3.2.4 分子晶体、晶体结构的复杂性 课件(共25张PPT)2024-2025学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2

(共25张PPT)
第3章 不同聚集状态的物质与性质
第2节 几种简单的晶体结构模型
第4课时 分子晶体、晶体结构的复杂性
干冰
冰
碘晶体
石墨
干冰、冰、碘单质、石墨等是相对比较熟悉的物质，它们在不同的领域有着不同的作用，我们需要了解它们有着怎样的微观结构，从而进一步了解其性能使其能更好的为我们服务。
1.了解分子晶体的结构与性质;能借助分子晶体的模型说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。
2.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。
1.了解分子晶体的结构与性质。(宏观辨识与微观探析)
2.通过对分子晶体的模型理解，能描述分子晶体的结构与性质。(证据推理与模型认知)
3.体会现代实验手段在化学研究中的应用，认识借助实验获得证据进而建立物质结构模型的过程,感受化学研究创新发展的前沿与方向。(科学探究与创新意识)
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
四、分子晶体
联想 质疑
在金属晶体、离子晶体和共价晶体中，原子或离子之间都是通过化学键相互结合的，相应化学键的特点对晶体中微粒的空间排布方式会产生影响。那么，像碘、干冰、等这些以分子为基本构成微粒的晶体中，分子会如何排列呢
1.分子晶体的概念：
分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。
2.常见的分子晶体：
非金属单质、非金属的氧化物和氢化物等无机物以及多数有机化合物形成的晶体。
碘单质
1.碘晶体的结构：
（1）碘晶体的晶胞是一个长方体,在它的_________________各有1个I2分子,每个晶胞中有__个I2分子。
每个顶点和面心上
4
（2）I2分子之间以_________结合。
范德华力
2.碘晶体的同类物质：
氯单质、溴单质等晶体。
干冰
1.干冰晶体的结构：
（1）干冰的晶胞为立方体，每个晶胞中有 CO2分子, 个原子;每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为 个。
4
12
12
（2）干冰晶体中分子之间通过_________相结合,熔化时分子内的化学键不断裂，不存在 。
范德华力
氢键
2.干冰作用：
在低温试验、人工降雨等场合，常用干冰作制冷剂。
交流 研讨
表 3-2-5 列出了一些分子晶体的熔点和沸点。请根据表中所列数据猜想;影响不同分子晶体熔点的原因可能有哪些
影响分子晶体熔点的主要因素是分子间作用力，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增大，分子间作用力增强，熔点升高。
观察 思考
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。
观察图3-2-14，思考∶冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用 这对冰晶体的结构与性质产生了怎样的影响
冰
冰的结构
冰中的氢键
冰晶体主要是水分子依靠氢键结合形成的。由于氢键具有一定的方向性，每个水分子都与周围四个水分子结合，四个水分子也按同样的规律再与其他水分子结合。这种排列分子间距离比较大，形成空隙较大的网状体，所以冰、雪、霜的密度比水小，结的冰会浮在水面上。
氢键
类似蜂巢结构
苯甲酸晶体
通过上面的讨论可知，典型的分子
晶体是指有限数目的原子以共价键结合
为分子后，这些分子再通过分子间作用力结合形成晶体。一般来说，分子在无方向性的分子间作用力的作用下堆积时，尽可能利用空间紧密地堆积在一起，这一点与金属晶体相似。但是，分子的形状、分子的极性以及分子之间是否存在氢键等，都会影响分子的堆积方式。图3-2-15是苯甲酸晶体及其晶体模型。苯甲酸分子排列形成层状结构，同平面内分子之间通过氢键相互作用连接，平面之间的分子依靠范德华力维系。
分子晶体的结构特征
(1)分子密堆积—只有范德华力，无分子间氢键（每个分子周围有12个等距离且最近的分子，如：C60、干冰 、I2、O2等）。
(2)分子非密堆积—除范德华力外还有分子间氢键（如：HF 、冰、苯甲酸等）。
五、晶体结构的复杂性
联想 质疑
实验测定，石墨的熔点高达 3850 ℃，这说明石墨晶体具有共价晶体的特点。但是，石墨很软并且能导电，是非常好的润滑剂，这说明它又不同于共价晶体。那么，石墨究竞属于哪种类型的晶体呢
石墨
1.结构特点：
(1)石墨晶体是_____结构,在每一层内,每个C原子与
其他3个C原子以共价键结合,形成无限的_____形平面
网状结构。每个C原子还有1个未参与杂化的2p轨道并
含有1个未成对电子,能形成遍及整个平面的_____键。
(2)C原子采取___杂化,C—C键之间的夹角为______。
(3)层与层之间以_________结合。
层状
六边
sp2
1200
范德华力
2.作用力：
共价键、范德华力以及类似于金属键的作用力。
3.晶体类型：
混合型晶体。
4.用途：
制造电极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等。
拓展视野
黑磷
1914年，布里奇曼（P.Bridgman） 在200℃和1.2 GPa（1 GPa约为1万大气压）下首次用白磷合成得黑磷。1946 年，布里奇曼因在高压物理领域中的贡献而获得诺贝尔物理学奖。100年后，黑磷再次受到极大关注。2014 年，中国家陈仙辉与张远波合作利用黑磷实现了高速场效应晶体管的应用尝试，为研究黑磷的广泛应用拉开了序幕。
拓展视野
金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等模型都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多。
一方面，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微粒间作用，这也是这类晶体具有重要应用。
例如，BaTiO3含有一种阴离子O2-和多种阳离子Ti4+、Ba2+。其晶胞如右图：
O2-
Ba2+
Ti4+
近年来，一类类似于BaTiO3光电材料由CH3NH3+和Pb2+、Sn2+等金属阳离子以及Cl-、Br-、I-等卤素阴离子组成，可作为薄膜太阳能电池材料。
羟基磷酸钙Ca5(PO4)3OH含有一种阳离子和多种阴离子，是人体和动物骨骼的主要无机成分。
又如，Na2SiO3与Na2CO3组成看似相似，但结构明显不同。在Na2SiO3固体中并不存在单个的简单SiO32－，Si通过共价键与4个O原子相连，形成硅氧四面体。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{SiO32－}∞单元(如图3-2-18)，带负电的链状硅酸盐{SiO32－}∞单元与金属阳离子以离子键相互作用。
另一方面，金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡晶体。
分子晶体
概念：
结构：
性质：
常见物质：
分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体
密堆积（无氢键）、非密堆积（有氢键）
熔沸点低、硬度小
非金属单质、非金属的氧化物和氢化物等无机物以及多数有机化合物。
晶体结构
的复杂性
石墨
硅酸钠
结构
空间模型
1.下列关于物质熔点的排列顺序,不正确的是(　　)
A.HI>HBr>HCl>HF
B.CI4>CBr4>CCl4>CF4
C.NaCl>NaBr>KBr
D.金刚石>碳化硅>晶体硅
A
2.下列说法正确的是(　　)
A.共价晶体中只存在非极性共价键
B.因为HCl的相对分子质量大于HF,所以HCl晶体的熔点高于HF
C.干冰升华时,分子内共价键不会发生断裂
D.金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物
C
3.在学习分子晶体后,某化学兴趣小组的同学查阅了几种氯化物的熔、沸点,记录如下:
根据这些数据分析,你认为属于分子晶体的是(　　)
A.NaCl、MgCl2、CaCl2 B.AlCl3、SiCl4 C.NaCl、CaCl2 D.全部
B
氯化物 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔点/℃ 801 712 190 -68 782
沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
4.SiCl4的分子结构与CCl4类似,对其作出的如下推断正确的是(　　)
①SiCl4晶体是分子晶体　②常温、常压下SiCl4是液体　③SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子　④SiCl4的熔点高于CCl4
A.只有① B.只有①②
C.只有②③ D.①②③④
D
5.下列有关分子晶体的说法中一定正确的是(　　)
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
6.下列说法中正确的是(　　)
A.C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B.甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C.NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D.常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃， 所以TiCl4属于分子晶体
D
回答下列问题:
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的
单质形式,它们互为 。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为 。
(3)C60属于 晶体,石墨属于 晶体。
(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。其原因是金刚石中碳原子间只存在C—C 共价键,而石墨层内的碳原子间不仅存在C—C 共价键,还有 键。
(5)C60的晶体结构类似于干冰,则每个C60晶胞的质量为 g (用含NA的式子表示,NA为阿伏加德罗常数的值)。
同素异形体
7.碳元素的单质有多种形式,下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图:
sp3、sp2
分子
混合型