【化学】2023-2024学年鲁科版选择性必修二 分子晶体　晶体结构的复杂性课件

第3课时分子晶体晶体结构的复杂性课程标准1．了解分子晶体结构与性质的关系。2．了解分子晶体与共价晶体、离子晶体、金属晶体的构成微粒及微粒间作用力的区别。3．能根据分子晶体晶胞确定晶体的组成并进行相关计算。

学法指导1.通过学习教材中碘、干冰等晶体结构模型，认识分子晶体的构成微粒及微粒间的相互作用。2．根据分子间作用力大小，推断分子晶体的熔、沸点高低。3．通过学习石墨等晶体结构，认识晶体结构的复杂性。知识点一

分子晶体1.分子晶体的结构分子分子间作用力2．分子晶体与物质类型的关系类型实例绝大多数________H2O、NH3、CH4等部分________卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有气体等部分________CO2、P4O6、P4O10、SO2等几乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等多数________的晶体苯、乙醇等氢化物非金属单质非金属氧化物有机物3.典型分子晶体的结构分析

碘晶体干冰晶体冰晶体晶胞或结构类型结构分析(1)碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的________________各有1个I2分子，每个晶胞中有_____个I2分子。(2)I2分子之间以________结合。(1)干冰晶胞是_____结构，在它的______________各有1个CO2分子，每个晶胞中有______个CO2分子。(2)每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有______个。(3)干冰晶体中分子之间通过___________相结合，熔化时分子内的化学键________。(1)水分子之间的主要作用力是________，当然也存在________。(2)______有方向性，它的存在迫使在_________的每个水分子与________方向的______个相邻水分子互相吸引。每个顶点和面上4范德华力立方每个顶点和面上412分子间作用力不断裂氢键范德华力氢键四面体中心四面体顶角44.分子晶体的物理性质(1)分子晶体由于以比较弱的_____________相结合，因此一般熔点________，硬度________。(2)对组成和结构________，晶体中又不含氢键的分子晶体来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力________，熔、沸点________。分子间作用力较低较小相似增大升高微点拨分子间只存在范德华力的分子晶体，服从紧密堆积排列原理；分子间存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性、饱和性，故不服从紧密堆积排列原理。学思用1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)二氧化硅和干冰虽然是同一主族的氧化物，但属于不同的晶体类型。(

)(2)水是一种非常稳定的化合物，这是由于水中存在氢键。(

)(3)冰与水共存物属于混合物。(

)(4)冰与二氧化硅的晶体类型相似。(

)(5)分子晶体一般熔点较低、硬度较小。(

)√×××√2．下列各组晶体都属于化合物组成的分子晶体是(

)A．H2O、O3、CCl4

B．CCl4、(NH4)2S、H2O2C．SO2、SiO2、CS2

D．P2O5、CO2、H3PO4答案：D解析：A项，O3为单质；B项，(NH4)2S为离子晶体；C项，SiO2为共价晶体。知识点二

晶体结构的复杂性1.石墨晶体晶体模型结构特点(1)石墨晶体是________结构，在每一层内，每个C原子与其他3个C原子以共价键结合，形成无限的________形平面网状结构。每个C原子还有1个未参与杂化的2p轨道并含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的________键(2)C原子采取________杂化，C—C键之间的夹角为________(3)层与层之间以________结合晶体类型石墨中既含有________，又有________，同时还有________的特性，因此石墨属于________晶体物理性质熔点________、质软、________导电用途制造________、________、________、原子反应堆中的中子减速剂等层状六边大πsp2120°范德华力共价键范德华力金属键混合型高易电极润滑剂铅笔芯2．晶体的复杂性(1)物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同微粒间作用。例如：BaTiO3含有一种________和____________，它是一种重要的压电材料。近年来，一类与BaTiO3结构类似的有机/无机杂化材料在光电材料领域获得突破。Ca5(PO4)3OH含有一种________和__________，是人体和动物骨骼的主要无机成分。(2)金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是，原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。阴离子多种阳离子阳离子多种阴离子微点拨不同晶体类型的熔、沸点高低规律一般为共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高(如钨)，有的很低(如汞)。学思用1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)分子晶体和共价晶体的构成微粒相同。(

)(2)石墨属于共价晶体。(

)(3)分子晶体和共价晶体受热熔化时克服微粒间作用力相同。(

)(4)石墨晶体中的碳原子的成键方式和金刚石中相同。(

)(5)由于微观粒子间的作用存在键型过渡，很多晶体属于过渡晶体。(

)××××√2．在硼酸[B(OH)3]分子中，硼原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中硼原子杂化轨道类型及分子间的主要作用力分别是(

)A．sp范德华力B．sp2范德华力C．sp2氢键D．sp3氢键答案：C解析：因为B(OH)3分子中，硼原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构，由此可判断在B(OH)3分子中硼原子的杂化轨道类型与石墨中碳原子的杂化轨道类型相同，为sp2杂化；B(OH)3分子中羟基氧原子电负性很强，易与其他B(OH)3分子中的氢原子形成氢键，硼酸分子之间还存在范德华力，但氢键比范德华力强，故硼酸分子之间的主要作用力是氢键，C项正确。关键能力·课堂探究提升点一

四种典型晶体类型的比较1.四种晶体类型的结构与性质类型项目离子晶体共价晶体分子晶体金属晶体构成晶体的粒子阴、阳离子原子分子金属阳离子和自由电子粒子间的作用离子键共价键分子间作用力(范德华力或氢键)金属键溶解性多数易溶一般不溶相似相溶一般不溶于水，少数与水反应机械加工性不良不良不良优良延展性差差差优良确定作用力强弱的一般判断方法晶格能键长(原子半径)组成结构相似时，比较相对分子质量离子半径、价电子数熔、沸点较高很高较低差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3410℃)硬度略硬而脆很大较小差别较大导电性不良导体(熔化后或溶于水导电)不良导体(个别为半导体)不良导体(部分溶于水发生电离后导电)良导体2.晶体类型的判断方法(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断共价晶体：原子―→共价键；分子晶体：分子―→分子间作用力；离子晶体：离子―→离子键；金属晶体：金属阳离子和自由电子―→金属键。(2)依据物质的分类判断①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；②分子晶体：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)；③离子晶体：金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类；④金属晶体：金属单质与合金。(3)依据晶体的熔点判断①离子晶体的熔点较高，常在数百至1000多度；②共价晶体熔点很高，常在1000度至几千度；③分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度；④金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点很低。

互动探究问题1

NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硅各属于什么晶体？哪种晶体在熔融状态下能导电？

提示：NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硅分别属于离子晶体、分子晶体、分子晶体、共价晶体。在熔融状态下能导电的是NaCl。问题2

为什么液态水变为冰时，体积膨胀，密度减小？提示：冰晶体中主要是水分子依靠氢键而形成的，因氢键具有一定的方向性，使水分子间的间距比较大，有很大空隙，比较松散。所以水结成冰后，体积膨胀，密度减小。典例示范[典例1]已知下列晶体的部分性质，其晶体类型判断正确的是(

)选项性质晶体类型A碳化铝，黄色晶体，熔点2200℃，熔融状态下不导电，晶体不导电离子晶体B溴化铝，无色晶体，易溶于水，熔融状态下不导电共价晶体C硼：熔点2300℃，沸点2550℃，硬度大，不溶于常见溶剂金属晶体D三氯化铁，沸点315℃，易溶于水，易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂分子晶体答案：D解析：碳化铝，黄色晶体，熔点2200℃，熔融态不导电，应为共价晶体，故A错误；溴化铝，无色晶体，易溶于水，熔融状态下不导电，具有分子晶体的性质，属于分子晶体，故B错误；硼：熔点2300℃，沸点2550℃，硬度大，不溶于常见溶剂，具有共价晶体的性质，属于共价晶体，故C错误；三氯化铁，沸点315℃，易溶于水，易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，具有分子晶体的性质，属于分子晶体，故D正确。素养训练[训练1]下列物质发生变化时，所克服的微粒间相互作用属于同种类型的是(

)A．液溴和苯分别受热变为气体B．干冰升华和氯化铵受热分解C．二氧化硅和铁分别受热熔化D．食盐和葡萄糖分别溶解在水中答案：A解析：选项晶体类型克服的微粒间相互作用结论A液溴分子晶体分子间作用力√苯B干冰分子晶体分子间作用力×氯化铵离子晶体受热分解生成氯化氢和氨气，克服离子键、共价键C二氧化硅共价晶体共价键×铁金属晶体金属键D食盐离子晶体离子键×葡萄糖分子晶体分子间作用力提升点二

晶体熔、沸点的比较1.不同类型晶体熔、沸点的比较一般来说，共价晶体>离子晶体>分子晶体；金属晶体(除少数外)>分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高，如钨、铂等，有的则很低，如汞、铯、镓等。2．同种类型晶体熔、沸点的比较(1)共价晶体一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。例如：金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅。(2)分子晶体①组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如I2>Br2>Cl2>F2；SnH4>GeH4>SiH4>CH4。②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，范德华力越大，熔、沸点越高。如CO>N2。③同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如正戊烷>异戊烷>新戊烷。④若分子间存在氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如HF>HI；NH3>PH3；H2O>H2Te。(3)离子晶体一般来说，离子所带的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点就越高。如NaCl>CsCl；MgO>MgCl2。(4)金属晶体金属阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，其金属键越强，金属熔、沸点越高。如Al>Mg>Na。3．晶体熔、沸点比较的两个“首先”(1)晶体熔、沸点比较时应先分析晶体类型。(2)分子晶体熔、沸点比较时应先判断分子间是否存在氢键。互动探究C60结构，又称为巴基球、足球烯，它是一个由60个碳原子结合形成的稳定分子，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托勾画出的C60的分子结构，富勒的启示起了关键性作用，因此他们一致建议，将其命名为富勒烯。科研人员应用电子计算机模拟出来类似C60的物质N60，试据此回答下列几个问题：问题1

N60的溶解性是什么？晶体类型是什么？提示：C60是一种单质，属于分子晶体，而N60类似于C60，所以N60也是单质，属于分子晶体，即具有分子晶体的一些性质，如硬度较小，熔、沸点较低。单质一般是非极性分子，难溶于水这种极性溶剂。问题2

N60与N2的熔点谁的更高？稳定性呢？提示：由于分子晶体相对分子质量越大，熔、沸点越高，所以N60的熔点高于N2。N2分子以N≡N结合，N60分子中只存在N—N，而N≡N比N—N牢固得多。典例示范[典例2]下表给出了几种物质的熔点：下列判断错误的是(

)A．铝的化合物的晶体中有的是离子晶体B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体物质Na2ONaClAlF3AlCl3熔点/℃9208011291190物质BCl3α­Al2O3(刚玉)干冰SiO2熔点/℃－1072045－571713答案：B解析：AlF3为离子晶体，A项正确；表中AlCl3、BCl3和干冰的熔点都较低，是分子晶体，B项错误；C和Si同主族，但氧化物的晶体类型不同，干冰和SiO2分别属于分子晶体和共价晶体，C项正确；Si和Al不同主族，但对应的氧化物(如SiO2和α­Al2O3)为共价晶体，说明不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体，D项正确。素养训练[训练2]下列各组物质中，按熔点由低到高排列的是(

)A．O2、I2、HgB．CO2、KCl、SiO2C．Al、Mg、NaD．NaCl、KCl、RbCl答案：B解析：A项，熔点：固体>液体>气体，故熔点：I2>Hg>O2；B项，熔点：共价晶体>离子晶体>分子晶体，故熔点：SiO2>KCl>CO2；C项，金属键：Al>Mg>Na，故熔点：Al>Mg>Na；D项，晶格能：NaCl>KCl>RbCl，故熔点：NaCl>KCl>RbCl。课

堂

总

结[知识导图][误区警示]1．常见晶体中原子成键数目2.晶胞结构中最小环上的原子数目3.金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅晶体中最小环的顶点上的原子均被12个最小环所共用，二氧化硅晶体中最小环上的每个氧原子被6个最小环所共用。晶体名称金刚石晶体硅二氧化硅白磷石墨1mol晶体中共价键2molC—C2molSi－Si4molSi－O6molP—P1.5molC—C晶体名称金刚石晶体硅二氧化硅碳化硅石墨最小环上原子个数6个C6个Si6个Si6个O3个C3个Si6个C随堂检测·强化落实1．分子晶体具有的本质特征是(

)A．组成晶体的基本构成微粒是分子B．熔融时不导电C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合D．熔点一般比共价晶体低答案：C解析：分子晶体的熔、沸点较低，硬度较小，导致这些性质特征的本质原因是基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键相对于化学键来说是极其微弱的。2．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(

)①SiO2和SO3

②金刚石和白磷③CO2和SO2

④晶体硅和金刚石⑤晶体氖和晶体氮⑥硫黄和单质碘A．①②③B．④⑤⑥C．③④⑥D．①③⑤答案：C解析：属于分子晶体的有SO3、CO2、SO2、白磷、晶体氖、晶体氮、硫黄和单质碘。属于共价晶体的有SiO2、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子构成，晶体中不存在化学键。3．下列物质的熔点高低顺序中，正确的是(

)A．金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅B．CI4>CBr4>CCl4>CH4C．MgO>H2O>N2>O2D．金刚石>生铁>纯铁>钠答案：B解析：对于A选项，同属于共价晶体，熔点、沸点高低主要看共价键的强弱，显然对键能而言，晶体硅<碳化硅，错误；B选项，同为组成结构相似的分子晶体，熔点、沸点高低要看相对分子质量大小，正确；C选项，对于不同晶型，熔点高低一般为共价晶体>离子晶体>分子晶体，MgO>(H2O、O2、N2)，又H2O>O2>N2，错误；D选项，生铁为铁合金，熔点要低于纯铁，错误。4．(双选)美国LawrenceLiremore国家实验室(LLNL)的科学家成功地在