分子晶体与共价晶体 课件 【知识精讲+高效课堂 】高中化学人教版（2019）选择性必修二

第三章晶体的结构与性质第二节

分子晶体和共价晶体第1课时

分子晶体碘晶胞示意图观察分析碘晶胞的结构特点及粒子间的作用力新

课

导

入分子晶体

概念：只含分子的晶体称为分子晶体。粒子间的相互作用力：

构成分子晶体的微粒是分子，

分子晶体内相邻分子间以分子间作用力相互吸引，

分子内原子之间以共价键结合。碘晶胞示意图典型的分子晶体

所有非金属氢化物：如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等部分非金属单质：如卤素、氧气、硫、氮气、白磷等部分非金属氧化物：如CO2、P4O6、P4O10、SO2等注意：SiO2不是分子晶体绝大多数有机物：如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等几乎所有的酸：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等分子晶体的物理性质分子晶体氧气氮气白磷水硫化氢甲烷乙酸尿素熔点/℃-218.3-210.144.20-85.6-18216.6132.7【强调】分子晶体在熔化时，只破坏分子间作用力而不破坏化学键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需破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低分子晶体熔、沸点比较规律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、沸点越低分子晶体的物理性质分子晶体不导电

分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不导电分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂分子晶体的结构特征观察干冰和冰的结构模型，总结分子晶体的堆积方式。干冰晶胞是一种面心立方结构，在立方体的顶角各有一个CO2分子，6个面的中心又各有一个CO2分子干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子每个CO2分子周围等距离且最近的CO2分子有12个【分子密堆积】分子晶体的结构特征晶胞内离顶角CO2分子最近的CO2分子有3个3个CO2均在面心，只有一半在晶胞内顶角CO2分子被8个晶胞共用，每个晶胞只占1/8分子晶体的结构特征CO2

分子：中心分子晶体的结构特征96pm276pm氢键具有方向性分子晶体的结构特征为什么水凝固成冰、雪、霜时，密度变小？水分子之间的主要作用力是氢键（当然也存在范德华力)，在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子

氢键有方向性，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个相邻的水分子相互吸引冰晶体中的水分子的空间利用率不高，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

超过4℃时，才由于热运动加剧，分子间距离增大，密度逐渐减小

分子晶体的结构特征分子间作用力堆积方式实例范德华力分子密堆积，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、冰分子晶体的结构特征为什么干冰的熔沸点比冰低而密度却比冰大？由于干冰中的CO2之间只存在范德华力，一个分子周围有12个紧邻分子，密度比冰的高。水存在分子间氢键，CO2之间只存在范德华力，干冰的熔沸点比冰低。干冰常压下极易升华。而且，干冰在工业上广泛用作制冷剂。分子晶体的结构特征干冰升华过程中破坏共价键吗？干冰升华的过程中破坏分子间作用力，不破坏共价键。

硫化氢分子和水分子结构相似，但是硫化氢晶体中，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？硫化氢分子间只有范德华力，分子密堆积，而水分子间存在氢键，非密堆积。分子晶体的判断方法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。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。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。科技·技术·社会天然气水合物——一种潜在的能源本节小结分子晶体构成粒子：分子粒子间作用力：分子间作用力常见的分子晶体分子晶体的物理性质分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度分子晶体不导电分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律分子晶体的结构特征分子密堆积不采用密堆积本节小结第三章晶体的结构与性质第二节

分子晶体和共价晶体第2课时

共价晶体新课导入

纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体。地壳中含有极少量的金刚石，它是天然存在的最硬的物质。经过仔细的打磨后，可以成为璀璨夺目的装饰品—钻石。金刚石109º28´在晶体中每个碳原子以四个共价单键与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。晶体中C-C-C夹角为109°28'，碳原子采取了sp3杂化。最小环上有6个碳原子，最多4个碳原子在同一平面。每个碳原子被12个六元环共用。晶体中碳原子个数与C-C键数之比为1:(4×1/2)=1:2。在一个晶胞中，碳原子位于立方体的8个顶点、6个面心以及晶胞内部4个，该晶胞中实际含有的碳原子数为8。金刚石二氧化硅二氧化硅的结构:二氧化硅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(α­SiO2)。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性。180º109º28´Sio共价键二氧化硅1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。每个最小的环实际拥有的硅原子为6×1/12=1/2，氧原子数为1。1molSiO2中含4molSi—O键，在SiO2晶体中Si、O原子均采取sp3杂化。正四面体内O—Si—O键角为109°28′。二氧化硅的用途:

二氧化硅是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅电电池、芯片和光导纤维的原料。共价晶体定义：

原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。构成微粒：原子微粒之间的作用：共价键气化或熔化时破坏的作用：共价键分类：某些单质：如硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和锡（Sn）等

某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3)共价晶体的通性

①熔点很高。共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合(共价键多)，要使物质熔化就要克服共价键，需要很高的能量。②硬度很大。③一般不导电，但晶体硅是半导体。④难溶于一般溶剂。学生活动(1)SiO2是二氧化硅的分子式吗？二氧化硅为共价晶体，晶体中不存在单个分子，其化学式为Si与O的最简个数比，而不是分子式。(2)“具有共价键的晶体叫做共价晶体”这种说法对吗？为什么？

不对。如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共价键，而它们都是分子晶体；如金刚石、晶体Si、SiC、SiO2中都有共价键，它们都是共价晶体；只有相邻原子间以共价键相结合形成空间网状结构的晶体才是共价晶体。(3)观察对比晶体硅、碳化硅，

并总结结构特征。学生活动晶体硅晶胞

碳化硅晶胞

晶体硅晶体硅晶胞的每个顶点和面心均有1个Si原子，晶胞内部有4个Si原子，每个晶体硅晶胞中含有8个Si原子。碳化硅晶胞a.碳、硅原子都采取sp3杂化，C—Si键角为109°28′。b.每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。c.最小碳环由6个原子组成且不在同一平面内，其中包括3个C原子和3个Si原子。d.每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子。学生活动(4)怎么从原子结构的角度理解金刚石、硅

、锗的熔点和硬度依次下降？

金刚石、硅

、锗的键长依次增大，键能依次减小，熔点和硬度依次下降。判断共价晶体和分子晶体的方法

依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断组成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的的作用力是分子间作用力。

依据晶体的熔点判断共价晶体的熔沸点高，常在1000℃以上；分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度以下。

依据导电性判断共价晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子也能导电。判断共价晶体和分子晶体的方法依据物质的分类判断常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的共价晶体化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)都是分子晶体。依据物质的状态判断一般常温常压下，呈气态或液态的单质与化合物，在固态时属于分子晶体。依据硬度和机械性能判断共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较(1)不同类型的晶体熔、沸点：原子晶体>分子晶体。(2)同一类型的晶体分子晶体①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；非金属氢化物分子间含有氢键的分子晶体，熔、沸点比同族元素的氢化物反常得高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。③组成和结构不相似的物质（相对分子质量接近），分子的极性越大，其熔、沸点越高。如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。④同分异构体的支链越多，熔、沸点越低。如⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子的增加，熔、沸点升高。如C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较共价晶体①晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。②若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小。一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。如比较金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点高低：原子半径：C<Si，则键长：C-C<C-Si<Si-Si，故键能：C-C<C-Si<Si-Si，熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较晶体类型原子晶体分子晶体概念组成微粒

作用力熔沸点硬度溶解性导电性相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构分子间以分子间作用力结合原子分子共价键分子间作用力很高较低很大较小不溶于任何溶剂部分溶于水不导电，个别为半导体固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电

一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。知识拓展－石墨石