【教學(xué)課件】第2節(jié) 分子晶體與共價(jià)晶體 示范課件

第1課時(shí)分子晶體與共價(jià)晶體第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子晶體與共價(jià)晶體溫故知新1.說出幾種你身邊常見典型的晶體，它們的宏觀性質(zhì)是否有明顯的差異？這些差異表現(xiàn)在什么方面？用簡單的文字描述并進(jìn)行分享。常見典型的晶體有：冰、金剛石、食鹽、單質(zhì)鋁（易拉罐）。它們的宏觀性質(zhì)有明顯的差異，例如，冰在0℃時(shí)就熔化了，水在100℃時(shí)就汽化了，而其他三種物質(zhì)在100℃仍是固體，需要很高的溫度才能熔化；例如，冰和食鹽受力時(shí)容易碎裂，鋁受力時(shí)容易形變，而金剛石非常堅(jiān)硬；例如，冰、食鹽、金剛石都是無色透明的固體，鋁是銀白色不透明的固體。溫故知新2.在化學(xué)中，“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”是一個(gè)核心觀點(diǎn)，那宏觀性質(zhì)迥異的這些晶體在結(jié)構(gòu)上有何不同呢？晶體的“大廈”就是由晶胞這些“建材”有規(guī)律的重復(fù)而形成的。對(duì)晶體而言，“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”中結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵，既包含晶胞中粒子的組成，又包含粒子間通過怎么的作用力彼此凝聚在一起。不同的粒子，如分子、原子、離子，可以通過不同的作用力，如分子間作用力、共價(jià)鍵、離子鍵等，凝聚在一起，形成形色各異的晶體。一、分子晶體只含分子的晶體稱為分子晶體。例如，下面的碘晶體只含I2分子，屬于分子晶體；二氧化碳晶體只含CO2分子，屬于分子晶體。1.分子晶體的概念與性質(zhì)特點(diǎn)一、分子晶體在分子晶體中，相鄰分子靠分子間作用力相互吸引。下表展示了部分分子晶體的熔點(diǎn)：分子晶體O2N2P4H2OH2SCH4CH3COOHCO(NH2)2熔點(diǎn)/℃-218.3-210.144.20-85.6-18216.6132.7從上表中，可以直觀的看出，分子晶體的熔點(diǎn)普遍較低。事實(shí)上，分子晶體的硬度也都很小，比如在冰表面留下劃痕是一件很容易的事。一、分子晶體（1）怎樣理解分子晶體普遍有熔點(diǎn)低和硬度小的特性？【思考討論】在分子晶體中，相鄰分子靠分子間作用力相互吸引。其中范德華力的強(qiáng)度一般在2~20kJ/mol，氫鍵稍強(qiáng)，但一般不超過40kJ/mol。分子晶體無論是物態(tài)變化還是被刻畫，破壞的都是分子間作用力，而分子間作用力量級(jí)較小，故需要外界提供的能量都較小。故分子晶體表現(xiàn)出熔點(diǎn)低和硬度小的特性。一、分子晶體（2）哪些晶體屬于分子晶體呢？【思考討論】①所有非金屬氫化物，如H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等；②部分非金屬單質(zhì)，如鹵素、O2、S8、N2、P4、C60、稀有氣體等③部分非金屬氧化物，如CO2、P4O6、P4O10、SO2等④幾乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、CH3COOH等⑤絕大多數(shù)有機(jī)物，如CH3CH2OH、C2H4，C6H6等一、分子晶體大多數(shù)分子晶體的結(jié)構(gòu)有如下特征：如果分子間作用力只是范德華力，若以一個(gè)分子為中心，其周圍最多可以有12個(gè)緊鄰的分子，分子晶體的這一特征稱為分子密堆積，如C60的晶胞。2.分子晶體的結(jié)構(gòu)特征一、分子晶體（3）

以C60的堆積和晶胞為例，說明與中心緊鄰的12個(gè)C60分布在空間的何處？【思考討論】為了方便觀察與討論，我們將每個(gè)C60分子簡化為一個(gè)小球，從C60的晶胞可以看出，這些小球分布在晶胞的頂點(diǎn)和每個(gè)面的面心上。一、分子晶體【思考討論】0312考察圖中的0號(hào)頂角原子，晶胞中與該粒子距離最近且相等的是其所在三個(gè)面心的粒子，即圖中的1、2、3號(hào)。由于晶胞是無隙并置的，可發(fā)現(xiàn)三個(gè)互相垂直的平面中各有4個(gè)粒子與該粒子距離最近且相等，因此共12個(gè)緊鄰的離子。10111022223333一、分子晶體一、分子晶體冰是常見的分子晶體，它的晶體結(jié)構(gòu)又有怎樣的特征呢？下圖給是冰的晶體結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合所學(xué)知識(shí)思考下面的問題：水分子之間存在怎樣的作用力？這些作用力具有怎么的特性？水分子之間存在氫鍵和范德華力，且氫鍵的強(qiáng)度大于范德華力。分子間的氫鍵，一般X—H···Y三個(gè)原子在一條直線上，即氫鍵具有方向性。一、分子晶體（4）

冰的晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)水分子周圍緊鄰的水分子有多少個(gè)？它是否滿足分子晶體的分子密堆積的特征？如果不滿足，原因是什么？【思考討論】任選一個(gè)水分子為研究對(duì)象，可以看出每個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰的水分子，它不滿足分子密堆積的特征。即使氫鍵比共價(jià)鍵弱得多，不屬于化學(xué)鍵，但仍有方向性。氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰水分子互相吸引。一、分子晶體（5）

結(jié)合冰的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)說明，為何一般物質(zhì)的固態(tài)密度大于液態(tài)密度，而冰的密度小于水的密度？【思考討論】冰中因存在大量氫鍵，水分子的排列必須滿足氫鍵的方向性，致使每個(gè)水分子緊鄰的水分子只有4個(gè)。這一排列結(jié)果使冰晶體中的水分子不緊密，空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙，使其密度比液態(tài)水的小。一、分子晶體（6）

水的密度在4℃時(shí)最大，結(jié)合水和冰的微觀結(jié)構(gòu)給出解釋?！舅伎加懻摗慨?dāng)冰剛剛?cè)刍癁橐簯B(tài)水時(shí)（0~4℃時(shí)），熱運(yùn)動(dòng)使冰的結(jié)構(gòu)部分解體，水分子間的空隙減小，密度反而增大；超過4℃時(shí)，才由于熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間距離加大，密度又漸漸減小。熔化一、分子晶體干冰的外觀很像冰，硬度也跟冰相似，而熔點(diǎn)卻比冰低得多，在常壓下極易升華。同樣是分子晶體，你認(rèn)為二者的物理性質(zhì)的差異是由什么造成的？CO2分子間只存在范德華力，而H2O分子間存在范德華力和氫鍵。氫鍵的強(qiáng)度較大，故它的存在顯著提高了水的熔沸點(diǎn)。一、分子晶體（7）H2S和H2O分子結(jié)構(gòu)相似，但H2S晶體中，一個(gè)H2S分子周圍有12個(gè)緊鄰分子，而冰中一個(gè)H2O分子周圍只有4個(gè)緊鄰H2O分子，這是為什么？【思考討論】冰晶體中水分子間存在氫鍵，由于氫鍵具有方向性，這迫使在四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰水分子形成氫鍵，因此，冰中一個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰分子。而硫化氫分子之間沒有氫鍵，只有范德華力，范德華力無飽和性和方向性，能夠形成分子密堆積，因此，一個(gè)硫化氫分子周圍有12個(gè)緊鄰分子。課堂小結(jié)1.分子晶體中只含有分子，分子間靠分子間作用力吸引在一起。2.從宏觀性質(zhì)來說，因分子間作用力較弱，故一般來說分子晶體呈現(xiàn)出低熔、沸點(diǎn)，小硬度的特點(diǎn)；從結(jié)構(gòu)特征來說，分子傾向于緊密的堆積在一起，具有分子密堆積的特征。3.分子間除范德華力外，是否存在氫鍵對(duì)物質(zhì)有明顯的影響，如冰的密度反常，熔、沸點(diǎn)較高，冰不符合分子密堆積的特征。4.比較分子晶體的熔、沸點(diǎn)高低時(shí)，根據(jù)分子間作用力大小判斷：相對(duì)分子量越大，范德華力越強(qiáng)，熔沸點(diǎn)越高；氫鍵存在時(shí)，能顯著提高熔、沸點(diǎn)。課堂練習(xí)1.目前，科學(xué)界擬合成一種“雙重結(jié)構(gòu)”的球形分子，把C60的分子容納在Si60分子中，外面的硅原子與里面的碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合，下列敘述錯(cuò)誤的是（

）A.該晶體屬于分子晶體 B.該分子內(nèi)原子間都以極性共價(jià)鍵相連C.該物質(zhì)是一種化合物 D.該物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量為2400B解析

B項(xiàng)，兩分子連接之前，C60和Si60各自都含有C-C、Si-Si非極性共價(jià)鍵，連接過程中形成了極性共價(jià)鍵。因此雙重結(jié)構(gòu)的球形分子中既含有非極性共價(jià)鍵，又含有極性共價(jià)鍵。課堂練習(xí)2.下列性質(zhì)符合分子晶體特點(diǎn)的是（

）A.熔點(diǎn)1070℃，易溶水，水溶液導(dǎo)電

B.熔點(diǎn)10.31℃，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液能導(dǎo)電C.熔點(diǎn)3580℃，難溶于水，熔化時(shí)不導(dǎo)電

D.熔點(diǎn)97.81℃，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度0.97g·cm-3B解析

A項(xiàng)和C項(xiàng)，熔點(diǎn)都高于1000℃，分子間作用力沒有這么強(qiáng)，熔點(diǎn)達(dá)不到如此高。D項(xiàng)，晶體導(dǎo)電要求晶體內(nèi)部有自由移動(dòng)的電子或離子，而分子晶體由分子組成，晶體內(nèi)的電子為共價(jià)電子或孤對(duì)電子，無法自由移動(dòng)，一般不導(dǎo)電。B項(xiàng)，熔點(diǎn)低，液態(tài)時(shí)仍為分子不導(dǎo)電，進(jìn)入水中可以發(fā)生電離產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子，故B符合。課堂練習(xí)3.下列關(guān)于分子晶體熔、沸點(diǎn)高低的比較中，正確的是（

）A.Cl2>I2 B.CCl4>SiCl4C.NH3>PH3 D.C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3C解析

A項(xiàng)和B項(xiàng)，組內(nèi)均為