2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修23.2.1 分子晶体 课件(30张PPT)
文档属性
| 名称 | 2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修23.2.1 分子晶体 课件(30张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 4.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-01-20 17:14:44 | ||
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文档简介
(共30张PPT)
分子晶体
第二节 分子晶体与共价晶体
第1课时
情境导入
讨论：从组成粒子和粒子间相互作用的角度分析，以下四种晶体结构的共同特点是什么？
共价键
分子间作用力
分子
构成微粒：
微粒内作用：
微粒间作用力：
碘（I2）
干冰（CO2）
碳60（C60）
冰（H2O）
一、分子晶体的概念和性质
1. 分子晶体的概念
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. 分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用
所有分子晶体中是否均存在化学键？为什么？
否，稀有气体是单原子分子，无化学键，只有分子间作用力
（稀有气体除外）
目标一 分子晶体的概念和性质
只含分子的晶体称为分子晶体。
在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。
3. 常见的典型分子晶体
(2)部分非金属单质：X2(卤素)、O2、H2、S8、P4、C60、稀有气体等
(3)部分非金属氧化物：CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等
(4)几乎所有的酸： H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等
(5)绝大多数有机物：苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等
(1)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
共大部分
是
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。
4. 分子晶体的物理性质
分子晶体 O2 N2 P4 H2O
熔点/℃ -218.3 -210.1 44.2 0
分子晶体 H2S CH4 CH3COOH 尿素
熔点/℃ -85.6 -182 16.6 132.7
(1)分子晶体熔、沸点较低，硬度很小（多数分子晶体在常温时为气态或液态）。
(2)分子晶体不导电。
(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律。
分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，且硬度较小。
分子晶体在固态或熔融状态下不存在自由移动的离子或电子，因而在固态或熔融状态下都不能导电。
归纳总结：分子晶体的共性：
熔点较低、硬度较小、易升华（干冰、碘）、固体或熔融态不导电，部分晶体水溶液导电，溶解性符合“相似相溶”规律。
导思
1. 正误判断
(1)组成分子晶体的微粒是分子，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)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大( )
√
×
×
×
2. 已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.02×105Pa)，但它在180 ℃即开始升华，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？
提示 若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其在熔融状态下是否导电，若不导电，则是共价化合物，若导电，则是离子化合物。
导练
C
1. 下列性质适合于分子晶体的是（ ）
①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电
②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液导电
③能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃
④熔点97.81 ℃，质软、导电，密度为0.97 g·cm－3
A.①② B.①③ C.②③ D.②④
2. 比较下列化合物的熔、沸点的高低(填“＞”或“＜”)。
①CO2 SO2；
②NH3 PH3；
③O3 O2；
④Ne Ar；
⑤CH3CH2OH CH3OH；
⑥CO N2。
＜
＞
＞
＜
＞
＞
归纳总结
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。
分子晶体的判断方法
①依据物质的类别判断
②依据组成晶体的粒子及粒子间作用力判断
③依据物质的性质判断
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、绝大多数有机物都是分子晶体。
组成分子晶体的微粒是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。
归纳总结
分子晶体熔、沸点高低的判断
①组成和结构相似，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，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分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3OH＞CH3CH3。
③含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常升高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
归纳总结
分子晶体熔、沸点高低的判断
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＞
＞
。
⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加，熔、沸点升高，如C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。
干冰的晶体结构图
中心
CO2分子
目标二 典型的分子晶体的结构
1．两种典型的分子晶体的组成和结构
①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。
(1)干冰
冰的结构
①水分子之间的作用力有 ，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。
③分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成 mol“氢键”
范德华力、氢键
氢键
方向性
4
2
(2)冰
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。
氧（O2）的晶体结构
碳60的晶胞
分子密堆积
分子非密堆积
若分子间的主要作用力是氢键，由于氢键具有方向性，使得晶体中分子的空间利用率降低，留有相当大的空隙，这种晶体不具有分子密堆积特征。如HF、NH3、冰。
氢键具有方向性
冰的结构
2. 分子晶体的结构特征
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
导思
1. 正误判断
(1)分子晶体中均存在化学键( )
(2)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体( )
(3)干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子( )
(4)SiCl4晶体是分子晶体，熔点高于CCl4 ( )
√
×
×
√
2. 冬季河水结冰后，冰块往往浮在水面，为什么冰的密度比水小呢？
提示 在冰的晶体中存在分子间氢键，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，密度减小。
3. (1)为什么干冰的密度比冰大？
提示 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，分子密堆积，密度比冰的大。
(2)为什么冰的熔点比干冰的熔点高得多？
提示 水分子存在分子间氢键，CO2之间只存在范德华力，干冰的熔、沸点比冰低。
导练
A
1. 如图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H，下列有关说法正确的是（ ）
A.冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体
B.冰晶体具有空间网状结构，不是分子晶体
C.水分子间通过H—O形成冰晶体
D.冰晶体融化时，水分子之间的空隙增大
分子间作用力
分子晶体
空隙减小
4
(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a pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为_____ pm。
2. 如图为干冰的晶胞结构示意图。
顶角1种取向，三对平行面分别为3种取向，所以共有4种取向。两个紧邻CO2分子的距离为面对角线的一半。
(2)其密度ρ为______________________(1 pm＝10－10 cm)。
2. 如图为干冰的晶胞结构示意图。
1
2
3
自我测试
4
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
B
自我测试
1
2
2. 下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列，正确的一组是（ ）
A.HF、HCl、HBr、HI
B.F2、Cl2、Br2、I2
C.H2O、H2S、H2Se、H2Te
D.CI4、CBr4、CCl4、CF4
D
3
4
自我测试
3
3. 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1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键
D
1
4
2
自我测试
4
4. 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167 kJ·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
。
1
2
3
自我测试
4
(2)1 mol N60分解成N2时 (填“吸收”或“放出”)的热量是______ kJ(已知N≡N的键能为942 kJ·mol－1)，表明稳定性N60______(填“>”“<”或“＝”)N2。
放出
13 230
<
(3)由(2)列举一种N60的用途：______________________________________________。
N60可作高能炸药(答案合理即可)
1
2
3
分子晶体
第二节 分子晶体与共价晶体
第1课时
情境导入
讨论：从组成粒子和粒子间相互作用的角度分析，以下四种晶体结构的共同特点是什么？
共价键
分子间作用力
分子
构成微粒：
微粒内作用：
微粒间作用力：
碘（I2）
干冰（CO2）
碳60（C60）
冰（H2O）
一、分子晶体的概念和性质
1. 分子晶体的概念
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. 分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用
所有分子晶体中是否均存在化学键？为什么？
否，稀有气体是单原子分子，无化学键，只有分子间作用力
（稀有气体除外）
目标一 分子晶体的概念和性质
只含分子的晶体称为分子晶体。
在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。
3. 常见的典型分子晶体
(2)部分非金属单质：X2(卤素)、O2、H2、S8、P4、C60、稀有气体等
(3)部分非金属氧化物：CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等
(4)几乎所有的酸： H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等
(5)绝大多数有机物：苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等
(1)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
共大部分
是
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。
4. 分子晶体的物理性质
分子晶体 O2 N2 P4 H2O
熔点/℃ -218.3 -210.1 44.2 0
分子晶体 H2S CH4 CH3COOH 尿素
熔点/℃ -85.6 -182 16.6 132.7
(1)分子晶体熔、沸点较低，硬度很小（多数分子晶体在常温时为气态或液态）。
(2)分子晶体不导电。
(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律。
分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，且硬度较小。
分子晶体在固态或熔融状态下不存在自由移动的离子或电子，因而在固态或熔融状态下都不能导电。
归纳总结：分子晶体的共性：
熔点较低、硬度较小、易升华（干冰、碘）、固体或熔融态不导电，部分晶体水溶液导电，溶解性符合“相似相溶”规律。
导思
1. 正误判断
(1)组成分子晶体的微粒是分子，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)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大( )
√
×
×
×
2. 已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.02×105Pa)，但它在180 ℃即开始升华，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？
提示 若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其在熔融状态下是否导电，若不导电，则是共价化合物，若导电，则是离子化合物。
导练
C
1. 下列性质适合于分子晶体的是（ ）
①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电
②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液导电
③能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃
④熔点97.81 ℃，质软、导电，密度为0.97 g·cm－3
A.①② B.①③ C.②③ D.②④
2. 比较下列化合物的熔、沸点的高低(填“＞”或“＜”)。
①CO2 SO2；
②NH3 PH3；
③O3 O2；
④Ne Ar；
⑤CH3CH2OH CH3OH；
⑥CO N2。
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归纳总结
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。
分子晶体的判断方法
①依据物质的类别判断
②依据组成晶体的粒子及粒子间作用力判断
③依据物质的性质判断
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、绝大多数有机物都是分子晶体。
组成分子晶体的微粒是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。
归纳总结
分子晶体熔、沸点高低的判断
①组成和结构相似，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，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分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3OH＞CH3CH3。
③含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常升高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
归纳总结
分子晶体熔、沸点高低的判断
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＞
＞
。
⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加，熔、沸点升高，如C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。
干冰的晶体结构图
中心
CO2分子
目标二 典型的分子晶体的结构
1．两种典型的分子晶体的组成和结构
①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。
(1)干冰
冰的结构
①水分子之间的作用力有 ，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。
③分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成 mol“氢键”
范德华力、氢键
氢键
方向性
4
2
(2)冰
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。
氧（O2）的晶体结构
碳60的晶胞
分子密堆积
分子非密堆积
若分子间的主要作用力是氢键，由于氢键具有方向性，使得晶体中分子的空间利用率降低，留有相当大的空隙，这种晶体不具有分子密堆积特征。如HF、NH3、冰。
氢键具有方向性
冰的结构
2. 分子晶体的结构特征
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
导思
1. 正误判断
(1)分子晶体中均存在化学键( )
(2)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体( )
(3)干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子( )
(4)SiCl4晶体是分子晶体，熔点高于CCl4 ( )
√
×
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√
2. 冬季河水结冰后，冰块往往浮在水面，为什么冰的密度比水小呢？
提示 在冰的晶体中存在分子间氢键，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，密度减小。
3. (1)为什么干冰的密度比冰大？
提示 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，分子密堆积，密度比冰的大。
(2)为什么冰的熔点比干冰的熔点高得多？
提示 水分子存在分子间氢键，CO2之间只存在范德华力，干冰的熔、沸点比冰低。
导练
A
1. 如图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H，下列有关说法正确的是（ ）
A.冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体
B.冰晶体具有空间网状结构，不是分子晶体
C.水分子间通过H—O形成冰晶体
D.冰晶体融化时，水分子之间的空隙增大
分子间作用力
分子晶体
空隙减小
4
(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a pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为_____ pm。
2. 如图为干冰的晶胞结构示意图。
顶角1种取向，三对平行面分别为3种取向，所以共有4种取向。两个紧邻CO2分子的距离为面对角线的一半。
(2)其密度ρ为______________________(1 pm＝10－10 cm)。
2. 如图为干冰的晶胞结构示意图。
1
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自我测试
4
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
B
自我测试
1
2
2. 下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列，正确的一组是（ ）
A.HF、HCl、HBr、HI
B.F2、Cl2、Br2、I2
C.H2O、H2S、H2Se、H2Te
D.CI4、CBr4、CCl4、CF4
D
3
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自我测试
3
3. 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1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键
D
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4
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自我测试
4
4. 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167 kJ·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
。
1
2
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自我测试
4
(2)1 mol N60分解成N2时 (填“吸收”或“放出”)的热量是______ kJ(已知N≡N的键能为942 kJ·mol－1)，表明稳定性N60______(填“>”“<”或“＝”)N2。
放出
13 230
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(3)由(2)列举一种N60的用途：______________________________________________。
N60可作高能炸药(答案合理即可)
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