化学人教版（2019）选择性必修2 3.2分子晶体与共价晶体（共22张ppt）
文档属性
| 名称 | 化学人教版（2019）选择性必修2 3.2分子晶体与共价晶体（共22张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-01-12 17:47:52 | ||
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文档简介
(共22张PPT)
第1课时 分子晶体与共价晶体
第三章 晶体结构与性质 第二节 分子晶体与共价晶体
温故知新
1. 说出几种你身边常见典型的晶体，它们的宏观性质是否有明显的差异？这些差异表现在什么方面？用简单的文字描述并进行分享。
常见典型的晶体有：冰、金刚石、食盐、单质铝（易拉罐）。
它们的宏观性质有明显的差异，例如，冰在0 ℃时就熔化了，水在100 ℃时就汽化了，而其他三种物质在100 ℃仍是固体，需要很高的温度才能熔化；
例如，冰和食盐受力时容易碎裂，铝受力时容易形变，而金刚石非常坚硬；
例如，冰、食盐、金刚石都是无色透明的固体，铝是银白色不透明的固体。
温故知新
2. 在化学中，“结构决定性质”是一个核心观点，那宏观性质迥异的这些晶体在结构上有何不同呢？
晶体的“大厦”就是由晶胞这些“建材”有规律的重复而形成的。
对晶体而言，“结构决定性质”中结构的内涵，既包含晶胞中粒子的组成，又包含粒子间通过怎么的作用力彼此凝聚在一起。
不同的粒子，如分子、原子、离子，可以通过不同的作用力，如分子间作用力、共价键、离子键等，凝聚在一起，形成形色各异的晶体。
一、分子晶体
只含分子的晶体称为分子晶体。
例如，下面的碘晶体只含I2分子，属于分子晶体；二氧化碳晶体只含CO2分子，属于分子晶体。
1. 分子晶体的概念与性质特点
一、分子晶体
在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。
下表展示了部分分子晶体的熔点：
分子晶体 O2 N2 P4 H2O H2S CH4 CH3COOH CO(NH2)2
熔点/℃ -218.3 -210.1 44.2 0 -85.6 -182 16.6 132.7
从上表中，可以直观的看出，分子晶体的熔点普遍较低。
事实上，分子晶体的硬度也都很小，比如在冰表面留下划痕是一件很容易的事。
一、分子晶体
（1）怎样理解分子晶体普遍有熔点低和硬度小的特性？
【思考讨论】
在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。
其中范德华力的强度一般在2 ~ 20 kJ/mol，氢键稍强，但一般不超过40 kJ/mol。
分子晶体无论是物态变化还是被刻画，破坏的都是分子间作用力，而分子间作用力量级较小，故需要外界提供的能量都较小。
故分子晶体表现出熔点低和硬度小的特性。
一、分子晶体
（2）哪些晶体属于分子晶体呢？
【思考讨论】
①所有非金属氢化物，如H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等；
②部分非金属单质，如卤素、O2、S8、N2、P4、C60、稀有气体等
③部分非金属氧化物，如CO2、P4O6、P4O10、SO2等
④几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、CH3COOH等
⑤绝大多数有机物，如CH3CH2OH、C2H4，C6H6等
一、分子晶体
大多数分子晶体的结构有如下特征：如果分子间作用力只是范德华力，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，如C60的晶胞。
2. 分子晶体的结构特征
一、分子晶体
（3） 以C60的堆积和晶胞为例，说明与中心紧邻的12个C60分布在空间的何处？
【思考讨论】
为了方便观察与讨论，我们将每个C60分子简化为一个小球，从C60的晶胞可以看出，这些小球分布在晶胞的顶点和每个面的面心上。
一、分子晶体
【思考讨论】
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3
1
2
考察图中的0号顶角原子，晶胞中与该粒子距离最近且相等的是其所在三个面心的粒子，即图中的1、2、3号。由于晶胞是无隙并置的，可发现三个互相垂直的平面中各有4个粒子与该粒子距离最近且相等，因此共12个紧邻的离子。
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3
一、分子晶体
一、分子晶体
冰是常见的分子晶体，它的晶体结构又有怎样的特征呢？
下图给是冰的晶体结构示意图，结合所学知识思考下面的问题：
水分子之间存在怎样的作用力？这些作用力具有怎么的特性？
水分子之间存在氢键和范德华力，且氢键的强度大于范德华力。
分子间的氢键，一般X—H···Y三个原子在一条直线上，即氢键具有方向性。
一、分子晶体
（4） 冰的晶体结构中，每个水分子周围紧邻的水分子有多少个？它是否满足分子晶体的分子密堆积的特征？如果不满足，原因是什么？
【思考讨论】
任选一个水分子为研究对象，可以看出每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，它不满足分子密堆积的特征。即使氢键比共价键弱得多，不属于化学键，但仍有方向性。氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引。
一、分子晶体
（5） 结合冰的晶体结构特点说明，为何一般物质的固态密度大于液态密度，而冰的密度小于水的密度？
【思考讨论】
冰中因存在大量氢键，水分子的排列必须满足氢键的方向性，致使每个水分子紧邻的水分子只有4个。这一排列结果使冰晶体中的水分子不紧密，空间利用率不高，留有相当大的空隙，使其密度比液态水的小。
一、分子晶体
（6） 水的密度在4℃时最大，结合水和冰的微观结构给出解释。
【思考讨论】
当冰刚刚熔化为液态水时（0~4℃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，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度又渐渐减小。
熔化
一、分子晶体
干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，而熔点却比冰低得多，在常压下极易升华。同样是分子晶体，你认为二者的物理性质的差异是由什么造成的？
CO2分子间只存在范德华力，而H2O分子间存在范德华力和氢键。
氢键的强度较大，故它的存在显著提高了水的熔沸点。
一、分子晶体
（7） H2S和H2O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H2O分子周围只有4个紧邻H2O分子，这是为什么？
【思考讨论】
冰晶体中水分子间存在氢键，由于氢键具有方向性，这迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4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。而硫化氢分子之间没有氢键，只有范德华力，范德华力无饱和性和方向性，能够形成分子密堆积，因此，一个硫化氢分子周围有12个紧邻分子。
课堂小结
1. 分子晶体中只含有分子，分子间靠分子间作用力吸引在一起。
2. 从宏观性质来说，因分子间作用力较弱，故一般来说分子晶体呈现出低熔、沸点，小硬度的特点；从结构特征来说，分子倾向于紧密的堆积在一起，具有分子密堆积的特征。
3. 分子间除范德华力外，是否存在氢键对物质有明显的影响，如冰的密度反常，熔、沸点较高，冰不符合分子密堆积的特征。
4. 比较分子晶体的熔、沸点高低时，根据分子间作用力大小判断：相对分子量越大，范德华力越强，熔沸点越高；氢键存在时，能显著提高熔、沸点。
课堂练习
1. 目前，科学界拟合成一种“双重结构”的球形分子，把C60的分子容纳在Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键结合，下列叙述错误的是（ ）
A. 该晶体属于分子晶体 B. 该分子内原子间都以极性共价键相连
C. 该物质是一种化合物 D. 该物质的相对分子质量为2400
B
解析 B项，两分子连接之前，C60和Si60各自都含有C-C、Si-Si非极性共价键，连接过程中形成了极性共价键。因此双重结构的球形分子中既含有非极性共价键，又含有极性共价键。
课堂练习
2. 下列性质符合分子晶体特点的是（ ）
A. 熔点1070℃，易溶水，水溶液导电
B. 熔点10.31℃，液态不导电，水溶液能导电
C. 熔点3580℃，难溶于水，熔化时不导电
D. 熔点97.81℃，质软，导电，密度0.97g· cm-3
B
解析 A项和C项，熔点都高于1000℃，分子间作用力没有这么强，熔点达不到如此高。D项，晶体导电要求晶体内部有自由移动的电子或离子，而分子晶体由分子组成，晶体内的电子为共价电子或孤对电子，无法自由移动，一般不导电。B项，熔点低，液态时仍为分子不导电，进入水中可以发生电离产生自由移动的离子，故B符合。
课堂练习
3. 下列关于分子晶体熔、沸点高低的比较中，正确的是（ ）
A. Cl2 > I2 B. CCl4 > SiCl4
C. NH3 > PH3 D. C(CH3)4 > CH3CH2CH2CH2CH3
C
解析 A项和B项，组内均为分子结构相似的分子，且无氢键，因此相对分子量越大，范德华力越强，熔、沸点越高，故A和B均错。C项，NH3分子之间形成了氢键，显著提高了氨的熔沸点。D项，两者均无氢键且相对分子质量相同， C(CH3)4为四面体形分子，CH3CH2CH2CH2CH3为折线形分子，后者分子间彼此更容易靠近，堆积更加紧密，范德华力更强，故后者熔、沸点高。
再 见
第1课时 分子晶体与共价晶体
第三章 晶体结构与性质 第二节 分子晶体与共价晶体
温故知新
1. 说出几种你身边常见典型的晶体，它们的宏观性质是否有明显的差异？这些差异表现在什么方面？用简单的文字描述并进行分享。
常见典型的晶体有：冰、金刚石、食盐、单质铝（易拉罐）。
它们的宏观性质有明显的差异，例如，冰在0 ℃时就熔化了，水在100 ℃时就汽化了，而其他三种物质在100 ℃仍是固体，需要很高的温度才能熔化；
例如，冰和食盐受力时容易碎裂，铝受力时容易形变，而金刚石非常坚硬；
例如，冰、食盐、金刚石都是无色透明的固体，铝是银白色不透明的固体。
温故知新
2. 在化学中，“结构决定性质”是一个核心观点，那宏观性质迥异的这些晶体在结构上有何不同呢？
晶体的“大厦”就是由晶胞这些“建材”有规律的重复而形成的。
对晶体而言，“结构决定性质”中结构的内涵，既包含晶胞中粒子的组成，又包含粒子间通过怎么的作用力彼此凝聚在一起。
不同的粒子，如分子、原子、离子，可以通过不同的作用力，如分子间作用力、共价键、离子键等，凝聚在一起，形成形色各异的晶体。
一、分子晶体
只含分子的晶体称为分子晶体。
例如，下面的碘晶体只含I2分子，属于分子晶体；二氧化碳晶体只含CO2分子，属于分子晶体。
1. 分子晶体的概念与性质特点
一、分子晶体
在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。
下表展示了部分分子晶体的熔点：
分子晶体 O2 N2 P4 H2O H2S CH4 CH3COOH CO(NH2)2
熔点/℃ -218.3 -210.1 44.2 0 -85.6 -182 16.6 132.7
从上表中，可以直观的看出，分子晶体的熔点普遍较低。
事实上，分子晶体的硬度也都很小，比如在冰表面留下划痕是一件很容易的事。
一、分子晶体
（1）怎样理解分子晶体普遍有熔点低和硬度小的特性？
【思考讨论】
在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。
其中范德华力的强度一般在2 ~ 20 kJ/mol，氢键稍强，但一般不超过40 kJ/mol。
分子晶体无论是物态变化还是被刻画，破坏的都是分子间作用力，而分子间作用力量级较小，故需要外界提供的能量都较小。
故分子晶体表现出熔点低和硬度小的特性。
一、分子晶体
（2）哪些晶体属于分子晶体呢？
【思考讨论】
①所有非金属氢化物，如H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等；
②部分非金属单质，如卤素、O2、S8、N2、P4、C60、稀有气体等
③部分非金属氧化物，如CO2、P4O6、P4O10、SO2等
④几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、CH3COOH等
⑤绝大多数有机物，如CH3CH2OH、C2H4，C6H6等
一、分子晶体
大多数分子晶体的结构有如下特征：如果分子间作用力只是范德华力，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，如C60的晶胞。
2. 分子晶体的结构特征
一、分子晶体
（3） 以C60的堆积和晶胞为例，说明与中心紧邻的12个C60分布在空间的何处？
【思考讨论】
为了方便观察与讨论，我们将每个C60分子简化为一个小球，从C60的晶胞可以看出，这些小球分布在晶胞的顶点和每个面的面心上。
一、分子晶体
【思考讨论】
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考察图中的0号顶角原子，晶胞中与该粒子距离最近且相等的是其所在三个面心的粒子，即图中的1、2、3号。由于晶胞是无隙并置的，可发现三个互相垂直的平面中各有4个粒子与该粒子距离最近且相等，因此共12个紧邻的离子。
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冰是常见的分子晶体，它的晶体结构又有怎样的特征呢？
下图给是冰的晶体结构示意图，结合所学知识思考下面的问题：
水分子之间存在怎样的作用力？这些作用力具有怎么的特性？
水分子之间存在氢键和范德华力，且氢键的强度大于范德华力。
分子间的氢键，一般X—H···Y三个原子在一条直线上，即氢键具有方向性。
一、分子晶体
（4） 冰的晶体结构中，每个水分子周围紧邻的水分子有多少个？它是否满足分子晶体的分子密堆积的特征？如果不满足，原因是什么？
【思考讨论】
任选一个水分子为研究对象，可以看出每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，它不满足分子密堆积的特征。即使氢键比共价键弱得多，不属于化学键，但仍有方向性。氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引。
一、分子晶体
（5） 结合冰的晶体结构特点说明，为何一般物质的固态密度大于液态密度，而冰的密度小于水的密度？
【思考讨论】
冰中因存在大量氢键，水分子的排列必须满足氢键的方向性，致使每个水分子紧邻的水分子只有4个。这一排列结果使冰晶体中的水分子不紧密，空间利用率不高，留有相当大的空隙，使其密度比液态水的小。
一、分子晶体
（6） 水的密度在4℃时最大，结合水和冰的微观结构给出解释。
【思考讨论】
当冰刚刚熔化为液态水时（0~4℃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，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度又渐渐减小。
熔化
一、分子晶体
干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，而熔点却比冰低得多，在常压下极易升华。同样是分子晶体，你认为二者的物理性质的差异是由什么造成的？
CO2分子间只存在范德华力，而H2O分子间存在范德华力和氢键。
氢键的强度较大，故它的存在显著提高了水的熔沸点。
一、分子晶体
（7） H2S和H2O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H2O分子周围只有4个紧邻H2O分子，这是为什么？
【思考讨论】
冰晶体中水分子间存在氢键，由于氢键具有方向性，这迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4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。而硫化氢分子之间没有氢键，只有范德华力，范德华力无饱和性和方向性，能够形成分子密堆积，因此，一个硫化氢分子周围有12个紧邻分子。
课堂小结
1. 分子晶体中只含有分子，分子间靠分子间作用力吸引在一起。
2. 从宏观性质来说，因分子间作用力较弱，故一般来说分子晶体呈现出低熔、沸点，小硬度的特点；从结构特征来说，分子倾向于紧密的堆积在一起，具有分子密堆积的特征。
3. 分子间除范德华力外，是否存在氢键对物质有明显的影响，如冰的密度反常，熔、沸点较高，冰不符合分子密堆积的特征。
4. 比较分子晶体的熔、沸点高低时，根据分子间作用力大小判断：相对分子量越大，范德华力越强，熔沸点越高；氢键存在时，能显著提高熔、沸点。
课堂练习
1. 目前，科学界拟合成一种“双重结构”的球形分子，把C60的分子容纳在Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键结合，下列叙述错误的是（ ）
A. 该晶体属于分子晶体 B. 该分子内原子间都以极性共价键相连
C. 该物质是一种化合物 D. 该物质的相对分子质量为2400
B
解析 B项，两分子连接之前，C60和Si60各自都含有C-C、Si-Si非极性共价键，连接过程中形成了极性共价键。因此双重结构的球形分子中既含有非极性共价键，又含有极性共价键。
课堂练习
2. 下列性质符合分子晶体特点的是（ ）
A. 熔点1070℃，易溶水，水溶液导电
B. 熔点10.31℃，液态不导电，水溶液能导电
C. 熔点3580℃，难溶于水，熔化时不导电
D. 熔点97.81℃，质软，导电，密度0.97g· cm-3
B
解析 A项和C项，熔点都高于1000℃，分子间作用力没有这么强，熔点达不到如此高。D项，晶体导电要求晶体内部有自由移动的电子或离子，而分子晶体由分子组成，晶体内的电子为共价电子或孤对电子，无法自由移动，一般不导电。B项，熔点低，液态时仍为分子不导电，进入水中可以发生电离产生自由移动的离子，故B符合。
课堂练习
3. 下列关于分子晶体熔、沸点高低的比较中，正确的是（ ）
A. Cl2 > I2 B. CCl4 > SiCl4
C. NH3 > PH3 D. C(CH3)4 > CH3CH2CH2CH2CH3
C
解析 A项和B项，组内均为分子结构相似的分子，且无氢键，因此相对分子量越大，范德华力越强，熔、沸点越高，故A和B均错。C项，NH3分子之间形成了氢键，显著提高了氨的熔沸点。D项，两者均无氢键且相对分子质量相同， C(CH3)4为四面体形分子，CH3CH2CH2CH2CH3为折线形分子，后者分子间彼此更容易靠近，堆积更加紧密，范德华力更强，故后者熔、沸点高。
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