分子晶体与共价晶体课件高二下学期化学人教版选择性必修2

第2节

分子晶体与共价晶体第三章晶体结构与性质课堂引入通过前面对于晶体与非晶体的学习，我们知道：雪花、食盐以及金刚石都是晶体，这些晶体构成微粒、微粒间的作用力有什么不同呢？雪花食盐钻石分子间作用力分子晶体静电作用力共价键离子晶体水分子钠离子、氯离子碳原子共价晶体一、分子晶体1.概念只含分子的晶体称为分子晶体，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。2.分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用(1)构成微粒：分子(2)相互作用力：分子内：分子间：共价键(稀有气体除外)分子间作用力氢键范德华力课堂练习1.下列晶体中，哪些是分子晶体呢？H2S，NH3，NaCl，NaOH，Cu，石墨，He，O2，C60，P4，CO2，SiO2，NO2，Na2O，H2SO4，HCl，CH4，C2H5OH，乙酸乙酯分子晶体有：H2S，NH3，He，O2，C60，P4，CO2，NO2，H2SO4，HCl，CH4，C2H5OH、乙酸乙酯3.常见的典型分子晶体与物质类别物质类别实例所有非金属氢化物如H2O、NH3、CH4等部分非金属单质如卤素(X2)、O2、N2、硫(S8)、白磷(P4)、碳60(C60)等部分非金属氧化物如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等稀有气体如He、Ne、Ar等几乎所有的酸如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等绝大多数有机物如乙醇、乙酸、乙酸乙酯等除了金刚石、晶体硅等除了二氧化硅等单原子分子，分子内不含化学键思考：1.请根据表中数据、分析分子晶体的熔点有什么特点？分子晶体氧气氮气白磷水熔点/℃－218.3－210.144.20分子晶体硫化氢甲烷乙酸尿素熔点/℃－85.6－18216.6132.7熔点较低：分子晶体熔化时一般只破坏范德华力、氢键，不破坏化学键（范德华力、氢键相对化学键较弱）。思考：2.溜冰时，冰面上常常容易留下划痕，这说明冰晶体的硬度较大还是较小？硬度较小分子间作用力（范德华力、氢键)较弱，容易被克服。思考：3.分子晶体一般都是绝缘体，熔融状态下也不导电。从结构的角度应该如何解释呢？构成分子晶体的微粒都是分子，熔融时没有产生自由移动的离子。部分分子晶体(如酸)溶于水破坏了共价键，自身发生电离，溶液可以导电。部分分子晶体与水反应生成了能电离的物质，溶液可以导电。C604.物理性质(1)分子晶体熔、沸点较低：分子晶体熔化时一般只破坏范德华力、氢键，不破坏化学键；(2)硬度很小：分子间作用力（范德华力、氢键)较弱；(3)分子晶体不导电：

构成分子晶体的微粒都是分子，熔融时没有产生自由移动的离子（不导电）；(4)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律。课堂练习2.正误判断(1)在分子晶体中一定存在共价键和分子间的作用力(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)分子晶体中共价键的键能越大，分子晶体的熔、沸点越高(5)分子晶体熔沸点不高，均易溶于非极性溶剂(6)某些分子晶体可以做半导体材料(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CCl43.下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是()A.NH3、HD、C10H18

B.PCl3、CO2、H2SO4C.SO2、SiO2、P2O5

D.CCl4、Na2S、H2O2√×××B×××√归纳总结(1)分子晶体的判断方法①依据物质的类别：部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有酸、绝大多数有机物。②依据组成晶体的粒子及粒子间作用力：组成晶体的微粒是分子，粒子间作用力是分子间作用力。③依据物质的性质：硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固态时均不导电。归纳总结(2)分子晶体熔、沸点高低的判断①组成和结构相似，不含氢键的，M越大，范德华力越强，熔、沸点越高，如I2＞Br2＞Cl2＞F2，HI＞HBr＞HCl。②组成和结构不相似的(M接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3OH＞CH3CH3。③含有分子间氢键的，熔、沸点反常升高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。④对于有机物中的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低，如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞

＞

课堂引入干冰晶体，易升华冰晶体，不易升华，密度小于干冰干冰和冰的熔点和密度干冰冰熔点-78.5℃0℃密度1.56g/cm30.92g/cm³干冰的熔沸点比冰低、而密度比冰大这是为什么呢？思考：4.结合分子间的作用力的特征分析，在分子晶体中，分子间的作用力不同时会对其结构产生什么影响呢？若只存在范德华力，无方向性和饱和性，形成分子密堆积。若除了存在范德华力，还存在氢键，氢键具有方向性和饱和性，形成分子非密堆积。H2O(冰)干冰晶胞5.分子晶体的结构特点(1)分子密堆积——CO2为例分子抽象成质点如果分子间的作用力只有范德华力，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。5.分子晶体的结构特点(1)分子密堆积——CO2为例xzyaaxzyaa①每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子；②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12。5.分子晶体的结构特点(2)分子非密堆积——H2O为例分子间作用力除了范德华力，还存在氢键，导致每个分子周围紧邻的分子少于12个，分子晶体的这一特征称为分子非密堆积5.分子晶体的结构特点(2)分子非密堆积——H2O为例①由于氢键有方向性，使四面体中心的每个H2O周围有4个紧密相邻的H2O；②1个水分子形成4个氢键，但每个氢键由2个水分子共用，所以1mol冰含有2mol氢键。5.分子晶体的结构特点(2)分子非密堆积——H2O为例【思考】为什么冰刚刚融化时，密度变大，4℃后密度又变小？冰晶体中的水分子的空间利用率不高，空隙大，密度比液态水小。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，由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。5.分子晶体的结构特点

分子密堆积分子非密堆积微粒间作用力范德华力范德华力和氢键空间特点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，空间利用率不高举例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰思考与讨论P80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？H2S：分子间只有范德华力，无饱和性与方向性，形成分子密堆积。冰：分子间存在氢键，具有方向性，形成分子非密堆积。课堂拓展课堂拓展许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发现这类水合物晶体的是19世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为Cl2·8H2O的水合物晶体。20世纪末，科学家发现海底和大陆冰川或永久冻土底部存在大量天然气水合物晶体(CH4·nH2O)。这种晶体的主要气体成分是甲烷，因而又称甲烷水合物。它的外形像冰，而且在常温常压下会迅速分解释放出可燃的甲烷，因而又称“可燃冰”。理想可燃冰化学式8CH4·46H2O，水分子通过氢键形成四边形、五边形或六边形，进而形成笼状多面体。课堂练习4.下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是_______________。①HCl②HBr③HI④CO⑤N2⑥H25.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③②①④⑤⑥D课堂练习(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apm，则紧邻的两个CO2分子的距离为____pm。4(2)其密度ρ为___________________(1pm＝10－10cm)。面对角线的一半每个晶胞含4个CO26.如图为干冰的晶胞结构示意图。课堂引入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？物质熔点/℃沸点/℃构成微粒粒子间的作用力CO2−56.2−78.5SiO217232230分子原子共价键分子间作用力二、共价晶体1.概念相邻原子以共价键相结合形成三维骨架结构（空间立体网状）的晶体2.粒子及粒子间的相互作用构成微粒：原子相互作用力：共价键三态变化、化学反应都破坏它3.结构特点：由于所有原子间均以共价键相结合，故晶体中不存在单个小分子。共价晶体无分子式，化学式表示原子最简整数比。B4.常见的共价晶体与物质类别(1)某些单质：晶体硼(B)、晶体硅(Si)、晶体锗(Ge)、灰锡(Sn)、金刚石等。(2)某些非金属化合物：碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等。(3)某些氧化物：二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)等。资料卡片科学研究表明，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?金刚石磨头思考：仔细观察金刚石晶体晶胞模型109º28´1.55×10－10m金刚石的结构思考：(1)金刚石晶体中，C的杂化方式？(2)最小碳环由多少个C组成？它们是否在同一平面内？(3)C数与C—C键数比为多少？(4)每个C被多少个六元环共用，1个碳环占有的碳原子数为多少？仔细观察金刚石晶体晶胞模型，交流讨论回答下列问题。5.两种典型共价晶体(1)金刚石的结构特点①每个C与相邻的4个C结合形成正四面体，碳原子杂化方式：sp3，键角：109°28′④每个碳原子被12个六元环共用，1个碳环占有的碳原子为6×(1/12)=0.5个②最小环有6个C、且不在同一平面内，最多4个C共平面③C原子与C—C数目之比为1:2，1mol金刚石含2mol(4×1/2)C—C共价键5.两种典型共价晶体(1)金刚石的结构特点⑤金刚石晶胞中占有的碳原子数：8个晶胞棱长为apm⑥金刚石的密度为____________g·cm－3⑦Si、Ge和金刚石都具有相似的晶体结构(面心立方，正四面体结构)思考：根据金刚石的结构，试分析金刚石熔点高、硬度大的原因？C—C键键长(pm)键能(kJ/mol)熔点(℃)硬度154347.7＞3500天然最大金刚石晶体中C-C键键长短，键能大，并且共价键的数目非常多，断键需要大量能量，因此金刚石的熔点很高，硬度很大。课堂引入SiO2是自然界含量最高的二元氧化物，熔点1713

℃，有多种结构，最常见的是低温石英。遍布河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗石里的白色晶体以及透明的水晶都低温石英。黄沙花岗岩石英矿水晶SiO2在自然界分布思考：观察二氧化硅晶体晶胞模型，分析、讨论其组成和结构。180º109º28´SiO5.两种典型共价晶体(2)二氧化硅晶体的结构特点①硅原子、氧原子杂化方式：sp3②1个Si和4个O形成4个共价键，每个O和

2个Si相结合，即1molSiO2中含

4molSi—O④

SiO2是化学式，不存在单个的SiO2分子③最小环为12元环，由

6个Si和

6个O构成；每个Si被12个环共用，每个O被6个环共用⑤低温石英：顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有手性。思考：分析数据说明共价晶体有何物理特性？试分析原因？(1)由于原子间以共价键相结合，熔化时破坏共价键需要很高的温度，所以熔点高。(2)结构相似，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。6.物理性质(1)熔沸点较高：共价晶体在受热熔化时，破坏的作用力是共价键，故熔沸点较高(2)共价晶体硬度较大：金刚石是天然存在的最硬的物质(3)共价晶体一般不导电（硅、锗是半导体

——

导电）(4)溶解性一般难溶于一些常见的溶剂（如：水、四氯化碳）思考与讨论P82(1)“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。分子晶体中的CO2、H2O等大多数分子也有共价键；很多离子晶体，如NaOH、KNO3、NH4Cl等，在离子内部也含有共价键。共价晶体石英硅锗熔点/℃171014101211硬度*76.56.0(2)怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度均依次降低?三者的组成元素为同一主族元素，形成的晶体结构类似，结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高，硬度越大。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：范德华力、氢键(部分)分子内：共价键(除了稀有气体)共价键熔点较低较高硬度小大【归纳总结】分子晶体和共价晶体对比课堂练习1.在二氧化硅晶体中原子未排列成紧密堆积结构，其原因是()A.共价键具有饱和性B.共价键具有方向性C.二氧化硅是化合物D.二氧化硅是由非金属元素原子构成的2.碳化硅的晶体结构与金刚石晶体类似。碳化硅晶体中硅原子与Si—C的数目之比为______。有下列三种晶体：①金刚石②晶体硅③碳化硅，它们的熔点从高到低的顺序是_________。3.解释熔点产生差异的原因：SiO2(1710℃)和SiCl4(−70℃)_______________________________________________________________________________。SiF4(−90℃)和SiCl4(−70℃)_________________________________