3.2.1 分子晶体 教学设计 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

教学设计 课题 第三章　晶体结构与性质 第二节　分子晶体与共价晶体 第1课时 分子晶体 授课类型 新授课 授课对象 授课时间 课时 1课时 教材 选择性必修2（人教版） 教学目标及教学重点、难点 教学目标：1. 知道分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体。 2. 认识分子晶体中微粒及其微粒间的相互作用。 3. 借助冰、干冰等模型认识分子晶体的结构特点及物理特性。 教学重点：分子晶体的结构与性质之间的关系，氢键对分子晶体结构与性质的影响； 教学难点：分子晶体的结构特点，氢键对冰的结构和性质的影响。 核心素养 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。（宏观辨识与微观探析） 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，并能利用均摊法对晶胞进行分析。（证据推理与模型认知） 教学方法和手段 PPT 演示、 教学过程(表格描述) 教学环节 主要教学活动 设置意图 导入 新课 【引入】 讨论雪花、冰糖、食盐、水晶和电木（酚醛树脂）这些固体是否属于晶体？若不是晶体，请说明理由。雪花 冰糖 食盐 水晶 电木（酚醛树脂）不属于晶体，它是高分子聚合物，没有固定的熔点、沸点。 激发学生的学习兴趣，建立知识框架，激发思考和探究，以及增强学习动力。 讲授 新课 【过渡】 图为常见的四种分子晶体，请从组成粒子和粒子间相互作用的角度分析，其共同特点是什么？ 碘（I2） 干冰（CO2） 碳60（C60） 冰（H2O） 【学生】以上四种物质，都是分子构成的。 【讲解并展示】一、分子晶体 1.分子晶体的概念 只含分子的晶体叫做分子晶体。如：I2、H2O、NH3、H3PO4、萘等在固态时都是分子晶体。 2.构成分子晶体的粒子------分子 3.分子晶体中粒子间的作用 分子晶体中相邻的分子间以分子间作用力相互吸引，原子间通常以共价键结合。 4.分子晶体与物质的类别 物质种类 实例 所有非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等 部分非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等 部分非金属氧化物 CO2、P4O10、SO2、SO3等 几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4等 绝大多数有机物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 5.分子晶体的常见堆积方式： 分子密堆积 分子非密堆积 微粒间作用力 范德华力 范德华力和氢键 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，空间利用率低 举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰 【过渡】 为什么干冰的密度比冰大？ 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，密度比冰的高。 为什么干冰的熔沸点比冰低？ 水存在分子间氢键，CO2之间只存在范德华力，干冰的熔沸点比冰低。干冰常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂。 【提问】分子晶体有哪些常见的物理性质呢？下表列出了一些分子晶体的熔 点，请根据表中数据分析，分子晶体的熔点有什么特点？你能从微观角度解释熔 点较低的原因吗？ 分析表中数据，归纳分子晶体的物理性质，并说明原因。 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 【讲解并展示】二、分子晶体的物理通性 1.分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。 分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华(如干冰、碘、红磷、萘等)，且硬度较小。 2.分子晶体一般不导电。 分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。 3.分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律 即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。如：H2O是极性溶剂，SO2、H2S、HBr等都是极性分子，它们在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非极性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非极性溶剂，则Br2、I2等非极性分子易溶于其中，而水则不溶于苯和CCl4中。 【过渡】接下来我们聚焦干冰和冰两种典型的分子晶体进行研究。 【讲解并展示】三、分子晶体的结构特征 1.冰的结构 【思考与讨论】 为什么冰晶体中每个H2O周围紧密相邻的H2O只有4个？ 冰的结构 【学生】结合冰的结构进行小组讨论。 【讲解】冰晶体中水分子间存在氢键，氢键的作用力远大于范德华力。氢键具有方向性和饱和性。 ①水分子之间的作用力有范德华力、氢键 ，但主要是氢键。 ②由于氢键具有方向性，使四面体中心的每个水分子与四面体顶点的4个相邻的水分子相互吸引。 ③冰的硬度和干冰相似，而熔点比干冰的熔点高。 【提问】结构决定性质，观察干冰晶胞，你能描述二氧化碳分子的位置和每 个干冰晶胞中有多少二氧化碳分子吗？ 【PPT展示】 2.干冰的结构 干冰的晶体结构在干冰晶体中，CO2分子在范德华力作用下，以密堆积方式排列而成：8个CO2分别位于立方体的8个顶点，6个CO2位于立方体的6个面心。每个CO2周围，离该分子最近且距离相等的CO2共12个，分别分布于3个相互垂直的平面上，每个平面上有4个。 （1）干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。 （2）每个晶胞中均摊4个CO2分子,含有12个原子。 （3）每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。 （4）干冰在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂。 【及时巩固】 观察下图冰和干冰的晶体结构,回答下列问题: (1)为什么干冰的熔点比冰低而密度却比冰大? (2)干冰升华过程中破坏共价键吗? 【讲解】 (1)为什么干冰的熔点比冰低而密度却比冰大? 提示:冰中水分子间除了范德华力外还有氢键作用,而干冰中CO2分子间只有范德华力,所以冰的熔点比干冰高。由于水分子间形成的氢键具有方向性,导致冰晶体不具有分子密堆积特征,晶体中有较大的空隙,所以相同状况下冰的密度较小。由于干冰中CO2分子采取密堆积方式形成晶体,所以干冰的密度较大。 (2)干冰升华过程中破坏共价键吗? 提示:干冰升华过程中只破坏范德华力,不破坏共价键。 四、分子晶体熔沸点的特点及比较 1.分子晶体熔、沸点的特点： 熔、沸点均较低，有些分子晶体具有易挥发、升华的性质。 2.分子晶体熔、沸点高低的判断方法： （1）组成和结构相似的物质，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高。如：O2>N2，HI>HBr>HCl。 （2）相对分子质量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高。 如:CO>N2 （3）含有分子间氢键的分子晶体，熔沸点较高。 如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3 （4）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, C2H5CI>CH3CI, CH3COOH> HCOOH。 （5）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低。如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷； 芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“邻位>间位>对位”的顺序 五、分子晶体的判断方法 1.依据物质的类别判断 （1）部分非金属单质；（2）所有非金属氢化物；（3）部分非金属氧化物；（4）几乎所有的酸；（5）绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。 2.依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断 组成分子晶体的粒子是分子，粒子间作用是分子间作用力。 3.依据物质的性质判断 分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。 分析概念，细化概念，便于理解。 尽量照顾到 更多学生。 对比学习， 便于区分， 快速掌握， 利于学生掌 握要点。 这里是本节 课的重 点加难点，一定要不厌其 烦，语速适 中，考虑学生的认知水 平，尽量照顾到更多学生。 课堂小结 概括学习要点，检查学习效果，引导思考和问题解决，以及激发学习兴趣和动力。 课堂 练习 1．氯化硼的熔点为 -107℃，沸点为12.5℃，在其分子中键与键之间的夹角为120°，能水解，有关叙述正确的是(　　) A． 氯化硼液态时能导电而固态时不导电 B． 氯化硼加到水中使溶液的pH升高 C． 氯化硼分子呈正三角形，属极性分子 D． 氯化硼遇水蒸气会产生白雾 【答案】D 【解析】氯化硼熔、沸点都较低说明其是分子化合物，液态时不导电，A项错误；氯化硼水解产生HCl，使溶液pH降低，B项错误；其分子构型对称，正负电荷重心重合，属于非极性分子，C项错误；氯化硼水解生成的HCl在空气中会形成白雾，D项正确。 2．二茂铁[(C5H5)2Fe]的发现是有机金属化合物研究中具有里程碑意义的事件，它开辟了有机金属化合物研究的新领域。已知二茂铁的熔点是173 ℃(在100 ℃以上能升华)，沸点是249 ℃，不溶于水，易溶于苯、乙醚等有机溶剂。下列说法不正确的是( 　　) A． 二茂铁属于分子晶体 B． 在二茂铁中， C5H5−与Fe2＋之间形成的化学键类型是离子键 C． 已知环戊二烯的结构式为 ，则其中仅有1个碳原子采取sp3杂化 D． C5H5−中一定含有π键 【答案】B 【解析】 根据二茂铁的物理性质如熔点低、易升华、易溶于有机溶剂等，可知二茂铁为分子晶体，A项正确；碳原子含有孤电子对，铁离子含有空轨道，二者可形成配位键，B项错误；1号碳原子含有4个σ键，无孤电子对，杂化类型为sp3，2、3、4、5号碳原子有3个σ键，无孤电子对，杂化类型为sp2，因此仅有1个碳原子采取sp3杂化，C项正确；C5H5−中碳原子没有达到饱和，故存在碳碳双键，而碳碳双键中只有一个σ键，另一个必然为π键，D项正确。 3.晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如下图所示，下列说法正确的是（ ） A．C60摩尔质量是720 B．C60与苯互为同素异形体 C．C60晶体中仅存在范德华力 D．每个C60分子周围与它距离最近且等距离的C60分子有12个 【答案】D 【解析】C60的摩尔质量为720g/mol，A项错误；由同种元素形成的不同种单质互为同素异形体，而苯是碳氢形成的化合物，B项错误；C60属于分子晶体，晶体中不仅存在范德华力，还存在碳与碳之间的共价键，C项错误；根据晶胞的结构可知，以晶胞中顶点上的C60分子为研究对象，与它距离最近等距离的C60分子分布在立方体的面心上，每个C60分子被8个立方体共用，有12个面与之相连，所以每个C60周围与它距离最近等距离的C60有12个，D项正确。 4.甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是（ ） A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子 B．晶体中1个CH4分子周围有8个紧邻的CH4分子 C．甲烷晶体熔化时需克服共价键 D．1个CH4晶胞中含有4个CH4分子 【答案】D 【解析】甲烷晶体为分子晶体，晶胞中的每个球都代表1个CH4分子，A不正确； 晶体中1个CH4分子周围有紧邻的CH4分子数为 ，B不正确；甲烷晶体为分子晶体，熔化时只需克服分子间的作用力，不需要破坏分子内的共价键，C不正确； 1个CH4晶胞中含有CH4的数目为 ，D项正确。 巩固学生对所学知识的理解和掌握，并帮助他们将所学知识熟练运用 板书设计 1、 分子晶体 2、 分子晶体的物理通性 3、 分子晶体的结构特征 4、 分子晶体熔沸点的特点及比较 5、 分子晶体的判断方法 教学设计反思 学生本身听课情绪较高，有很大的学习兴趣今后在教育教学中会努力提升自己，强化技能，更好的适应新教材和新课改的要求。 学科网（北京）股份有限公司 $$