分子晶體與共價晶體課件高二下學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修2

第2節(jié)

分子晶體與共價晶體第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)課堂引入通過前面對于晶體與非晶體的學(xué)習(xí)，我們知道：雪花、食鹽以及金剛石都是晶體，這些晶體構(gòu)成微粒、微粒間的作用力有什么不同呢？雪花食鹽鉆石分子間作用力分子晶體靜電作用力共價鍵離子晶體水分子鈉離子、氯離子碳原子共價晶體一、分子晶體1.概念只含分子的晶體稱為分子晶體，相鄰分子靠分子間作用力相互吸引。2.分子晶體中的粒子及粒子間的相互作用(1)構(gòu)成微粒：分子(2)相互作用力：分子內(nèi)：分子間：共價鍵(稀有氣體除外)分子間作用力氫鍵范德華力課堂練習(xí)1.下列晶體中，哪些是分子晶體呢？H2S，NH3，NaCl，NaOH，Cu，石墨，He，O2，C60，P4，CO2，SiO2，NO2，Na2O，H2SO4，HCl，CH4，C2H5OH，乙酸乙酯分子晶體有：H2S，NH3，He，O2，C60，P4，CO2，NO2，H2SO4，HCl，CH4，C2H5OH、乙酸乙酯3.常見的典型分子晶體與物質(zhì)類別物質(zhì)類別實例所有非金屬氫化物如H2O、NH3、CH4等部分非金屬單質(zhì)如鹵素(X2)、O2、N2、硫(S8)、白磷(P4)、碳60(C60)等部分非金屬氧化物如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等稀有氣體如He、Ne、Ar等幾乎所有的酸如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等絕大多數(shù)有機物如乙醇、乙酸、乙酸乙酯等除了金剛石、晶體硅等除了二氧化硅等單原子分子，分子內(nèi)不含化學(xué)鍵思考：1.請根據(jù)表中數(shù)據(jù)、分析分子晶體的熔點有什么特點？分子晶體氧氣氮氣白磷水熔點/℃－218.3－210.144.20分子晶體硫化氫甲烷乙酸尿素熔點/℃－85.6－18216.6132.7熔點較低：分子晶體熔化時一般只破壞范德華力、氫鍵，不破壞化學(xué)鍵（范德華力、氫鍵相對化學(xué)鍵較弱）。思考：2.溜冰時，冰面上常常容易留下劃痕，這說明冰晶體的硬度較大還是較??？硬度較小分子間作用力（范德華力、氫鍵)較弱，容易被克服。思考：3.分子晶體一般都是絕緣體，熔融狀態(tài)下也不導(dǎo)電。從結(jié)構(gòu)的角度應(yīng)該如何解釋呢？構(gòu)成分子晶體的微粒都是分子，熔融時沒有產(chǎn)生自由移動的離子。部分分子晶體(如酸)溶于水破壞了共價鍵，自身發(fā)生電離，溶液可以導(dǎo)電。部分分子晶體與水反應(yīng)生成了能電離的物質(zhì)，溶液可以導(dǎo)電。C604.物理性質(zhì)(1)分子晶體熔、沸點較低：分子晶體熔化時一般只破壞范德華力、氫鍵，不破壞化學(xué)鍵；(2)硬度很?。悍肿娱g作用力（范德華力、氫鍵)較弱；(3)分子晶體不導(dǎo)電：

構(gòu)成分子晶體的微粒都是分子，熔融時沒有產(chǎn)生自由移動的離子（不導(dǎo)電）；(4)分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規(guī)律。課堂練習(xí)2.正誤判斷(1)在分子晶體中一定存在共價鍵和分子間的作用力(2)分子晶體熔化時一定破壞范德華力，有些分子晶體還會破壞氫鍵(3)分子晶體熔化或溶于水均不導(dǎo)電(4)分子晶體中共價鍵的鍵能越大，分子晶體的熔、沸點越高(5)分子晶體熔沸點不高，均易溶于非極性溶劑(6)某些分子晶體可以做半導(dǎo)體材料(7)H2SO4為強電解質(zhì)，硫酸晶體是能導(dǎo)電的(8)SiCl4晶體是分子晶體，熔點高于CCl43.下列各組物質(zhì)各自形成晶體，均屬于分子晶體的化合物是()A.NH3、HD、C10H18

B.PCl3、CO2、H2SO4C.SO2、SiO2、P2O5

D.CCl4、Na2S、H2O2√×××B×××√歸納總結(jié)(1)分子晶體的判斷方法①依據(jù)物質(zhì)的類別：部分非金屬單質(zhì)、所有非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有酸、絕大多數(shù)有機物。②依據(jù)組成晶體的粒子及粒子間作用力：組成晶體的微粒是分子，粒子間作用力是分子間作用力。③依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)：硬度小，熔、沸點低，在熔融狀態(tài)或固態(tài)時均不導(dǎo)電。歸納總結(jié)(2)分子晶體熔、沸點高低的判斷①組成和結(jié)構(gòu)相似，不含氫鍵的，M越大，范德華力越強，熔、沸點越高，如I2＞Br2＞Cl2＞F2，HI＞HBr＞HCl。②組成和結(jié)構(gòu)不相似的(M接近)，分子的極性越大，熔、沸點越高，如CH3OH＞CH3CH3。③含有分子間氫鍵的，熔、沸點反常升高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。④對于有機物中的同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔、沸點越低，如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞

＞

課堂引入干冰晶體，易升華冰晶體，不易升華，密度小于干冰干冰和冰的熔點和密度干冰冰熔點-78.5℃0℃密度1.56g/cm30.92g/cm3干冰的熔沸點比冰低、而密度比冰大這是為什么呢？思考：4.結(jié)合分子間的作用力的特征分析，在分子晶體中，分子間的作用力不同時會對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生什么影響呢？若只存在范德華力，無方向性和飽和性，形成分子密堆積。若除了存在范德華力，還存在氫鍵，氫鍵具有方向性和飽和性，形成分子非密堆積。H2O(冰)干冰晶胞5.分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(1)分子密堆積——CO2為例分子抽象成質(zhì)點如果分子間的作用力只有范德華力，若以一個分子為中心，其周圍最多可以有12個緊鄰的分子，分子晶體的這一特征稱為分子密堆積。5.分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(1)分子密堆積——CO2為例xzyaaxzyaa①每個晶胞中有4個CO2分子，12個原子；②每個CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子數(shù)為12。5.分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(2)分子非密堆積——H2O為例分子間作用力除了范德華力，還存在氫鍵，導(dǎo)致每個分子周圍緊鄰的分子少于12個，分子晶體的這一特征稱為分子非密堆積5.分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(2)分子非密堆積——H2O為例①由于氫鍵有方向性，使四面體中心的每個H2O周圍有4個緊密相鄰的H2O；②1個水分子形成4個氫鍵，但每個氫鍵由2個水分子共用，所以1mol冰含有2mol氫鍵。5.分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(2)分子非密堆積——H2O為例【思考】為什么冰剛剛?cè)诨瘯r，密度變大，4℃后密度又變?。勘w中的水分子的空間利用率不高，空隙大，密度比液態(tài)水小。當(dāng)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，由于熱運動加劇，分子間距離加大，密度漸漸減小。5.分子晶體的結(jié)構(gòu)特點

分子密堆積分子非密堆積微粒間作用力范德華力范德華力和氫鍵空間特點通常每個分子周圍有12個緊鄰的分子每個分子周圍緊鄰的分子數(shù)小于12，空間利用率不高舉例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰思考與討論P80硫化氫和水分子結(jié)構(gòu)相似，但硫化氫晶體中，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？H2S：分子間只有范德華力，無飽和性與方向性，形成分子密堆積。冰：分子間存在氫鍵，具有方向性，形成分子非密堆積。課堂拓展課堂拓展許多氣體可以與水形成水合物晶體。最早發(fā)現(xiàn)這類水合物晶體的是19世紀初的英國化學(xué)家戴維，他發(fā)現(xiàn)氯可形成化學(xué)式為Cl2·8H2O的水合物晶體。20世紀末，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)海底和大陸冰川或永久凍土底部存在大量天然氣水合物晶體(CH4·nH2O)。這種晶體的主要氣體成分是甲烷，因而又稱甲烷水合物。它的外形像冰，而且在常溫常壓下會迅速分解釋放出可燃的甲烷，因而又稱“可燃冰”。理想可燃冰化學(xué)式8CH4·46H2O，水分子通過氫鍵形成四邊形、五邊形或六邊形，進而形成籠狀多面體。課堂練習(xí)4.下列分子晶體的熔、沸點由高到低的順序是_______________。①HCl②HBr③HI④CO⑤N2⑥H25.正硼酸(H3BO3)是一種片層狀結(jié)構(gòu)的白色晶體，層內(nèi)的H3BO3分子通過氫鍵相連(如圖所示)。下列有關(guān)說法正確的是()A.正硼酸晶體不屬于分子晶體B.H3BO3分子的穩(wěn)定性與氫鍵有關(guān)C.分子中硼原子最外層為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)D.含1molH3BO3的晶體中有3mol氫鍵③②①④⑤⑥D(zhuǎn)課堂練習(xí)(1)通過觀察分析，有____種取向不同的CO2分子。將CO2分子視作質(zhì)點，設(shè)晶胞邊長為apm，則緊鄰的兩個CO2分子的距離為____pm。4(2)其密度ρ為___________________(1pm＝10－10cm)。面對角線的一半每個晶胞含4個CO26.如圖為干冰的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖。課堂引入碳和硅元素同為第四主族的元素，從其形成的化合物外形來看，均為晶體，而兩種晶體的熔沸點卻相差很大，這是為什么呢？物質(zhì)熔點/℃沸點/℃構(gòu)成微粒粒子間的作用力CO2?56.2?78.5SiO217232230分子原子共價鍵分子間作用力二、共價晶體1.概念相鄰原子以共價鍵相結(jié)合形成三維骨架結(jié)構(gòu)（空間立體網(wǎng)狀）的晶體2.粒子及粒子間的相互作用構(gòu)成微粒：原子相互作用力：共價鍵三態(tài)變化、化學(xué)反應(yīng)都破壞它3.結(jié)構(gòu)特點：由于所有原子間均以共價鍵相結(jié)合，故晶體中不存在單個小分子。共價晶體無分子式，化學(xué)式表示原子最簡整數(shù)比。B4.常見的共價晶體與物質(zhì)類別(1)某些單質(zhì)：晶體硼(B)、晶體硅(Si)、晶體鍺(Ge)、灰錫(Sn)、金剛石等。(2)某些非金屬化合物：碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等。(3)某些氧化物：二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)等。資料卡片科學(xué)研究表明，30億年前，在地殼下200km左右的地幔中，處在高溫、高壓巖漿中的碳元素逐漸形成了具有正四面體結(jié)構(gòu)的金剛石?；鹕奖l(fā)時，金剛石夾在巖漿中上升到接近地表時冷卻，形成含有少量金剛石的原生礦床。金剛石具有諸多不同凡響的優(yōu)良性質(zhì)：熔點高，不導(dǎo)電，硬度極高。這些性質(zhì)顯然是由金剛石的結(jié)構(gòu)決定的。那么，金剛石具有怎樣的結(jié)構(gòu)呢?金剛石磨頭思考：仔細觀察金剛石晶體晶胞模型109o28′1.55×10－10m金剛石的結(jié)構(gòu)思考：(1)金剛石晶體中，C的雜化方式？(2)最小碳環(huán)由多少個C組成？它們是否在同一平面內(nèi)？(3)C數(shù)與C—C鍵數(shù)比為多少？(4)每個C被多少個六元環(huán)共用，1個碳環(huán)占有的碳原子數(shù)為多少？仔細觀察金剛石晶體晶胞模型，交流討論回答下列問題。5.兩種典型共價晶體(1)金剛石的結(jié)構(gòu)特點①每個C與相鄰的4個C結(jié)合形成正四面體，碳原子雜化方式：sp3，鍵角：109°28′④每個碳原子被12個六元環(huán)共用，1個碳環(huán)占有的碳原子為6×(1/12)=0.5個②最小環(huán)有6個C、且不在同一平面內(nèi)，最多4個C共平面③C原子與C—C數(shù)目之比為1:2，1mol金剛石含2mol(4×1/2)C—C共價鍵5.兩種典型共價晶體(1)金剛石的結(jié)構(gòu)特點⑤金剛石晶胞中占有的碳原子數(shù)：8個晶胞棱長為apm⑥金剛石的密度為____________g·cm－3⑦Si、Ge和金剛石都具有相似的晶體結(jié)構(gòu)(面心立方，正四面體結(jié)構(gòu))思考：根據(jù)金剛石的結(jié)構(gòu)，試分析金剛石熔點高、硬度大的原因？C—C鍵鍵長(pm)鍵能(kJ/mol)熔點(℃)硬度154347.7＞3500天然最大金剛石晶體中C-C鍵鍵長短，鍵能大，并且共價鍵的數(shù)目非常多，斷鍵需要大量能量，因此金剛石的熔點很高，硬度很大。課堂引入SiO2是自然界含量最高的二元氧化物，熔點1713

℃，有多種結(jié)構(gòu)，最常見的是低溫石英。遍布河岸的黃沙、帶狀的石英礦脈、花崗石里的白色晶體以及透明的水晶都低溫石英。黃沙花崗巖石英礦水晶SiO2在自然界分布思考：觀察二氧化硅晶體晶胞模型，分析、討論其組成和結(jié)構(gòu)。180o109o28′SiO5.兩種典型共價晶體(2)二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)特點①硅原子、氧原子雜化方式：sp3②1個Si和4個O形成4個共價鍵，每個O和

2個Si相結(jié)合，即1molSiO2中含

4molSi—O④

SiO2是化學(xué)式，不存在單個的SiO2分子③最小環(huán)為12元環(huán)，由

6個Si和

6個O構(gòu)成；每個Si被12個環(huán)共用，每個O被6個環(huán)共用⑤低溫石英：頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性。思考：分析數(shù)據(jù)說明共價晶體有何物理特性？試分析原因？(1)由于原子間以共價鍵相結(jié)合，熔化時破壞共價鍵需要很高的溫度，所以熔點高。(2)結(jié)構(gòu)相似，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點越高。6.物理性質(zhì)(1)熔沸點較高：共價晶體在受熱熔化時，破壞的作用力是共價鍵，故熔沸點較高(2)共價晶體硬度較大：金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)(3)共價晶體一般不導(dǎo)電（硅、鍺是半導(dǎo)體

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導(dǎo)電）(4)溶解性一般難溶于一些常見的溶劑（如：水、四氯化碳）思考與討論P82(1)“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。分子晶體中的CO2、H2O等大多數(shù)分子也有共價鍵；很多離子晶體，如NaOH、KNO3、NH4Cl等，在離子內(nèi)部也含有共價鍵。共價晶體石英硅鍺熔點/℃171014101211硬度*76.56.0(2)怎樣從原子結(jié)構(gòu)的角度理解金剛石、硅和鍺的熔點和硬度均依次降低?三者的組成元素為同一主族元素，形成的晶體結(jié)構(gòu)類似，結(jié)構(gòu)相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點越高，硬度越大。晶體的類型分子晶體共價晶體概念以分子間作用力結(jié)合相鄰原子間以共價鍵結(jié)合組成的粒子分子原子作用力分子間：范德華力、氫鍵(部分)分子內(nèi)：共價鍵(除了稀有氣體)共價鍵熔點較低較高硬度小大【歸納總結(jié)】分子晶體和共價晶體對比課堂練習(xí)1.在二氧化硅晶體中原子未排列成緊密堆積結(jié)構(gòu)，其原因是()A.共價鍵具有飽和性B.共價鍵具有方向性C.二氧化硅是化合物D.二氧化硅是由非金屬元素原子構(gòu)成的2.碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)與金剛石晶體類似。碳化硅晶體中硅原子與Si—C的數(shù)目之比為______。有下列三種晶體：①金剛石②晶體硅③碳化硅，它們的熔點從高到低的順序是_________。3.解釋熔點產(chǎn)生差異的原因：SiO2(1710℃)和SiCl4(?70℃)_______________________________________________________________________________。SiF4(?90℃)和SiCl4(?70℃)_________________________________