3.2.1分子晶体课件高二下学期化学人教版选择性必修2

选择性必修2第二节

分子晶体与共价晶体第三章晶体结构与性质一、分子晶体的概念和性质1、概念：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2、分子晶体中的粒子与粒子间的相互作用（稀有气体除外）稀有气体是单原子分子，无化学键，只有分子间作用力。所有分子晶体中是否均存在化学键？为什么？分析表中数据，结合已学知识，归纳分子晶体的物理性质，并说明原因。分子晶体O2N2P4H2OH2SCH4CH3COOH尿素熔点/℃-218.3-210.144.20-85.6-18216.6132.71、较低的熔点和沸点2、较小的硬度（多数分子晶体在常温时为气态或液态）原因：分子间作用力很弱[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。3、分子晶体的物理性质

不导电:固态和熔融状态时都不导电，

熔、沸点低；易升华；

硬度小;只有酸的水溶液能导电

分子间作用力越大，熔沸点越高许多分子晶体常温下是气体或液体(如干冰、碘、红磷、萘等)分子间作用力很弱不存在自由移动的离子或自由电子溶解性

一般符合相似相溶原理练1、下列属于分子晶体性质的是（）A.熔点1070℃，易溶于水，水溶液能导电B.能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃C.熔点1400℃，可做半导体材料，难溶于水D.熔点97.81℃，质软，导电，密度0.97g·cm-3分子晶体的主要性质有：熔沸点低，硬度小，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂，晶体固态和熔化时均不导电。×××√B4、分子晶体熔沸点的比较

分子间作用力的大小决定了分子晶体的熔沸点高低①含有分子间氢键的分子晶体，熔沸点较高。②组成和结构相似的物质，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3

如：O2>N2

HI>HBr>HCl③相对分子质量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高。如CO>N2⑤在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低。如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷；练2.(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。①CO2__SO2②NH3___PH3③O3__O2④Ne__Ar⑤CH3CH2OH___CH3OH⑥CO___N2(2)已知AlCl3的熔点为190℃(2.02×105Pa)，但它在180℃即开始升华。请回答：①AlCl3固体是________晶体。②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是_____________________________________。<>>>><分子在熔融状态下，试验其是否导电，若不导电是共价化合物，若导电是离子化合物5、常见的典型分子晶体(1)部分非金属单质：X2、O2、H2、S8、P4、C60(4)部分非金属氧化物:CO2、SO2、NO2……(5)几乎所有的酸：

H2SO4、HNO3、H3PO4(6)绝大多数有机物：乙醇、冰醋酸、蔗糖……(2)稀有气体：(3)所有非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX……(除SiO2等）(除B、Si、Ge等的单质、金刚石等)共价化合物

共价化合物

共大部分物

干冰晶体结构活动1：利用干冰晶体的结构模型认识分子晶体的结构特征，每个CO2周围有几个紧密相邻的CO2？二、典型分子晶体的结构和性质1.常见分子晶体的结构分析①干冰在干冰晶体中，CO2分子在范德华力作用下，以密堆积方式排列成面心立方结构：8个CO2分子分别位于立方体的8个顶点，6个CO2分子位于立方体的6个面心。每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子共12个，分别分布于3个相互垂直的平面上，每个平面上有4个。干冰晶体结构干冰的晶体结构图中心CO2分子干冰晶体中，CO2的配位数是12（1）干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。（2）每个晶胞中均摊4个CO2分子,含有12个原子。（3）每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。（4）干冰在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂。活动2：利用晶体冰的结构模型认识分子晶体的构特征，每个H2O周围有几个紧密相邻的H2O？冰的晶体结构冰中１个水分子周围有４个水分子融化的冰②冰由于水分子中O原子采取sp3杂化，因此成键电子对与孤对电子之间有特定的伸展方向，所以分子间氢键的形成也有特定的方向和数目。每个H2O分子只能通过氢键与4个H2O直接相邻排列。每个氧原子周围都有4个氢原子，其中2个氢原子是通过共价键结合，距离较近，另外2个氢原子通过氢键结合，距离较远，因此冰晶体中每个水分子均在氢键的作用下形成以它为中心其他4个水分子为顶点的变形四面体结构。冰的结构冰晶体冰的结构冰中，H2O的配位数是4①水分子之间的作用力有

,但主要是

。②由于氢键具有

,使四面体中心的每个水分子与四面体顶点的

个相邻的水分子相互吸引。范德华力、氢键氢键方向性4③水分子以氢键相连接，含1molH2O的冰中，最多可形成2

mol“氢键”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),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、干冰、I2、O2。（1）分子密堆积2.分子晶体的结构特征碳60（C60）干冰晶胞碘I2分子间的作用力：范德华力晶胞特点：晶胞粒子数：配位数：顶点和面心各有1个分子412xyz1234xyzxyzxy（1）分子密堆积，每个分子周围有12个紧邻的分子，只存在范德华力。z堆积方式微粒间作用力空间特点举例分子密堆积范德华力通常每个分子周围有12个紧邻的分子C60、干冰、I2、O2分子非密堆积范德华力和氢键每个分子周围紧邻的分子小于12个HF、NH3、冰总结：分子晶体的结构特征分子晶体中存在单个分子，化学式代表真实的分子组成。①干冰的密度比冰大的原因？冰：非密堆积干冰：密堆积由于干冰中的CO2之间只存在范德华力，一个分子周围有12个紧邻分子，而水同时存在分子间氢键，空间利用率降低，故CO2的密度比冰的高。【思考与讨论2】③结合冰的结构解释，为何水凝结成冰后密度减小？在冰的晶体中存在氢键，每个水分子周围有4个紧邻的水分子。彼此之间形成四面体形。这一排列使水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。

当冰刚刚融化成液态水时，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4℃时，分子间距离加大，密度逐渐减小。固态水规则排列【思考与讨论2】④H2S和水分子结构相似，但H2S晶体中，一个H2S分子周围有12个紧邻分子，而冰中一个水分子周围只有4个紧邻分子，为什么？H2S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H2S分子周围有12分紧邻分子。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四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。【思考与讨论2】3、分子晶体的判断方法(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：组成分子晶体的粒子是分子，粒子间作用是分子间作用力。(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。科学∙技术∙社会天然气水合物——一种潜在的能源20世纪末，科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体。其主要气体成分是甲烷，称甲烷水合物，外形像冰，在常温常压下会迅速分解释放出甲烷又称“可燃冰”。分子晶体的定义分子晶体典型的分子晶体分子晶体的物理性质分子晶体的结构特征分子晶体的判断方法分子晶体熔沸点高低的判断分子晶体熔、沸点比较答题模板答题策略一般先氢键后范德华力最后分子的极性答题模板同为分子晶体，×××存在氢键，而×××仅存在较弱的范德华力同为分子晶体，×××的相对分子质量大，范德华力强，熔、沸点高同为分子晶体，两者的相对分子质量相同(或相近)，×××的极性大，熔、沸点高同为分子晶体，×××形成分子间氢键，而×××形成的则是分子内氢键，形成分子间氢键会使熔、沸点增大例1NH3的沸点比PH3高，原因是：同为分子晶体，NH3分子间存在较强的氢键，而PH3分子间仅有较弱的范德华力例2CO2比CS2的熔沸点低，其理由是：同为分子晶体，CS2的相对分子质量大，范德华力强，熔沸点高例3CO比N2的熔沸点高，其理由是：同为分子晶体，两者相对分子质量相同，CO的极性大，熔沸点高例4的沸点比高，原因是：形成分子内氢键，而形成分子间氢键，分子间氢键使分子间作用力增大1.下列有关分子晶体的说法一定正确的是（）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.其结构一定为分子密堆积B2、

正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是（）A.正硼酸晶体不属于分子晶体B.H3BO3分子的稳定性与氢键有关C.分子中硼原子最外层为8电子稳定结构D.含1molH3BO3的晶体中有3mol氢键D3、据报道，科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60。已知：①N60分子中每个氮原子均以N—N结合三个N原子而形成8电子稳定结构；②N—N的键能为167kJ·mol－1。请回答下列问题：(1)N60分子组成的晶体为____晶体，其熔、沸点比N2____(填“高”或“低”)，原因是____________________分子高N60、N2均为分子晶体，且N60的相对分子质量大，分子间作用力大，故熔、沸点高01共价晶体干冰熔点/℃-56.2(527kPa)沸点/℃-78.5二氧化硅熔点/℃1723沸点/℃2230碳和硅元素同为第四主族的元素，从其形成的化合物外形来看，均为晶体，而两种晶体的熔沸点却相差很大，这是为什么呢？01共价晶体组成的粒子：原子粒子间的作用力：共价键性质：熔点高共价晶体组成的粒子：分子粒子间的作用力：范德华力性质：熔点低分子晶体01共价晶体共价晶体构成粒子原子粒子间的作用力共价键

【思考】：由原子构成的晶体一定是共价晶体吗？构成粒子及作用力金刚石晶体结构模型相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体

共价晶体共价键碳原子01共价晶体1、由原子构成的晶体一定是共价晶体吗？思考讨论

2、含有共价键的晶体一定是共价晶体吗？

3、如何判断是否为共价晶体吗？

不一定，金属晶体也是由原子构成的（下一节学习）

不一定，共价晶体中含有共价键，但分子晶体中也含有共价键，如CO201共价晶体Si3N4晶体结构

共价晶体的判断方法一：根据物质类别1、某些单质金刚石(C)、硅(Si)、锗(Ge)、灰锡（Sn）、硼（B）、等2、某些非金属化合物二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)、金刚砂（SiC）、等01共价晶体方法二：根据晶体的物理性质1、共价晶体的熔点很高（一般情况下，大于1000℃）硬度很大（如金刚石是天然矿物中最硬的物质），多数非导体（晶体硅和锗为半导体）某些共价晶体的熔点和硬度共价晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/℃＞350030002700171014101211硬度*109.59.576.56.001共价晶体思考讨论1、对比分子晶体，为什么共价晶体的熔点和硬度很高？分子晶体熔化或气化时断裂的是分子间作用力，而共价晶体熔化或气化时断裂是共价键，共价键的强度比分子间作用力的强度大的多2、都是原子晶体，为什么熔点：金刚石>碳化硅>硅？由于原子半径：Si>C，键长:C-C<C-Si<Si-Si，键能:C-C>C-Si>Si-Si,键能越大，共价键越稳定，熔沸点越高【总结】结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定，晶体的熔点、沸点越高。01共价晶体

科学研究表明，30亿年前，在地壳下200km左右的地幔中，处在高温、高压岩浆中的碳元素逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质∶熔点高，不导电，硬度极高。这些性质显然是由金刚石的结构决定的。那么，金刚石具有怎样的结构呢?金刚石磨头金刚石钻石01共价晶体①在晶体中每个碳原子以

个共价单键与

相邻的

个碳原子相结合，成为正四面体。②晶体中C-C-C夹角为

，碳原子采取

杂化。

正四面体最小环为六元环③最小环上有

个碳原子，最多

个碳原子在同一平面。④每个碳原子被

个六元环共用。

四4109°28'sp36412一、金刚石01共价晶体⑥在金刚石晶胞中占有的碳原子数____

88×1/8+6×1/2+4=812g金刚石含有___个C原子，含有____个C-C键NA2NA⑤晶体中每个C参与了

条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有___，故C原子与C—C键数之比为：

。1：(

)=1：2即金刚石中，1molC平均拥有

molC—C键421/2一、金刚石01共价晶体思考讨论一个金刚石晶胞中含有___个碳原子，若碳原子半径为r，金刚石晶胞边长为a，根据硬球接触模型，

则r=

a；已知：空间利用率=原子体积晶胞体积×100%金刚石晶胞的空间利用率=？88

01共价晶体

二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，熔点1713℃，有多种结构。二氧化硅晶体中，每个硅原子均以4个__________对称地与相邻的___个氧原子相结合，每个氧原子与___个硅原子相结合，向空间扩展，形成三维骨架结构（封闭的环状结构）。最小的环上有__个硅原子和__个氧原子，硅、氧原子个数比为_________。共价键42661﹕2

二氧化硅01共价晶体低温石英(α­SiO2)是最常见的一种结构。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、透明的水晶都是低温石英。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石英的左、右型晶体01共价晶体

用途水泥单晶硅玻璃单晶硅制的芯片硅太阳能电池二氧化硅光导纤维01共价晶体思考讨论硅晶体结构与金刚石极其相似，只是将碳原子换成了硅原子。那么1mol单晶硅中含有多少个Si-Si键？

1molSiO2

中含有多少Si-O键?单晶硅结构模型1molSiO2中含

molSi—O键1molSi中含

mol

Si-Si键4201共价晶体某些共价晶体的熔点和硬度共价晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/℃＞350030002700171014101211硬度*109.59.576.56.0*硬度是衡量固体软硬程度的指标。硬度有不同的标度，最普通的硬度标度是划痕硬度，即摩氏硬度，以固体互相刻画时出现刻痕的固体的硬度较低。01共价晶体金刚石刚玉黄玉石英正长石磷灰石萤石方解石石膏滑石10987654321金刚石不能被任何天然矿物画出刻痕，因而是最硬的，以金刚石的硬度为10，以另外几种天然矿物为代表可将摩氏硬度分为十度，即：硬度大的物质不一定经得起锤击，如金刚石硬度最大，很容易经锤击而破碎。物质经受锤击的性质属于延展性。由于共价晶体中的共价键具有方向性，当受到大的外力作用时会发生原子错位而断裂。01共价晶体晶体的类型分子晶体共价晶体概念以分子间作用力结合相邻原子间以共价键结合组成的粒子分子原子作用力分子间作用力共价键熔点较低较高硬度小大分子晶体和共价晶体对比01共价晶体三种物质中，每个原子均以sp3杂化形式与相邻的四个原子形成σ键，整体上形成三维骨架结构，同属于共价晶体，熔点都比较高。熔点的相对高低与共价键的强弱有关，共价键越强，熔点越高。金刚石、硅和锗的结构差别在于碳、硅、锗原子半径依次递增。C-C键、Si-Si键、Ge-Ge键的键长依次递增，键长越长，键能越小，所以熔点和硬度依次下降。共价晶体金刚石硅锗熔点/℃＞350014101211硬度*106.56.0根据所学内容，思考并回答：怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？01共价晶体比较物质的熔点的方法共价晶体分子晶体有氢键只有范德华力方法依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断依据性质判断判断晶体的类型键能越大熔点越高氢键的数目多少相对分子质量大小判断键能的大小判断分子间的作用力01共价晶体锗Ge硅Si主要应用：低压、低频、中功率晶体管、光电探测器，取代了笨重的电子管，导致了集成电路的可能性砷化镓GaAs磷化铟InP主要应用：毫米波器件、发光器件、卫星通讯、移动通讯、光通讯、GPS导航等，较好的电子迁移率、带隙等材料特性，资源稀缺，有毒性，污染环境碳化硅Sic、氮化铝AlN、氮化镓GaN、氧化锌ZnO、金刚石C主要应用：高温、高频、抗辐射、大功率器件；蓝、绿、紫光二极管、半导体激光器，更优的电子迁移率、带隙、击穿电压、高频、高温特性第一代半导体第二代半导体第三代半导体第三代半导体：中国半导体的希望！课堂总结02课堂总结概念金刚石二氧化硅性质共价晶体中的粒子及粒子间的相互作用共价晶体共价晶体常见共价晶体结构分析课堂练习03课堂练习1．下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是A．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子B．最小的环上，Si和O原子数之比为1﹕2C．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子D．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角03课堂练习【答案】C【详解】根据SiO2的晶体空间结构模型可判断每个硅原子与4个氧原子结合形成4个共价键，每个氧原子与2个硅原子结合形成2个共价键，其空间网状结构中存在四面体结构单元，硅原子位于四面体的中心，氧原子位于四面体的4个顶角；金刚石的最小环上有6个碳原子，SiO2的晶体结构可将金刚石晶体结构中的碳原子用硅原子代替，每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，所以其最小环上有6个硅原子和6个氧原子，Si、O原子个数比为1∶1，因此选项ABD均是错误的，C正确；答案选C。03课堂练习2．金刚石和石墨的物理性质存在着较大差异，原因是()A．它们是由不同种元素构成的 B．他们各自的原子排列方式不同C．它们具有不同的几何外形 D．石墨能导电而金刚石不能【答案】B【详解】物质的组成和结构决定了物质的性质，金刚石和石墨均由C元素构成，但由于结构中碳原子的排列方式不同，所以物理性质存在较大差异，故答案为B。03课堂练习3．美国《科学》杂志曾报道：在40GPa的高压下，用激光加热到1800K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是A．该共价晶体中含有极性键B．该共价晶体易汽化，可用作制冷材料C．该共价晶体有很高的熔沸点D．该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料03课堂练习【答案】B【详解】A、CO2固态时由分子晶体变为共价晶体，其成键情况也发生了变化，由原来的C=O变为C-O，但化学键依然为极性共价键，A项正确;B、CO2由分子晶体变成共价晶体，熔沸点高，不易汽化，不适合作制冷材料，B不正确;C、CO2由分子晶体变成共价晶体，共价晶体有很高的熔沸点，故C正确;D、CO2由分子晶体变成共价晶体，共价晶体具有硬度大耐磨等特点，D项正确;答案选Ｂ。03课堂练习4．下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是A．1molSiO2晶体中Si-O键为2molB．二氧化硅晶体的分子式是SiO2C．晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构D．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子03课堂练习【答案】C【详解】A．每个Si原子形成四个共价键，则1molSiO2晶体中含4molSi-O键，故A错误；B．由二氧化硅晶体结构图可知，每个硅原子周围连有四个氧原子，每个氧原子周围连有2个硅原子，则Si、O原子个数比为1：2，不存在分子，故