3.2 分子晶体与共价晶体 课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

选择性必修二 第三章第二节 （分子晶体与共价晶体） 人民教育出版社高中化学 新课导入 雪花 食盐 钻石 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 思考：这些晶体有什么不同呢？ 新课导入 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 雪花 食盐 钻石 分子晶体 只含_____的晶体，称为分子晶体。 1. 概念 分子 2. 构成粒子及相互作用 构成微粒 分子 相互作用 分子内：共价键 分子间：分子间作用力 (氢键 范德华力) 判断方法 分子晶体 【课堂练习1】判断下列晶体中哪些是分子晶体? (在分子晶体下面打✓) H2O，NH3，金刚石，CH4，P4，C60, 碳酸钠，H2SO4，P4O6，HNO3，CO2， 铜， SO2，乙醇，冰醋酸，蔗糖，乙酸乙酯，KOH，S8 分子晶体 总结——常见的典型分子晶体 如： H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等 如：H2O、H2S、NH3、CH4、HX(卤化氢)等 所有非金属氢化物 部分非金属单质 如： X2(卤素单质)、O2、H2、S8、P4、C60、稀有气体等 部分非金属氧化物 如： CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等 几乎所有的酸 绝大多数有机物 如：如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等 分子晶体 【课堂练习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、C60、P2O5 D．CCl4、Na2S、H2O2 B 分子晶体的物理性质 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 (影响因素：氢键、相对分子质量) 原因：分子间作用力小 分子间存在氢键时，熔点较高；不存在氢键时，结构相似的，相对分子质量越大，熔点越高。 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 较小的硬度 分子晶体熔、沸点较低、硬度小、不导电 分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律 分子晶体的物理性质 【课堂练习3】 （1）所有分子晶体中是否均存在化学键？举例说明 （2） 稳定性：HF HCl HBr HI，取决于 ; 熔沸点： HF、HCl、HBr、HI由高到低的顺序： 取决于 ; （3）若均为分子晶体，如何比较熔沸点高低? CO N2 CH3OH CH3CH3 C(CH3)4 (CH3)2CHCH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3，甲酸甲酯 乙酸 邻羟基苯甲醛 对羟基苯甲醛 碘、冰、干冰由高到低 。 （4） H2SO4(s)溶于水破坏的作用力 ，H2SO4(s)熔融时破坏的作用力 ， H2SO4(s)溶于水 导电，熔融时 导电 （5）下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是 . ①HCl ②HBr ③HI ④CO ⑤N2 ⑥H2 不是，稀有气体的晶体中不存在化学键 ＞ ＞ ＞ 共价键的强弱 HF＞HI＞HBr＞HCl 分子间作用力的强弱 ＞ ＞ ＜ ＜ ＜ ＜ I2＞H2O＞CO2 共价键 分子间作用力 可 不 ③②①④⑤⑥ 分子晶体的物理性质 总结1——分子晶体熔、沸点高低的判断 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。 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。 含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常升高。含有分子内氢键，熔沸点降低。 示例：I2＞Br2＞Cl2＞F2 示例：CH3OH＞CH3CH3 示例： H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S HI＞HBr＞HCl 分子晶体的物理性质 总结1——分子晶体熔、沸点高低的判断 对于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。如 C2H6＞CH4 示例：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 CH3—CH—CH2—CH3 CH3 — CH3—C—CH3 CH3 — CH3 — ＞ ＞ 相同条件下，比较物质状态，固态＞液态＞气态（物质的状态判断） 分子晶体的物理性质 总结2——分子晶体的物理性质 ①熔点和沸点较 ，硬度 , ②导电性：一般都是绝缘体，晶体 导电，熔融态 导电。水溶液 导电。 ③溶解性：一般满足“相似相溶”规律 低 较小 不 不 不一定 分子晶体的物理性质 总结3——分子晶体的判断方法 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。 组成分子晶体的微粒是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。 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。 依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断 依据物质的性质判断 依据物质的类别判断 x y z 分子晶体 干冰(CO2) 利用干冰晶体的结构模型认识分子晶体的结构特征，每个CO2周围有几个紧密相邻的CO2? 1. x y z 最紧密 分子晶体 干冰(CO2) 利用干冰晶体的结构模型认识分子晶体的结构特征，每个CO2周围有几个紧密相邻的CO2? 1. x y z x-z面4个 分子晶体 干冰(CO2) 利用干冰晶体的结构模型认识分子晶体的结构特征，每个CO2周围有几个紧密相邻的CO2? 1. x y z y-z面4个 分子晶体 干冰(CO2) 利用干冰晶体的结构模型认识分子晶体的结构特征，每个CO2周围有几个紧密相邻的CO2? 1. x y z x-y面4个 分子晶体 干冰(CO2) 利用干冰晶体的结构模型认识分子晶体的结构特征，每个CO2周围有几个紧密相邻的CO2? 1. x y z 12个 分子晶体 干冰(CO2) 利用干冰晶体的结构模型认识分子晶体的结构特征，每个CO2周围有几个紧密相邻的CO2? 1. 分子晶体的结构特征 思考： ①构成干冰晶体的粒子是 ，其粒子间的作用力是 ， ②该晶胞中含有 个CO2分子 ③一个CO2分子周围与CO2分子等距且最近的CO2分子的数目是 。 CO2 范德华力 4 12 以面心为中心，三个相互垂直的正方形的顶点 分子晶体的结构特征 分子之间作用力只有 ， 方向性，采取分子密堆积，每个分子周围与之距离最近且等距的分子有 个。采取分子密堆积的分子晶体有 。 若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？ 分子密堆积 范德华力 无 12 只存在范德华力的分子晶体 分子晶体的结构特征 利用冰晶体的结构模型认识分子晶体的结构特征每个H2O周围有几个紧密相邻的H2O？ 2. 思考： ①水分子中的氧原子的轨道杂化方式是 。 ②冰晶体中平均1 mol水分子形成 mol的氢键。 sp3 2 分子晶体的结构特征 利用冰晶体的结构模型认识分子晶体的结构特征每个H2O周围有几个紧密相邻的H2O？ 2. 干冰(CO2) 分子非密堆积 分子之间作用力有 ， 方向性，采取分子非密堆积，每个水分子周围与之距离最近且等距的分子有 个。他们的空间位置关系是 ，采取非密堆积的分子晶体主要有 氢键和范德华力 有 4 四面体形 HF H2O NH3 存在氢键的分子晶体 分子晶体的结构特征 为什么冰刚刚融化时，密度变大，4 ℃后密度又变小？ （2） 冰的结构 冰融化，分子间的空隙减小 冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，其密度比液态水的小。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，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小 分子晶体的结构特征 为什么干冰的密度比冰的密度大？ （3） 干冰中CO2分子采用密堆积，冰中H2O分子采用非密堆积 分子晶体的结构特征 为什么冰的熔点比干冰的熔点高得多？ （4） 水分子间存在氢键，干冰中只存在范德华力，氢键的强度强于范德华力。 分子晶体的结构特征 回顾所学内容，判断下列问题的对与错 干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体(　　) 问题1 问题2 干冰比冰的熔点低很多，常压下易升华(　　) 问题3 干冰晶体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(　　) 问题4 冰晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的分子；1 mol冰中含有1 mol氢键(　　) 共价晶体 【新课导入】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? 干冰 熔点/℃ -56.2 (527 kPa) 沸点/℃ -78.5 二氧化硅 熔点/℃ 1 723 沸点/℃ 2 230 构成微粒不同 微粒间的相互作用不同 共价晶体 1.概念 共价晶体的结构特点及物理性质 共价键 原子 共价键 构成微粒 晶体中微粒间作用力 判断 方法 2.构成微粒及微粒间作用 相邻原子间以_______相结合形成共价键三维骨架结构(空间立体网状)的晶体 (也称为原子晶体) 共价晶体 2.构成微粒及微粒间作用 注意： 存在单个分子， 分子式。 化学式表示原子的 。 判断正误：二氧化硅的分子式为SiO2 （ ） 共价晶体中唯一的作用力是 ，即影 响 性质稳定性，又影响 性质熔沸点、硬度的大小。 不 无 最简整数比 ✕ 共价键 化学 物理 共价晶体 3. 立体结构 三维骨架结构 共价晶体 （1）某些非金属单质： （2）某些非金属化合物： （3）某些金属氧化物： 4. 常见的共价晶体与物质类别： C、Si 、Ge 、Sn 、B SiC、Si3N4 、SiO2、BN 刚玉（Al2O3） 共价晶体 根据表中数据，归纳共价晶体的性质特点，并从微观角度解释原因？ 【思考】 某些共价晶体的熔点和硬度 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211 硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 共价晶体的 物理共性 （1）熔、沸点______，硬度___________ （2）溶解性：________一般的溶剂。 （3）导电性：一般____导电。（晶体硅除外） 共价晶体的 结构特点 原子通过 , 结合形成的 结构，共价键键能较 。 5. 共价晶体的物理性质 高 大 难溶于 不 共价键 三维骨 架 大 决定 共价晶体 【思考讨论】 ①“具有共价键的晶体叫做共价晶体”这种说法对吗?为什么? 不正确，分子晶体中通常也含有共价键（分子内原子间） ② 与分子晶体相比，共价晶体的熔点普遍较高，为什么? 共价键强度远远强于分子间作用力 共价晶体 三种物质同属于共价晶体，熔点都比较高。熔点的相对高低与共价键的强弱有关，共价键越强，熔点越高。 金刚石、硅和锗的结构差别在于碳、硅、锗原子半径依次递增。C-C键、Si-Si键、 Ge-Ge键的键长依次递增，键长越长，键能越小，所以熔点和硬度依次下降。 共价晶体 金刚石 硅 锗 熔点/℃ ＞3 500 1 410 1 211 硬度* 10 6.5 6.0 ③由表中数据可知，金刚石、硅和锗的熔点和硬度均依次降低，如何解释?(试从微观结构解释) 共价晶体 6. 共价晶体的熔沸点的高低的比较 共价晶体的熔沸点取决于共价键的 和 ； 键能越 键长越 共价键越 共价晶体熔沸点越 。 键长 键能 大 短 稳定 高 共价晶体 【总结】 分子晶体 共价晶体 构成晶体微粒     微粒间作用力     物理性质 熔沸点     硬度     熔、沸点的影响因素     稳定性的影响因素     溶解性   导电性 分子 原子 分子间作用力 共价键 较小 很大 较小 很大 氢键、范德华力 共价键的键能、键长 部分溶于水 难溶于任何溶剂 共价键的键能、键长 共价键的键能、键长 部分溶于水才可导电 除半导体外均不导电 共价晶体的结构特征——非密堆积 1. 金刚石——晶体是一种空间网状结构： ①晶胞中碳原子数为 。 ②碳采取 杂化，形成 空间构型，键角 ③每个C形成4个C—C，每个C—C占有 个C，即C 原子与C—C数目之比为 。 1mol C原子中含 mol C—C共价键。 ④最小碳环由 个碳原子组成， （在或不在）同一个平面，最多 个碳原子在同一平面， 正四面体 sp3 8 109°28′ 2 1:2 2 6 不在 4 共价晶体的结构特征——非密堆积 1. 金刚石——晶体是一种空间网状结构： 12 每个C被 个最小环共用（每个碳原子周围可以形成 个六元环） 12 共价晶体的结构特征——非密堆积 2．SiO2晶体 （1）结构认识 ①硅原子采取 杂化，正四面体内O—Si—O键角为 。 ②1个Si原子和____个O原子形成4个________，每个O原子和____个Si原子相结合。晶体中硅原子和氧原子的个数比为 。 ③1 mol SiO2中含____ mol Si—O。 ④最小环由____个Si原子和____个O原子组成。 ⑤每个Si原子被____个12元环共用，每个O原子被____个12元环共用。 sp3 109°28′ 4 Si-O σ键 2 1:2 4 6 6 12 6 共价晶体的结构特征——非密堆积 2．SiO2晶体 （1）结构认识 ⑥右图为SiO2的晶胞图，SiO2晶胞中包含有 个 Si 原子， 个O原子 8 16 共价晶体的结构特征——非密堆积 2．SiO2晶体 二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α-SiO2)。在低温石英的结构中，顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，而没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性(左、右型)，被广泛用作压电材料，如制作石英手表。 （2）二氧化硅的多种结构（了解） 石英晶体中的硅氧四面体相连构成的螺旋链 石英的左、右型晶体 石英手表 共价晶体的结构特征——非密堆积 2．SiO2晶体 二氧化硅晶体——重要用途 水泥 单晶硅 玻璃 单晶硅制的芯片 硅太阳能 电池 二氧化硅 光导纤维 作业： 学案P22课后练习 小灰P148-150 课堂小结 HandBrake 1.3.1 2020010400 $$