H2SO4，HCl，CH4，C2H5OH、乙酸乙酯 一、分子晶体的概念 3.典型的分子晶体与物质类别 物质类别 实例 所有_____________ 如H2O、NH3、CH4等 部分___________ 如卤素(X2)、O2、N2、硫(S8)、白磷(P4)、碳60(C60)等 部分_____________ 如CO2、SO2、P4O6、P4O10等 稀有气体 如He、Ne、Ar等 几乎所有的____ 如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等 绝大多数_______ 如乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 非金属氢化物 非金属单质 非金属氧化物 酸 有机物 除了金刚石、晶体硅等 除了二氧化硅等 单原子分子，分子内不含化学键 二、分子晶体的物理性质 分子晶体 氧气 氮气 白磷 硫化氢 甲烷 乙酸 熔点/℃ −218.3 −210.1 44.2 −85.6 −182 16.6 【思考1】分子晶体的熔点有什么特点？ 熔化时：破坏范德华力、氢键(作用力较弱)，不破坏化学键。 熔点较低 【思考2】分子晶体的硬度如何？能否导电？ 硬度小 分子间作用力较弱，容易被克服。 自身不导电 熔融状态没有自由移动的离子。 部分分子晶体(如酸)溶于水破坏了共价键，自身发生电离，溶液可以导电。 部分分子晶体与水反应可以生成能电离的物质，溶液可以导电。 课堂检测 1.正误判断 (1)在分子晶体中一定存在共价键和分子间的作用力 (2)分子晶体熔化时一定破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键 (3)分子晶体熔化或溶于水均不导电 (4)分子晶体中共价键的键能越大，分子晶体的熔、沸点越高 (5)分子晶体熔沸点不高，均易溶于非极性溶剂 (6)某些分子晶体可以做半导体材料 2.下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是( ) A.NH3、HD、C10H18 B.PCl3、CO2、H2SO4 C.SO2、SiO2、P2O5 D.CCl4、Na2S、H2O2 √ × × × B × × 二、分子晶体的物理性质 【归纳总结1】分子晶体的判断方法 ①依据物质的类别判断 部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、稀有气体、 几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。 ②依据组成晶体的粒子及粒子间作用力判断 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。 ③依据物质的性质判断 分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固态时均不导电。 ④对于有机物中的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低， 如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3> > 。 二、分子晶体的物理性质 【归纳总结2】分子晶体熔、沸点高低的判断 ①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，如I2>Br2>Cl2>F2，HI>HBr>HCl。 ②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，如CO>N2。 ③含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常升高，如H2O>H2Te >H2Se>H2S。 三、分子晶体的结构特点 【思考】结合分子间的作用力的特征分析，在分子晶体中，分子间的作用力 不同时会对其结构产生什么影响呢？ 若只存在范德华力，形成分子密堆积。 若除了存在范德华力，还存在氢键，形成分子非密堆积。 C60 CO2 H2O(冰) x z y a a x z y a a 【思考】干冰中，每个CO2周围有几个紧密相邻的CO2? 12个 三、分子晶体的结构特点 1.分子密堆积 三、分子晶体的结构特点 2.分子非密堆积 【思考1】冰中，每个H2O周围有几个紧密相邻的H2O? 1mol水有几mol氢键? 4个 2mol 【思考2】为什么冰刚刚融化时，密度变大，4 ℃后密度又变小？ 冰晶体中的水分子的空间利用率不高，空隙大，密度比液态水小。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大。超过4℃时，由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。 三、分子晶体的结构特点   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 【归纳总结】分子密堆积和非密堆积的特点 课堂检测 1.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？ H2S：分子间只有范德华力，无饱和性与方向性，形成分子密堆积。 冰：分子间存在氢键，具有方向性，形成分子非密堆积。 2.判断正误： (1)甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近，堆积方式相同 (2)晶体的熔点：干冰＜冰，密度：干冰>冰。 (3)常温下TiCl4是无色透明液体，熔点−23.2 ℃，沸点136.2 ℃，推测TiCl4属于分子晶体 √ × √ 3.下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是_______________。 ①HCl　②HBr　③HI　④CO　⑤N2　⑥H2 4.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是( ) A.正硼酸晶体不属于分子晶体 B. H3BO3分子的稳定性与氢键有关 C.分子中硼原子最外层为8电子稳定结构 D.含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键 ③②①④⑤⑥ 课堂检测 D 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。最早发现这类水合物晶体的是19世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为Cl2·8H2O的水合物晶体。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(CH4·nH2O)。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”。 第二节　分子晶体与共价晶体 第2课时 共价晶体 第三章 晶体结构与性质 17 学习目标 1.能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。 2.能利用共价晶体的通性推断常见的共价晶体，并能利用均摊法对晶胞进行分析。 新课引入 【思考】碳和硅元素同为第四主族的元素，从其形成的化合物外形来看，均为晶体，而两种晶体的熔沸点却相差很大，这是为什么呢？ 物质 熔点/℃ 沸点/℃ 构成微粒 粒子间的作用力 CO2 −56.2 −78.5 SiO2 1723 2230 分子 原子 共价键 分子间作用力 一、共价晶体的概念 1.共价晶体的概念 相邻原子间都以_______结合，整个晶体是一个共价键三维骨架结构。 2.共价晶体中的粒子及粒子间的相互作用 (1)构成微粒： (2)相互作用力： 共价键 原子 共价键 3.常见的共价晶体与物质类别 (1)某些单质：晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等。 (2)某些非金属化合物：碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等。 (3)某些氧化物：二氧化硅(SiO2)等。 一、共价晶体的概念 【思考1】“具有共价键的晶体叫做共价晶体”。这种说法对吗？为什么？ 不对。 分子晶体中的CO2、H2O等大多数分子也有共价键； 很多离子晶体，如NaOH、KNO3、NH4Cl等，在离子内部也含有共价键。 【思考2】总结共价晶体的物理特性，并从原子结构的角度做出解释。 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。 共价晶体以强共价键结合，熔点高、硬度大。 晶体 键长/pm 键能/(kJ·mol-1) 熔点/℃ 硬度 金刚石 154 347.7 >3 500 10 碳化硅 184 318 2 700 9.5 晶体硅 235 226 1 410 6.5 晶体的类型 分子晶体 共价晶体 概念 以分子间作用力结合 相邻原子间以共价键结合 组成的粒子 分子 原子 作用力 分子间：范德华力、氢键(部分) 分子内：共价键(除了稀有气体) 共价键 熔点 较低 较高 硬度 小 大 【归纳总结】分子晶体和共价晶体对比 一、共价晶体的概念 二、常见共价晶体结构分析 1.金刚石 1个晶胞中含____个C，每个C采取____杂化，以4个_________对称地与相邻的4个C结合，键角为_______ ，C原子与C—C数目之比为_____。最小的碳环由____个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有____个碳原子在同一平面。每个C原子被____个六元环共用，1个碳环占有的碳原子为____个。 共价单键 109°28' sp3 6 4 1:2 12 1/2 8 二、常见共价晶体结构分析 2.二氧化硅 1个Si原子和____个O原子相结合，每个O原子和____个Si原子相结合。1 mol SiO2中含____ mol Si—O。最小环由____个Si原子和____个O原子组成。每个Si原子被____个12元环共用，每个O原子被____个12元环共用。 4 2 4 6 6 12 6 (1)二氧化硅晶体 (2)低温石英 低温石英的结构中有顶角相连的____________形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有_______。 硅氧四面体 手性 课堂检测 1.在二氧化硅晶体中原子未排列成紧密堆积结构，其原因是( ) A.共价键具有饱和性 B.共价键具有方向性 C.二氧化硅是化合物 D.二氧化硅是由非金属元素原子构成的 2.碳化硅的晶体结构与金刚石晶体类似。碳化硅晶体中硅原子与Si—C的数目之比为______。有下列三种晶体：①金刚石　②晶体硅　③碳化硅，它们的熔点从高到低的顺序是_________。 3.解释熔点产生差异的原因：SiO2(1710℃)和SiCl4(−70℃)______________ _________________________________________________________________。 SiF4(−90℃)和SiCl4(−70℃)_________________________________________ _________________________________________________________________。 AB 1:4 ①③② SiO2是共价晶体， 熔化破坏共价键；SiCl4是分子晶体，熔化破坏范德华力，故前者熔点高。 均为分子晶体，结构组成相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔点越高。 课堂检测 3.砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，其晶胞结构如图所示，其中原子1的坐标为(0,0,0)，原子2的坐标为(1,1,1)。原子3的坐标为________________，与每个As原子最近且等距的As原子共有____个； 其熔点为1238 ℃，硬度大，为_______晶体； 若晶胞边长为a pm，则晶胞中Ga和As之间的 最短距离为____pm，密度为________________g·cm−3。 4. 晶体硼的结构单元是由B组成的正二十面体，含有20个 正三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个B。 由图得出此结构单元含有___个B ，含有____个B-B，键角为_____。  (1/4，1/4，3/4) 12 共价 a 12 60° 30 $$