化学人教版(2019)选择性必修2 3.2.1.分子晶体(共47张ppt)

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名称 化学人教版(2019)选择性必修2 3.2.1.分子晶体(共47张ppt)
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 化学
更新时间 2023-02-20 14:50:08

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文档简介

(共47张PPT)
第二节 分子晶体与共价晶体
第一课时
一、分子晶体
1、定义:只含分子的晶体
构成粒子
分子晶体
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、典型的分子晶体:
①所有非金属氢化物:H2O,H2S,NH3,CH4,HX
②部分非金属单质:X2,O2,H2, S8,P4, C60
③部分非金属氧化物: CO2, SO2, NO2, P4O6, P4O10
④几乎所有的酸:H2SO4,HNO3,H3PO4
⑤绝大多数有机物:乙醇,冰醋酸,蔗糖
3、分子晶体的物理性质:
①较低的熔点和沸点
②较小的硬度(多数分子晶体在常温时为气态或液态)
③一般不导电,熔融状态也不导电,部分溶于水导电
④溶解性与溶质、溶剂的分子的极性相关——相似相溶
分子晶体 氧气 氮气 白磷 水 硫化氢 甲烷 乙酸 尿素
熔点/ ℃ -218.3 -210.1 44.2 0 -85.6 -182 16.6 132.7
原因:分子间作用力很弱
X射线衍射仪
思考与讨论1: 何种仪器检测晶体的微观结构?
问题2:干冰晶体的构成微粒是什么?
问题3:构成干冰的微粒间作用力是什么?
问题4:那么构成干冰的微粒是以怎样的方式有序排列的呢?
问题1:为什么干冰容易升华?
思考与讨论2: 研究所给二氧化碳晶胞,思考下列问题?
干冰晶胞是一种面心立方结构,在立方体的顶角各有一个CO2分子,6个面的中心又各有一个CO2分子。
4、典型的分子晶体之一------干冰
晶体 晶格 晶胞
指用假想的直线将晶体中的微粒中心连接起来所形成的三维空间格架称为结晶格子 ———简称晶格
干冰的晶胞
解决方法:看着晶胞的晶格模型想象、理解。(无隙并置)
问题1:分析干冰晶体结构中每个CO2分子周围距离最近紧密相邻的CO2 分子共有 个?
干冰晶体结构模型
问题1: 分析干冰晶体结构中每个CO2分子周围距离最近紧密相邻的CO2 分子共有 个?
与一个 CO2 分子紧邻的 CO2 分子共有____个
12
即配位数为12(一个质点与周围直接接触的质点数)
简化图
像干冰晶体一样,大多数分子晶体中,如果分子间作用力只是范德华力,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。
【资料卡片】 密堆积
由无方向性和饱和性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中,原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高,能充分利用空间的堆积、密度最大的那些结构。
注:配位数——1个质点与周围直接接触的质点数
一维堆积 球成线式
二维堆积 线成面
三维堆积 面成体
密堆积方式
心对心
心对空
非最密堆积
最密堆积
分子的密堆积
氧(O2)的晶体结构
碳60的晶胞
练习1、如图为干冰的晶胞结构示意图。
(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)其密度ρ为__________(1 pm=10-10 cm)。
解析:顶角一种取向,三对平行面分别为三种取向,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。
位于顶点,底面中心,正面中心,侧面中心的四个CO2分子就是四个不同的。
1,顶点C坐标(0,0,0),他旁边的一个O坐标(0.108,0.108,0.108),尖头方向是(1,1,1);
2,底面中心C坐标(0.5,0,0.5), 旁边的一个O坐标(0.608,0.108,0.392),尖头方向是(1,1,-1);
3,远正面中心C坐标(0.5,0.5,0),旁边的一个O坐标(0.392,0.608,0.108),尖头方向(-1,1,1);
4,左侧面中心中心(0,0.5,0.5),旁边的一个O坐标(-0.108,0.608,0.392),尖头方向(-1,1,-1)。从晶胞的体对角线上可以明显看出来, 这4种空间取向分别平行于晶胞的四条体对角线,4种空间取向的CO2分子间 恰好形成一个正四面体。
二氧化碳与镁的反应
(2Mg+CO2 2MgO+C)。
块状的干冰与镁粉接触面积不大,为什么镁粉可以继续燃烧呢?
现象:镁粉在干冰内继续燃烧,像冰灯中装进一个电灯泡一样,发出耀眼的白光。(切勿用手接触干冰,以免冻伤!)
干冰在常压下极易升华,通常用作制冷剂
舞台烟雾特效
装饰菜品
食品冷藏保鲜
资料
4、典型的分子晶体之二------冰(分子非密堆积形式)
雪花生长图(来自美国加州理工的Libbrecht研究组的“录像”)
正四面体
思考与讨论1: 冰晶体中每个微粒周围与其紧邻且等距离的同种微粒比二氧化碳晶体少的原因?(为什么冰晶体中每个H2O周围紧密相邻的H2O只有4个?)
有氢键→分子非密堆积
周期性有序排列
氢键具有方向性和饱和性

固态水规则排列

氢键的存在迫使在四面体中心的水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引,这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高,留有相当大的空隙,其密度比液态水小。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,密度逐渐减小,所以4℃时水的密度最大。
思考与讨论2:请你预测冰与液态水的密度
大小 冰融化成液态水的密度这样变化原因
如右图0-4℃,水的密度随温度的升高而增大。
超过4℃,水的密度随温度的升高而减小。
为什么会这样呢
水结冰时体积增大,密度减小,从而浮在水面,冰浮在水面,成为一隔热层,使下面的水的温度保持在 4 ℃ 左右。结冰时散热,冰融时吸热,这一过程有缓冲水温变化的作用,也有利于生物的生存。
思考与讨论3:怎样理解水的密度在 4 ℃ 时最大的这一特殊性对生命的存在有什么重要意义?
思考与讨论4:干冰和冰的外观相似、硬度接近,Mr(CO2) > Mr(H2O)为什么干冰的熔点比冰的低得多,且密度比冰的高?
【提示】干冰,CO2分子之间仅以范德华力结合,范德华力没有方向性和饱和性,分子采取密堆积;而冰中水分子之间以分子间氢键结合,氢键具有方向性和饱和性,因而采取非密堆积,所以密度:干冰大于冰。
练习1、正误判断
(1)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体( )
(2)干冰比冰的熔点低很多,常压下易升华( )
(3)干冰晶体中只存在范德华力不存在氢键,一个分子周围有12个紧邻分子( )
(4)冰晶体中,每个水分子周围只有4个紧邻的分子,1 mol冰中含有1 mol氢键( )
×


×
5、分子晶体的结构特征
微粒间作用力
空间 特点
举例
分子密堆积
分子非密堆积
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个,空间利用率低
范德华力
范德华力和氢键
C60、干冰、I2、O2
HF、NH3、冰
练习2、C60晶体的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是(  )。
A.该晶体熔化时需克服共价键
B.1个晶胞中含有8个C60分子
C.晶体中1个C60分子有12个紧邻的
C60分子,属于分子密堆积类型
D.晶体中C60分子间以范德华力结合,故C60分子的热稳定性较差
C
【提示】H2S的分子中没有分子间氢键,分子之间只以范德华力结合,范德华力没有方向性和饱和性,所以采取密堆积,晶体的配位数为12。
H2O分子间依靠氢键结合,氢键具有方向性和饱和性,所以冰采取非密堆积,一个水分子周围只有4个紧邻的分子。
【思考与讨论】
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,这是为什么?
练习1、一种甲烷水合物晶体中,平均每46个分子构成8个水分子笼,每个水分子笼可容纳1个甲烷分子或水分子,若这8个分子笼中有6个容纳的是甲烷分子,另外2个被水分子填充,这种可燃冰的平均分子组成是( )
CH4·5H2O B. CH4·6H2O
C. CH4·7H2O D. CH4·8H2O
B
练习2、一定条件下,CH4和CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体,其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物俗称“可燃冰”。
①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是 。
②为开采深海海底的“可燃冰”,有科学家提出用CO2置换CH4的设想。
已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586nm,根据上述图表,从物质结构及性质的角度分析,该设想的依据
是 。
CO2的分子直径小于笼状空腔直径,且与H2O的结合能大于CH4。
参数 分子 分子直径/nm 分子与H2O的结合能E/kJ·mol-1
CH4 0.436 16.40
CO2 0.512 29.91
可燃冰
CO2水合物
甲烷分子
CO2分子
水分子
氢键、范德华力
小结2:分子晶体的判断方法
①依据物质的类别判断
组成分子晶体的粒子是分子,粒子间作用是分子间作用力。
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
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、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。
②依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断
③依据物质的性质判断
练习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( )
×

×
×
练习2、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
C
练习3、下列各组物质都属于分子晶体的是( )
A.碘、二氧化碳、白磷、C60
B.NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硫
C.SO2、金刚石、N2、铜
D.醋酸、甲烷、石墨、氧化钠
A
练习4、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、H2SO4
C.SO2、C60、P2O5
D.CCl4、Na2S、H2O2
B
小结3:分子晶体熔沸点高低的判断
①组成和结构相似的物质,不含氢键的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,熔沸点越高。
如:O2>N2,HI>HBr>HCl。
②相对分子质量相等或相近,极性分子的范德华力大,熔沸点高,如CO>N2
③含有分子间氢键的分子晶体,熔沸点较高。
如H2O>H2Te>H2Se>H2S,HF>HCl,NH3>PH3
④在烷烃的同分异构体中,一般来说,支链数越多,熔沸点越低。如沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷;芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“邻位>间位>对位”的顺序。
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, C2H5CI>CH3CI, CH3COOH> HCOOH。
练习5、下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是( )
①HCl ②HBr ③HI ④CO ⑤N2 ⑥H2
A.①②③④⑤⑥ B.③②①⑤④⑥
C.③②①④⑤⑥ D.⑥⑤④③②①
C
练习6、(1)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。
(2)已知AlCl3的熔点为190 ℃,但它在180 ℃即开始升华。
①AlCl3固体是    晶体。
②设计实验判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物:
  。
<
<
>
>
>
>
分子
在熔融状态下,验证其是否导电,若不导电是共价化合物