【教学课件】第2节 分子晶体与共价晶体 示范课件

第1课时分子晶体与共价晶体第三章晶体结构与性质第二节分子晶体与共价晶体温故知新1.说出几种你身边常见典型的晶体，它们的宏观性质是否有明显的差异？这些差异表现在什么方面？用简单的文字描述并进行分享。常见典型的晶体有：冰、金刚石、食盐、单质铝（易拉罐）。它们的宏观性质有明显的差异，例如，冰在0℃时就熔化了，水在100℃时就汽化了，而其他三种物质在100℃仍是固体，需要很高的温度才能熔化；例如，冰和食盐受力时容易碎裂，铝受力时容易形变，而金刚石非常坚硬；例如，冰、食盐、金刚石都是无色透明的固体，铝是银白色不透明的固体。温故知新2.在化学中，“结构决定性质”是一个核心观点，那宏观性质迥异的这些晶体在结构上有何不同呢？晶体的“大厦”就是由晶胞这些“建材”有规律的重复而形成的。对晶体而言，“结构决定性质”中结构的内涵，既包含晶胞中粒子的组成，又包含粒子间通过怎么的作用力彼此凝聚在一起。不同的粒子，如分子、原子、离子，可以通过不同的作用力，如分子间作用力、共价键、离子键等，凝聚在一起，形成形色各异的晶体。一、分子晶体只含分子的晶体称为分子晶体。例如，下面的碘晶体只含I2分子，属于分子晶体；二氧化碳晶体只含CO2分子，属于分子晶体。1.分子晶体的概念与性质特点一、分子晶体在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。下表展示了部分分子晶体的熔点：分子晶体O2N2P4H2OH2SCH4CH3COOHCO(NH2)2熔点/℃-218.3-210.144.20-85.6-18216.6132.7从上表中，可以直观的看出，分子晶体的熔点普遍较低。事实上，分子晶体的硬度也都很小，比如在冰表面留下划痕是一件很容易的事。一、分子晶体（1）怎样理解分子晶体普遍有熔点低和硬度小的特性？【思考讨论】在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。其中范德华力的强度一般在2~20kJ/mol，氢键稍强，但一般不超过40kJ/mol。分子晶体无论是物态变化还是被刻画，破坏的都是分子间作用力，而分子间作用力量级较小，故需要外界提供的能量都较小。故分子晶体表现出熔点低和硬度小的特性。一、分子晶体（2）哪些晶体属于分子晶体呢？【思考讨论】①所有非金属氢化物，如H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等；②部分非金属单质，如卤素、O2、S8、N2、P4、C60、稀有气体等③部分非金属氧化物，如CO2、P4O6、P4O10、SO2等④几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、CH3COOH等⑤绝大多数有机物，如CH3CH2OH、C2H4，C6H6等一、分子晶体大多数分子晶体的结构有如下特征：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，分子晶体的这一特征称为分子密堆积，如C60的晶胞。2.分子晶体的结构特征一、分子晶体（3）

以C60的堆积和晶胞为例，说明与中心紧邻的12个C60分布在空间的何处？【思考讨论】为了方便观察与讨论，我们将每个C60分子简化为一个小球，从C60的晶胞可以看出，这些小球分布在晶胞的顶点和每个面的面心上。一、分子晶体【思考讨论】0312考察图中的0号顶角原子，晶胞中与该粒子距离最近且相等的是其所在三个面心的粒子，即图中的1、2、3号。由于晶胞是无隙并置的，可发现三个互相垂直的平面中各有4个粒子与该粒子距离最近且相等，因此共12个紧邻的离子。10111022223333一、分子晶体一、分子晶体冰是常见的分子晶体，它的晶体结构又有怎样的特征呢？下图给是冰的晶体结构示意图，结合所学知识思考下面的问题：水分子之间存在怎样的作用力？这些作用力具有怎么的特性？水分子之间存在氢键和范德华力，且氢键的强度大于范德华力。分子间的氢键，一般X—H···Y三个原子在一条直线上，即氢键具有方向性。一、分子晶体（4）

冰的晶体结构中，每个水分子周围紧邻的水分子有多少个？它是否满足分子晶体的分子密堆积的特征？如果不满足，原因是什么？【思考讨论】任选一个水分子为研究对象，可以看出每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，它不满足分子密堆积的特征。即使氢键比共价键弱得多，不属于化学键，但仍有方向性。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个相邻水分子互相吸引。一、分子晶体（5）

结合冰的晶体结构特点说明，为何一般物质的固态密度大于液态密度，而冰的密度小于水的密度？【思考讨论】冰中因存在大量氢键，水分子的排列必须满足氢键的方向性，致使每个水分子紧邻的水分子只有4个。这一排列结果使冰晶体中的水分子不紧密，空间利用率不高，留有相当大的空隙，使其密度比液态水的小。一、分子晶体（6）

水的密度在4℃时最大，结合水和冰的微观结构给出解释。【思考讨论】当冰刚刚熔化为液态水时（0~4℃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；超过4℃时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度又渐渐减小。熔化一、分子晶体干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，而熔点却比冰低得多，在常压下极易升华。同样是分子晶体，你认为二者的物理性质的差异是由什么造成的？CO2分子间只存在范德华力，而H2O分子间存在范德华力和氢键。氢键的强度较大，故它的存在显著提高了水的熔沸点。一、分子晶体（7）H2S和H2O分子结构相似，但H2S晶体中，一个H2S分子周围有12个紧邻分子，而冰中一个H2O分子周围只有4个紧邻H2O分子，这是为什么？【思考讨论】冰晶体中水分子间存在氢键，由于氢键具有方向性，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。而硫化氢分子之间没有氢键，只有范德华力，范德华力无饱和性和方向性，能够形成分子密堆积，因此，一个硫化氢分子周围有12个紧邻分子。课堂小结1.分子晶体中只含有分子，分子间靠分子间作用力吸引在一起。2.从宏观性质来说，因分子间作用力较弱，故一般来说分子晶体呈现出低熔、沸点，小硬度的特点；从结构特征来说，分子倾向于紧密的堆积在一起，具有分子密堆积的特征。3.分子间除范德华力外，是否存在氢键对物质有明显的影响，如冰的密度反常，熔、沸点较高，冰不符合分子密堆积的特征。4.比较分子晶体的熔、沸点高低时，根据分子间作用力大小判断：相对分子量越大，范德华力越强，熔沸点越高；氢键存在时，能显著提高熔、沸点。课堂练习1.目前，科学界拟合成一种“双重结构”的球形分子，把C60的分子容纳在Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键结合，下列叙述错误的是（

）A.该晶体属于分子晶体 B.该分子内原子间都以极性共价键相连C.该物质是一种化合物 D.该物质的相对分子质量为2400B解析

B项，两分子连接之前，C60和Si60各自都含有C-C、Si-Si非极性共价键，连接过程中形成了极性共价键。因此双重结构的球形分子中既含有非极性共价键，又含有极性共价键。课堂练习2.下列性质符合分子晶体特点的是（

）A.熔点1070℃，易溶水，水溶液导电

B.熔点10.31℃，液态不导电，水溶液能导电C.熔点3580℃，难溶于水，熔化时不导电

D.熔点97.81℃，质软，导电，密度0.97g·cm-3B解析

A项和C项，熔点都高于1000℃，分子间作用力没有这么强，熔点达不到如此高。D项，晶体导电要求晶体内部有自由移动的电子或离子，而分子晶体由分子组成，晶体内的电子为共价电子或孤对电子，无法自由移动，一般不导电。B项，熔点低，液态时仍为分子不导电，进入水中可以发生电离产生自由移动的离子，故B符合。课堂练习3.下列关于分子晶体熔、沸点高低的比较中，正确的是（

）A.Cl2>I2 B.CCl4>SiCl4C.NH3>PH3 D.C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3C解析

A项和B项，组内均为