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

第三章 第2节 分子晶体与共价晶体 物质的结构 和性质 第1课时 分子晶体 1 晶体 通过这章的学习，我们将晶体进行分类，分类的依据又是什么呢 ？ 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 混合型晶体 根据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用进行分类 新课导入 观察下图，找出干冰、I2 、冰三种晶体结构的共同点。 干冰 (CO2) 碘 (I2) 冰 (H2O) 构成微粒： 微粒内作用： 微粒间作用： 分子 共价键 分子间作用力 新课导入 1.概念： 只含分子的晶体称为分子晶体。 构成微粒 微粒间的作用力 分子内各原子之间 分子 分子间作用力：范德华力和氢键 共价键 思考：所有分子晶体中都存在共价键吗？ 稀有气体是单原子分子，无化学键，只有分子间作用力。 H2S， CH4， NaCl， NaOH， O2， N2，白磷，CO2，NO2 思考：下列晶体中，哪些是分子晶体？ 注意：①分子晶体融化时破坏分子间作用力 ②只有分子晶体的化学式是分子式。 （稀有气体除外） 分子晶体 4 2.常见的分子晶体 ①所有非金属氢化物： 如H2O、H2S、NH3、CH4、HX等 ②部分非金属单质： 如X2、N2、O2、S8、P4、C60等(除B、Si 、金刚石) ③部分非金属氧化物： 如He、Ne、Ar、Kr、Xe等 ④稀有气体： 如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等(除SiO2) ⑤几乎所有酸： 如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等 ⑥绝大多数有机物： 如乙醇、冰醋酸、蔗糖等 ⑦少数盐：AlCl3、BeCl2等 分子晶体 5 　思考：1.干冰熔化时破坏什么作用力？发生的什么变化?干冰熔化时有没有破坏碳氧原子间共价键？ 分子间作用力 　　2.推测分子晶体的熔点是高还是低？ 微观探析：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，所以熔点较低。 分子晶体 　思考： 3.分子晶体在固态和熔融状态下是否能够导电？ 　　4.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？ 构成分子晶体的微粒是分子，没有产生自由移动的离子，所以固态和熔融状态都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HCl、乙酸等。 说明冰晶体的硬度小 分子晶体 3.分子晶体的物理性质 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 ①熔点和沸点较低 ②一般不导电，固态和熔融状态也不导电，部分溶于水导电 ③硬度较小（多数分子晶体在常温时为气态或液态） ④溶解性：符合“相似相溶”的规律 原因：分子间作用力很弱 分子晶体 我们知道，在分子晶体中，分子间的作用力不同，此时会对其结构产生什么影响呢？ 干冰 (CO2) 冰 (H2O) 范德华力 范德华力和氢键 思考与讨论 分子晶体 二氧化碳晶胞 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 a x y z a 距离为a 距离为？ 思考与讨论 分子晶体 1 x y z 2 3 4 每个CO2周围有几个紧密相邻的CO2? 面心立方晶胞 思考与讨论 x y z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12个 每个CO2周围有几个紧密相邻的CO2? 面心立方晶胞 思考与讨论 4、结构特点： （1）只有范德华力(无方向性、饱和性)，无分子间氢键——分子密堆积 每个分子周围有12个紧邻的分子，如：干冰(CO2) 、C60、I2、O2; 碳60的晶胞 碘晶体晶胞 干冰晶胞 类似面心立方最密堆积 分子晶体 ①干冰中的CO2分子间作用力只存在 ，不存在 。 ②面心立方晶胞，每个晶胞中均摊 个CO2分子 ③每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为 个。 4 范德华力 分子间氢键 分子抽象成质点 干冰的晶胞 面心立方最密堆积 (1)分子密堆积 ——示例：干冰晶体 12 分子晶体 （2）有分子间氢键（饱和性和方向性）——不具有分子密堆积特征， 如：冰(H2O)、HF 、NH3 冰中，每个水分子周围有４个紧邻的水分子 4、结构特点： 分子非密堆积 思考：冰晶体中1 mol H2O 最多有多少mol 氢键？ 4×1/2＝2 每个水分子都与4个相邻的水分子相互吸引，构成四面体，空间利用率不高。 1 mol H2O（冰）有2mol 氢键。 氢键 示例：冰晶体 分子晶体 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 举例 C60、干冰(CO2)、I2、O2 HF、NH3、冰(H2O) 范德华力 范德华力和氢键 干冰 (CO2) 冰 (H2O) 分子晶体 【思考1】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)：水分子间通过氢键形成空隙较大的网状体，水分子间存在较大空隙，密度小 融化后(水)：水分子热运动破坏了部分氢键，分子间的空隙减小，密度增大 教材p78-79 思考与讨论 0-4℃：温度升高，部分氢键断裂，分子间隙减小，密度增大 超过4℃：温度继续升高，分子热运动加快，分子距离又加大，密度又减小 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 【思考2】为什么水在4℃时的密度最大？ 教材p78-79 思考与讨论 思考与讨论 范德华力 范德华力和氢键 【思考3】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，具有方向性与饱和性，形成分子非密堆积。 思考与讨论 【思考4】干冰和冰的外观相似、硬度接近，M(CO2) > M(H2O)，为什么 干冰的熔点比冰的低得多，且密度比冰的大？ 干冰晶胞 密堆积 冰的结构非密堆积 ①由于干冰中的CO2之间只存在范德华力，水存在分子间氢键，干冰的熔沸点比冰低。 ②由于干冰中的CO2之间只存在范德华力，一个分子周围有12个紧邻分子，分子密堆积，密度比冰的高。 总结1：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。 　　2.依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断 　　3.依据物质的性质判断 　　1.依据物质的类别判断 知识梳理 总结2：分子晶体熔、沸点的比较 　　2.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。 　　3.相对分子质量接近(相同)时，分子的极性越大，熔、沸点越高。 　　1.若分子间存在氢键，熔沸点较高；若分子内存在氢键，熔沸点较低 示例：I2＞Br2＞Cl2＞F2 示例：CO>N2 示例： H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S，HF>HCl，NH3>PH3 HI＞HBr＞HCl 分子间作用力越强，熔沸点越高 知识梳理 总结2：分子晶体熔、沸点的比较 　　4.对于有机物中的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。 5.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。 示例： C3H8＞C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH 示例：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 CH3—CH—CH2—CH3 CH3 — CH3—C—CH3 CH3 — CH3 — ＞ ＞ 正戊烷 异戊烷 新戊烷 丙烷 乙烷 甲烷 知识梳理 【资料卡片】P80 二氧化碳与镁的反应 2Mg+CO2 2MgO + C 现象： 镁粉继续燃烧，发出耀眼的白光，生成白色和黑色的固体 块状的干冰与镁粉接触面积不大， 为什么镁粉可以继续燃烧呢？ 干冰易升华 分子晶体 【科学·技术·社会】P80 天然气水合物—可燃冰 一种潜在的能源 　　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”。 理想可燃冰化学式8CH4.46H2O，水分子通过氢键形成四边形、五边形或六边形，进而形成笼状多面体。 分子晶体 分子晶体 分子晶体概念及相互作用 分子晶体的物理性质 典型的分子晶体的结构与性质 课堂小结 1.正误判断 (1)分子晶体中均存在化学键 (2)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体 (3)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 (4)SiCl4晶体是分子晶体，熔点高于CCl4 √ × × √ 课堂演练 2.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 √ 课堂演练 3.如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 B.冰晶体具有空间网状结构，不是分子晶体 C.水分子间通过H—O形成冰晶体 D.冰晶体融化时，水分子之间的空隙增大 √ 课堂演练 4.如图为干冰的晶胞结构示意图。 (1)通过观察分析，有____种取向不同的CO2分子。将CO2 分子视作质点，设晶胞边长为a pm，则紧邻的两个CO2 分子的距离为____ pm。 4 (2)其密度ρ为___________________(1 pm＝10－10 cm)。 顶角1种，三对平行面分别为3种 面对角线的一半 每个晶胞含4个CO2 课堂演练 5.下列有关分子晶体的说法一定正确的是 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.其结构一定为分子密堆积 √ 6.下列物质按熔、沸点由高到低的顺序排列，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 √ 课堂演练 7.据报道，科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60。 已知：①N60分子中每个氮原子均以N—N结合三个N原子而形成8电子稳定结构； ②N—N的键能为167 kJ· mol－1。 请回答下列问题： (1)N60分子组成的晶体为_____晶体，其熔、沸点比N2____(填“高”或“低”)，原因是______________________________________________________________。 分子 高 均为分子晶体，N60相对分子质量大，分子间作用力大，故熔、沸点高 (2)1 mol N60分解成N2时_____(填“吸收”或“放出”)的热量是______ kJ (已知N≡N的键能942 kJ·mol－1)，表明稳定性N60__(填“>”“<”或“＝”)N2。 (3)由(2)列举一种N60的用途：_____________________________。 放出 13 230 < N60可作高能炸药(答案合理即可) 课堂演练 【1】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 【2】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；②HgCl2熔融状态下不导电；③HgCl2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 课堂演练 【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 A.①②③④⑤⑥ B.③②①⑤④⑥ C.③②①④⑤⑥ D.⑥⑤④③② C 课堂演练 谢 谢 观 看 THANKS 35 eq \f(4×44,NA(a×10－10)3) g·cm－3 eq \f(\r(2),2)a $$