第3章 第2节 第1课时 分子晶体-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2五维课堂同步课件PPT（人教版2019）

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2.能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特征 1.宏观辨识与微观探析：能辨识常见的分子晶体，并能从微观角度分析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 2.证据推理与模型认知：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 [知识梳理] [知识点一]　分子晶体及其结构特点　 1．概念 只含分子的晶体。 2．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。 3．常见分子晶体及物质类别 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、H2SiO3等 绝大多数　有机物　 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 4.分子晶体的常见堆积方式 分子间作用力 堆积方式 实例 范德华力 分子采用　密堆积　，每个分子周围有　12　个紧邻的分子 如C60、干冰、I2、O2 范德华力、　氢键　 分子不采用　密堆积　，每个分子周围紧邻的分子少于12个 如HF、NH3、冰 [知识点二]　两种典型的分子晶体的组成和结构　 1．冰 (1)水分子之间的主要作用力是　氢键　，当然也存在　范德华力　。 (2)　氢键　有方向性，它的存在迫使在　四面体中心　的每个水分子与　四面体顶角　方向的　4　个相邻水分子互相吸引。 2．干冰 (1)干冰中的CO2分子间只存在　范德华力　，不存在　氢键　。 (2)①每个晶胞中有　4　个CO2分子，　12　个原子。 ②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为　12　个。 [知识点三]　分子晶体的物理性质　 1．物理特性 (1)分子晶体的熔、沸点　较低　，密度　较小　，硬度较小，较易熔化和挥发。 (2)一般是绝缘体，熔融状态也不导电。 (3)溶解性符合“相似相溶”规律。 2．分子晶体熔、沸点高低的比较规律 (1)分子晶体中分子间作用力　越大　，物质熔、沸点　越高　，反之　越低　。 (2)具有氢键的分子晶体，熔、沸点　反常高　。 [自我评价] 1．[判一判](对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)分子晶体中只存在分子间作用力。(×) (2)分子晶体熔化时共价键断裂。(×) (3)分子晶体中氢键越强，分子越稳定。(×) (4)分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键。(√) (5)冰融化时，分子中H—O键发生断裂。(×) 提示：冰属于分子晶体，融化时要克服分子间作用力和氢键，分子内的共价键不断裂。 (6)冰融化与干冰升华克服的作用力完全相同。(×) 提示：干冰升华只克服范德华力，而冰融化除克服范德华力外还克服氢键。 (7)分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定。(×) 提示：分子间作用力的大小决定分子晶体的熔沸点的高低，而分子的稳定性取决于化学键的强弱。 2．[想一想] 常温下，液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0℃以下，水凝结为冰，其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。 (3)电解水生成氢气和氧气时破坏的作用力是什么？ 提示：共价键。 (4)为什么液态水的密度大于冰的密度？ 提示：由于在冰的晶体中，水分子之间形成氢键，水分子之间以缔合分子形式存在，占据的空间增大，密度减小。 (1)冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用？ 提示：共价键、氢键、范德华力。 (2)冰融化成水时破坏的作用力是什么？ 提示：氢键和范德华力。 　分子晶体的性质 [情境素材] 以下图甲是雪花冰晶体的各种形态的示意图，图乙和图丙是冰和干冰的结构。 [思考探究] (1)雪花冰晶体中存在的相互作用是什么？若将雪花冰融化，破坏的作用力是什么？ 提示：雪花冰晶体实际为冰，存在的相互作用有分子间作用力和氢键，故将雪花冰融化，将破坏分子间作用力和氢键。 (2)已知氢键也有方向性，试分析为什么冬季河水总是从水面上开始结冰？ 提示：由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶角方向的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状晶体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上。 (3)为什么冰融化为水时，密度增大？ 提示：在冰晶体中，每个分子周围只有4个紧邻的水分子，由于水分子之间的主要作用力是氢键，氢键跟共价键一样具有方向性，即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，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。 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。 (4)为什么干冰的熔沸点比冰低而密度却比冰大？ 提示：由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。由于水分子间氢键的方向性，导致冰晶体不具有分子密堆积特征，晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下冰体积较大。由于CO2分子的相对分子质量>H2O分子的相对分子质量，所以干冰的密度大。 (5)干冰升华过程中破坏共价键吗？ 提示：干冰升华的过程中破坏分子间作用力，不破坏共价键。 [核心突破] 1．分子晶体的物理性质 (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。 2．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的熔、沸点高。 (4)有机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。 [典例示范] [典例]　下列叙述正确的是(　　) A．由分子构成的物质其熔点一般较低 B．分子晶体在熔化时，共价键被破坏 C．分子晶体中分子间作用力越大，其化学性质越稳定 D．物质在溶于水的过程中，化学键一定会被破坏或改变 [思维建模]　解答有关分子晶体组成和性质问题的思维流程如下： [解析]　A　[分子晶体熔化时共价键未被破坏，B错；分子晶体的稳定性与其共价键有关，C错，物质溶于水化学键不一定被破坏或改变，例如蔗糖溶于水，D错。] (1)分子晶体的物理性质由分子间作用力(氢键、范德华力)强弱决定。 (2)分子晶体的化学性质由分子内共价键的强弱(键长、键能)决定。 [学以致用] 1．某化学兴趣小组在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下： NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2 熔点/℃ 801 712 190 －68 782 沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600 根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是(　　) A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4 C．NaCl、CaCl2 D．全部 解析：B　[由于由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间作用力相互作用，而分子间作用力较小，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔沸点较低，表中MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸点很高，不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，所以B项正确，A、C、D三项错误。] [方法技巧]　分子晶体的判断方法 (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。 2．下列有关冰和干冰的叙述不正确的是(　　) A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体 B．冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子 C．干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华 D．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 解析：A　[干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，分子采取密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力，冰融化需要克服范德华力和氢键，由于氢键作用力比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常压下易升华。] 3．(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于　________　晶体。 (2)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，如ClF3、BrF3，常温下它们都是易挥发的液体。ClF3的熔、沸点比BrF3的　________　(填“高”或“低”)。 (3)下图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。试说明每个CO2分子周围有　________　个与之紧邻的CO2分子；该结构单元平均占有　________　个CO2分子。 解析：(1)该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，熔、沸点较低，所以为分子晶体。(2)组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高，所以ClF3的熔、沸点比BrF3的低。 答案：(1)分子　(2)低　(3)12　4 1．支持固态氨是分子晶体的事实是(　　) A．氮原子不能形成阳离子 B．铵离子不能单独存在 C．常温下，氨是气态物质 D．氨极易溶于水 解析：C　[分子晶体的特征是熔、沸点较低，常温下氨为气体可以证明氨为分子晶体。] 2．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 解析：B　[A.分子晶体是由分子构成的，A正确；B.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，B错误；C.分子间以分子间作用力相结合，C正确；D.分子晶体的熔、沸点一般比较低，D正确。] 3．BeCl2熔点较低，易升华，溶于醇和醚，其化学性质与AlCl3相似。由此可推测BeCl2(　　) A．熔融态不导电 B．水溶液呈中性 C．熔点比BeBr2高 D．不与氢氧化钠溶液反应 解析：A　[根据提供信息，可以判断BeCl2为分子晶体。BeCl2在熔融态不导电，A项正确，BeCl2溶液由于Be2＋水解呈酸性，B项错误；BeCl2、BeBr2均为分子晶体，组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，则熔点BeCl2<BeBr2，C项错误；BeCl2与AlCl3性质相似，由AlCl3能与NaOH溶液反应可以类推BeCl2能与NaOH溶液反应，D项错误。] 4．水分子间可通过一种叫“氢键”的作用(作用力介于化学键与范德华力大小之间)彼此结合而形成(H2O)n，在冰中n值为5。即每个水分子被其他4个水分子包围形成变形四面体，如图所示为(H2O)5单元，由无限个这样的四面体通过氢键构成一个庞大的分子晶体，即冰。下列有关叙述正确的是(　　) A．1 mol冰中含有4 mol氢键 B．1 mol冰中含有4×5 mol氢键 C．平均每个水分子只含有2个氢键 D．平均每个水分子只含有eq \f(5,4)个氢键 解析：C　[由图可知，每个水分子(处于四面体的中心)与4个水分子(处于四面体的四个顶点)形成四个氢键，因为每个氢键都是由2个水分子共同形成的，所以每个水分子形成的氢键数为4×eq \f(1,2)＝2。] 5．(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“＞”或“＜”) ①CO2　________　SO2　②NH3　________　PH3 ③O3　________　O2　④Ne　________　Ar ⑤CH3CH2OH　________　CH3OH ⑥CO　________　N2 (2)已知AlCl3的熔点为190℃(2.02×105Pa)，但它在180℃即开始升华。请回答： ①AlCl3固体是　________　晶体。 ②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是_____________________________________。 解析：(1)各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔、沸点的判断规律，分子间作用力越大，相对分子质量越大，分子极性越大，分子间存在氢键，则晶体的熔、沸点越高，较容易比较六组物质熔、沸点的高低。 (2)由AlCl3的熔点低以及在180℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其熔融状态下是否导电，若不导电是共价化合物，导电则是离子化合物。 答案：(1)①＜　②＞　③＞　④＜　⑤＞　⑥＞ (2)①分子　②在熔融状态下，实验其是否导电，若不导电是共价化合物，若导电是离子化合物 [课堂小结] $$