新教材2025版高中化學第3章不同聚集狀態(tài)的物質(zhì)與性質(zhì)第2節(jié)幾種簡單的晶體結(jié)構(gòu)模型第3課時分子晶體晶體結(jié)構(gòu)的復雜性學案魯科版選擇性必修2

第3課時分子晶體晶體結(jié)構(gòu)的困難性課程標準1．了解分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。2．了解分子晶體與共價晶體、離子晶體、金屬晶體的構(gòu)成微粒及微粒間作用力的區(qū)分。3．能依據(jù)分子晶體晶胞確定晶體的組成并進行相關(guān)計算。學法指導1.通過學習教材中碘、干冰等晶體結(jié)構(gòu)模型，相識分子晶體的構(gòu)成微粒及微粒間的相互作用。2．依據(jù)分子間作用力大小，推斷分子晶體的熔、沸點凹凸。3．通過學習石墨等晶體結(jié)構(gòu)，相識晶體結(jié)構(gòu)的困難性。必備學問·自主學習——新知全解一遍過學問點一分子晶體1.分子晶體的結(jié)構(gòu)2．分子晶體與物質(zhì)類型的關(guān)系類型實例絕大多數(shù)________H2O、NH3、CH4等部分________鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有氣體等部分________CO2、P4O6、P4O10、SO2等幾乎全部的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等多數(shù)________的晶體苯、乙醇等3.典型分子晶體的結(jié)構(gòu)分析碘晶體干冰晶體冰晶體晶胞或結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)分析(1)碘晶體的晶胞是一個長方體，在它的________________各有1個I2分子，每個晶胞中有________個I2分子。(2)I2分子之間以________結(jié)合。(1)干冰晶胞是________結(jié)構(gòu)，在它的________各有1個CO2分子，每個晶胞中有______個CO2分子。(2)每個CO2分子四周距離最近且相等的CO2分子有________個。(3)干冰晶體中分子之間通過______相結(jié)合，熔化時分子內(nèi)的化學鍵________。(1)水分子之間的主要作用力是________，當然也存在________。(2)________有方向性，它的存在迫使在________的每個水分子與________方向的________個相鄰水分子相互吸引。4.分子晶體的物理性質(zhì)(1)分子晶體由于以比較弱的________相結(jié)合，因此一般熔點________，硬度________。(2)對組成和結(jié)構(gòu)________，晶體中又不含氫鍵的分子晶體來說，隨著相對分子質(zhì)量的增大，分子間作用力________，熔、沸點________。微點撥分子間只存在范德華力的分子晶體，聽從緊密積累排列原理；分子間存在氫鍵的分子晶體，由于氫鍵具有方向性、飽和性，故不聽從緊密積累排列原理。學思用1．推斷下列說法是否正確，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)二氧化硅和干冰雖然是同一主族的氧化物，但屬于不同的晶體類型。()(2)水是一種特別穩(wěn)定的化合物，這是由于水中存在氫鍵。()(3)冰與水共存物屬于混合物。()(4)冰與二氧化硅的晶體類型相像。()(5)分子晶體一般熔點較低、硬度較小。()2．下列各組晶體都屬于化合物組成的分子晶體是()A．H2O、O3、CCl4B．CCl4、(NH4)2S、H2O2C．SO2、SiO2、CS2D．P2O5、CO2、H3PO4學問點二晶體結(jié)構(gòu)的困難性1.石墨晶體晶體模型結(jié)構(gòu)特點(1)石墨晶體是________結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)，每個C原子與其他3個C原子以共價鍵結(jié)合，形成無限的________形平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。每個C原子還有1個未參加雜化的2p軌道并含有1個未成對電子，能形成遍及整個平面的________鍵(2)C原子實行________雜化，C—C鍵之間的夾角為________(3)層與層之間以________結(jié)合晶體類型石墨中既含有________，又有________，同時還有________的特性，因此石墨屬于________晶體物理性質(zhì)熔點________、質(zhì)軟、________導電用途制造________、________、________、原子反應(yīng)堆中的中子減速劑等2．晶體的困難性(1)物質(zhì)組成的困難性導致晶體中存在多種不同微粒以及不同微粒間作用。例如：BaTiO3含有一種________和____________，它是一種重要的壓電材料。近年來，一類與BaTiO3結(jié)構(gòu)類似的有機/無機雜化材料在光電材料領(lǐng)域獲得突破。Ca5(PO4)3OH含有一種________和________，是人體和動物骨骼的主要無機成分。(2)金屬鍵、離子鍵、共價鍵、配位鍵等都是化學鍵的典型模型，但是，原子之間形成的化學鍵往往是介于典型模型之間的過渡狀態(tài)。微點撥不同晶體類型的熔、沸點凹凸規(guī)律一般為共價晶體>離子晶體>分子晶體。金屬晶體的熔、沸點有的很高(如鎢)，有的很低(如汞)。學思用1．推斷下列說法是否正確，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)分子晶體和共價晶體的構(gòu)成微粒相同。()(2)石墨屬于共價晶體。()(3)分子晶體和共價晶體受熱熔化時克服微粒間作用力相同。()(4)石墨晶體中的碳原子的成鍵方式和金剛石中相同。()(5)由于微觀粒子間的作用存在鍵型過渡，許多晶體屬于過渡晶體。()2．在硼酸[B(OH)3]分子中，硼原子與3個羥基相連，其晶體具有與石墨相像的層狀結(jié)構(gòu)。則分子中硼原子雜化軌道類型及分子間的主要作用力分別是()A．sp范德華力B．sp2范德華力C．sp2氫鍵D．sp3氫鍵關(guān)鍵實力·課堂探究——學科素養(yǎng)全通關(guān)提升點一四種典型晶體類型的比較1.四種晶體類型的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)類型項目離子晶體共價晶體分子晶體金屬晶體構(gòu)成晶體的粒子陰、陽離子原子分子金屬陽離子和自由電子粒子間的作用離子鍵共價鍵分子間作用力(范德華力或氫鍵)金屬鍵溶解性多數(shù)易溶一般不溶相像相溶一般不溶于水，少數(shù)與水反應(yīng)機械加工性不良不良不良優(yōu)良延展性差差差優(yōu)良確定作用力強弱的一般推斷方法晶格能鍵長(原子半徑)組成結(jié)構(gòu)相像時，比較相對分子質(zhì)量離子半徑、價電子數(shù)熔、沸點較高很高較低差別較大(汞常溫下為液態(tài)，鎢熔點為3410℃)硬度略硬而脆很大較小差別較大導電性不良導體(熔化后或溶于水導電)不良導體(個別為半導體)不良導體(部分溶于水發(fā)生電離后導電)良導體2.晶體類型的推斷方法(1)依據(jù)組成晶體的微粒和微粒間的相互作用推斷共價晶體：原子→共價鍵；分子晶體：分子→分子間作用力；離子晶體：離子→離子鍵；金屬晶體：金屬陽離子和自由電子→金屬鍵。(2)依據(jù)物質(zhì)的分類推斷①常見的共價晶體單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的共價晶體化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；②分子晶體：大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機物(除有機鹽外)；③離子晶體：金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數(shù)的鹽類；④金屬晶體：金屬單質(zhì)與合金。(3)依據(jù)晶體的熔點推斷①離子晶體的熔點較高，常在數(shù)百至1000多度；②共價晶體熔點很高，常在1000度至幾千度；③分子晶體熔點低，常在數(shù)百度以下至很低溫度；④金屬晶體多數(shù)熔點高，但也有少數(shù)熔點很低。(4)依據(jù)導電性推斷①共價晶體：一般不導電；②分子晶體：若不是電解質(zhì)：固態(tài)、液態(tài)不導電，溶于水③離子晶體：固態(tài)不導電，熔融或溶于水導電；④金屬晶體：固態(tài)或熔融均導電。(5)依據(jù)硬度和機械性能推斷共價晶體硬度大；分子晶體硬度小且較脆；離子晶體硬度較大且較脆；金屬晶體多數(shù)硬度大，但也有較小的，且具有延展性?；犹骄繂栴}1NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硅各屬于什么晶體？哪種晶體在熔融狀態(tài)下能導電？問題2為什么液態(tài)水變?yōu)楸鶗r，體積膨脹，密度減小？典例示范[典例1]已知下列晶體的部分性質(zhì)，其晶體類型推斷正確的是()選項性質(zhì)晶體類型A碳化鋁，黃色晶體，熔點2200℃，熔融狀態(tài)下不導電，晶體不導電離子晶體B溴化鋁，無色晶體，易溶于水，熔融狀態(tài)下不導電共價晶體C硼：熔點2300℃，沸點2550℃，硬度大，不溶于常見溶劑金屬晶體D三氯化鐵，沸點315℃，易溶于水，易溶于乙醚、丙酮等有機溶劑分子晶體素養(yǎng)訓練[訓練1]下列物質(zhì)發(fā)生改變時，所克服的微粒間相互作用屬于同種類型的是()A．液溴和苯分別受熱變?yōu)闅怏wB．干冰升華和氯化銨受熱分解C．二氧化硅和鐵分別受熱熔化D．食鹽和葡萄糖分別溶解在水中提升點二晶體熔、沸點的比較1.不同類型晶體熔、沸點的比較一般來說，共價晶體>離子晶體>分子晶體；金屬晶體(除少數(shù)外)>分子晶體。金屬晶體的熔、沸點有的很高，如鎢、鉑等，有的則很低，如汞、銫、鎵等。2．同種類型晶體熔、沸點的比較(1)共價晶體一般來說，對結(jié)構(gòu)相像的共價晶體來說，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔、沸點越高。例如：金剛石>二氧化硅>碳化硅>晶體硅。(2)分子晶體①組成和結(jié)構(gòu)相像的分子晶體，一般相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔、沸點越高。如I2>Br2>Cl2>F2；SnH4>GeH4>SiH4>CH4。②組成和結(jié)構(gòu)不相像的物質(zhì)(相對分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，范德華力越大，熔、沸點越高。如CO>N2。③同類別的同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔、沸點越低。如正戊烷>異戊烷>新戊烷。④若分子間存在氫鍵，則分子間作用力比結(jié)構(gòu)相像的同類晶體大，故熔、沸點較高。如HF>HI；NH3>PH3；H2O>H2Te。(3)離子晶體一般來說，離子所帶的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強，離子晶體的熔、沸點就越高。如NaCl>CsCl；MgO>MgCl2。(4)金屬晶體金屬陽離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，其金屬鍵越強，金屬熔、沸點越高。如Al>Mg>Na。3．晶體熔、沸點比較的兩個“首先”(1)晶體熔、沸點比較時應(yīng)先分析晶體類型。(2)分子晶體熔、沸點比較時應(yīng)先推斷分子間是否存在氫鍵?；犹骄緾60結(jié)構(gòu)，又稱為巴基球、足球烯，它是一個由60個碳原子結(jié)合形成的穩(wěn)定分子，英國化學家哈羅德·沃特爾·克羅托勾畫出的C60的分子結(jié)構(gòu)，富勒的啟示起了關(guān)鍵性作用，因此他們一樣建議，將其命名為富勒烯。科研人員應(yīng)用電子計算機模擬出來類似C60的物質(zhì)N60，試據(jù)此回答下列幾個問題：問題1N60的溶解性是什么？晶體類型是什么？問題2N60與N2的熔點誰的更高？穩(wěn)定性呢？典例示范[典例2]下表給出了幾種物質(zhì)的熔點：物質(zhì)Na2ONaClAlF3AlCl3熔點/℃9208011291190物質(zhì)BCl3α-Al2O3(剛玉)干冰SiO2熔點/℃－1072045－571713下列推斷錯誤的是()A．鋁的化合物的晶體中有的是離子晶體B．表中只有BCl3和干冰是分子晶體C．同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體D．不同族元素的氧化物可形成相同類型的晶體素養(yǎng)訓練[訓練2]下列各組物質(zhì)中，按熔點由低到高排列的是()A．O2、I2、HgB．CO2、KCl、SiO2C．Al、Mg、NaD．NaCl、KCl、RbCl課堂總結(jié)[學問導圖][誤區(qū)警示]1．常見晶體中原子成鍵數(shù)目晶體名稱金剛石晶體硅二氧化硅白磷石墨1mol晶體中共價鍵2molC—C2molSi－Si4molSi－O6molP—P1.5molC—C2.晶胞結(jié)構(gòu)中最小環(huán)上的原子數(shù)目晶體名稱金剛石晶體硅二氧化硅碳化硅石墨最小環(huán)上原子個數(shù)6個C6個Si6個Si6個O3個C3個Si6個C3.金剛石、晶體硅、碳化硅、二氧化硅晶體中最小環(huán)的頂點上的原子均被12個最小環(huán)所共用，二氧化硅晶體中最小環(huán)上的每個氧原子被6個最小環(huán)所共用。隨堂檢測·強化落實——基礎(chǔ)知能練到位1．分子晶體具有的本質(zhì)特征是()A．組成晶體的基本構(gòu)成微粒是分子B．熔融時不導電C．晶體內(nèi)微粒間以分子間作用力相結(jié)合D．熔點一般比共價晶體低2．下列各組晶體物質(zhì)中，化學鍵類型相同，晶體類型也相同的是()①SiO2和SO3②金剛石和白磷③CO2和SO2④晶體硅和金剛石⑤晶體氖和晶體氮⑥硫黃和單質(zhì)碘A．①②③B．④⑤⑥C．③④⑥D(zhuǎn)．①③⑤3．下列物質(zhì)的熔點凹凸依次中，正確的是()A．金剛石>晶體硅>二氧化硅>碳化硅B．CI4>CBr4>CCl4>CH4C．MgO>H2O>N2>O2D．金剛石>生鐵>純鐵>鈉4．(雙選)美國LawrenceLiremore國家試驗室(LLNL)的科學家勝利地在高壓下將CO2轉(zhuǎn)化為具有類似SiO2結(jié)構(gòu)的共價晶體，下列關(guān)于CO2的共價晶體說法正確的是()A．CO2的共價晶體和分子晶體互為同素異形體B．在肯定條件下CO2共價晶體轉(zhuǎn)化為分子晶體是化學改變C．CO2的共價晶體和分子晶體具有相同的物理性質(zhì)D．在CO2的共價晶體中，每個C原子四周結(jié)合4個O原子，每個O原子與2個C原子相結(jié)合5．(1)比較下列化合物熔、沸點的凹凸(填“>”或“<”)。①CO2________SO2；②NH3________PH3③O3________O2；④Ne________Ar；⑤CO________N2。(2)已知AlCl3的熔點為190℃(2.202×105Pa)，但它在180℃即起先升華。請回答：①AlCl3固體是________晶體；②設(shè)計一個牢靠的試驗，推斷氯化鋁是離子化合物還是共價化合物。你設(shè)計的試驗是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。第3課時分子晶體晶體結(jié)構(gòu)的困難性必備知識·自主學習[學問點一]1．分子分子間作用力2．氫化物非金屬單質(zhì)非金屬氧化物有機物3．每個頂點和面上4范德華力立方每個頂點和面上412分子間作用力不斷裂氫鍵范德華力氫鍵四面體中心四面體頂角44．(1)分子間作用力較低較小(2)相像增大上升[學思用]1．答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√2．解析：A項，O3為單質(zhì)；B項，(NH4)2S為離子晶體；C項，SiO2為共價晶體。答案：D[學問點二]1．層狀六邊大πsp2120°范德華力共價鍵范德華力金屬鍵混合型高易電極潤滑劑鉛筆芯2．(1)陰離子多種陽離子陽離子多種陰離子[學思用]1．答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√2．解析：因為B(OH)3分子中，硼原子與3個羥基相連，其晶體具有與石墨相像的層狀結(jié)構(gòu)，由此可推斷在B(OH)3分子中硼原子的雜化軌道類型與石墨中碳原子的雜化軌道類型相同，為sp2雜化；B(OH)3分子中羥基氧原子電負性很強，易與其他B(OH)3分子中的氫原子形成氫鍵，硼酸分子之間還存在范德華力，但氫鍵比范德華力強，故硼酸分子之間的主要作用力是氫鍵，C項正確。答案：C關(guān)鍵能力·課堂探究提升點一[互動探究]提示1：NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硅分別屬于離子晶體、分子晶體、分子晶體、共價晶體。在熔融狀態(tài)下能導電的是NaCl。提示2：冰晶體中主要是水分子依靠氫鍵而形成的，因氫鍵具有肯定的方向性，使水分子間的間距比較大，有很大空隙，比較松散。所以水結(jié)成冰后，體積膨脹，密度減小。[典例1]解析：碳化鋁，黃色晶體，熔點2200℃，熔融態(tài)不導電，應(yīng)為共價晶體，故A錯誤；溴化鋁，無色晶體，易溶于水，熔融狀態(tài)下不導電，具有分子晶體的性質(zhì)，屬于分子晶體，故B錯誤；硼：熔點2300℃，沸點2550℃，硬度大，不溶于常見溶劑，具有共價晶體的性質(zhì)，屬于共價晶體，故C錯誤；三氯化鐵，沸點315℃，易溶于水，易溶于乙醚、丙酮等有機溶劑，具有分子晶體的性質(zhì)，屬于分子晶體，故D正確。答案：D[訓練1]解析：選項晶體類型克服的微粒間相互作用結(jié)論A液溴分子晶體分子間作用力√苯B干冰分子晶體分子間作用力×氯化銨離子晶體受熱分解生成氯化氫和氨氣，克服離子鍵、共價鍵C二氧化硅共價晶體共價鍵×鐵金屬晶體金屬鍵D食鹽離子晶體離子鍵×葡萄糖分子晶體分子間作用力答案：A提升點二[互動探究]提示1：C60是一種單質(zhì)，屬于分子晶體，而N60類似于C60，所以N60也是單質(zhì)，屬于分子晶體，即具有分子晶體的一些性質(zhì)，如硬度較小，熔、沸點較低。單質(zhì)一般是非極性分子，難溶于水這種極性溶劑。提示2：由于分子晶體相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點越高，所以N60的熔點高于N2。N2分子以N≡N結(jié)合，N60分子中只存在N—N，而N≡N比N—N堅固得多。[典例2]解析：AlF3為離子晶體，A項正確；表中AlCl3、BCl3和干冰的熔點都較低，是分子晶體，B項錯誤；C和Si同主族，但氧化物的晶體類型不同，干冰和SiO2分別屬于分子晶體和共價晶體，C項正確；Si和Al不同主族，但對應(yīng)的氧化物(如SiO2和α-Al2O3)為共價晶體，說明不同族元素的氧化物可形成相同類型的晶體，D項正確。答案：B[訓練2]解析：A項，熔點：固體>液體>氣體，故熔點：I2>Hg>O2；B項，熔點：共價晶體>離子晶體>分子晶體，故熔點：