1、第二节 分子晶体与共价晶体第三章内容索引010203自主预习新知导学合作探究释疑解惑课 堂 小 结课标定位 素养阐释1.了解分子晶体、共价晶体的概念、结构特点及性质。2.了解氢键对冰晶体结构及物理性质的影响。3.通过认识分子晶体、共价晶体的构成粒子及粒子之间的作用力,能辨识不同晶体主要物理性质及熔化时破坏的作用力。4.结合干冰、冰、金刚石、石英的结构模型,通过分析、推理、计算等方法认识研究典型分子晶体、原子晶体的组成和结构,建立模型,能运用模型揭示不同晶体的结构特点。自主预习新知导学一、分子晶体1.分子晶体(1)定义:只含分子的晶体称为分子晶体。(2)构成粒子与粒子间的作用力:范德华力、氢键。
2、2.较典型的分子晶体3.两种典型的分子晶体的堆积方式二、共价晶体1.共价晶体(1)构成粒子与作用力:(2)特性:具有高硬度、高熔点;具有共价键三维骨架结构。(3)常见的共价晶体:常见的非金属单质,如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)、锗(Ge)和灰锡(Sn)等;某些非金属化合物,如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)等。2.典型共价晶体的结构(1)金刚石晶体的结构特点:在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合,形成共价键三维骨架结构。晶体中碳碳键之间的夹角为10928,碳原子采取了sp3杂化。最小环上有6个碳原子。(2)低温石英(SiO2)的结构特点:结构中有顶角相连的硅
3、氧四面体形成螺旋上升的长链,而没有封闭的环状结构,这一结构决定了它具有手性。【自主思考1】CO2晶体中有哪些作用力?为何分子晶体的熔点低?干冰升华时破坏的是什么作用力?提示:CO2晶体中有共价键和范德华力。因为构成晶体的粒子是分子,分子之间以范德华力相结合,范德华力远小于化学键的作用。干冰升华时破坏范德华力。【自主思考2】含有共价键的晶体都是共价晶体吗?提示:共价晶体中都有共价键,但含有共价键的不一定是共价晶体。如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。【效果自测】1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)分子晶体中一定存在共价键。()(2)干冰升华的过程中破坏了共价键。()(3)二氧化
4、硅和干冰虽然是同一主族的氧化物,但属于不同的晶体类型。()(4)分子晶体的熔、沸点比较低,共价晶体的熔、沸点比较高。()(5)含有共价键的晶体都是共价晶体。()(6)SiO2是二氧化硅的分子式。()(7)共价晶体中只存在非极性共价键。()(8)在干冰晶体中,与一个CO2分子相邻且等距离的CO2分子共有6个。()2.下列晶体由原子直接构成,且属于分子晶体的是()。A.二氧化硅B.固态氖C.白磷D.三氧化硫答案:B解析:二氧化硅是由硅、氧原子构成的共价晶体,A项错误;固态氖是由原子构成的分子晶体,B项正确;白磷是由P4分子构成的分子晶体,C项错误;三氧化硫是由SO3分子构成的分子晶体,D项错误。3
5、.有下列物质:水晶 冰醋酸 硫黄 晶体氩金刚石 碳化硅 干冰 过氧化氢。根据要求填空:(1)属于共价晶体的化合物是。(2)直接由原子构成的晶体是。(3)直接由原子构成的分子晶体是。(4)由极性分子构成的晶体是,属于分子晶体的单质是。答案:(1)(2)(3)(4)合作探究释疑解惑【问题引领】探究任务1分子晶体1.请观察并对比分析下列a、b两组相同大小、相同数目小球的堆积形式,你有哪些启示?如果分子晶体中分子间只有范德华力,将每个分子看成一个小球,这些小球将采取哪种堆积形式?提示:a为非密堆积,b为密堆积。采取b组的堆积形式。2.下图是二氧化碳分子晶体的晶胞和晶体结构,请观察并分析一个二氧化碳分子
6、在三维空间的一个平面内周围有几个二氧化碳分子与它紧邻?共有多少个分子与它紧邻?提示:4;12。3.下图为水分子的堆积模型,水分子为什么没有采取密堆积?提示:水分子之间存在氢键,氢键有方向性。4.观察2、3问中二氧化碳分子、水分子的堆积模型,思考:为什么干冰的熔、沸点比冰的熔、沸低,而密度却比冰的密度大?提示:由于冰中除了范德华力外,还有氢键作用,破坏分子间作用力较难,所以冰的熔、沸点比干冰的高。由于水分子间氢键的方向性,导致冰晶体不具有分子密堆积特征,晶体中有相当大的空隙,所以相同状况下,冰的体积较大,由于CO2分子的相对分子质量大于H2O分子的相对分子质量,所以干冰的密度大。【归纳提升】1.
7、分子晶体的物理性质(1)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力,由于分子间作用力很弱,所以分子晶体的熔、沸点一般较低,部分分子晶体易升华(如干冰、碘、萘等),且硬度较小。(2)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或自由电子,因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电,如HI、乙酸等。(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律,即极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性溶剂。如:H2O是极性溶剂,SO2、H2S、HBr等都是极性分子,它们在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非极性分子在水中的溶解度大
8、。苯、CCl4是非极性溶剂,Br2、I2等非极性分子易溶于其中,而水则不溶于苯和CCl4。2.对于同属于分子晶体的不同晶体熔、沸点的比较(1)分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;非金属氢化物分子间含有氢键的分子晶体,其熔、沸点比同族元素的氢化物的熔、沸点反常得高。如熔、沸点:H2OH2TeH2SeH2S。(2)组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高。如熔、沸点:SnH4GeH4SiH4CH4。(3)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,其熔、沸点越高。如熔、沸点:CON2,CH3OHCH3CH3。(4)同分异构体的支链越多,熔、沸点越低。如熔、沸点
9、:(5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机化合物一般随分子里碳原子数的增加,熔、沸点升高。如熔、沸点:C2H6CH4,C2H5ClCH3Cl,CH3COOHHCOOH。【典型例题】【例题1】(双选)下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列,正确的一组是()。A.F2、Cl2、Br2、I2B.HF、HI、HBr、HClC.CI4、CBr4、CCl4、CF4D.H2O、H2S、H2Se、H2Te 答案:BC解析:对结构和组成相似的分子晶体,其熔、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、沸点反常。所以A项中应为I2Br2Cl2F2;D项中应为H2OH2TeH2SeH2S。方法技
10、巧影响分子晶体熔、沸点的因素:(1)影响分子晶体物理性质的主要因素是晶体中的分子间作用力(包括范德华力和氢键)。由于分子间作用力比化学键小得多,因此分子晶体的熔、沸点较低,硬度也较小。(2)对组成和结构相似、晶体中不含氢键的物质来说,随着相对分子质量的增大,范德华力增大,熔、沸点升高。【变式训练1】SiCl4的分子结构与CCl4的分子结构相似,对其进行的下列推测中不正确的是()。A.CCl4晶体是分子晶体B.常温、常压下SiCl4是气体C.SiCl4是由极性键形成的非极性分子D.SiCl4的熔点高于CCl4的熔点答案:B解析:由于SiCl4的分子结构与CCl4的相似,所以两者均属于分子晶体,A
11、项正确;在常温、常压下,SiCl4是液体,B项错误;CCl4的分子是正四面体结构,SiCl4与CCl4的结构相似,也是正四面体结构,是含极性键的非极性分子,C项正确;一般来说,组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高,SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量,所以SiCl4的分子间作用力比CCl4的大,熔、沸点比CCl4的高,D项正确。【问题引领】探究任务2共价晶体1.金刚石的晶胞和晶体结构如图所示:金刚石的晶胞示意图和晶体结构(1)观察晶胞示意图中有几个碳原子?提示:8(2)观察晶体结构中每个碳原子与几个碳原子相连?每个碳原子采取什么方式杂化?空间结构是什么?提示:
12、4;sp3;正四面体。2.下表是某些共价晶体的熔点和硬度:分析表中的数据,从原子结构的角度回答下列问题:(1)为什么金刚石、硅和锗的熔点、硬度依次下降?提示:金刚石、硅和锗为同主族元素组成的单质,且均为共价晶体,因原子半径依次增大,键长依次增大,键能依次减小,故对应共价晶体的熔点、硬度依次下降。(2)为什么氮化硼、碳化硅、石英的熔点、硬度依次下降?提示:共价晶体的熔点、硬度等物理性质取决于晶体内的共价键,构成共价晶体的原子半径越小,键长越短,键能越大,对应共价晶体的熔点越高,硬度越大。【归纳提升】1.共价晶体与分子晶体的组成、结构和性质的比较2.共价晶体与分子晶体的结构特征(1)共价晶体的结构
13、特征。在共价晶体中,各原子均以共价键结合,因为共价键有方向性(有特例)和饱和性,所以中心原子周围的原子数目是有限的,原子不采取密堆积方式。(2)分子晶体的结构特征。分子间不存在氢键的分子晶体,由于范德华力没有方向性和饱和性,所以分子尽可能采取密堆积方式。分子间存在氢键的分子晶体,由于氢键具有方向性和饱和性,所以分子不能采取密堆积方式。【典型例题】【例题2】金刚石具有硬度大、熔点高等特点,大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示,下列判断正确的是()。A.金刚石中CC的键角均为10928,所以金刚石和CH4的晶体类型相同B.金刚石的熔点高与CC的键能无关C.金刚石中碳原子个数与CC数目之
14、比为12D.金刚石的熔点高,所以在打孔过程中不需要浇水冷却答案:C解析:金刚石是共价晶体,CH4是分子晶体,两者的晶体类型不同,A项错误;金刚石熔化过程中CC断裂,因CC键能大,断裂时需要的能量多,故金刚石的熔点很高,B项错误;金刚石中每个C都参与了4个CC的形成,而每个C对每条键的贡献只有一半,故碳原子个数与CC数目之比为()4=12,C项正确;金刚石的熔点高,但在打孔过程中会产生很高的温度,如不浇水冷却钻头,会导致钻头熔化,D项错误。方法技巧判断共价晶体和分子晶体类型的方法:(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断,构成共价晶体的粒子是原子,粒子间的作用力是共价键;构成分子晶体的粒子是
15、分子,粒子间的作用力是分子间作用力。(2)依据晶体的熔点判断,共价晶体的熔点高,常在1 000 以上;而分子晶体的熔点低,常在数百度以下甚至温度更低。(3)依据晶体的导电性判断,分子晶体不导电,但部分分子晶体溶于水后所得溶液能导电,如HCl。共价晶体多数不导电,但晶体Si、晶体Ge为半导体。(4)依据晶体的硬度和机械性能判断,共价晶体硬度大,分子晶体硬度小。【变式训练2】根据下列性质判断,属于共价晶体的物质是()。A.熔点2 700,导电性好,延展性强B.无色晶体,熔点3 550,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂C.无色晶体,能溶于水,质硬而脆,熔点为800,熔化时能导电D.熔点-56.6,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电答案:B解析:延展性好,不是共价晶体的特征,因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合,而共价键有一定的方向性,使共价晶体质硬而脆,A项错误;共价晶体多数不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂,B项正确,C、D项错误。课 堂 小 结
