3.2.1分子晶体 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

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 学习目标 1.借助分子晶体模型认识晶体的结构特点。 2.能从范德华力、氢键的角度分析、理解分子晶体的物理性质。 3.学会比较晶体的熔、沸点 核心素养 1.结合常见的共价分子的实例,，认识物质的构成微粒、微粒间相互作用与物质性质的关系，培养宏观辨识与微观探析的核心素养。 2.借助分子晶体、共价晶体等模型认识晶体的结构特点，培养证据推理与模型认知的核心素养。 请判断下列固体是否属于晶体？ 雪花 食盐 钻石 玻璃 晶体 非晶体 由分子构成 炭黑 思考：为什么不同的晶体物理性质不同？ 由离子构成 由原子构成 不同晶体的组成微粒及微粒间的相互作用不同 非晶体 晶体 晶体 分子晶体 离子晶体 原子晶体 知识回顾 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） 构成微粒： 微粒内作用： 微粒间作用： 熔点： 硬度： 共价键 范德华力/氢键 分子 较小 较低 思考与讨论 一、定义 只含分子的晶体叫做分子晶体。 分子晶体 构成粒子 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 （范德华力/氢键） 二、分子晶体的物理性质 分子晶体 O2 N2 P4 H2O H2S CH4 CH3COOH 尿素 熔点/℃ -218.3 -210.1 44.2 0 -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。 分子晶体熔化时只破坏分子间作用力而不破坏化学键，由于分子晶体的熔、沸点的高低是由分子间作用力决定的，而分子间作用力与化学键相比是一种较弱的作用力，所以分子晶体在熔、沸点上表现出共性，即熔、沸点均较低，有些分子晶体具有易挥发、升华(如干冰、碘、红磷、萘等)的性质，且硬度较小（多数分子晶体在常温时为气态或液态）。 （1）组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越强，熔、沸点越高 ，如F2＜Cl2＜Br2＜I2。 （2）含有分子间氢键的分子晶体，熔沸点较高，H2O>H2Te>H2Se>H2S 。含有分子内氢键的分子晶体，熔沸点较低。 （3）不相似的分子晶体，分子的极性越大，熔、沸点越高，如：CO＞N2。 （4）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：正戊烷>异戊烷>新戊烷。 分子晶体熔、沸点高低的判断（比较分子间作用力） 知识回顾 2.固态或熔融状态不导电，有些溶于水能导电。 由于构成分子晶体的粒子是分子，不管是晶体(固态)或晶体熔化成的液体(熔融状态)，都不存在自由移动的离子或自由电子，因此都不导电。 分子晶体(如：酸)溶于水时，水溶液有的能导电，如HCl溶于水，有的不导电，如C2H5OH溶于水。 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。 三、常见的分子晶体 1、所有非金属氢化物 2、部分非金属单质 3、部分非金属氧化物 4、几乎所有的酸 6、稀有气体为单原子分子，固态时为分子晶体 H2O、H2S、NH3、CH4、HX X2、O2、H2、 S8、P4、 C60 CO2、 SO2、 NO2、 P4O6、P4O10 H2SO4、HNO3、H3PO4 乙醇，冰醋酸，蔗糖 例外：金刚石、晶体硅等 例外：SiO2等 5、绝大多数有机物 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。 四、分子晶体的判断方法 (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)NH3极易溶于水的原因一是NH3、H2O均为极性分子，二是NH3和H2O之间形成分子间氢键 (　　) (7)H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的(　　) (8)SiCl4晶体是分子晶体，熔点高于CCl4(　　) 判断正误 × √ × × × √ × √ 　　 对点训练 2.下列关于分子晶体的说法正确的是( ) A. 分子内均存在共价键 B. 分子间一定存在范德华力 C. 分子间一定存在氢键 D. 晶体的熔、沸点一般较高  3．下列各组物质都属于分子晶体的是( ) A．碘、二氧化碳、白磷、C60 B．NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硫 C．SO2、金刚石、N2、铜 D．醋酸、甲烷、石墨、氧化钠 B A 4.比较下列化合物的熔、沸点的高低（填“＞”或“＜”）。 ① CO2 SO2； ② NH3 PH3； ③ O3 O2； ④ Ne Ar； ⑤ CH3CH2OH CH3OH；⑥CO N2 ＜ ＞ ＞ ＜ ＞ ＞ 四、分子晶体的结构特征 干冰的晶胞模型（面心晶胞） (1)干冰：①分子间只存在范德华力，CO2的晶胞呈面心立方体形，立方体的每个顶角有一个CO2分子，每个面上也有一个CO2分子。 ②每个晶胞中均摊4个CO2分子，含有12个原子。 ③每个CO2分子与12个CO2分子等距离相邻。 与一个CO2分子距离最近的CO2分子共有12个 密堆积—— 密堆积指的是晶体中原子或分子的排列方式 一维堆积 球成线 二维堆积 线成面 三维堆积 面成体 密堆积方式 心对心 心对空 非密堆积 密堆积 资料链接 (分子间空隙更小) √ 【资料卡片】 密堆积 由无方向性和饱和性的作用力(如：范德华力)结合的晶体中，微观粒子总是趋向于相邻分子数多，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。 碳60（C60） 面心立方最密堆积 大多数分子晶体中，如果分子间作用力只是范德华力(无分子间氢键),晶胞中分子的位置在顶角和面心,这种堆积称为分子密堆积。如：C60、干冰 、I2、O2。 1.分子密堆积 C60晶胞 干冰晶胞 (立方体) 碘晶体晶胞 (长方体) 晶胞特点： 晶胞粒子数： 每个分子周围一般有 （ ）个紧邻的分子。 顶点和面心各有1个分子 12 →是否所有分子密堆积的分子周围与其紧邻且等距的分子都是12个？ 是否所有分子晶体每个分子周围一般有 12个紧邻的分子。 否 否 2.分子非密堆积：分子间的主要作用力是氢键(如：H2O、HF 、NH3等) 以冰为例： 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和饱和性,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。 正四面体 每个H2O周围有4个紧密相邻的H2O 1mol水分子最多形成 mol氢键 2 氢键具有方向性和饱和性 干冰及其晶胞 1、干冰(CO2)的熔沸点比冰(H2O)低，为什么？ 由于冰(H2O)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。 2、常温下为什么干冰(CO2)的密度大于冰(H2O)呢？ CO2分子之间仅以范德华力结合，范德华力没有方向性和饱和性，分子采取密堆积；而冰中水分子之间以分子间氢键结合，氢键具有方向性和饱和性，因而采取非密堆积，导致晶体中有相当大的空隙， 所以密度：干冰大于冰。 情景再现 1、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？ 硫化氢晶体中分子之间只有范德华力，范德华力无饱和性与方向性，能够形成分子密堆积。因此，一个硫化氢分子周围有12分紧邻分子。 而冰晶体中水分子间存在氢键，氢键具有方向性，这迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子形成氢键。因此，冰中一个水分子周围只有4个紧邻分子。 【思考交流】   分子密堆积 分子非密堆积 微粒间作用力 _________ _______________ 空间特点 举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰 分子晶体的结构特征 范德华力 范德华力和氢键 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个，空间利用率不高 注意：分子晶体中存在单个分子，化学式代表真实的分子组成。 (1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子 (2)每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有__________个 (1)每个水分子与_______个水分子相邻 (2)分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成_____ mol“氢键” 4 2 小结 12 1.如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子有几个氢键（　　） A．2 B．4 C．8 D．12 A 2.六氟化硫分子为正八面体构型(分子结构如图所示),难溶于水,有良好的绝缘性、阻燃,在电器工业方面具有广泛用途。下列推测正确的是( ) A. SF6中各原子均达到8电子稳定结构 B. SF6易燃烧生成SO2 C. SF6分子是含有非极性键的非极性分子 D. SF6是分子晶体 D 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. 在C60晶胞中有14个C60分子 D. 每个C60分子周围与它距离最近 等距离的C60分子有12个 D 面心立方体 4.如图为干冰的晶胞结构示意图。 (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。 4 (2)其密度ρ为____________________(1 pm＝10－10 cm)。 解析　顶角一种取向，三对平行面分别为三种取向，所以共有4种取向。两个紧邻CO2分子的距离为面对角线的一半。ρ＝ ＝ g·cm－3。 (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 ( ) (6)分子晶体中只存在分子间作用力 ( ) (7)分子晶体熔化时共价键断裂 ( ) (8)分子晶体中氢键越强，分子越稳定 ( ) (9)分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键 ( ) (10)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( ) (11)分子晶体熔化或溶于水均不导电( ) √ 　　 × √ 　　 × √ 　　 对点训练 5.正误判断: × × × √ √ × 6.下列说法正确的是( ) A. 范德华力普遍存在于分子之间，如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合 B. H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的 C. 冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶4 D. 氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大  D 20世纪末，科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体——可燃冰。 科学 ∙ 技术 ∙社会 天然气水合物—一种潜在的能源 巩固练习： 3.2.1分子晶体 $