第4课时 分子晶体导学案
学习目标 1.熟知分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体。2.能够从范德华力、氢键的特征,分析理解分子晶体的物理特性。3.了解晶体结构的复杂性。
一、分子晶体
1.概念
分子之间通过 结合形成的晶体称为分子晶体,分子晶体的基本微粒都是 。
2.分子晶体与物质的类别
(1)部分 如卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等。
(2)部分 如CO2、P4O10、SO2、SO3等。
(3)所有 如H2O、NH3、CH4等。
(4)几乎所有的 如H2SO4、H3PO4、H2SiO3等。
(5)绝大多数 形成的晶体如苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。
3.分子晶体的结构特征
(1)分子间只有范德华力(大多数分子晶体),若分子间只有范德华力,不存在氢键。由于范德华力没有方向性和饱和性,因此当分子采用密堆积——每个分子周围有12个紧邻的分子。
(2)分子间除了范德华力外,还存在氢键。
氢键具有方向性,使晶体中原子的空间利用率不高,留有相当大的空隙。这种晶体不具有分子密堆积特征,如HF、冰、NH3等。
4.典型分子晶体的结构
(1)碘晶体
①碘晶体的晶胞是一个长方体,在它的 和 各有1个I2分子,每个晶胞中有 个I2分子。
②I2分子之间以 结合。
(2)干冰晶体
干冰晶胞是 ,在它的 和 各有1个CO2分子,每个晶胞中有 个CO2分子。
(3)冰晶体
①水分子之间的主要作用力是 ,也存在 。
② 有方向性,每个水分子都与周围四个水分子结合,四个水分子也按照同样的规律再与其他水分子结合。
5.分子晶体的物理性质
(1)分子晶体在熔化时,破坏的只是 , 是影响熔点的主要因素。
(2)对组成和结构相似且晶体中没有氢键的分子晶体来说,随着相对分子质量的 ,分子间作用力 ,熔点 。
1.下列晶体由原子直接构成,且属于分子晶体的是 ( )
A.固态氢 B.固态氖
C.磷 D.三氧化硫
2.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
3.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熔点略低于水的沸点,密度略比水小,质软、导电
A.①② B.①③
C.②③ D.②④
【题后归纳】
1.分子晶体熔、沸点高低的比较
(1)少数主要以氢键作用形成的分子晶体,比一般的分子晶体的熔、沸点高,如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键,所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。
(2)组成与结构相似,分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体,随着相对分子质量的增大,物质的熔、沸点逐渐升高。
(3)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体,其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高,如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。
(4)有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体,相对分子质量相同,一般支链越多,分子间的相互作用力越弱,熔、沸点越低,如熔、沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷。
2.判断分子晶体的方法
(1)依据物质的类别判断
大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼、晶体锗等)、所有非金属的氢化物、大多数非金属的氧化物(SiO2除外)、几乎所有的酸、大多数的有机物都是分子晶体。
(2)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断
组成晶体的粒子是分子(稀有气体为原子),粒子间的作用力是分子间作用力的晶体属于分子晶体。
(3)依据晶体的物理性质判断
晶体的硬度较小,熔、沸点较低,熔融状态不导电的属于分子晶体。
3.三个注意点
(1)稀有气体单质是单原子分子,原子之间不存在共价键,固态时属于分子晶体。
(2)分子晶体熔融或气化时,克服分子间作用力,不破坏化学键。
(3)冰融化与干冰升华克服的作用力不完全相同,干冰升华只破坏范德华力,冰融化除克服范德华力外还克服氢键。
二、晶体结构的复杂性
1.石墨晶体
(1)结构特点
石墨的晶体具有层状结构,同一层中的每个碳原子用 杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键相结合,形成无限的 网状结构,键角为 ;每个碳原子还有一个与碳环平面 的未参与杂化的 轨道,并含有一个 电子,因此能够形成遍及整个平面的 键。
(2)晶体类型
石墨晶体既存在 ,又存在 ,同时还存在类似 的作用力,石墨属于 晶体。
(3)物理性质和应用
石墨晶体具有熔点 、质软、 导电,可用于制造电极、润滑剂、铅笔芯,原子反应堆中的中子减速剂等。
2.过渡晶体
(1)物质组成的复杂性
导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间作用。
(2)化学键的过渡状态导致形成晶体的过渡状态,最终导致形成 。
(3)在Na2SiO3中并不存在单个的简单Si,Si通过 与 个O原子相连,形成 。硅氧四面体通过共用顶角O原子而连成较大的链状硅酸盐{Si}∞单元,再与金属阳离子以 相互作用。
3.四种晶体的比较
类型 项目 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
构成晶 体的粒子 阴、阳 离子 原子 分子 金属阳离子和“自由电子”
粒子间 的作用 阴阳离子 之间的静 电作用 共价键 分子间作用力(范德华力或氢键) 金属键
溶解性 多数易 溶于水 一般不溶 于溶剂 相似相溶 一般不溶于水,少数与水反应
机械 加工性 不良 不良 不良 优良
延展性 差 差 差 优良
确定作 用力强 弱的一 般判断 方法 晶格能 键长(原子半径) 组成结构相似时,比较相对分子质量 离子半径、价电子数
熔、沸点 较高 很高 较低 差别较大(汞常温下为液态,钨熔点为3 410 ℃)
硬度 略硬而脆 很大 较小 差别较大
导电性 不良导体(熔化后或溶于水导电) 不良导体(个别为半导体) 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 良导体
4.下表列出了有关晶体的知识,其中错误的是 ( )
选项 A B C D
晶体 硫化钾 干冰 金刚石 碘
构成晶 体的微粒 阴、阳 离子 分子 原子 分子
晶体微 粒间存在 的作用力 离子键 共价键 共价键 范德华力
5.下列数据是对应物质的熔点(℃)。据此做出的下列判断中错误的是 ( )
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
-107 2 054 1 275 801 1 040 194 -79 1 723
A.铝的化合物的晶体中有的是离子晶体
B.表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
6.(2023·邢台期末)黑磷是一种黑色有金属光泽的晶体,是一种比石墨烯更优秀的新型材料。黑磷晶体具有与石墨类似的层状结构(如图所示)。下列有关说法正确的是 ( )
A.磷原子为sp2杂化,故每层中的磷原子均共平面
B.黑磷晶体沿片层与垂直片层方向的导电性不相同
C.黑磷熔沸点很高,与金刚石晶体类型相同
D.黑磷、红磷和白磷三种物质互为同系物,化学性质相似
1.(2023·威海期末)下列关于晶体的说法正确的是 ( )
A.金属晶体中一定不含有阴离子
B.在NaCl晶胞中,距离Na+最近且等距离的Na+数目为6
C.石英和晶体硅都是共价晶体,最小环上都有6个原子
D.分子晶体中,共价键键能越大,该晶体的熔沸点越高
2.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、SiO2、P2O5 D.CCl4、Na2S、H2O2
3.石墨烯是只由一层碳原子所构成的平面薄膜,其结构模型如图所示。下列有关说法错误的是 ( )
A.晶体中碳原子间全部是碳碳单键
B.石墨烯与石墨都是碳的同素异形体
C.石墨烯中所有碳原子可以处于同一个平面
D.从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力
4.甲烷晶体的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.甲烷晶胞中的球只代表1个C原子
B.晶体中1个CH4分子中有12个紧邻的CH4分子
C.甲烷晶体熔化时需克服共价键
D.1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
5.碳元素的单质有多种形式,如图依次是C60、石墨和金刚石的结构示意图:
回答下列问题:
(1)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化方式分别为 、 。
(2)C60属于 晶体,石墨属于 晶体。
(3)在金刚石晶体中,碳原子数与化学键数之比为 ;在石墨晶体中,平均每个最小的碳原子环所拥有的化学键数为 ,该晶体中碳原子数与共价键数之比为 。
(4)石墨晶体中,层内C—C键的键长为142 pm,而金刚石中C—C键的键长为154 pm。推测金刚石的熔点 (填“>”“<”或“=”)石墨的熔点。 (共36张PPT)
第 节 几种简单的晶体结构模型
第 章 不同聚集状态的物质与性质
第 课时 分子晶体
3
2
4
1.熟知分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体。
2.能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。
3.了解晶体结构的复杂性。
学习目标
一、分子晶体
二、晶体结构的复杂性
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、分子晶体
对点训练
1.概念
分子之间通过______________结合形成的晶体称为分子晶体，分子晶体的基本微粒都是______。
分子间作用力
分子
2.分子晶体与物质的类别
(1)部分____________如卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等。
(2)部分______________如CO2、P4O10、SO2、SO3等。
(3)所有______________如H2O、NH3、CH4等。
(4)几乎所有的____如H2SO4、H3PO4、H2SiO3等。
(5)绝大多数________形成的晶体如苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。
非金属单质
非金属氧化物
非金属氢化物
酸
有机物
3.分子晶体的结构特征
(1)分子间只有范德华力(大多数分子晶体)，若分子间只有范德华力，不存在氢键。由于范德华力没有方向性和饱和性，因此当分子采用密堆积——每个分子周围有12个紧邻的分子。
(2)分子间除了范德华力外，还存在氢键。
氢键具有方向性，使晶体中原子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。这种晶体不具有分子密堆积特征，如HF、冰、NH3等。
4.典型分子晶体的结构
(1)碘晶体
①碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的____________和__________各有1个I2分子，每个晶胞中有____个I2分子。
②I2分子之间以__________结合。
每个顶点处
每个面上
4
范德华力
(2)干冰晶体
干冰晶胞是________，在它的__________和________各有1个CO2分子，每个晶胞中有____个CO2分子。
立方体
每个顶点
面心上
4
(3)冰晶体
①水分子之间的主要作用力是______，也存在__________。
②______有方向性，每个水分子都与周围四个水分子结合，四个水分子也按照同样的规律再与其他水分子结合。
氢键
范德华力
氢键
5.分子晶体的物理性质
(1)分子晶体在熔化时，破坏的只是______________，______________是影响熔点的主要因素。
(2)对组成和结构相似且晶体中没有氢键的分子晶体来说，随着相对分子质量的______，分子间作用力______，熔点______。
分子间作用力
分子间作用力
增大
增强
升高
1.下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是( )
A.固态氢 B.固态氖 C.磷 D.三氧化硫
解析 稀有气体分子都属于单原子分子，因此稀有气体形成的晶体属于分子晶体且由原子直接构成。其他分子晶体一般由分子构成，如干冰、冰等。
B
2.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
解析 相对分子质量越大，分子间的范德华力越大，分子晶体的熔、沸点越高，相对分子质量接近的分子，极性越强，熔、沸点越高，故选C。
C
3.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熔点略低于水的沸点，密度略比水小，质软、导电
A.①② B.①③
C.②③ D.②④
C
解析 ②熔点为10.31 ℃，液态不导电，说明液态时，只存在分子，没有离子；溶于水后，电离出自由移动的离子，水溶液中能导电，属于分子晶体，符合题意；③能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃，符合分子晶体的特点，符合题意，C正确。
【题后归纳】
1.分子晶体熔、沸点高低的比较
(1)少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。
(2)组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔、沸点逐渐升高。
(3)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。
(4)有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。
2.判断分子晶体的方法
(1)依据物质的类别判断
大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼、晶体锗等)、所有非金属的氢化物、大多数非金属的氧化物(SiO2除外)、几乎所有的酸、大多数的有机物都是分子晶体。
(2)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断
组成晶体的粒子是分子(稀有气体为原子)，粒子间的作用力是分子间作用力的晶体属于分子晶体。
(3)依据晶体的物理性质判断
晶体的硬度较小，熔、沸点较低，熔融状态不导电的属于分子晶体。
3.三个注意点
(1)稀有气体单质是单原子分子，原子之间不存在共价键，固态时属于分子晶体。
(2)分子晶体熔融或气化时，克服分子间作用力，不破坏化学键。
(3)冰融化与干冰升华克服的作用力不完全相同，干冰升华只破坏范德华力，冰融化除克服范德华力外还克服氢键。
二、晶体结构的复杂性
对点训练
1.石墨晶体
(1)结构特点
石墨的晶体具有层状结构，同一层中的每个碳原子用________杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键相结合，形成无限的____________网状结构，键角为__________；每个碳原子还有一个与碳环平面______的未参与杂化的______轨道，并含有一个________电子，因此能够形成遍及整个平面的______键。
sp2
六边形平面
120°
垂直
2p
未成对
大π
(2)晶体类型
石墨晶体既存在________，又存在__________，同时还存在类似________的作用力，石墨属于________晶体。
(3)物理性质和应用
石墨晶体具有熔点____、质软、____导电，可用于制造电极、润滑剂、铅笔芯，原子反应堆中的中子减速剂等。
共价键
范德华力
金属键
混合型
高
能
2.过渡晶体
(1)物质组成的复杂性
导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间作用。
(2)化学键的过渡状态导致形成晶体的过渡状态，最终导致形成__________。
过渡晶体
共价键
4
硅氧四面体
离子键
3.四种晶体的比较
类型 项目 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
构成晶 体的粒子 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子和“自由电子”
粒子间的作用 阴阳离子之间的静电作用 共价键 分子间作用力(范德华力或氢键) 金属键
类型 项目 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
溶解性 多数易溶于水 一般不溶 于溶剂 相似相溶 一般不溶于水，少数与水反应
机械加工性 不良 不良 不良 优良
延展性 差 差 差 优良
类型 项目 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
确定作用力强 弱的一般判断方法 晶格能 键长(原子半径) 组成结构相似时，比较相对分子质量 离子半径、价电子数
熔、沸点 较高 很高 较低 差别较大(汞常温下为液态,钨熔点为3 410 ℃)
类型 项目 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
硬度 略硬而脆 很大 较小 差别较大
导电性 不良导体(熔化后或溶于水导电) 不良导体(个别为半导体) 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 良导体
4.下表列出了有关晶体的知识，其中错误的是( )
B
选项 A B C D
晶体 硫化钾 干冰 金刚石 碘
构成晶体的微粒 阴、阳离子 分子 原子 分子
晶体微粒间存在的作用力 离子键 共价键 共价键 范德华力
解析 干冰为分子晶体，构成微粒为分子，微粒间作用力为范德华力。
5.下列数据是对应物质的熔点(℃)。据此做出的下列判断中错误的是( )
B
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
－107 2 054 1 275 801 1 040 194 －79 1 723
A.铝的化合物的晶体中有的是离子晶体
B.表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
解析 A正确，Al2O3、AlF3属于离子晶体；B错误，表中只有BCl3、AlCl3和干冰是分子晶体；C正确，如干冰是分子晶体，SiO2是共价晶体；D正确，如Al2O3和Na2O都是离子晶体。
6.(2023·邢台期末)黑磷是一种黑色有金属光泽的晶体，是一种比石墨烯更优秀的新型材料。黑磷晶体具有与石墨类似的层状结构(如图所示)。下列有关说法正确的是( )
B
A.磷原子为sp2杂化，故每层中的磷原子均共平面
B.黑磷晶体沿片层与垂直片层方向的导电性不相同
C.黑磷熔沸点很高，与金刚石晶体类型相同
D.黑磷、红磷和白磷三种物质互为同系物，化学性质相似
解析 由黑磷的结构图可知，黑磷中的磷原子排列成立体结构，则磷原子杂化方式为sp3杂化，则每一层中的磷原子不可能在同一平面上，故A错误；因为黑磷晶体与石墨类似的层状结构，所以黑磷晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力，每层内是共价键，所以层与层之间和沿片层的导电性不同，故B正确；黑磷晶体与石墨有类似的层状结构，则黑磷最可能是混合型晶体(具有共价晶体和分子晶体的性质)，故C错误；黑磷、白磷和红磷都是单质，不属于同系物，故D错误。
1.(2023·威海期末)下列关于晶体的说法正确的是( )
A.金属晶体中一定不含有阴离子
B.在NaCl晶胞中，距离Na＋最近且等距离的Na＋数目为6
C.石英和晶体硅都是共价晶体，最小环上都有6个原子
D.分子晶体中，共价键键能越大，该晶体的熔沸点越高
A
解析 金属晶体有金属阳离子和“自由电子”组成，金属晶体内一定不含阴离子，A正确；在NaCl晶胞中，距离Na＋最近且等距离的Na＋数目为12，B错误；石英是共价晶体，最小环上都有12个原子，C错误；分子晶体熔化时破坏分子间的作用力或氢键，如冰融化时破坏的就是分子间的作用力和氢键，H—O键未断裂，D错误。
2.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、SiO2、P2O5 D.CCl4、Na2S、H2O2
解析 A中HD是单质，不是化合物；C中SiO2为共价晶体；D中Na2S是离子晶体。
B
Thanks！
本
讲
内
容
结
束第三章 《晶体结构与性质》教学设计
第二节 分子晶体和共价晶体
第4课时 分子晶体
课题： 3.2.1 分子晶体 课时 1 授课年级 高二
课标要求 《普通高中化学课程标准（2017年版）》对本节课作出了明确的【内容要求】： 1.课程标准中的内容要求阐述 认识分子晶体的结构特点与性质之间的联系。 知道分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。 能举例说明分子间作用力对物质状态等方面的影响。 能列举含有氢键的物质，知道氢键的存在对物质性质的影响（如熔点、沸点、溶解性等），能从氢键的形成角度解释一些反常现象。 2.结构与性质联系方面 有助于学生从微观结构的角度理解分子晶体的性质。例如，分子晶体由分子构成，分子间通过分子间作用力（范德华力或氢键）相结合。由于分子间作用力较弱，所以分子晶体一般熔点、沸点较低，硬度较小等。像干冰（CO2 晶体），由CO2 分子通过范德华力构成，其熔点为 - 78.5℃，沸点为 - 56.6℃，硬度也很小。 3.与其他晶体类型对比方面 明确分子晶体与其他晶体在结构微粒和微粒间作用力上的区别，能加深学生对晶体类型多样性的认识。原子晶体由原子通过共价键结合，离子晶体由阴、阳离子通过离子键结合，金属晶体由金属阳离子和自由电子通过金属键结合，而分子晶体由分子通过分子间作用力结合。这有助于学生在对比中掌握不同晶体类型的本质特征，构建完整的晶体知识体系。 4.分子间作用力影响方面 让学生理解分子间作用力对物质状态的影响。例如，对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，物质的熔、沸点越高。I2 、Br2 、 Cl2 、F2 的相对分子质量逐渐减小，分子间作用力逐渐减弱，它们的熔点、沸点也逐渐降低。 5.氢键影响方面 氢键是一种特殊的分子间作用力，它对物质性质有着独特的影响。例如，水（ H2O ）中存在氢键，使得水的熔点、沸点在同族氢化物中反常地高。氨（NH3 ）、氟化氢（HF ）等物质也因为氢键的存在，在溶解性、熔点、沸点等性质上表现出与其他类似分子不同的特性。这部分内容有助于学生解释一些特殊的化学现象，深入理解物质性质的微观本质。
教材 分析 教材首先明确分子晶体的定义，即分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体。然后介绍分子晶体的构成微粒是分子，这有助于学生从微观角度理解分子晶体的结构基础。例如，教材可能会以冰为例，说明水分子是如何通过氢键（一种特殊的分子间作用力）形成规则的四面体结构，进而构成冰这种分子晶体的。 分子晶体在日常生活和化学学科中都有着广泛的应用。许多常见的物质，如冰、干冰、碘等都是分子晶体。通过对分子晶体的学习，学生能够更好地理解这些物质的性质，如熔点、沸点、溶解性等，从而将化学知识与实际生活联系起来，提高学生学习化学的兴趣和解决实际问题的能力。
教学目标 1. 知识与技能目标 （1）学生能够理解分子晶体的概念，明确分子晶体的构成微粒是分子，微粒间作用力为分子间作用力（包括范德华力和氢键）。 （2）学生能准确识别常见的分子晶体，如冰、干冰、碘晶体等，并能描述其物理性质（如熔点、沸点、硬度等）与分子晶体结构的关系。 （3）学生能够掌握分子晶体的结构特征，包括分子的密堆积方式（如面心立方最密堆积等），理解分子晶体中分子间作用力对晶体物理性质的影响机制。 （4）学生能运用分子晶体的知识解释一些实际现象，如冰的密度比水小的原因（氢键的影响）等。 过程与方法目标 （1）通过对分子晶体结构模型的观察、分析和构建，培养学生的空间想象能力和抽象思维能力。 引导学生通过比较、归纳等方法，总结分子晶体的性质规律，提高学生的逻辑思维能力和归纳总结能力。 （2）让学生经历从宏观性质推测微观结构，再从微观结构解释宏观性质的科学探究过程，培养学生的科学探究能力。 3. 情感态度与价值观目标 （1）让学生体会到微观结构与宏观性质之间的紧密联系，感受化学学科的内在逻辑性和科学性，激发学生对化学学科的兴趣。 （2）通过对分子晶体在生产、生活中的应用实例（如干冰用于人工降雨等）的学习，使学生认识到化学知识在解决实际问题中的重要性，增强学生的社会责任感和环保意识。 （3）在小组合作学习（如构建分子晶体模型等活动）中，培养学生的合作精神和团队意识。
教学重、难点 1. 重点 分子晶体的概念和结构特点：理解分子晶体是由分子通过分子间作用力构成的，这是认识分子晶体性质的基础。只有明确了结构特点，学生才能理解分子晶体与其他晶体类型在性质上的差异。 分子晶体物理性质与结构的关系：掌握分子晶体的熔点、沸点、溶解性、硬度等物理性质是如何受分子间作用力和分子结构影响的，这有助于培养学生的结构 - 性质思维能力，也是化学学科核心素养的重要体现。 2. 难点 分子间作用力（尤其是氢键）的理解：分子间作用力是一种比较弱的相互作用，与化学键有本质区别。氢键作为一种特殊的分子间作用力，它既有方向性又有饱和性，其形成条件和对物质性质的影响比较复杂。例如，在解释冰的密度比水小这一现象时，需要深入理解氢键对水分子排列方式的影响，这对学生来说是一个难点。
核心素养 宏观辨识与微观探析 宏观：能从宏观角度认识分子晶体的一些物理性质，如分子晶体一般具有较低的熔点、沸点，硬度较小等。例如，冰在常温常压下为固态，稍微受热就会熔化，碘晶体容易升华等现象。 微观：从微观结构上理解分子晶体是由分子通过分子间作用力（包括范德华力和氢键）构成的晶体。能够分析分子的结构特点（如分子的形状、极性等）对分子间作用力的影响，进而影响分子晶体的性质。例如，水分子是极性分子且存在氢键，这使得冰的结构比较特殊，密度比液态水小。 2. 证据推理与模型认知 证据推理：根据分子晶体的组成、结构特点等证据，推断分子晶体的性质。例如，已知二氧化碳分子是非极性分子，分子间只存在范德华力，根据范德华力较弱的特点，可以推断二氧化碳晶体（干冰）的熔点、沸点较低。 模型认知：构建分子晶体的结构模型，如通过球棍模型或比例模型来表示分子晶体中分子的排列方式。以冰的结构模型为例，理解每个水分子与周围四个水分子通过氢键形成四面体结构，从而解释冰的一些特殊性质。 3. 科学探究与创新意识 科学探究：探究分子晶体性质与结构的关系。例如通过实验探究不同分子晶体在溶解性、导电性等方面的差异，并从分子晶体的结构角度进行分析解释。如探究葡萄糖和油脂在水中溶解性的不同，分析葡萄糖分子中含有多个羟基，与水分子之间能形成氢键，而油脂分子为长链烃基和酯基，与水分子间作用力较弱，从而解释溶解性的差异。 创新意识：在探究分子晶体相关知识的过程中，提出新的实验方案或对已有实验进行改进。例如在探究分子晶体的熔点影响因素时，设计新的对比实验，除了考虑分子间作用力的类型，还考虑分子的大小、形状等因素对熔点的综合影响。 4. 科学态度与社会责任 科学态度：在学习分子晶体知识时，尊重事实和数据。例如在研究分子晶体的性质时，如实记录实验现象和数据，严谨地分析实验结果，不随意篡改数据。 社会责任：了解分子晶体在生产、生活中的应用，关注与分子晶体相关的社会热点问题。例如，了解干冰在人工降雨、食品保鲜中的应用，关注新型分子晶体材料的研发对社会发展（如医药、电子等领域）的推动作用，以及在使用分子晶体材料过程中的环境保护等问题。
学情分析 在学习分子晶体之前，学生已经学习了化学键（离子键、共价键等）的概念。分子晶体的学习是对化学键知识的进一步拓展，它让学生认识到分子间存在着一种弱相互作用（分子间作用力），这种作用不同于化学键，但却对物质的物理性质有着重要影响。同时，也为后续学习原子晶体、金属晶体等其他晶体类型奠定了基础。
教学过程
教学环节 教学活动 设计意图
活动一、 分子晶体 任务一、 分子晶体 任务二 、 分子晶体及其熔沸点的判断方法 【导入】以《开讲啦》其中一期有关“水的特殊性”来引入新课，引发学生思考为什么水会“热缩冷涨”？在生活中你们有这些生活体验吗？ 【学生】分组讨论，小组代表回答 【教师】评价，总结 活动一、分子晶体 【任务一】分子晶体 【学生活动1】阅读教材，总结分子晶体的定义、粒子间的作用力以及分子内各原子间的作用力？ 【学生】阅读教材，分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】评价、强调，补充 总结： 1.定义：只含分子的晶体。 2.粒子间的作用力---分子间作用力 3.分子内各原子间---共价键 【学生活动2】阅读教材，常见的分子晶体的类型有哪些？ 【学生】阅读课本，小组代表回答 【教师】强调，补充 总结： 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 【学生活动3】阅读教材，常见的分子晶体的物理性质有哪些？ 【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，补充 总结： 1.较低的熔点和沸点；原因：分子间作用力很弱； 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。 【学生活动4】阅读教材以及分子晶体CO2和H2O的结构图示分析二者的结构特征？ CO2的结构图示H2O的结构图示 【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，补充 总结： 1.与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个 2.与水分子距离最近的水分子共有4个 3. 【学生活动5】为什么水在4℃时的密度最大？ 【学生】阅读教材，小组代表回答 【教师】强调，补充 总结： 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。 【典型例题】 例1．分子晶体具有的本质特征是（ ） A．晶体硬度小 B．熔融时不导电 C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合 D．熔点一般比共价晶体低 【答案】C 【详解】分子晶体的熔、沸点较低，硬度较小，导致这些性质特征的本质原因是其构成微粒间的相互作用——分子间作用力，它相对于化学键来说是极其微弱的，C项符合题意。 例2.下列关于分子晶体的说法不正确的是（ ） A．分子晶体中含有分子 B．固态或熔融态时均能导电 C．分子间以分子间作用力相结合 D．熔、沸点一般比较低 【答案】B 【详解】A．分子晶体是由分子构成的，A正确； B．固态或熔融态时，分子晶体既不电离也没有自由移动的电子，均不能导电，B错误； C．分子间以分子间作用力相结合，C正确； D．分子晶体的熔、沸点一般比较低，D正确。 故选：B。 例3.下列物质中，属于分子晶体的是（ ） ①二氧化硅 ②碘 ③食盐 ④蔗糖 ⑤磷酸 A．②④⑤ B．①②④ C．②③④⑤ D．①②③⑤ 【答案】A 【详解】离子间通过离子键形成的晶体是离子晶体，分子间通过分子间作用力形成的晶体是分子晶体，原子间通过共价键形成的空间网状结构的晶体是原子晶体，所以②④⑤都是分子晶体，①是原子晶体，③是离子晶体。答案选A。 例4.结合课本上干冰晶体图分析每个CO2分子周围距离相等且最近的CO2分子数目为（ ） A．6 B．8 C．10 D．12 【答案】D 【详解】1个CO2分子周围距离最近的CO2分子个数=3×8×=12，故答案为D。 例5.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结构 B．冰晶体具有空间网状结构，是共价晶体 C．水分子间通过键形成冰晶体 D．冰融化后，水分子之间的空隙增大 【答案】A 【详解】A．如图所示，每个水分子可以与另外四个水分子之间形成氢键，从而形成四面体结构，A正确； B．冰晶体属于分子晶体，B错误； C．冰晶体中的水分子主要是靠氢键结合在一起，氢键不是化学键，而是一种分子间作用力，C错误； D．冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性，故水分子间由氢键连接后，分子间空隙变大，而冰融化成水后，体积减小，水分子之间空隙减小，D错误； 故选A。 【任务二】分子晶体及其熔沸点的判断方法 【学生活动1】阅读教材，总结分子晶体熔沸点高低的判断方法？ 【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，讲解、补充 总结： （1）若不含有氢键: 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； 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 （2）若含有氢键: ①组成和结构相似的物质，含有分子间氢键的分子晶体的熔沸点高于不含有分子间氢键的分子晶体。 ②组成和结构相似的物质，含有分子间氢键的分子晶体的熔沸点高于含有分子内氢键的分子晶体。 【典型例题】 例1.下列说法正确的是（ ） A．冰融化时，分子中H—O发生断裂 B．共价晶体中，共价键越强，熔点越高 C．分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定 D．所有分子晶体中都存在化学键 【答案】B 【详解】A．冰融化时，破坏了水分子间的分子间作用力和氢键，没有破坏分子中的氢氧键，A错误； B．共价晶体中，原子间的作用力越强，即共价键越强，晶体的熔点越高，B正确； C．分子晶体的稳定性与共价键的强弱有关，与分子间作用力的大小无关，C错误； D．不是所有分子晶体中都存在化学键，如He、Ne、Ar等单原子分子形成的分子晶体中不存在任何化学键，D错误； 故答案为：B。 例2.（1）比较下列化合物熔、沸点的高低（填“>”或“<” ①CO2 SO2； ②NH3 PH3； ③O3 O2 ④Ne Ar ⑤CH3CH2OH CH3OH； （2）已知AlCl3为分子晶体。设计实验判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物： 【答案】 < > > < > 在熔融状态下，验证其是否导电，若不导电是共价化合物 【详解】(1) ①CO 2 和SO 2 相对分子质量后者大，且CO 2 为非极性分子，SO 2 为极性分子，范德华力CO 2 小于SO 2 ，所以CO 2 ＜SO 2 ；? ②尽管NH 3 相对分子质量小于PH 3 ，但NH 3 分子间存在氢键，所以NH 3 ＞PH 3； ③O 3 为极性分子，O 2 为非极性分子，且相对分子质量O 3 大于O 2 ，所以范德华力O3 ＞O 2 ，因此熔沸点O 3 大于O 2 ； ④Ne、Ar均为稀有气体、单原子分子，范德华力随相对分子质量的增大而递增，所以Ar的熔沸点高于Ne。? ⑤组成和结构相似的分子，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，分子晶体的熔沸点越高，故熔、沸点： CH3CH2OH＞CH3OH； 要验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可在熔融状态下检验AlCl3是否导电，若不导电，则AlCl3是共价化合物。 例3.下列说法正确的是（ ） A．分子晶体中一定存在分子间作用力，不一定存在共价键 B．水加热到很高的温度都难以分解与氢键有关 C．CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体 D．HF、HCl、HBr、HI的熔沸点随着相对分子质量的增加依次升高 【答案】A 【详解】A．分子晶体中一定存在分子间作用力，可能有共价键（如水分子），可能没有（如稀有气体分子），A正确； B．水是一种非常稳定的化合物，属于化学性质的表现，其中含有氢键，会导致沸点较高，和性质稳定无关，B错误； C．CO2晶体是由二氧化碳分子之间通过范德华力结合构成的分子晶体，二氧化硅是由硅原子和氧原子按照个数比1∶2通过Si-O键构成原子晶体，C错误； D．同一主族氢化物的相对分子质量越大其熔沸点越高，但含有氢键的氢化物熔沸点最高，HF中含有氢键，其熔沸点最高，D错误， 答案选A。 以视频引入新课，提出问题，引发学生的思考，引起共鸣。 通过小组讨论得出结论，学生代表回答，加深学生对知识的理解。 教师知识讲解，学生认真听讲并记忆， 通过小组讨论得出结论，学生代表回答，加深学生对知识的理解。 教师知识讲解，学生认真听讲并记忆， 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。 通过小组讨论得出结论，学生代表回答，加深学生对知识的理解。 教师知识讲解，学生认真听讲并记忆， 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。
板书 设计 一、分子晶体 1.含义 2.常见的分子晶体 3.分子晶体的物理性质 4.分子晶体的结构特征 二、分子晶体及其熔沸点的判断方法 1.分子晶体的判断方法 2.分子晶体熔沸点高低的判断方法 （1）若不含有氢键: 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； 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 （2）若含有氢键: ①组成和结构相似的物质，含有分子间氢键的分子晶体的熔沸点高于不含有分子间氢键的分子晶体。 ②组成和结构相似的物质，含有分子间氢键的分子晶体的熔沸点高于含有分子内氢键的分子晶体。
教学 反思 在讲解分子晶体概念时，我首先从学生熟悉的物质入手，如冰、干冰等，引导学生观察这些物质的物理性质（如较低的熔点、沸点，易升华等），进而分析其微粒间的作用力，逐步引出分子晶体的定义。这种从具体到抽象的教学顺序有助于学生理解概念的本质。 在后续讲解分子晶体的结构特点时，通过展示多种分子晶体的球棍模型（如二氧化碳晶体、碘晶体等），让学生直观地看到分子在晶体中的堆积方式，以及分子间作用力对晶体结构的影响。然后再总结出分子晶体结构的共性和特性，这样的教学安排使得教学内容层次分明，易于学生接受。 在讲解分子晶体的导电性时，为了让学生更全面地了解分子晶体的性质，我引入了一些关于晶体缺陷和杂质对导电性影响的内容。然而，这部分内容对于选修二的学生来说难度较大，超出了课程标准的要求，导致部分学生在理解上出现困难，影响了教学进度。第4课时 分子晶体作业设计
(分值:60分)
A级 合格过关练
选择题只有1个选项符合题意(1~9题,每小题4分)
1.下列支持固态氨是分子晶体的事实是 ( )
氮原子不能形成阳离子
铵根离子不能单独存在
常温下氨是气态物质
常温下氨极易溶于水
2.下列有关分子晶体熔点高低的叙述中,正确的是 ( )
氯气>碘单质
四氯化硅>四氟化硅
NH3
异戊烷>正戊烷
3.已知下列晶体的部分性质,其晶体类型判断正确的是 ( )
选项 性质 晶体类型
碳化铝:黄色晶体,熔点2 200 ℃,熔融状态下不导电,晶体不导电 离子晶体
溴化铝:无色晶体,易溶于水,熔融状态下不导电 共价晶体
硼:熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大,不溶于常见溶剂 金属晶体
三氯化铁:沸点315 ℃,易溶于水,易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂 分子晶体
4.下列说法正确的是 ( )
冰融化时,分子中H—O键发生断裂
共价晶体中,共价键越强,熔点越高
分子晶体中,共价键键能越大,分子晶体的熔、沸点越高
分子晶体中,分子间作用力越大,该物质越稳定
5.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 ( )
①②③④ ②③⑤⑥
②③ ①④⑤⑥
6.冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似,其晶胞结构如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
冰晶胞内水分子间以共价键结合
每个冰晶胞平均含有4个水分子
水分子间的氢键具有方向性和饱和性,也是σ键的一种
已知冰中氢键的作用力为18.5 kJ·mol-1,而常见的冰的熔化热为336 J·g-1,这说明冰变成水,氢键部分被破坏(假设熔化热全部用于破坏氢键)
7.观察下列模型并结合有关信息判断,有关说法正确的是 ( )
硼晶体的 结构单元 SF6 分子 S8 分子 NaCl
结构模 型示意图
备注 熔点 1 873 K 易溶 于CS2
单质硼属于分子晶体,其结构单元B12中含有30个B—B键,含20个正三角形
SF6是由极性键构成的分子晶体
固态硫S8属于共价晶体
NaCl晶体中每个Na+周围距离最近的Na+有6个
8.中学教材上介绍的干冰晶体结构如图所示,每8个CO2构成立方体,且在6个面的中心又各占据1个CO2分子,在每个CO2周围距离 a(其中a为立方体棱长)的CO2有 ( )
4个 8个
12个 6个
9.有四组由同一族元素形成的不同物质,在101 kPa时测定它们的沸点(℃)数据如表所示:
组别 物质及沸点
第一组 A -268.8 B -249.5 C -185.8 D -151.7
第二组 F2 -187.0 Cl2 -33.6 Br2-58.7 I2-184.0
第三组 HF-19.4 HCl -84.0 HBr -67.0 HI -35.3
第四组 H2O-100.0 H2S -60.2 H2Se -42.0 H2Te -1.8
下列各项判断正确的是 ( )
第四组物质中H2O的沸点最高,是因为H2O分子中化学键的键能最大
第三组与第四组相比较,稳定性:HBr>H2Se
第三组物质溶于水后,溶液的酸性:HF>HCl>HBr>HI
第一组物质是分子晶体,分子晶体中都含有共价键
10.(5分)(1)(3分)德国和美国科学家制出了由20个碳原子构成的空心笼状分子C20,该笼状结构是由许多正五边形构成的(如图所示)。C20分子共有 个正五边形,共有 个共价键,C20晶体属于 晶体。
(2)(2分)目前科学家拟合成一种“二重结构”的球形分子,即把足球形C60分子容纳在足球形Si60分子中,外面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合。下列关于这种物质的叙述不正确的是 (填序号)。
A.该物质是一种新型化合物
B.该物质是两种单质组成的混合物
C.该晶体属于分子晶体
D.该物质具有极高的熔、沸点
B级 素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意(11~12题,每小题4分)
11.一定条件下,Fe吸收CO生成配合物Fe(CO)5。常温下Fe(CO)5是一种黄色液体,易溶于汽油、苯等多数有机溶剂。下列说法一定错误的是 ( )
Fe(CO)5为分子晶体
Fe(CO)5易溶于水
Fe(CO)5属于含氧盐
Fe吸收CO生成Fe(CO)5的变化是化学变化
12.KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a=0.446 nm,晶胞中K、I、O分别处于顶点、体心、面心位置,如图所示。下列说法不正确的是 ( )
K与O间的最短距离为0.315 nm
与K紧邻的O个数为6
在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶点位置,则K处于体心位置,O处于棱心位置
若KIO3晶体的密度为ρ g·cm-3,则阿伏加德罗常数的值可表示为4.463×10-24×ρ/214
13.(11分)决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题:
(1)(2分)下图是石墨的结构,其晶体中存在的作用力有 (填序号)。
A.σ键 B.π键 C.氢键 D.配位键
E.范德华力 F.金属键 G.离子键
(2)(2分)碳纳米管由单层或多层石墨层卷曲而成,其结构类似于石墨晶体,每个碳原子通过 杂化与周围碳原子成键,多层碳纳米管的层与层之间靠 结合在一起。
(3)(3分)在硅酸盐中,Si四面体[如下图(a)所示]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构形式。图(b)为一种无限长层状结构的多硅酸根,其中Si原子的杂化形式为 ,Si与O的原子数之比为 , 化学式为 。
(4)(4分)已知碘晶胞结构如图所示,请回答下列问题:
①碘晶体属于 (1分)晶体。
②碘晶体熔化过程中克服的作用力为 (1分)。
③假设碘晶胞中立方体的边长为a cm,阿伏加德罗常数的值为NA,则碘单质的密度为 (2分)。