3.2.1分子晶體課件高二下學期化學人教版選擇性必修2

選擇性必修2第二節(jié)

分子晶體與共價晶體第三章晶體結構與性質(zhì)一、分子晶體的概念和性質(zhì)1、概念：只含分子的晶體叫做分子晶體。分子晶體構成粒子分子粒子間的作用力分子間作用力分子內(nèi)各原子間共價鍵2、分子晶體中的粒子與粒子間的相互作用（稀有氣體除外）稀有氣體是單原子分子，無化學鍵，只有分子間作用力。所有分子晶體中是否均存在化學鍵？為什么？分析表中數(shù)據(jù)，結合已學知識，歸納分子晶體的物理性質(zhì)，并說明原因。分子晶體O2N2P4H2OH2SCH4CH3COOH尿素熔點/℃-218.3-210.144.20-85.6-18216.6132.71、較低的熔點和沸點2、較小的硬度（多數(shù)分子晶體在常溫時為氣態(tài)或液態(tài)）原因：分子間作用力很弱[強調(diào)]分子晶體在熔化時，只破壞分子間作用力而不破壞化學鍵。3、分子晶體的物理性質(zhì)

不導電:固態(tài)和熔融狀態(tài)時都不導電，

熔、沸點低；易升華；

硬度小;只有酸的水溶液能導電

分子間作用力越大，熔沸點越高許多分子晶體常溫下是氣體或液體(如干冰、碘、紅磷、萘等)分子間作用力很弱不存在自由移動的離子或自由電子溶解性

一般符合相似相溶原理練1、下列屬于分子晶體性質(zhì)的是（）A.熔點1070℃，易溶于水，水溶液能導電B.能溶于CS2，熔點112.8℃，沸點444.6℃C.熔點1400℃，可做半導體材料，難溶于水D.熔點97.81℃，質(zhì)軟，導電，密度0.97g·cm-3分子晶體的主要性質(zhì)有：熔沸點低，硬度小，極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑，晶體固態(tài)和熔化時均不導電。×××√B4、分子晶體熔沸點的比較

分子間作用力的大小決定了分子晶體的熔沸點高低①含有分子間氫鍵的分子晶體，熔沸點較高。②組成和結構相似的物質(zhì)，不含氫鍵的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔沸點越高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3

如：O2>N2

HI>HBr>HCl③相對分子質(zhì)量相等或相近，極性分子的范德華力大，熔沸點高。如CO>N2⑤在烷烴的同分異構體中，一般來說，支鏈數(shù)越多，熔沸點越低。如沸點：正戊烷>異戊烷>新戊烷；練2.(1)比較下列化合物熔、沸點的高低(填“>”或“<”)。①CO2__SO2②NH3___PH3③O3__O2④Ne__Ar⑤CH3CH2OH___CH3OH⑥CO___N2(2)已知AlCl3的熔點為190℃(2.02×105Pa)，但它在180℃即開始升華。請回答：①AlCl3固體是________晶體。②設計一個可靠的實驗，判斷氯化鋁是離子化合物還是共價化合物。你設計的實驗是_____________________________________。<>>>><分子在熔融狀態(tài)下，試驗其是否導電，若不導電是共價化合物，若導電是離子化合物5、常見的典型分子晶體(1)部分非金屬單質(zhì)：X2、O2、H2、S8、P4、C60(4)部分非金屬氧化物:CO2、SO2、NO2……(5)幾乎所有的酸：

H2SO4、HNO3、H3PO4(6)絕大多數(shù)有機物：乙醇、冰醋酸、蔗糖……(2)稀有氣體：(3)所有非金屬氫化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX……(除SiO2等）(除B、Si、Ge等的單質(zhì)、金剛石等)共價化合物

共價化合物

共大部分物

干冰晶體結構活動1：利用干冰晶體的結構模型認識分子晶體的結構特征，每個CO2周圍有幾個緊密相鄰的CO2？二、典型分子晶體的結構和性質(zhì)1.常見分子晶體的結構分析①干冰在干冰晶體中，CO2分子在范德華力作用下，以密堆積方式排列成面心立方結構：8個CO2分子分別位于立方體的8個頂點，6個CO2分子位于立方體的6個面心。每個CO2分子周圍，離該分子最近且距離相等的CO2分子共12個，分別分布于3個相互垂直的平面上，每個平面上有4個。干冰晶體結構干冰的晶體結構圖中心CO2分子干冰晶體中，CO2的配位數(shù)是12（1）干冰中的CO2分子間只存在范德華力，不存在氫鍵。（2）每個晶胞中均攤4個CO2分子,含有12個原子。（3）每個CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子數(shù)為12個。（4）干冰在常壓下極易升華，在工業(yè)上廣泛用作制冷劑。活動2：利用晶體冰的結構模型認識分子晶體的構特征，每個H2O周圍有幾個緊密相鄰的H2O？冰的晶體結構冰中１個水分子周圍有４個水分子融化的冰②冰由于水分子中O原子采取sp3雜化，因此成鍵電子對與孤對電子之間有特定的伸展方向，所以分子間氫鍵的形成也有特定的方向和數(shù)目。每個H2O分子只能通過氫鍵與4個H2O直接相鄰排列。每個氧原子周圍都有4個氫原子，其中2個氫原子是通過共價鍵結合，距離較近，另外2個氫原子通過氫鍵結合，距離較遠，因此冰晶體中每個水分子均在氫鍵的作用下形成以它為中心其他4個水分子為頂點的變形四面體結構。冰的結構冰晶體冰的結構冰中，H2O的配位數(shù)是4①水分子之間的作用力有

,但主要是

。②由于氫鍵具有

,使四面體中心的每個水分子與四面體頂點的

個相鄰的水分子相互吸引。范德華力、氫鍵氫鍵方向性4③水分子以氫鍵相連接，含1molH2O的冰中，最多可形成2

mol“氫鍵”大多數(shù)分子晶體中，如果分子間作用力只是范德華力(無分子間氫鍵),若以一個分子為中心，其周圍最多可以有12個緊鄰的分子，分子晶體的這一特征稱為分子密堆積。如：C60、干冰、I2、O2。（1）分子密堆積2.分子晶體的結構特征碳60（C60）干冰晶胞碘I2分子間的作用力：范德華力晶胞特點：晶胞粒子數(shù)：配位數(shù)：頂點和面心各有1個分子412xyz1234xyzxyzxy（1）分子密堆積，每個分子周圍有12個緊鄰的分子，只存在范德華力。z堆積方式微粒間作用力空間特點舉例分子密堆積范德華力通常每個分子周圍有12個緊鄰的分子C60、干冰、I2、O2分子非密堆積范德華力和氫鍵每個分子周圍緊鄰的分子小于12個HF、NH3、冰總結：分子晶體的結構特征分子晶體中存在單個分子，化學式代表真實的分子組成。①干冰的密度比冰大的原因？冰：非密堆積干冰：密堆積由于干冰中的CO2之間只存在范德華力，一個分子周圍有12個緊鄰分子，而水同時存在分子間氫鍵，空間利用率降低，故CO2的密度比冰的高?！舅伎寂c討論2】③結合冰的結構解釋，為何水凝結成冰后密度減?。吭诒木w中存在氫鍵，每個水分子周圍有4個緊鄰的水分子。彼此之間形成四面體形。這一排列使水分子的空間利用率不高，留有相當大的空隙。

當冰剛剛融化成液態(tài)水時，水分子間的空隙減小，密度反而增大，超過4℃時，分子間距離加大，密度逐漸減小。固態(tài)水規(guī)則排列【思考與討論2】④H2S和水分子結構相似，但H2S晶體中，一個H2S分子周圍有12個緊鄰分子，而冰中一個水分子周圍只有4個緊鄰分子，為什么？H2S晶體中分子之間只有范德華力，范德華力無飽和性與方向性，能夠形成分子密堆積。因此，一個H2S分子周圍有12分緊鄰分子。冰晶體中水分子間存在氫鍵，氫鍵具有方向性，這迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的四個相鄰水分子形成氫鍵。因此，冰中一個水分子周圍只有4個緊鄰分子?！舅伎寂c討論2】3、分子晶體的判斷方法(1)依據(jù)物質(zhì)的類別判斷：部分非金屬單質(zhì)、所有非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機物的晶體都是分子晶體。(2)依據(jù)組成晶體的粒子及粒子間作用判斷：組成分子晶體的粒子是分子，粒子間作用是分子間作用力。(3)依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)判斷：分子晶體的硬度小，熔、沸點低，在熔融狀態(tài)或固體時均不導電?？茖W?技術?社會天然氣水合物——一種潛在的能源20世紀末，科學家發(fā)現(xiàn)海底存在大量天然氣水合物晶體。其主要氣體成分是甲烷，稱甲烷水合物，外形像冰，在常溫常壓下會迅速分解釋放出甲烷又稱“可燃冰”。分子晶體的定義分子晶體典型的分子晶體分子晶體的物理性質(zhì)分子晶體的結構特征分子晶體的判斷方法分子晶體熔沸點高低的判斷分子晶體熔、沸點比較答題模板答題策略一般先氫鍵后范德華力最后分子的極性答題模板同為分子晶體，×××存在氫鍵，而×××僅存在較弱的范德華力同為分子晶體，×××的相對分子質(zhì)量大，范德華力強，熔、沸點高同為分子晶體，兩者的相對分子質(zhì)量相同(或相近)，×××的極性大，熔、沸點高同為分子晶體，×××形成分子間氫鍵，而×××形成的則是分子內(nèi)氫鍵，形成分子間氫鍵會使熔、沸點增大例1NH3的沸點比PH3高，原因是：同為分子晶體，NH3分子間存在較強的氫鍵，而PH3分子間僅有較弱的范德華力例2CO2比CS2的熔沸點低，其理由是：同為分子晶體，CS2的相對分子質(zhì)量大，范德華力強，熔沸點高例3CO比N2的熔沸點高，其理由是：同為分子晶體，兩者相對分子質(zhì)量相同，CO的極性大，熔沸點高例4的沸點比高，原因是：形成分子內(nèi)氫鍵，而形成分子間氫鍵，分子間氫鍵使分子間作用力增大1.下列有關分子晶體的說法一定正確的是（）A.分子內(nèi)均存在共價鍵B.分子間一定存在范德華力C.分子間一定存在氫鍵D.其結構一定為分子密堆積B2、

正硼酸(H3BO3)是一種片層狀結構的白色晶體，層內(nèi)的H3BO3分子通過氫鍵相連(如圖所示)。下列有關說法正確的是（）A.正硼酸晶體不屬于分子晶體B.H3BO3分子的穩(wěn)定性與氫鍵有關C.分子中硼原子最外層為8電子穩(wěn)定結構D.含1molH3BO3的晶體中有3mol氫鍵D3、據(jù)報道，科研人員應用計算機模擬出結構類似C60的物質(zhì)N60。已知：①N60分子中每個氮原子均以N—N結合三個N原子而形成8電子穩(wěn)定結構；②N—N的鍵能為167kJ·mol－1。請回答下列問題：(1)N60分子組成的晶體為____晶體，其熔、沸點比N2____(填“高”或“低”)，原因是____________________分子高N60、N2均為分子晶體，且N60的相對分子質(zhì)量大，分子間作用力大，故熔、沸點高01共價晶體干冰熔點/℃-56.2(527kPa)沸點/℃-78.5二氧化硅熔點/℃1723沸點/℃2230碳和硅元素同為第四主族的元素，從其形成的化合物外形來看，均為晶體，而兩種晶體的熔沸點卻相差很大，這是為什么呢？01共價晶體組成的粒子：原子粒子間的作用力：共價鍵性質(zhì)：熔點高共價晶體組成的粒子：分子粒子間的作用力：范德華力性質(zhì)：熔點低分子晶體01共價晶體共價晶體構成粒子原子粒子間的作用力共價鍵

【思考】：由原子構成的晶體一定是共價晶體嗎？構成粒子及作用力金剛石晶體結構模型相鄰原子間以共價鍵結合而形成的具有空間立體網(wǎng)狀結構的晶體

共價晶體共價鍵碳原子01共價晶體1、由原子構成的晶體一定是共價晶體嗎？思考討論

2、含有共價鍵的晶體一定是共價晶體嗎？

3、如何判斷是否為共價晶體嗎？

不一定，金屬晶體也是由原子構成的（下一節(jié)學習）

不一定，共價晶體中含有共價鍵，但分子晶體中也含有共價鍵，如CO201共價晶體Si3N4晶體結構

共價晶體的判斷方法一：根據(jù)物質(zhì)類別1、某些單質(zhì)金剛石(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、灰錫（Sn）、硼（B）、等2、某些非金屬化合物二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)、金剛砂（SiC）、等01共價晶體方法二：根據(jù)晶體的物理性質(zhì)1、共價晶體的熔點很高（一般情況下，大于1000℃）硬度很大（如金剛石是天然礦物中最硬的物質(zhì)），多數(shù)非導體（晶體硅和鍺為半導體）某些共價晶體的熔點和硬度共價晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點/℃＞350030002700171014101211硬度*109.59.576.56.001共價晶體思考討論1、對比分子晶體，為什么共價晶體的熔點和硬度很高？分子晶體熔化或氣化時斷裂的是分子間作用力，而共價晶體熔化或氣化時斷裂是共價鍵，共價鍵的強度比分子間作用力的強度大的多2、都是原子晶體，為什么熔點：金剛石>碳化硅>硅？由于原子半徑：Si>C，鍵長:C-C<C-Si<Si-Si，鍵能:C-C>C-Si>Si-Si,鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，熔沸點越高【總結】結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，晶體的熔點、沸點越高。01共價晶體

科學研究表明，30億年前，在地殼下200km左右的地幔中，處在高溫、高壓巖漿中的碳元素逐漸形成了具有正四面體結構的金剛石?；鹕奖l(fā)時，金剛石夾在巖漿中上升到接近地表時冷卻，形成含有少量金剛石的原生礦床。金剛石具有諸多不同凡響的優(yōu)良性質(zhì)∶熔點高，不導電，硬度極高。這些性質(zhì)顯然是由金剛石的結構決定的。那么，金剛石具有怎樣的結構呢?金剛石磨頭金剛石鉆石01共價晶體①在晶體中每個碳原子以

個共價單鍵與

相鄰的

個碳原子相結合，成為正四面體。②晶體中C-C-C夾角為

，碳原子采取

雜化。

正四面體最小環(huán)為六元環(huán)③最小環(huán)上有

個碳原子，最多

個碳原子在同一平面。④每個碳原子被

個六元環(huán)共用。

四4109°28'sp36412一、金剛石01共價晶體⑥在金剛石晶胞中占有的碳原子數(shù)____

88×1/8+6×1/2+4=812g金剛石含有___個C原子，含有____個C-C鍵NA2NA⑤晶體中每個C參與了

條C—C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻只有___，故C原子與C—C鍵數(shù)之比為：

。1：(

)=1：2即金剛石中，1molC平均擁有

molC—C鍵421/2一、金剛石01共價晶體思考討論一個金剛石晶胞中含有___個碳原子，若碳原子半徑為r，金剛石晶胞邊長為a，根據(jù)硬球接觸模型，

則r=

a；已知：空間利用率=原子體積晶胞體積×100%金剛石晶胞的空間利用率=？88

01共價晶體

二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，熔點1713℃，有多種結構。二氧化硅晶體中，每個硅原子均以4個__________對稱地與相鄰的___個氧原子相結合，每個氧原子與___個硅原子相結合，向空間擴展，形成三維骨架結構（封閉的環(huán)狀結構）。最小的環(huán)上有__個硅原子和__個氧原子，硅、氧原子個數(shù)比為_________。共價鍵42661﹕2

二氧化硅01共價晶體低溫石英(α-SiO2)是最常見的一種結構。遍布海灘河岸的黃沙、帶狀的石英礦脈、花崗石里的白色晶體、透明的水晶都是低溫石英。低溫石英的結構中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，沒有封閉的環(huán)狀結構，這一結構決定了它具有手性石英的左、右型晶體01共價晶體

用途水泥單晶硅玻璃單晶硅制的芯片硅太陽能電池二氧化硅光導纖維01共價晶體思考討論硅晶體結構與金剛石極其相似，只是將碳原子換成了硅原子。那么1mol單晶硅中含有多少個Si-Si鍵？

1molSiO2

中含有多少Si-O鍵?單晶硅結構模型1molSiO2中含

molSi—O鍵1molSi中含

mol

Si-Si鍵4201共價晶體某些共價晶體的熔點和硬度共價晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點/℃＞350030002700171014101211硬度*109.59.576.56.0*硬度是衡量固體軟硬程度的指標。硬度有不同的標度，最普通的硬度標度是劃痕硬度，即摩氏硬度，以固體互相刻畫時出現(xiàn)刻痕的固體的硬度較低。01共價晶體金剛石剛玉黃玉石英正長石磷灰石螢石方解石石膏滑石10987654321金剛石不能被任何天然礦物畫出刻痕，因而是最硬的，以金剛石的硬度為10，以另外幾種天然礦物為代表可將摩氏硬度分為十度，即：硬度大的物質(zhì)不一定經(jīng)得起錘擊，如金剛石硬度最大，很容易經(jīng)錘擊而破碎。物質(zhì)經(jīng)受錘擊的性質(zhì)屬于延展性。由于共價晶體中的共價鍵具有方向性，當受到大的外力作用時會發(fā)生原子錯位而斷裂。01共價晶體晶體的類型分子晶體共價晶體概念以分子間作用力結合相鄰原子間以共價鍵結合組成的粒子分子原子作用力分子間作用力共價鍵熔點較低較高硬度小大分子晶體和共價晶體對比01共價晶體三種物質(zhì)中，每個原子均以sp3雜化形式與相鄰的四個原子形成σ鍵，整體上形成三維骨架結構，同屬于共價晶體，熔點都比較高。熔點的相對高低與共價鍵的強弱有關，共價鍵越強，熔點越高。金剛石、硅和鍺的結構差別在于碳、硅、鍺原子半徑依次遞增。C-C鍵、Si-Si鍵、Ge-Ge鍵的鍵長依次遞增，鍵長越長，鍵能越小，所以熔點和硬度依次下降。共價晶體金剛石硅鍺熔點/℃＞350014101211硬度*106.56.0根據(jù)所學內(nèi)容，思考并回答：怎樣從原子結構的角度理解金剛石、硅和鍺的熔點和硬度依次下降？01共價晶體比較物質(zhì)的熔點的方法共價晶體分子晶體有氫鍵只有范德華力方法依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用力判斷依據(jù)性質(zhì)判斷判斷晶體的類型鍵能越大熔點越高氫鍵的數(shù)目多少相對分子質(zhì)量大小判斷鍵能的大小判斷分子間的作用力01共價晶體鍺Ge硅Si主要應用：低壓、低頻、中功率晶體管、光電探測器，取代了笨重的電子管，導致了集成電路的可能性砷化鎵GaAs磷化銦InP主要應用：毫米波器件、發(fā)光器件、衛(wèi)星通訊、移動通訊、光通訊、GPS導航等，較好的電子遷移率、帶隙等材料特性，資源稀缺，有毒性，污染環(huán)境碳化硅Sic、氮化鋁AlN、氮化鎵GaN、氧化鋅ZnO、金剛石C主要應用：高溫、高頻、抗輻射、大功率器件；藍、綠、紫光二極管、半導體激光器，更優(yōu)的電子遷移率、帶隙、擊穿電壓、高頻、高溫特性第一代半導體第二代半導體第三代半導體第三代半導體：中國半導體的希望！課堂總結02課堂總結概念金剛石二氧化硅性質(zhì)共價晶體中的粒子及粒子間的相互作用共價晶體共價晶體常見共價晶體結構分析課堂練習03課堂練習1．下面關于SiO2晶體網(wǎng)狀結構的敘述正確的是A．最小的環(huán)上，有3個Si原子和3個O原子B．最小的環(huán)上，Si和O原子數(shù)之比為1﹕2C．最小的環(huán)上，有6個Si原子和6個O原子D．存在四面體結構單元，O處于中心，Si處于4個頂角03課堂練習【答案】C【詳解】根據(jù)SiO2的晶體空間結構模型可判斷每個硅原子與4個氧原子結合形成4個共價鍵，每個氧原子與2個硅原子結合形成2個共價鍵，其空間網(wǎng)狀結構中存在四面體結構單元，硅原子位于四面體的中心，氧原子位于四面體的4個頂角；金剛石的最小環(huán)上有6個碳原子，SiO2的晶體結構可將金剛石晶體結構中的碳原子用硅原子代替，每個Si—Si鍵中“插入”一個氧原子，所以其最小環(huán)上有6個硅原子和6個氧原子，Si、O原子個數(shù)比為1∶1，因此選項ABD均是錯誤的，C正確；答案選C。03課堂練習2．金剛石和石墨的物理性質(zhì)存在著較大差異，原因是()A．它們是由不同種元素構成的 B．他們各自的原子排列方式不同C．它們具有不同的幾何外形 D．石墨能導電而金剛石不能【答案】B【詳解】物質(zhì)的組成和結構決定了物質(zhì)的性質(zhì)，金剛石和石墨均由C元素構成，但由于結構中碳原子的排列方式不同，所以物理性質(zhì)存在較大差異，故答案為B。03課堂練習3．美國《科學》雜志曾報道：在40GPa的高壓下，用激光加熱到1800K，人們成功制得了共價晶體CO2，下列對該物質(zhì)的推斷一定不正確的是A．該共價晶體中含有極性鍵B．該共價晶體易汽化，可用作制冷材料C．該共價晶體有很高的熔沸點D．該共價晶體的硬度大，可用作耐磨材料03課堂練習【答案】B【詳解】A、CO2固態(tài)時由分子晶體變?yōu)楣矁r晶體，其成鍵情況也發(fā)生了變化，由原來的C=O變?yōu)镃-O，但化學鍵依然為極性共價鍵，A項正確;B、CO2由分子晶體變成共價晶體，熔沸點高，不易汽化，不適合作制冷材料，B不正確;C、CO2由分子晶體變成共價晶體，共價晶體有很高的熔沸點，故C正確;D、CO2由分子晶體變成共價晶體，共價晶體具有硬度大耐磨等特點，D項正確;答案選Ｂ。03課堂練習4．下面關于SiO2晶體網(wǎng)狀結構的敘述正確的是A．1molSiO2晶體中Si-O鍵為2molB．二氧化硅晶體的分子式是SiO2C．晶體中Si、O原子最外電子層都滿足8電子結構D．最小的環(huán)上，有3個Si原子和3個O原子03課堂練習【答案】C【詳解】A．每個Si原子形成四個共價鍵，則1molSiO2晶體中含4molSi-O鍵，故A錯誤；B．由二氧化硅晶體結構圖可知，每個硅原子周圍連有四個氧原子，每個氧原子周圍連有2個硅原子，則Si、O原子個數(shù)比為1：2，不存在分子，故