第三章 第二节 第1课时 分子晶体 课件1-2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课件PPT（人教版2019）

第1课时 分子晶体 第二节 分子晶体与共价晶体 化学 1. 了解干冰、冰等分子晶体的宏观性质,明确分子晶体的概念。理解分子晶体的空间结构特点及粒子的堆积方式。知道分子晶体熔、沸点高低与晶体结构及粒子间作用力的关系。培养学生“宏观辨识与微观探析”的化学核心素养。 2.结合干冰、冰等分子晶体的结构模型,通过分析、推理、计算等方法,认识典型分子晶体的组成和结构,建立思维模型,并运用模型解决实际问题。培养“证据推理与模型认知”的化学核心素养。 学习目标 学习重难点 重点： 分子晶体的结构特点与性质间的关系。 难点： 氢键对冰晶体结构和性质的影响。 知识回顾 1.什么是分子间作用力?能决定哪些性质? 分子间存在的作用力叫做分子间作用力,也叫范德华力。分子间作用力能决定由分子构成的物质的熔点、沸点、硬度、密度等性质。 2.氢键是如何形成的?有什么特征? 氢键是由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间形成的作用力。氢键具有饱和性和方向性。 引入新课 冰 碘晶体 我们已经知道,冰易融化,干冰易气化,碘晶体易升华,你知道这些晶体为什么具有上述的特殊性质吗?它们的结构是怎样的呢? 导入新课 一、分子晶体 [设问] 观察分析碘晶胞的结构特点及粒子间的作用力,你能得出什么结论? 碘晶胞中只有分子。晶体中相邻分子间以分子间作用力相互吸引,分子内原子以共价键相结合。 课堂探究 一、分子晶体 [问题1-1] 既然组成分子晶体的粒子都是分子,那这些粒子之间存在着哪些作用呢? 范德华力(分子间作用力),可能还有氢键。 1.定义:只含分子的晶体称为分子晶体。 [问题1-2] 据此,可推断出分子晶体有哪些特点? 熔点低、硬度小。 课堂探究 一、分子晶体 [讨论、合作] 根据分子晶体的概念,结合我们已学知识,想一想哪些物质的晶体属于分子晶体呢? 多数非金属单质，如氢气；非金属氢化物，如水；部分非金属氧化物；几乎所有的酸；大多数有机物。 2.特点:有单个分子存在,化学式就是分子式。熔点低、硬度小,易升华。 课堂探究 一、分子晶体 3.常见的分子晶体 (1)所有非金属氢化物。 (2)部分非金属单质,如卤素(X2)、氧气(O2)、氮气(N2)、白磷(P4)、硫(S8)、碳60(C60)等。 (3)部分非金属氧化物,如CO2、P4O6、P4O10、SO2等。 (4)稀有气体。 (5)几乎所有的酸。 (6)绝大多数有机化合物。 课堂探究 一、分子晶体 [讨论、合作] 分子晶体是由分子构成的,而分子间存在着范德华力,范德华力决定了分子晶体的物理性质,那么,分子晶体都有哪些物理性质呢? 一是熔、沸点较低。因为范德华力较弱，像干冰（固态二氧化碳）在常温常压下就会直接升华，克服的就是较弱的分子间作用力。二是硬度小。可以轻易地改变分子晶体的形状，如石蜡很容易被刮削。三是一般不导电。不过像酸类分子晶体溶于水后可以导电，因为在水中会发生电离。四是溶解性与溶质、溶剂的极性有关。“相似相溶”，例如非极性的碘易溶于非极性的有机溶剂。 【归纳】分子晶体的物理性质 1.分子晶体具有较低的熔点和较小的硬度。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,而苯和CCl4则不溶于水。 课堂探究 一、分子晶体 课堂探究 二、认识干冰、冰的晶胞结构 [模型展示] [情境设问] 【问题2-1】干冰晶体中粒子间的作用力有哪几种?一个干冰晶胞中平均有几个CO2分子?与一个CO2分子距离最近且相等的CO2分子共有多少个? 干冰晶体中粒子间的作用力只有范德华力;4个;12个。 课堂探究 二、认识干冰、冰的晶胞结构 [总结] 如果分子间作用力只有范德华力,无分子间氢键,每个分子周围最多可以有12个紧邻的分子,分子晶体这样的结构特征称为分子密堆积,如C60、干冰、I2、O2等。有的晶体存在分子间氢键,则不具有分子密堆积特征,如HF、冰、NH3等。 课堂探究 二、认识干冰、冰的晶胞结构 [模型展示] 冰的晶胞模型 [情境设问] 【问题2-2】冰晶体中粒子间的作用力有哪几种?每个水分子最多可以形成几个氢键? 冰晶体中粒子间的作用力有范德华力和氢键;每个水分子最多可以形成4个氢键。 课堂探究 二、认识干冰、冰的晶胞结构 由冰的结构图可以看出,每个水分子最多可以形成4个氢键(每个H原子各1个,O原子两个)。氢键对冰晶体结构的影响是很明显的。在整个冰的晶体结构中,每个H原子都参与了氢键的形成,这是因为它服从“最大限度生成氢键原理”,尽可能多地生成氢键,可以最大限度地降低体系的能量,以增强晶体结构的稳定性。这样每个O原子周围都有4个H原子,由图可以看出,2个H原子距O原子较近,以共价键结合;另2个H原子距O原子较远,则以氢键相连。O的配位数为4,为了形成较稳定的四面体结构,水分子中原有的键角(105°)也稍有扩张,使各键之间都形成正四面体夹角(109°28')。这种结构是比较疏松的,因此冰表现出密度比液态水小的特殊性质。当冰熔化成液态水时,部分氢键遭破坏,而水中仍然保持有许多运动自由的以氢键构成的水分子小集团,且不断变动改组。由于这些小集团可以堆积得较为紧密,因而冰熔化时体积反而缩小。冰的结构属于六方晶系,从冰的这种六方晶系模型出发,不难推想出雪花为六角晶形的基本内在因素。 课堂探究 (1)如果分子间作用力只是范德华力,若以一个分子为中心,其周围最多可以有12个紧邻的分子,如干冰晶体。 (2)如果分子间还有其他作用力,如存在氢键的分子晶体,由于氢键具有方向性,必然要对这些分子堆积而成的晶体的结构产生影响,如晶体冰。 二、认识干冰、冰的晶胞结构 【总结】分子晶体的结构特征和结构模型 课堂拓展 三、分子晶体熔、沸点比较规律 1.少数主要以氢键作用形成的分子晶体,比一般的分子晶体的熔、沸点高,如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键,所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。 2.组成与结构相似,分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体,随着相对分子质量的增大,物质的熔、沸点逐渐升高。例如,常温下Cl2呈气态,Br2呈液态,而I2呈固态;CO2呈气态,CS2呈液态。 3.相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体,其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高,如CO的熔、沸点比N2的高。 4.有机化合物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体,相对分子质量相同,一般支链越多,分子间的相互作用力越弱,熔、沸点越低,如熔、沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷。 课堂练习 [练习1] 下列属于分子晶体的性质的是( ) A.熔点1 070 ℃,易溶于水,水溶液能导电 B.能溶于CS2,熔点112.8 ℃,沸点444.6 ℃ C.熔点1 400 ℃,可做半导体材料,难溶于水 D.熔点97.81 ℃,质软,导电,密度为0.97 g·L-1 B 解析:分子晶体的物理性质为熔、沸点较低,硬度较小,固体时不导电,一般符合“相似相溶”的规律。综合以上性质特点可知,B项正确。 课堂练习 [练习2] 下列说法中,正确的是( ) A.构成分子晶体的粒子一定含有共价键 B.分子晶体中,分子间作用力越大,分子的化学性质越稳定 C.分子晶体中,共价键键能越大,该分子晶体的熔、沸点越高 D.对组成和结构相似的分子晶体来说,相对分子质量越大,熔、沸点越高 D 解析:A项,稀有气体属于分子晶体,但不含有共价键。B项,分子的化学性质与分子间作用力无关,分子间作用力决定的主要是物理性质。C项,共价键键能不能决定分子晶体的熔、沸点,分子晶体的熔、沸点主要由范德华力和氢键决定。 课堂练习 [练习3] (双选)下列变化中,不需要破坏化学键的是(　 　)　　　　　　　　 A.氯化钠溶于水 B.干冰气化 C.氯化氢溶于水 D.蔗糖溶于水 BD 解析:A项中氯化钠溶于水破坏的是离子键。B项中干冰气化破坏的是分子间作用力。C项中氯化氢溶于水破坏的是共价键。D项中蔗糖溶于水破坏的是分子间作用力。 下列物质中属于分子晶体的是(　 　) ①干冰　②SiO2　③晶体硅　④白磷　⑤氨基乙酸　⑥固态He　　　　　　　 A.①②③④⑤⑥ B.②③④⑥ C.②③ D.①④⑤⑥ 课堂练习 [练习4] D 解析:干冰、白磷、氨基乙酸和固态He属于分子晶体。 下列有关分子晶体的叙述正确的是(　 　) A.分子内均存在共价键 B.分子晶体的熔点较高 C.分子晶体中一定存在氢键 D.分子晶体熔化时一定破坏了范德华力 课堂练习 [练习5] D 解析:稀有气体分子内无化学键,A项错误;分子晶体有低熔点的特性,B项错误;分子晶体中不一定存在氢键,如CO2晶体,C项错误;分子晶体中分子间一定存在范德华力,可能存在氢键,所以分子晶体熔化时一定破坏了范德华力,D项正确。 下列关于分子晶体的说法不正确的是(　 　) A.分子晶体中含有分子 B.固态或熔融态时均能导电 C.分子间以分子间作用力相结合 D.熔、沸点一般比较低 课堂练习 [练习6] B 解析:A项,分子晶体是由分子构成的;B项,固态或熔融态时,分子晶体既不电离也没有自由移动的电子,均不能导电;C项,分子间以分子间作用力相结合;D项,分子晶体的熔、沸点一般比较低。 化合物形成的晶体结构多种多样。如图所示的几种结构所表示的物质最有可能是分子晶体的是(　 　) ① ② ③ ④ ⑤ A.①④ B.②③ C.①② D.④⑤ 课堂练习 [练习7] A 解析:②③⑤的结构都是向外延伸和扩展的,而①和④的结构没有这种特点,所表示的物质最有可能是分子晶体,A项符合题意。 SiCl4的分子结构与CCl4类似,对其作出如下推断,其中正确的是(　 　) ①SiCl4晶体是分子晶体　②常温常压下SiCl4不是气体　③SiCl4的分子是由极性共价键形成的　④SiCl4的熔点高于CCl4 A.全部 B.只有①② C.只有②③ D.只有① 课堂练习 [练习8] A 解析:CCl4属于分子晶体,常温常压下为液体,含有共价键。①SiCl4与CCl4结构相似,则SiCl4是分子晶体,正确;②SiCl4与CCl4结构相似,且SiCl4的相对分子质量较大，CCl4是液体,则常温常压下SiCl4不可能是气体,正确;③SiCl4中Si与Cl形成共价键,则SiCl4是由极性共价键形成的分子,正确;④结构相似,分子晶体的相对分子质量越大,熔点越高,则SiCl4的熔点高于CCl4,正确。 干冰晶胞结构如图所示,即8个CO2分子占据立方体的顶角,且在6个面的中心又各有1个CO2分子。在每个CO2分子周围距离a(其中a为立方体棱长)的CO2分子有 (　 　) A.4个 B.8个 C.12个 D.6个 课堂练习 [练习9] C 课堂小结 布置作业 完成教材P84第1、2、8题。 谢谢大家 $$