分子晶體與共價晶體 課件 【知識精講+高效課堂 】高中化學人教版（2019）選擇性必修二

第三章晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)

分子晶體和共價晶體第1課時

分子晶體碘晶胞示意圖觀察分析碘晶胞的結(jié)構(gòu)特點及粒子間的作用力新

課

導(dǎo)

入分子晶體

概念：只含分子的晶體稱為分子晶體。粒子間的相互作用力：

構(gòu)成分子晶體的微粒是分子，

分子晶體內(nèi)相鄰分子間以分子間作用力相互吸引，

分子內(nèi)原子之間以共價鍵結(jié)合。碘晶胞示意圖典型的分子晶體

所有非金屬氫化物：如水、硫化氫、氨、氯化氫、甲烷等部分非金屬單質(zhì)：如鹵素、氧氣、硫、氮氣、白磷等部分非金屬氧化物：如CO2、P4O6、P4O10、SO2等注意：SiO2不是分子晶體絕大多數(shù)有機物：如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等幾乎所有的酸：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等分子晶體的物理性質(zhì)分子晶體氧氣氮氣白磷水硫化氫甲烷乙酸尿素熔點/℃-218.3-210.144.20-85.6-18216.6132.7【強調(diào)】分子晶體在熔化時，只破壞分子間作用力而不破壞化學鍵分子晶體具有較低的熔、沸點和較小的硬度分子晶體熔化時需破壞分子間作用力，由于分子間作用力很弱，所以分子晶體的熔、沸點一般較低分子晶體熔、沸點比較規(guī)律少數(shù)主要以氫鍵作用形成的分子晶體，比一般的分子晶體的熔、沸點高組成與結(jié)構(gòu)相似，分子之間不含氫鍵而只利用范德華力形成的分子晶體，隨著相對分子質(zhì)量的增大，物質(zhì)的熔、沸點逐漸升高相對分子質(zhì)量相等或相近的極性分子構(gòu)成的分子晶體，其熔、沸點一般比非極性分子構(gòu)成的分子晶體的熔、沸點高有機物中組成和結(jié)構(gòu)相似且不存在氫鍵的同分異構(gòu)體，相對分子質(zhì)量相同，一般支鏈越多，分子間的相互作用力越弱，熔、沸點越低分子晶體的物理性質(zhì)分子晶體不導(dǎo)電

分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下均不存在自由離子或自由電子，因而分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下都不導(dǎo)電分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規(guī)律極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑分子晶體的結(jié)構(gòu)特征觀察干冰和冰的結(jié)構(gòu)模型，總結(jié)分子晶體的堆積方式。干冰晶胞是一種面心立方結(jié)構(gòu)，在立方體的頂角各有一個CO2分子，6個面的中心又各有一個CO2分子干冰中的CO2分子間只存在范德華力，不存在氫鍵每個晶胞中有4個CO2分子，12個原子每個CO2分子周圍等距離且最近的CO2分子有12個【分子密堆積】分子晶體的結(jié)構(gòu)特征晶胞內(nèi)離頂角CO2分子最近的CO2分子有3個3個CO2均在面心，只有一半在晶胞內(nèi)頂角CO2分子被8個晶胞共用，每個晶胞只占1/8分子晶體的結(jié)構(gòu)特征CO2

分子：中心分子晶體的結(jié)構(gòu)特征96pm276pm氫鍵具有方向性分子晶體的結(jié)構(gòu)特征為什么水凝固成冰、雪、霜時，密度變??？水分子之間的主要作用力是氫鍵（當然也存在范德華力)，在冰的晶體中，每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子

氫鍵有方向性，即氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰的水分子相互吸引冰晶體中的水分子的空間利用率不高，當冰剛剛?cè)诨癁橐簯B(tài)水時，熱運動使冰的結(jié)構(gòu)部分解體，水分子間的空隙減小，密度反而增大

超過4℃時，才由于熱運動加劇，分子間距離增大，密度逐漸減小

分子晶體的結(jié)構(gòu)特征分子間作用力堆積方式實例范德華力分子密堆積，每個分子周圍有12個緊鄰的分子如C60、干冰、I2、O2范德華力、氫鍵分子不采用密堆積，每個分子周圍緊鄰的分子少于12個如HF、NH3、冰分子晶體的結(jié)構(gòu)特征為什么干冰的熔沸點比冰低而密度卻比冰大？由于干冰中的CO2之間只存在范德華力，一個分子周圍有12個緊鄰分子，密度比冰的高。水存在分子間氫鍵，CO2之間只存在范德華力，干冰的熔沸點比冰低。干冰常壓下極易升華。而且，干冰在工業(yè)上廣泛用作制冷劑。分子晶體的結(jié)構(gòu)特征干冰升華過程中破壞共價鍵嗎？干冰升華的過程中破壞分子間作用力，不破壞共價鍵。

硫化氫分子和水分子結(jié)構(gòu)相似，但是硫化氫晶體中，一個硫化氫分子周圍有12個緊鄰分子，而冰中一個水分子周圍只有4個緊鄰分子，為什么？硫化氫分子間只有范德華力，分子密堆積，而水分子間存在氫鍵，非密堆積。分子晶體的判斷方法依據(jù)物質(zhì)的類別判斷,部分非金屬單質(zhì)、所有非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機物的晶體都是分子晶體。依據(jù)組成晶體的粒子及粒子間作用判斷,組成分子晶體的粒子是分子，粒子間作用是分子間作用力。依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)判斷,分子晶體的硬度小，熔、沸點低，在熔融狀態(tài)或固體時均不導(dǎo)電?？萍肌ぜ夹g(shù)·社會天然氣水合物——一種潛在的能源本節(jié)小結(jié)分子晶體構(gòu)成粒子：分子粒子間作用力：分子間作用力常見的分子晶體分子晶體的物理性質(zhì)分子晶體具有較低的熔、沸點和較小的硬度分子晶體不導(dǎo)電分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規(guī)律分子晶體的結(jié)構(gòu)特征分子密堆積不采用密堆積本節(jié)小結(jié)第三章晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)

分子晶體和共價晶體第2課時

共價晶體新課導(dǎo)入

純凈的金剛石是無色透明、正八面體形狀的固體。地殼中含有極少量的金剛石，它是天然存在的最硬的物質(zhì)。經(jīng)過仔細的打磨后，可以成為璀璨奪目的裝飾品—鉆石。金剛石109o28′在晶體中每個碳原子以四個共價單鍵與相鄰的4個碳原子相結(jié)合，成為正四面體。晶體中C-C-C夾角為109°28'，碳原子采取了sp3雜化。最小環(huán)上有6個碳原子，最多4個碳原子在同一平面。每個碳原子被12個六元環(huán)共用。晶體中碳原子個數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為1:(4×1/2)=1:2。在一個晶胞中，碳原子位于立方體的8個頂點、6個面心以及晶胞內(nèi)部4個，該晶胞中實際含有的碳原子數(shù)為8。金剛石二氧化硅二氧化硅的結(jié)構(gòu):二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，有多種結(jié)構(gòu)，最常見的是低溫石英(α-SiO2)。低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性。180o109o28′Sio共價鍵二氧化硅1個Si原子和4個O原子形成4個共價鍵，每個Si原子周圍結(jié)合4個O原子；同時，每個O原子跟2個Si原子相結(jié)合。實際上，SiO2晶體是由Si原子和O原子按1：2的比例所組成的立體網(wǎng)狀的晶體。最小的環(huán)是由6個Si原子和6個O原子組成的12元環(huán)。每個最小的環(huán)實際擁有的硅原子為6×1/12=1/2，氧原子數(shù)為1。1molSiO2中含4molSi—O鍵，在SiO2晶體中Si、O原子均采取sp3雜化。正四面體內(nèi)O—Si—O鍵角為109°28′。二氧化硅的用途:

二氧化硅是制造水泥、玻璃、人造紅寶石、單晶硅、硅電電池、芯片和光導(dǎo)纖維的原料。共價晶體定義：

原子間以共價鍵相結(jié)合而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。構(gòu)成微粒：原子微粒之間的作用：共價鍵氣化或熔化時破壞的作用：共價鍵分類：某些單質(zhì)：如硼（B）、硅（Si）、鍺（Ge）和錫（Sn）等

某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等極少數(shù)金屬氧化物，如剛玉(α-Al2O3)共價晶體的通性

①熔點很高。共價晶體中，原子間以較強的共價鍵相結(jié)合(共價鍵多)，要使物質(zhì)熔化就要克服共價鍵，需要很高的能量。②硬度很大。③一般不導(dǎo)電，但晶體硅是半導(dǎo)體。④難溶于一般溶劑。學生活動(1)SiO2是二氧化硅的分子式嗎？二氧化硅為共價晶體，晶體中不存在單個分子，其化學式為Si與O的最簡個數(shù)比，而不是分子式。(2)“具有共價鍵的晶體叫做共價晶體”這種說法對嗎？為什么？

不對。如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共價鍵，而它們都是分子晶體；如金剛石、晶體Si、SiC、SiO2中都有共價鍵，它們都是共價晶體；只有相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體才是共價晶體。(3)觀察對比晶體硅、碳化硅，

并總結(jié)結(jié)構(gòu)特征。學生活動晶體硅晶胞

碳化硅晶胞

晶體硅晶體硅晶胞的每個頂點和面心均有1個Si原子，晶胞內(nèi)部有4個Si原子，每個晶體硅晶胞中含有8個Si原子。碳化硅晶胞a.碳、硅原子都采取sp3雜化，C—Si鍵角為109°28′。b.每個硅(碳)原子與周圍緊鄰的4個碳(硅)原子以共價鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。c.最小碳環(huán)由6個原子組成且不在同一平面內(nèi)，其中包括3個C原子和3個Si原子。d.每個SiC晶胞中含有4個C原子和4個Si原子。學生活動(4)怎么從原子結(jié)構(gòu)的角度理解金剛石、硅

、鍺的熔點和硬度依次下降？

金剛石、硅

、鍺的鍵長依次增大，鍵能依次減小，熔點和硬度依次下降。判斷共價晶體和分子晶體的方法

依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用力判斷組成共價晶體的粒子是原子，粒子間的作用力是共價鍵；組成分子晶體的粒子是分子，粒子間的的作用力是分子間作用力。

依據(jù)晶體的熔點判斷共價晶體的熔沸點高，常在1000℃以上；分子晶體的熔、沸點低，常在數(shù)百攝氏度以下。

依據(jù)導(dǎo)電性判斷共價晶體一般為非導(dǎo)體；分子晶體為非導(dǎo)體，分子晶體中的電解質(zhì)(主要是酸和非金屬氫化物)溶于水，使分子內(nèi)的化學鍵斷裂形成自由移動的離子也能導(dǎo)電。判斷共價晶體和分子晶體的方法依據(jù)物質(zhì)的分類判斷常見的共價晶體單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的共價晶體化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機物(除有機鹽外)都是分子晶體。依據(jù)物質(zhì)的狀態(tài)判斷一般常溫常壓下，呈氣態(tài)或液態(tài)的單質(zhì)與化合物，在固態(tài)時屬于分子晶體。依據(jù)硬度和機械性能判斷共價晶體硬度大；分子晶體硬度小且較脆。分子晶體、共價晶體的熔、沸點比較(1)不同類型的晶體熔、沸點：原子晶體>分子晶體。(2)同一類型的晶體分子晶體①分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點越高；非金屬氫化物分子間含有氫鍵的分子晶體，熔、沸點比同族元素的氫化物反常得高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。②組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點越高。如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。③組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)（相對分子質(zhì)量接近），分子的極性越大，其熔、沸點越高。如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。④同分異構(gòu)體的支鏈越多，熔、沸點越低。如⑤烴、鹵代烴、醇、醛、羧酸等有機物一般隨分子里碳原子的增加，熔、沸點升高。如C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。分子晶體、共價晶體的熔、沸點比較共價晶體①晶體的熔、沸點高低取決于共價鍵的鍵長和鍵能。鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，物質(zhì)的熔、沸點越高。②若沒有告知鍵長或鍵能數(shù)據(jù)時，可比較原子半徑的大小。一般原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點就越高。如比較金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點高低：原子半徑：C<Si，則鍵長：C-C<C-Si<Si-Si，故鍵能：C-C<C-Si<Si-Si，熔點：金剛石>碳化硅>晶體硅。分子晶體、共價晶體的熔、沸點比較分子晶體、共價晶體的熔、沸點比較晶體類型原子晶體分子晶體概念組成微粒

作用力熔沸點硬度溶解性導(dǎo)電性相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分子間以分子間作用力結(jié)合原子分子共價鍵分子間作用力很高較低很大較小不溶于任何溶劑部分溶于水不導(dǎo)電，個別為半導(dǎo)體固體和熔化狀態(tài)都不導(dǎo)電，部分溶于水導(dǎo)電

一種結(jié)晶形碳，有天然出產(chǎn)的礦物。鐵黑色至深鋼灰色。質(zhì)軟具滑膩感，可沾污手指成灰黑色。有金屬光澤。六方晶系，成葉片狀、鱗片狀和致密塊狀。密度2.25g/cm3，化學性質(zhì)不活潑。具有耐腐蝕性，在空氣或氧氣中強熱可以燃燒生成二氧化碳。石墨可用作潤滑劑，并用于制造坩鍋、電極、鉛筆芯等。知識拓展－石墨石