3.2　分子晶体与共价晶体课件(共46张PPT) 2023-2024学年高二化学人教版选择性必修2

(共46张PPT)
第三章
第二节　分子晶体与共价晶体
素 养 目 标
1.结合具体实例,说出分子晶体、共价晶体的微粒间相互作用与物质性质(熔点、硬度)的关系,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.借助分子晶体、共价晶体等模型认识晶体的结构特点,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
一、分子晶体
1.结构特点
(1)构成微粒及微粒间的作用力
分子
共价键
(2)特征性质
熔化时只破坏分子间作用力,不破坏分子内的化学键
分子晶体熔点　　,硬度很　　。
低
小
2.常见分子晶体与物质的类别
物质种类 实例
所有　　　 　　 H2O、NH3、CH4等
部分　　　　 　　 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等
部分　　　　　 　 CO2、P4O10、SO2、SO3等
几乎所有的　 HNO3、H2SO4、H3PO4等
绝大多数　　　　 　　 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
非金属氢化物
非金属单质
非金属氧化物
酸
有机化合物
3.两种典型分子晶体的组成和结构
物质 结构分析
冰 分子非 密堆积 (1)水分子之间的主要作用力是　　　　,也存在　 　　　。
(2)　　　　有方向性,它的存在迫使在　　　　　　　　　　的每个水分子与　　　　　　　　　　方向的　　个相邻水分子相互吸引
干冰 分子密 堆积 (1)干冰中的CO2分子间只存在　　　　　　　,不存在　　　　。
(2)每个晶胞有　　个CO2分子,　　　　个原子。每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为　　　　
氢键
范德华力
氢键
四面体中心
四面体顶角
4
范德华力
氢键
4
12
12
二、共价晶体
1.结构特点
原子
共价键
网状
2.物理性质
(1)共价晶体中,由于各原子均以强的共价键相结合,因此一般熔点　　 ,
硬度　　。
金刚石是天然存在的最硬的物质
(2)结构相似的共价晶体,原子半径越小,键长　　　　,键能越大,晶体的熔点越　　。
高
大
越短
高
3.共价晶体与物质的类别
物质种类 实例
某些　　　 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
某些　　　　　　　 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等
单质
非金属化合物
4.两种典型的共价晶体
物质 结构分析
金刚石 (1)每个碳原子与相邻　　个碳原子以共价键结合,形成
　　　　　　　　结构。
(2)键角均为　　　　　　　。
(3)最小碳环由　　个C原子组成且不在同一平面内。
(4)每个C参与4条C—C的形成,C原子数与C—C数之比为　　　　　
低温石英 顶角相连的　　　　　　　　　形成螺旋上升的长链
4
正四面体
109°28'
6
1∶2
硅氧四面体
微思考1
阅读教材有关分子晶体的内容,了解分子晶体的特点,AB型物质形成的晶体多种多样,下列图示的几种结构中最有可能是分子晶体的是　　　　(填序号)。
提示 ②③。①④⑤⑥构成的晶体为在一维、二维或三维空间中的结构,且在空间中微粒通过化学键相互连接,故它们不可能是分子晶体;而②③所示结构都是独立的,没有通过化学键与其他结构结合,故可能为分子晶体。
易错辨析1
(1)分子晶体中一定含有分子间作用力,不一定含有化学键。(　　)
(2)分子晶体熔化时,只破坏分子间作用力,不破坏共价键。(　　)
(3)冰融化和干冰升华破坏的作用力完全相同。(　　)
提示 干冰升华只破坏范德华力,而冰融化除破坏范德华力外,还破坏氢键。
(4)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。
(　　)
(5)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。(　　)
√
√
×
√
×
概念图解
金刚石晶胞
二氧化硅晶体结构
石英晶体中的硅氧四面体
相连构成的螺旋链
微思考2
含有共价键的晶体都是共价晶体吗
提示 不是。共价晶体中都有共价键,但含有共价键的晶体不一定是共价晶体。如CO2、H2O中也含有共价键,但二者属于分子晶体。
易错辨析2
(1)一般情况下,分子晶体的熔、沸点比较低,共价晶体的熔、沸点比较高。
(　　)
(2)共价晶体中,共价键越强,熔点越高。(　　)
(3)共价晶体的化学式表示其分子式。(　　)
提示 共价晶体中不含分子。
(4)二氧化硅和干冰虽然是同一主族元素形成的氧化物,但属于不同的晶体类型。(　　)
√
√
×
√
重难探究·能力素养全提升
探究一　分子晶体的结构特点与性质
情境探究
常温下,液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0 ℃以下,水凝结为冰,其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。
(1)冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用
(2)冰融化成水时破坏的作用力是什么
(3)电解水生成氢气和氧气时破坏的作用力是什么
提示 共价键、氢键、范德华力。
提示 氢键和范德华力。
提示 共价键。
(4)为什么干冰的熔点比冰低而密度却比冰大
提示 冰中水分子间除了范德华力外还有氢键作用,而干冰中CO2分子间只有范德华力,所以冰的熔点比干冰高。由于水分子间形成的氢键具有方向性,导致冰晶体不具有分子密堆积特征,晶体中有较大的空隙,所以冰的密度较小。干冰中CO2分子采取密堆积方式形成晶体,所以干冰的密度较大。
(5)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
提示 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个相邻水分子相互吸引,因此,冰中1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,范德华力无饱和性与方向性,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。
方法突破
分子晶体的结构特点与分子间作用力
应用体验
视角1分子晶体的判断
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.分子晶体一定采取分子密堆积方式
B
解析 分子晶体构成微粒若为单原子分子,则不含共价键,如稀有气体,故A错误;分子晶体中分子之间的作用力为范德华力,故B正确;若不是N、O、F元素对应的氢化物,则不含有氢键,故C错误;分子晶体不一定采用分子密堆积,有些分子如冰的晶体,由于氢键的作用,每个水分子周围只有四个紧邻的水分子形成非密堆积,故D错误。
2.下列物质在室温下均是分子晶体的是(　　)
A.H2O、CH4、HF
B.红磷、硫、碘
C.CO2、SO2、NO2
D.H2SO4、CH3CH2OH、HCHO
B
解析 题目的核心是“室温”,在该条件下H2O、H2SO4、CH3CH2OH均为液体,CH4、HF、CO2、NO2、SO2、HCHO均为气体,故B项正确。
视角2分子晶体的结构
3.下列有关冰和干冰的叙述不正确的是(　　)
A.干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体
B.冰晶体中,每个水分子周围只有4个紧邻的水分子
C.干冰比冰的熔点低得多,常压下易升华
D.干冰中CO2分子间只存在范德华力,不存在氢键,一个分子周围有12个紧邻的分子
A
解析 干冰晶体中,CO2分子间作用力只是范德华力,分子采取密堆积,一个分子周围有12个紧邻的分子;冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键,由于氢键具有方向性,每个水分子周围只有4个紧邻的水分子,采取非密堆积的方式,空间利用率小,因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力,冰融化需要克服范德华力和氢键,由于氢键作用力比范德华力大,所以干冰比冰的熔点低得多,而且常压下易升华。
特别提醒　晶体冰中有关氢键的易错点
(1)晶体冰中每个水分子可以与紧邻的4个水分子形成氢键(不是2个);1 mol水分子平均形成2 mol氢键(不是4 mol)。
(2)冰、氢氟酸中均有氢键,且O—H…O比F—H…F弱,但水的沸点更高,其原因是平均每个水分子形成的氢键数比HF多。
(3)晶体冰的密度比液态水的小。
视角3分子晶体熔、沸点的比较
4.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
解析 对组成和结构相似的分子晶体,其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高,但HF、H2O分子之间都存在氢键,熔、沸点反常。所以熔、沸点由高到低的顺序:HF>HI>HBr>HCl;I2>Br2>Cl2>F2;H2O>H2Te>H2Se>H2S,A、B、C项错误,D项正确。
思维建模　解答有关分子晶体组成和性质问题的思维流程如下:
【变式设问】
(1)上题A项物质稳定性的排序如何
(2)上题A项、D项物质在水中的溶解性如何 溶解时化学键是否断裂
提示 HF>HCl>HBr>HI。物质稳定性与化学键的强弱有关。
提示 A项物质易溶于水,溶解时化学键断裂;D项物质难溶于水。
5.下列性质符合分子晶体性质的是(　　)
A.熔点为1 070 ℃,易溶于水,水溶液导电
B.熔点为3 500 ℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂
C.能溶于CS2,熔点为113 ℃,沸点为445 ℃
D.熔点为97.81 ℃,质软,导电,密度为0.97 g·cm-3
C
解析 分子晶体是由分子构成的,分子间的作用力很弱,一般具有熔、沸点较低,硬度小,易挥发等特性。熔点高,不是分子晶体的性质,故A、B项错误;单质硫能溶于CS2,熔点为113 ℃,沸点为445 ℃,单质硫是分子晶体,故C正确;熔点为97.81 ℃,质软、导电、密度为0.97 g·cm-3,是金属钠的物理性质,金属钠不属于分子晶体,故D错误。
归纳总结　影响分子晶体性质的因素
(1)分子晶体具有熔、沸点较低,硬度较小,固态不导电等物理特性。在常温下呈气态的物质、常温下呈液态的物质(除汞外)、易升华的固体物质都属于分子晶体。
(2)分子间作用力的大小决定分子晶体的物理性质。分子间作用力越大,分子晶体的熔、沸点越高,硬度越大。
(3)分子晶体的化学性质由分子内共价键的强弱(键长、键能)决定。
探究二　共价晶体的结构特点与性质
情境探究
材料1　金刚石的晶体结构模型如下图
材料2　纯净的天然二氧化硅晶体,是一种坚硬、脆性、不溶的无色透明的固体,常用于制造光学仪器等。二氧化硅晶体中,硅原子位于正四面体的中心,四个氧原子位于正四面体的四个顶角上,许多个这样的四面体又通过顶角的氧原子相连,每个氧原子为两个四面体共有,即每个氧原子与两个硅原子相结合。
(1)分析共价晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同。
(2)分析金刚石的晶体结构模型,最小的环各有多少个原子
提示 ①构成微粒不同,共价晶体中只存在原子,没有分子。②微粒间的相互作用不同,共价晶体中原子之间通过共价键结合,分子晶体中分子之间的作用是分子间作用力。
提示 金刚石最小环上有6个原子。
(3)根据材料2的描述,每个正四面体占有几个Si原子、几个O原子 有没有单个分子
提示 1、2。没有单个分子。
(4)怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔、沸点依次下降
提示 在金刚石、硅和锗中,每个原子均以sp3杂化轨道与相邻的4个原子形成σ键,整体上形成三维骨架结构,同属于共价晶体,熔点和硬度都较高。但金刚石、硅和锗的结构差别在于C、Si、Ge原子半径依次递增,C—C、Si—Si、Ge—Ge的键长依次递增,键长越长,键能越小,所以熔、沸点依次降低。
方法突破
共价晶体及金刚石结构分析
应用体验
视角1共价晶体的特点
1.下列有关共价晶体的叙述错误的是(　　)
A.共价晶体中,原子不遵循紧密堆积原则 B.共价晶体具有空间网状结构
C.共价晶体中不存在独立的分子 D.共价晶体熔化时不破坏共价键
D
解析 A项,共价晶体中原子之间通过共价键相连,而共价键具有方向性和饱和性,所以共价晶体中,原子不遵循紧密堆积原则;B项,共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构;C项,共价晶体是由原子以共价键相结合形成的,不存在独立的分子;D项,共价晶体是原子通过共价键连接的,熔化时需要破坏共价键。
2.下列各组晶体状态的物质中,化学键类型相同,晶体类型也相同的是(　　)
A.SiO2和SO3 B.晶体硼和HCl
C.晶体硅和C60 D.硫黄和碘
D
解析 属于分子晶体的有SO3、HCl、C60、硫黄和碘;属于共价晶体的有SiO2、晶体硼和晶体硅。D项符合题目要求。
视角2共价晶体的结构
3.下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　)
A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体
B.设NA为阿伏加德罗常数的值,含1 mol C的金刚石中C—C数目是2NA,1 mol SiO2晶体中Si—O数目是4NA
C.水晶和干冰在熔化时,晶体中的共价键都会断裂
D.SiO2晶体是共价晶体,所以晶体中不存在分子,SiO2不是它的分子式
C
解析 金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子,二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子,均为正四面体,A项正确;金刚石中,1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C,这个C原子对每个单键的贡献只有 ,所以1 mol C原子形成的C—C的数目为4 mol× =2 mol,而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O,则1 mol SiO2晶体中Si—O的数目为4 mol,B项正确;干冰熔化时只破坏分子间作用力,共价键不会断裂,C项错误;共价晶体的构成微粒是原子不是分子,D项正确。
【变式设问】
(1)金刚石和二氧化硅晶体中熔点较高的是　　　　　　　　　　。
(2)SiO2和CO2的熔、沸点差别很大的原因是什么
提示 金刚石
键长:C—CO—Si,熔点:金刚石>二氧化硅。
提示 晶体类型不同。
视角3共价晶体的性质
4.下列晶体性质的比较中不正确的是(　　)
A.沸点:NH3>PH3
B.熔点:SiI4>SiBr4>SiCl4
C.硬度:白磷>冰>二氧化硅
D.硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅
C
解析 NH3分子间存在氢键,故沸点NH3>PH3,A项正确;SiI4、SiBr4、SiCl4的组成和结构相似,且均为分子晶体,熔点随相对分子质量的增大而升高,B项正确;白磷和冰都是分子晶体,硬度小,而二氧化硅是共价晶体,硬度大,C项错误;三种物质都是共价晶体,原子半径CC—Si>Si—Si,键能越大,共价晶体的硬度越大,D项正确。
归纳总结　晶体熔、沸点和硬度的比较方法
(1)先判断晶体类型。主要依据构成晶体的微粒及其微粒间的作用力。对于不同类型的晶体,一般来说,共价晶体的熔、沸点高于分子晶体,共价晶体的硬度大于分子晶体。
(2)对于同一类型的晶体
①共价晶体的熔点高低、硬度大小取决于共价键的强弱,原子半径越小,键长越短,键能越大,共价键越强,熔点越高。
②分子晶体的熔、沸点高低取决于分子间作用力,分子间作用力与相对分子质量有关,同时还要考虑分子极性及是否存在氢键。
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