3.2分子晶体与共价晶体 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦分子晶体与共价晶体，通过对比4种晶体类型及作用力导入，系统梳理定义、构成微粒、作用力、物理性质及晶体结构，以问题实例和表格为支架衔接前后知识。 其亮点在于以问题驱动结合实例分析，通过干冰与冰的结构对比、金刚石与SiO₂的键能分析，渗透结构决定性质的化学观念，培养科学思维。对比表格清晰总结，助力学生构建知识网络，教师可高效开展教学。

第三章 晶体结构与性质 第二节 分子晶体与共价晶体 人教版 化学 选择性必修2 不同类型的晶体 CO2 分子晶体 金刚石 共价晶体 Cu 金属晶体 NaCl 离子晶体 4种晶体的名字分别对应4种微观层面的作用力 分子间作用力 （范德华力、氢键） 共价键 金属键 离子键 一、分子晶体 1.定义： 只含分子的晶体 CO2晶胞 I2晶胞 冰（H2O）晶胞 C60晶胞 C60晶胞模型中的每个“小球”代表的是什么？ 一个C60分子 一、分子晶体 1.定义： 只含分子的晶体 2.常见的分子晶体 （1）所有非金属氢化物 H2O、H2S、NH3、CH4、HF、HCl、HBr、HI...... （2）部分非金属单质 卤素单质X2、O2、H2、 S8、P4、C60、稀有气体(除B、Si、金刚石等) （3）部分非金属氧化物 CO2、SO2、 P4O6、 P4O10(除 SiO2等) （4）几乎所有的酸 （5）绝大多数有机物（有机盐是离子晶体） （6）AlCl3 一、分子晶体 3.相邻分子间作用力： 分子间作用力 氢键 范德华力 尽管人们把氢键也称作键，但与化学键比较，氢键属于一种较弱的作用力，比化学键的键能小1~2个数量级，不属于化学键。 4.物理性质： 熔点较____，硬度较____,熔融状态下不导电。 低 小 如何比较不同分子晶体的熔沸点高低/硬度大小？ 比较不同分子晶体对应分子间作用力的大小。 一般来说，分子间作用力越大，则熔沸点越高、硬度越大。 《选必2》教材P78 表3-2 某些分子晶体的熔点 CO(NH2)2 忽略自耦电离 范德华力很弱，比化学键的键能小1~2个数量级。 一、分子晶体 4.物理性质： 熔点较____，硬度较____，熔融状态下不导电。 低 小 如何比较不同分子晶体的熔沸点高低/硬度大小？ ※比较不同分子晶体熔沸点高低/硬度大小的思路：※ 比较不同分子晶体对应分子间作用力的大小。一般来说，分子间作用力越大，则熔沸点越高、硬度越大。 ①依据经验直接判断 ②分析晶体中是否含有分子间氢键 例如：标况下H2O为固态，HF为液态，NH3为气态，则熔沸点：H2O>HF>NH3 若含有分子间氢键，则该晶体熔沸点反常的高 ③若无分子间氢键（或相同），则比较范德华力大小 结构相似，相对分子质量（Mr）越大，范德华力越大； Mr接近，分子的极性越大，范德华力越大； Mr接近，（有机物）支链越多，范德华力越小。 沸点一般均符合结论， 熔点要尊重事实 一、分子晶体 5.晶体结构 晶体中分子间的作用力类型不同，会形成不同的晶体结构。 （1）分子密堆积——只有范德华力 以一个分子为中心，其周围最多可以有12个（配位数）紧邻的分子 CO2晶胞 C60晶胞 分子分别位于晶胞的： 所有顶点（8个） 所有面心（6个） ①排列方式 ②（物理性质）特点： 空间利用率高，密度相对较大； 熔点相对较低。 干冰（固态CO2） 干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，密度比冰的高，而熔点却比冰的低得多，在常压下极易升华。干冰在工业上广泛用作制冷剂。 一、分子晶体 5.晶体结构 晶体中分子间的作用力类型不同，会形成不同的晶体结构。 （1）分子密堆积——只有范德华力 0 1 1 2 3 4 以一个分子为中心，其周围最多可以有12个（配位数）紧邻的分子 ①排列方式 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 一、分子晶体 5.晶体结构 晶体中分子间的作用力类型不同，会形成不同的晶体结构。 （2）分子非密堆积——有氢键 ①排列方式（以冰为例） 以一个分子为中心，其周围只有4个（配位数）紧邻的分子与之以氢键相连 氢键具有饱和性、方向性的体现 ②（物理性质）特点 空间利用率不高，密度相对较小； 熔点相对较高。 为什么水的密度比冰大，且4℃的水密度最大？ 一、分子晶体 5.晶体结构 （2）分子非密堆积——有氢键 ①排列方式（以冰为例） 以一个分子为中心，其周围只有4个紧邻的分子（配位数）与之以氢键相连 为什么水的密度比冰大，且4℃的水密度最大？ 当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体（断开部分氢键），水分子间的空隙减小，密度反而增大。 超过4℃时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。 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？ 硫化氢（H2S）分子间无氢键，只有范德华力，晶体结构为分子密堆积。 一、分子晶体 5.晶体结构 （2）分子非密堆积——有氢键 ①排列方式（以冰为例） 以一个分子为中心，其周围只有4个紧邻的分子（配位数）与之以氢键相连 许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发现这类水合物晶体的是19世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为Cl2·8H2O的水合物晶体。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。这种晶体的主要气体成分是甲烷，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”。在然气水合物晶体中，有甲烷、乙烷、氮气、氧气、二氧化碳、硫化氢、稀有气体 等，它们在水合物晶体里是装在以氢键相连的几个水分子构成的笼内，因而又称笼状化合物。天然气水合物晶体中的水分子笼是多种多样的。 《选必2》教材P80 图3-20 天然气水合物示意图 一、分子晶体 1.定义： 只含分子的晶体 3.相邻分子间作用力： 分子间作用力 氢键 范德华力 2.常见的分子晶体 （1）所有非金属氢化物 H2O、H2S、NH3、CH4、HF、HCl、HBr、HI...... （2）部分非金属单质 卤素单质X2、O2、H2、 S8、P4、C60、稀有气体(除B、Si、金刚石等) （3）部分非金属氧化物 CO2、SO2、 P4O6、 P4O10(除 SiO2等) （4）几乎所有的酸 （5）绝大多数有机物（有机盐是离子晶体） （6）AlCl3 晶体中没有分子，只有靠共价键连接在一起的原子 二、共价晶体 1.构成微粒： 原子 2.微粒间作用力： 共价键 原子间通过共价键无限延伸，形成空间立体结构， 整块晶体可视为一个“巨型分子” 3.物理性质： 熔点高、硬度大、难溶于常见溶剂 4.常见共价晶体 （1）某些单质 硼（B）、金刚石（C）、硅（Si）、锗（Ge）、灰锡（Sn） （2）某些非金属化合物 氮化硼（BN）、碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、二氧化硅（SiO2） （3）刚玉（α-Al2O3） 一般不导电（硼、硅、锗、灰锡是半导体） 键长 二、共价晶体 5.晶体结构 （1）金刚石 《选必2》教材P81 图3-21 金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图 金刚石晶体中，每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合， C—C—C夹角为109°28′，即碳原子采取sp3杂化轨道形成共价键三维骨架结构。 金刚石里的C—C共价键的键长（154 pm）很短，键能（347.7 kJ/mol）很大，这一结构使金刚石在所有已知晶体中硬度最大，而且熔点（＞3 500 ℃）也很高。 为什么C—C键的键长很短？ 键长是构成化学键的两个原子（处于震动平衡位置）的核间距。 因为碳原子的半径很小 ※解释共价晶体熔点、硬度大小的思路：※ 原子半径→键长→键能→熔点、硬度 二、共价晶体 5.晶体结构 （1）金刚石 12g金刚石中，C—C的物质的量是多少？ 均摊法 1个C能形成4条C—C单键 每条C—C单键被2个碳原子所共用 即归属于1个C的C—C单键数目为4×1/2=2条 故12g(1mol)金刚石中C—C物质的量为2mol 在金刚石晶体中最小环由多少个碳原子构成？是否在同一平面内？ 6个 否 二、共价晶体 5.晶体结构 （1）金刚石 一个金刚石晶胞所含有的碳原子数： y x z 在晶胞坐标系中，规定：每条轴上的最大数值为1 即：A(0,0,1);B(1,0,0);C(0,1,0) A B C D E F G 则： D( , , );E( , , );F( , , );G( , , ) 设晶胞参数（晶胞边长）为 a nm，则BD=EC=AF= 即1/4体对角线长 设NA为阿伏伽德罗常数的值，则该晶胞的密度为： 金刚石晶胞中碳原子的配位数为： 4 二、共价晶体 5.晶体结构 （1）金刚石 ※解释共价晶体熔点、硬度大小的思路：※ 原子半径→键长→键能→熔点、硬度 （2）硅、锗、碳化硅 金刚石在所有已知晶体中硬度最大，而且熔点（＞3 500 ℃）也很高。 碳、硅、锗是同一主族的元素，硅和锗形成的晶体与金刚 石的结构极其相似，只是将碳原子换成了硅原子或锗原子。 碳化硅俗名“金刚砂”，具有类似金刚石的晶体结构，其晶体中碳原子和硅原子相间排列。 金刚石、碳化硅、硅、锗的熔点从大到小如何排列？为什么？ 金刚石>碳化硅>硅>锗 原子半径：C<Si<Ge,所以键长C—C>C—Si>Si—Si>Ge—Ge，键能依此减小 二、共价晶体 5.晶体结构 （3）二氧化硅（SiO2） SiO2是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英。遍布海滩河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗石里的白色晶体以及透明的水晶都是低温石英。低温石英的结构中，顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链（如图3-22），这一结构决定了它具有手性（左、右型）（如图3-23），广泛用作压电材料，如制作石英手表。SiO2具有许多重要用途，是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 《选必2》教材P81 图3-22 石英晶体中的硅氧四面体相连构成的螺旋链 《选必2》教材P81 图3-23 石英的左、右型晶体 二氧化硅晶体中Si与O的个数比为多少？SiO2是二氧化硅的分子式吗？ SiO2不是分子式。二氧化硅晶体中不存在SiO2分子，SiO2是二氧化硅的化学式，代表二氧化硅中，Si与O的个数比为1:2 二氧化硅晶体中，1个Si连接4个被2个Si共用的O，故二氧化硅晶体中，Si与O的个数比为1:2 总结 晶体类型 分子晶体 共价晶体 构成粒子 分子 原子 粒子间相互作用 分子间作用力 共价键 是否存在分子 是 否 熔点 较低 很高 硬度 较小 很大 熔化时破坏的作用力 分子间作用力 共价键 代表物 水、二氧化碳 金刚石、二氧化硅 $$