鲁科版高中化学选择性必修2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3课时分子晶体晶体结构的复杂性课件(共57张PPT)

(共57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3课时　分子晶体　晶体结构的复杂性
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研习任务一　分子晶体
[目标导航]1.了解分子晶体的概念、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.会判断晶体的类型。
教材　认知
1. 分子晶体的概念
分子间作用力　
非金属单质　
非金属的氧化物和氢化物　
有
机　
分子间作用力　
相对分子质量　
分子间作用力　
升高　
方向性　
形状　
极性　
氢键　
长方体　
顶点　
（2）干冰
立方体　
有规律　
氢键　
氢键　
四　
四　
四　
[思考]　科学研究揭示，30亿年前，在地壳下200 km左右的地幔中处在高温、高压岩 浆中的碳元素，逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩 浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同 凡响的优良性质：熔点高，不导电，硬度极高；干冰容易汽化，碘晶体容易升华。
干冰和金刚石的构成微粒分别是 　　和 　　，二者的微粒之间的相互作用力分别 是 　　和 　　。
提示：分子　原子　分子间作用力　共价键
×
√
√
×
×
×
×
探究　活动
1. 分子晶体中分子内一定含有共价键吗？为什么？
提示：不一定。稀有气体的分子为单原子分子，不含任何化学键。
2. 影响分子晶体的熔、沸点有哪些因素？
提示：氢键、范德华力、分子极性。
3. 影响分子晶体的溶解度有哪些因素？
提示：“相似相溶”原理、氢键、化学反应。
重点　讲解
1. 常见分子晶体及物质类别
物质种类 实例
所有非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等
部分非金属单质 卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）等
部分非金属氧化物 CO2、P4O10、SO2、SO3等
几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数有机物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
2. 分子晶体的判断方法
（1）依据物质的类别判断
部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、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
微粒是分子的一定是分子晶体，含有分子间作用力的晶体一定是分子晶体。
（3）依据物质的性质判断
分子晶体的硬度较小，熔、沸点较低，在熔融状态或固体时均不导电。
3. 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。
（4）对于有机物中的同分异构体，支链越多，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。
研习　经典
A. 晶体的构成微粒是分子
B. 干燥或熔融时均能导电
C. 分子间以分子间作用力相结合
D. 熔、沸点一般比较低
解析：分子晶体是由分子构成的，A正确；干燥或熔融时，分子晶体既不电离也没有 自由移动的离子，均不能导电，B错误；分子间以分子间作用力相结合，C正确；分 子晶体的熔、沸点一般比较低，D正确。
B
A. NH3、HD、C3H8
B. CCl4、Na2S、H2O2
C. SO2、SiO2、P2O5
D. PC13、CO、H2SO4
解析：HD为氢气单质，不是化合物，故A错误；硫化钠是离子化合物，形成的 晶体为离子晶体，故B错误；二氧化硅是共价化合物，形成的晶体为共价晶体， 故C错误；三氯化磷、一氧化碳和硫酸都是共价化合物，形成的晶体都是分子晶 体，故D正确。
D
A. 组成晶体的微粒是离子
B. 能溶于CS2，熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃
C. 熔点为1 400 ℃，可作半导体材料，难溶于水
D. 熔点高，硬度大
解析：分子晶体的主要性质有熔、沸点低，硬度小，极性分子易溶于极性溶剂，非极 性分子易溶于非极性溶剂，固态时和熔化时均不导电。
B
4. （1）比较下列化合物熔、沸点的高低（填“＞”或“＜”）。
解析：①CO2和SO2相对分子质量后者大，且CO2为非极性分子，SO2为极性分 子，以范德华力而论，CO2小于SO2，所以熔、沸点：CO2＜SO2；②NH3的相对分子 质量小于PH3，但NH3分子间存在氢键，所以熔、沸点：NH3＞PH3；③O3极性分子， O2为非极性分子，且相对分子质量O3＞O2，所以范德华力：O3＞O2，因此熔、沸 点：O3＞O2；④Ne、Ar均为稀有气体，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。
＜　
＞　
＞　
＜　
＞　
（2）已知AlCl3的熔点为190 ℃（2.202×105 Pa），但它在180 ℃即开始升 华。请回答：
解析：①由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。 ②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。
分子　
在熔融状态下，检测AlCl3是否导电，若不导电，则AlCl3是共价化合物
5. 如图为干冰的晶胞结构示意图。回答下列问题：
（1）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。
解析：两个紧邻CO2分子的距离为面对角线长度的一半。
a　

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研习任务二　晶体结构的复杂性
教材　认知
1. 石墨晶体
层状　
六边　
大π　
sp2　
120°　
范德华力　
共价键　
范德华力　
金属键　
混合型　
高　
易　
电极　
润滑剂　
铅笔芯　
续表
2. Na2SiO3晶体
金属键　
离子键　
共价
键　
配位键　
金属晶体　
离子晶体　
共价晶体　
分子晶
体　
[思考]　（1）石墨晶体为什么具有导电性？
提示：因为石墨晶体中每个C原子中未参与杂化的轨道中含有1个未成对电子， 能形成遍及整个平面的大π键，由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石 墨沿层的平行方向导电。
（2）稀有气体由单原子构成，它属于共价晶体吗？ 　　（填“是”或“不是”）， 若不是，它属于 　　。
提示：不是　分子晶体
×
×
×
×
√
探究　活动
如图是石墨晶体的结构模型图。
图 1　
石墨晶体中的
　　二维平面结构　　
图 2　
石墨的层状结构
图 3　
石墨结构中未
参与杂化的p轨道
1. 石墨晶体中碳原子的杂化类型是什么？每个碳原子形成几个共价键？
提示：碳原子采取sp2杂化，每个碳原子与周围的3个碳原子形成3个共价键，如题图1 所示。
2. 石墨晶体中，层与层之间的作用力是什么？为什么石墨晶体能作润滑剂？
提示：石墨晶体中层与层之间的作用力为范德华力。由于范德华力较弱，层与层之间 能发生相对滑动，故石墨具有润滑性，如题图2所示。
3. 试解释为什么石墨晶体能导电？
提示：石墨晶体中的碳原子采取sp2杂化，每个碳原子都有一个电子处于未参与杂化 的2p轨道上，它的原子轨道垂直于碳原子平面（如题图3所示），这些电子在整个碳 原子平面上运动，相当于金属晶体中的自由电子，故石墨晶体能导电。
重点　讲解
石墨与金刚石的比较
物质 石墨 金刚石
碳原子杂化方式 sp2 sp3
碳原子间的作用力 范德华力和共价键 共价键
一个碳原子被几个环共用 3 12
C原子数和C—C键数之比 2∶3 1∶2
导电性 导电 不导电
熔点 石墨＞金刚石
研习　经典
①石墨中存在两种作用力；②石墨是混合晶体；③石墨中的C为sp2杂化；④石墨熔 点、沸点都比金刚石低；⑤石墨中碳原子数和C—C键数之比为1∶2；⑥石墨和金刚石 的硬度相同；⑦石墨层内导电性和层间导电性不同；⑧每个六元环完全占有的碳原子 数是2。
A. 全对 B. 除⑤外
C. 除①④⑤⑥外 D. 除⑥⑦⑧外
C
2. 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：
C60　 石墨　 金刚石晶胞
解析：金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键（即C原子采取sp3杂化），构成正四面体，石墨中的碳原子采取sp2杂化，形成平面六元并环结构。
sp3　
sp2　
解析：C60的构成微粒是分子，属于分子晶体；石墨晶体中有共价键、金属键和 范德华力等，属于混合型晶体。
分子　
混合型　
C60　 石墨　 金刚石晶胞
1∶2　
3　
2∶3　
C60　 石墨　 金刚石晶胞
解析：石墨中的C—C比金刚石中的C—C键长短，键能大，故石墨的熔点高于 金刚石。
＜　
C60　 石墨　 金刚石晶胞
晶体的基本类型与性质
晶体类型 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
构成微粒 阴、阳离子 原子 分子（包括单原子分子） 金属阳离子 与自由电子
微粒间作用力 离子键 共价键 分子间作用力 金属键
物理
性质 导电性 不导电，但熔融态或溶于水后能导电 一般不导电（晶体硅是半导体） 不导电 导电
熔、沸点 较高 很高 很低 变化无规律
硬度 较大 很大 很小 变化无规律
晶体类型 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
物理 性质 溶解性 一般易溶于极性剂，
难溶于非极性溶剂 难溶于一般的溶剂 相似相溶 难溶于一般的溶剂（钠等与水反应）
延展性 差 差 差 良好
熔化时键的变化 断开离子键，共价键 不一定断裂 破坏
共价键 不破坏化学键，破坏分子间作用力 破坏金属键
续表
晶体类型 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
作用力大
小规律 离子所带电荷数多、半径小的离子键强 共价键键长短（电子云重叠多）、原子半径小的共价键稳定 组成和结构相似的分子，相对分子质量大的范德华力大 金属原子的价电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强
物质
种类 大多数盐、强碱、活泼金属氧化物和金属过氧化物等 部分非金属单质、
部分非金属化合物、极少数金属氧化物
（如α－Al2O3） 部分非金属单质、所有非金属氢化物、几乎所有的酸、部分非金属氧化物、绝大多数有机物 金属单质及合金 （Ge等除外）
续表
A. HF、HCl、HBr、HI
B. F2、Cl2、Br2、I2
C. H2O、H2S、H2Se、H2Te
D. CI4、CBr4、CCl4、CF4
解析：对结构相似的分子晶体，其熔点、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，熔点、沸点反常。A中应为HF＞HI＞HBr＞HCl；B 中应为F2＜Cl2＜Br2＜I2；C中应为H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
D
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A. C60汽化和I2升华克服的作用力相同
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属于离子晶体
解析：A项，C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B项，乙酸分子 可形成氢键，其熔、沸点比甲酸甲酯高；C项，HCl溶于水时破坏的是共价键；D项， TiCl4属于分子晶体。
A
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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，分子间通过共价键结合
D. HF、HCl、HBr、HI的沸点随着相对分子质量的增大依次升高
解析：分子晶体中一定存在分子间作用力，可能存在共价键（如水分子），也可能不 存在共价键（如稀有气体分子），A项正确；水是一种非常稳定的化合物，属于其化 学性质的表现，而水中存在氢键会导致沸点升高，与稳定性无关，B项错误；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，C项错误；一般情况 下，同一主族简单氢化物的相对分子质量越大，其沸点越高，但HF中含有氢键，题 述四种氢化物中HF的沸点最高，D项错误。
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A. 冰晶胞内水分子间以共价键结合
B. 每个冰晶胞平均含有4个水分子
C. 水分子间的氢键具有方向性和饱和性，也是σ键的一种
D. 冰变成水，氢键部分被破坏
D
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A. C60摩尔质量是720
B. C60与苯互为同素异形体
C. 在C60晶胞中有14个C60分子
D. 每个C60分子周围与它距离最近等距离的C60分子有12个
D
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A. 正硼酸晶体属于共价晶体
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
解析：A项，正硼酸属于分子晶体；B项，H3BO3分子的稳定性与分子内部的共价键 有关，与分子间的氢键无关；C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结构；D项，1 个硼酸分子形成了6个氢键，但每个氢键是2个硼酸分子共用的，所以平均含3个氢 键，则含有1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键。
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A. 石墨晶体内既有共价键又有分子间作用力
B. 石墨晶体熔、沸点很高，硬度很大
C. 石墨晶体内每个六边形平均含完整碳原子2个
D. 石墨晶体中，每个C原子连接3个六元环
B
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石墨的结构模型 石墨烯的结构模型
A. 石墨与金刚石晶体类型相同
B. 石墨烯中每个六元碳环平均占有3个碳原子
C. 从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键
D. 石墨烯具有导电性
D
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解析：石墨属于混合型晶体，金刚石属于共价晶体，故A错误；石墨烯中每个六元碳 环平均占有2个碳原子，故B错误；从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力，故C 错误；石墨烯中每个碳原子有1个与碳环平面垂直的2p轨道，并含有1个未成对电子， 形成遍及整个平面的大π键，这些电子可以在整个网状平面上运动，该大π键具有金属 键的性质，所以石墨烯具有导电性，故D正确。
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9. 下列数据是对应物质的熔点（℃）
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
－170 2 073 920 801 1 291 190 －51 1 723
A. 铝的化合物的晶体中有的不是分子晶体
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
B
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解析：由表中数据分析，氧化铝和氟化铝的熔点很高，两者不是分子晶体，故A正 确；由表中数据可知，氯化铝、氯化硼和干冰的熔点都较低，是分子晶体，故B错 误；碳和硅同主族，但氧化物的晶体类型不同，分别属于分子晶体和共价晶体，故C 正确；钠和铝不同族，但对应的氧化物都为离子晶体，说明不同族元素的氧化物可形 成相同类型的晶体，故D正确。
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10. （1）水在不同的温度和压强条件下可以形成多种不同结构的晶体，冰晶体结构 有多种。其中冰－Ⅶ的晶体结构如图所示。
孤电子对
冰融化为液态水时只破坏了一部分氢键，液态水中仍存在氢键
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解析：①H2O分子能与H＋形成配位键，其原因是在O原子上有孤电子对，H＋有 空轨道。②冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol－1，而冰的熔化热为5.0 kJ·mol－1，说明 冰融化为液态水时只是破坏了一部分氢键，并且液态水中仍存在氢键。
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解析：水分子间存在氢键，H2Se与H2S分子间不存在氢键，但H2Se的相对分子 质量大于H2S的相对分子质量，H2Se分子间范德华力大于H2S分子间范德华力。
x＞z＞y
水分子间可以形成氢键，H2Se的相对分子质量大于
H2S，故沸点：H2O＞H2Se＞H2S
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（2）碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：
分子　
3　
2　
12　
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