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 第三章 晶体结构与性质 第1课时 分子晶体 学习目标 1、知道分子晶体的结构特点。 2、能借助分子晶体模型说明分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用，以及范德华力与氢键对分子晶体结构与性质的影响。 3、能结合具体实例，说出分子晶体的粒子间相互作用与其性质（熔点 、硬度等）的关系。 根据组成晶体粒子间作用力的不同，对下列各种晶体进行分类 氯化钠晶体结构 铜晶体结构 金刚石晶体结构 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 粒子间作用力 常见的晶体类型： 碘晶体晶胞 分子间作用力 金属键 共价键 离子键 从组成粒子和粒子间相互作用的角度分析以下四种晶体结构的共同特点是什么？ 碘（I2） 干冰（CO2） 碳60（C60） 冰（H2O） 【思考与讨论】 一、分子晶体 1.概念： 只含分子的晶体叫做分子晶体。 构成粒子 分子晶体 分子 粒子间的作用力 分子间作用力 分子内各原子间 共价键 注意： ①并非所有的分子晶体中都含共价键，如稀有气体 ②分子晶体熔化时一般破坏分子间作用力 ③分子晶体构成微粒是分子，化学式就是分子式 碘晶体晶胞 2.构成粒子及作用力 (1)部分非金属单质：X2、O2、H2、 S8、P4、C60 (4)部分非金属氧化物: CO2、SO2、NO2…… (5)几乎所有的酸： H2SO4、HNO3、H3PO4 (6)绝大多数有机物：乙醇、冰醋酸、蔗糖…… (2)稀有气体： (除 SiO2 等） (除B、Si、Ge等的单质、金刚石等) 大部分非金属单质和共价化合物 3. 常见的分子晶体 (3)所有非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX…… 4.物理性质 分子晶体 氧气 氮气 白磷 水 熔点/℃ -218.3 -210.1 44.2 0 分子晶体 硫化氢 甲烷 乙酸 尿素 熔点/℃ -85.6 -182 16.6 132.7 (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HCl、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。 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。 课堂练习1：判断正误 (1)组成分子晶体的微粒是分子，在分子晶体中一定存在共价键和分子间作用力(　　) (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)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大(　　) (5)水分子间存在着氢键，故水分子较稳定(　　) (6)H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的(　　) (7)SiCl4晶体是分子晶体，熔点高于CCl4(　　) × √ 　　 × × × × √ 　　 课堂练习2：比较下列化合物的熔、沸点的高低（填“>”或“<”） ①CO2 SO2; ②NH3 PH3; ③O3 O2; ④Ne Ar; ⑤CH3CH2OH CH3OH; ⑥CO N2; < > > < > > 小结：分子晶体熔沸点的比较： 分子间作用力越强，熔沸点越高 ⑴若分子间存在氢键，则分子间作用力较大，熔沸点较高。 如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3 ⑵组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高。 I2 > Br2 > Cl2>F2 ⑶相对分子质量相近时，分子极性越大，熔沸点越高 CO>N2 ⑷有机物的同分异构体中，支链数越多，熔沸点越低。 如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷； 5.分子晶体的结构特征 特点：分子间作用力都只是范德华力，在立方体的顶角各有一个分子，6个面的中心又各有一个分子，这种堆积称为分子密堆积。 (1)分子密堆积 碳60的晶胞 ——大多数分子晶体的结构特征 碘晶体晶胞 干冰晶胞 面心立方最密堆积 干冰的晶体结构图 中心 CO2分子 以干冰晶体结构为例分析：分子密堆积的结构 ①干冰中的CO2分子间作用力只存在 ，不存在 。 ②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 12 范德华力 分子间氢键 (2)冰的结构——非密堆积 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,使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。 ③使得晶体中分子的空间利用率降低，留有相当大的空隙，这种晶体不具有分子密堆积特征。 冰晶体 小结：典型的分子晶体的结构特点 物质 干冰 冰 晶体 结构 结构 特点 ①相邻分子间只存在范德华力 ②每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子 ③每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子有12个 ①水分子之间的作用力有范德华力和氢键，但主要作用力是氢键 ②冰中位于四面体中心的水分子与四面体顶角方向的4个相邻的水分子相互作用 ③1mol冰中含有2mol氢键 课堂练习3：正误判断 (1)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体( ) (2)干冰比冰的熔点低很多，常压下易升华( ) (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个紧邻分子( ) (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 4 mol氢键( ) (5)氢键有方向性，所以液态水结成冰时体积会变大 ( ) √ 　　 × √ 　　 × √ 　　 【思考与讨论】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，这是为什么？ 提示　硫化氢晶体中只存在范德华力，属于分子密堆积，而冰中主要作用力是氢键，氢键具有方向性，氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。 课堂练习4：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 (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、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，在熔融状态或固体时均不导电。 小结：分子晶体的判断方法 课堂练习5：下列性质适合于分子晶体的是（ ） ①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电 ②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液导电 ③能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6 ℃ ④熔点97.81 ℃，质软、导电，密度为0.97 g·cm－3 A.①② B.①③ C.②③ D.②④ C 取两块大小相同的干冰，在一块干冰中央挖一个小穴，撒入一些镁粉，用红热的铁棒把镁点燃，将另一块干冰盖上，你会看到镁粉在干冰内_________，像冰灯中装进一个______一样，发出___________。(切勿用手接触干冰，以免冻伤！)这个实验不但证明了金属镁可以跟二氧化碳____，而且也说明了干冰易_____的特性。 资料卡片——镁与二氧化碳的反应： （2Mg+ CO2 2MgO+ C ) 继续燃烧 电灯泡 耀眼的白光 反应 升华 干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，熔点却比冰低得多，在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂；由于干冰中的CO2之间只存在范德华力不存在氢键，密度比冰的高。 全球的海底和冰川底部藏在天然气水合物中的天然气，总量超过煤、石油和天然气等化石燃料的总和的两倍，是巨大的潜在能源。2017 年，我国南海神狐海域试采实现连续超过七天的稳定采气。 蓝鲸一号 天然气水合物——一种潜在的能源 23 课堂练习6：海底有大量的天然气水合物，可满足人类1 000年的能源需要。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个CH4分子或1个游离H2O分子。若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离H2O分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为（ ） A.CH4·14H2O B.CH4·8H2O C.CH4· H2O D.CH4·6H2O B 课堂练习7：如图为干冰的晶体结构示意图。 (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。 (2)其密度ρ为________________________ (1 pm＝10－10 cm)。 4 $$