1、-1-第2课时 分子晶体-2-第2课时 分子晶体 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 情境导入课程目标碘、干冰晶胞 1.能说出:干冰的宏观性质,明确分子晶体的概念。2.能知道:分子晶体的空间结构特点及微粒的堆积方式。3.能分析:分子晶体熔沸点高低与晶体结构及微粒间作用力的关系。-3-第2课时 分子晶体 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二 三 1.概念和性质分子间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。非金属单
2、质、气态氢的化合物、二氧化碳等气体以及多数有机化合物形成的晶体大都属于分子晶体。对组成和结构相似、晶体中又不含氢键的能形成分子晶体的物质来说,随着相对分子质量的增大,分子间作用力增强,熔点、沸点升高。符合此规律的物质有卤素单质、四卤化碳、稀有气体等。-4-第2课时 分子晶体 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二 三 2.常见几种典型的分子晶体(1)碘晶体:晶胞是长方体,干冰晶体的晶胞呈立方体。在分子晶体中,因分子之间的相互作用,使分子在晶胞中呈现有规律的排列。分子在堆积排列时会尽可能利用空间而采取紧密
3、堆积的方式,这与金属晶体和离子晶体的紧密堆积是相似的。(2)冰晶体:主要是水分子依靠氢键形成的,由于氢键具有一定的方向性,中央的水分子与周围四个水分子结合,边缘的四个水分子也按同样的规律再与其他的水分子结合。这样每个水分子中的每个氧原子周围都有四个氢原子,氧原子与其中的两个氢原子通过共价键结合,而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合在一起。可以看出,这种排列中,分子的间距比较大,有很多空隙,类似于蜂巢结构,比较松散。因此水由液态变成固态时,密度变小。-5-第2课时 分子晶体 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI
4、随堂练习 一 二 三(3)石墨的晶体具有层状结构,每个碳原子与三个碳原子以共价键相结合,形成无限的六边形平面结构;每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的 2p 轨道,并含有一个未成对电子,形成遍及整个平面的大 键。这些网络状的平面结构再以范德华力结合形成层状结构。因此,石墨晶体中既有共价键,又有范德华力,同时还有金属键的特性,称为混合键型晶体。这种特殊的结构决定了石墨具有某些独特性质。-6-第2课时 分子晶体 JICHU ZHISHI基础知识 首 页 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 SUITANG LIANXI随堂练习 一 二 三 3.小结典型的分子晶体是有限数目的原子以共
5、价键结合为分子后,这些分子再以分子间相互作用结合形成的晶体。一般来说,分子间作用力的无方向性也使得分子在堆积时会尽可能利用空间采取紧密堆积方式,但是,分子的形状、分子的极性以及分子间是否存在具有方向性的氢键等都会影响分子的堆积方式。-7-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 常见分子晶体的结构型式 问题导引 1.观察干冰晶体及其晶胞思考下列问题:(1)干冰的宏观性质和应用有哪些?(2)CO2 中 C 原子和 O 原子之间以共价键相结合,故 CO2 形成的晶体为原子晶体。你认
6、为正确吗?为什么?(3)分子晶体中分子的排列是否采取紧密堆积的方式?为什么?(4)分子晶体的结构特点有哪些?-8-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 提示:(1)常见的干冰呈块状或丸状,在低温实验、人工降雨等场合常用作制冷剂。(2)不正确,因为 CO2 中 C 原子和 O 原子之间虽然以共价键相结合,但CO2 分子与分子之间是通过分子间作用力相结合而形成的分子晶体。(3)分子晶体中分子的排列采取紧密堆积的方式,因分子间的相互作用不具有方向性。(4)分子以分子间作用力相互结
7、合形成晶体,并采取紧密堆积方式排列。-9-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 2.观察冰的晶体结构,思考下列问题:(1)冰晶体中微粒间的作用力有哪几种?(2)冰晶体的结构特点如何?冰中水分子的排列是否采取紧密堆积的方式?为什么?(3)由水变为冰,水的密度如何变化?为什么?-10-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 提示:(1)范德华力和氢键。(2)冰
8、晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。因氢键具有一定的方向性,故冰中水分子不能采取紧密堆积方式。(3)密度减小;因冰中水分子的间距较大,分子的排列比较松散。-11-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 名师精讲 1.常见典型的分子晶体(1)所有非金属氢化物,如:水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等。(2)部分非金属单质,如:卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、碳 60(C60)等。(3)部分非金属氧化物,如:CO2、SO2、P4O6、P4O10 等。(4)
9、几乎所有的酸,如:H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3 等。-12-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 2.氢键型晶体和冰的结构氢键有方向性和饱和性,这是决定氢键型晶体结构特殊性的主要因素。在分析氢键型晶体时,从氢键的特征入手,有利于认识这一类晶体的空间结构以及由此所表现出的一些特殊性质。比如在冰中,由于存在氢键,水分子之间的距离增大,因而密度出现反常。冰的结构-13-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU
10、 ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 上图是冰的结构示意图,从这种非常典型的氢键结构可以看出,氢键对于晶体结构的影响是很明显的。在整个冰的晶体结构中,每个 H 原子都参与了氢键的形成,这是因为它服从“最大限度形成氢键原理”,尽可能多地形成氢键,可以最大限度地降低体系的能量,以增强晶体结构的稳定性。这样,每个 O 原子周围都有 4 个 H 原子。由图可以看出,2 个 H 原子距 O 原子较近,以共价键结合;另 2 个 H 原子距 O 原子较远,是以氢键相连。O 原子的配位数为 4,为了形成稳定的四面体形结构,水分子中原有的键角 105也稍微扩张,使各键角都
11、成为 109.5。冰的这种结构是比较疏松的,因此冰的密度比水的密度要小。当冰融化成水时,部分氢键遭破坏,而水中仍存在许多以氢键缔合的分子集团,且不断地变动重组。由于这些缔合分子可以堆积得较为紧密,因而冰融化时体积反而缩小。另外,由冰的这种晶体结构模型出发,就不难推想出雪花为六角形的基本内在因素。-14-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二【例题 1】如图是甲烷晶体的晶胞结构,下列有关说法正确的是()A.甲烷晶胞中的球体只代表一个碳原子B.晶体中 1 个 CH4 分子有 12
12、 个紧邻的甲烷分子C.CH4 晶体熔化时需克服共价键D.一个甲烷晶胞中含有 8 个 CH4 分子-15-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 解析:甲烷是分子晶体,熔化时需克服范德华力。晶胞中的球体代表的是一个甲烷分子,并不是一个碳原子。以该甲烷晶胞为单元,位于顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有 3 个,而这 3 个甲烷分子在面上,因此每个都被共用 2 次,故与 1 个甲烷分子紧邻的甲烷分子有 3812=12 个。甲烷晶胞属于面心立方晶胞,既然甲烷晶胞中的球体代表
13、一个甲烷分子,该晶胞含有甲烷的分子个数为 818+612=4 个。综上所述,只有 B 项正确。答案:B-16-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 易错警示立体感不强,无法判断甲烷分子间的位置关系往往成为解题的最大障碍。-17-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 变式训练 1 关于氢键,下列说法正确的是()A.每一个水分子中平均含有四个氢键B.水是非常
14、稳定的化合物是由于水分子间存在氢键C.冰、液态水、水蒸气内都存在氢键D.冰能浮于水面上的现象可用水分子间存在氢键来解释解析:每个水分子中两个氢原子形成两个氢键,1 个氧原子可形成两个氢键,所以每个水分子周围有 4 个水分子,但是每个氢键被 2 个水分子共用,所以每个水分子平均含有 2 个氢键,A 项错误。水的稳定性与化学键有关,而与氢键无关,B 项错误。对水分子来说,氢键只存在于固态冰和液态水中,水蒸气中不存在氢键,C 项错误。液态水凝结成冰时,水分子之间形成氢键存在缔合现象,每个水分子被周围 4 个水分子包围,这一排列使冰晶体中水分子的空间利用率不高,导致其密度减小,D 项正确。答案:D-1
15、8-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 分子晶体的物理性质 问题导引 1.为什么干冰的熔点比冰低,密度比冰高?-19-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 提示:冰是水在 0 以下结成的分子晶体。在冰晶体中,每个水分子周围有 4 个紧邻的水分子,水分子之间主要靠氢键连接在一起,具有方向性。一个位于中心与四个相邻的位于顶角的水分子相互吸引构成一个四面体结
16、构,空间利用率不高。因此,冰中水分子不是密堆积方式。而干冰是二氧化碳的分子晶体,因外观很像冰而得名。由于 CO2 分子间不存在氢键,每个CO2 分子周围有 12 个紧邻的分子,空间利用率高,属于分子密堆积型式。所以干冰的密度比冰高,但熔点却比冰低得多,且易升华。-20-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 2.金刚石与石墨的熔点均很高,那么二者熔点是否相同?若不相同,哪种更高一些?为什么?提示:金刚石的熔点是 3 550,石墨的熔点是 3 850,石墨熔点高于金刚石。从片层
17、内部来看,石墨是原子晶体;从片层之间来看,石墨是分子晶体(总体说来,石墨应该是混合型晶体);而金刚石是原子晶体。石墨晶体的熔点反而高于金刚石,主要是石墨晶体片层内共价键的键长是1.4210-10 m,金刚石晶体内共价键的键长是 1.5510-10 m。同为共价键,键长越小,键越牢固,破坏它也就越困难,也就需要提供更多的能量,故而熔点应该更高。-21-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 名师精讲 1.分子间作用力与分子晶体熔点、沸点的关系分子晶体要熔化、汽化都要克服分子间作
18、用力。由于分子间作用力很弱,克服分子间作用力使物质熔化、汽化所需要的能量较少,因此,分子晶体具有较低的熔点、沸点和较小的硬度。对组成和结构相似、晶体中又不含氢键的物质来说,随着相对分子质量的增大,分子间作用力增强,熔点、沸点升高。当分子晶体中分子之间存在氢键时,在熔化或汽化时同样要被破坏,此时物质的熔点要高得多。-22-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 2.石墨晶体混合键型晶体石墨不同于金刚石,它的碳原子不像金刚石的碳原子那样呈 sp3 杂化,而是呈 sp2 杂化,形成
19、平面六元并环结构(如下图),因此,石墨晶体是层状结构的,层内的碳原子的核间距为 142 pm,层间距离为 335 pm(比键长大得多)说明层间没有化学键相连,是靠范德华力维系的(如图);石墨的二维结构内,每个碳原子的配位数为 3,有一个未参与杂化的 2p 电子。它的原子轨道垂直于碳原子平面(如下图)。-23-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 石墨的结构模型-24-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 S
20、UITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 由于所有的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。因此,石墨像金属一样有金属键,有导电性,而且,由于相邻碳原子平面之间相隔较远,电子却不能从一个平面跳跃到另一个平面,所以石墨的导电性只能沿石墨平面的方向。总之,石墨晶体中,既有共价键,又有金属键,还有范德华力,不能简单地归属于其中任何一类晶体之中,石墨是原子晶体、金属晶体、分子晶体之间的一种混合型晶体。-25-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究
21、二 3.四种晶体的比较 晶体类型离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体组成晶体的粒子阳离子和阴离子原子分子金属阳离子和自由电子晶体粒子间的相互作用离子键共价键范德华力金属键典型实例NaOH、NaCl、NaNO3、K2SO4金刚石、晶体硅、SiO2、SiC冰(H2O)、P4、I2、干冰(CO2)、S8Na、Mg、Al、Fe、Cu-26-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 续表 晶体类型离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体特性熔沸点熔点较高、沸点高熔沸点高熔沸点低一般较高,部分较低导热
22、性差不良差良好导电性固态不导电,熔化或溶于水能导电差差良好机械加工性能差差差良好硬度略硬而脆高硬度硬度较小一般较高,部分较低-27-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二【例题 2】下列分子晶体,关于熔点、沸点高低的叙述中,正确的是()A.Cl2I2B.SiCl4PH3D.C(CH3)4CH3CH2CH2CH2CH3解析:A、B 项属于无氢键存在的分子结构相似的情况,相对分子质量大的熔点、沸点高;C 选项属于分子结构相似的情况,但存在氢键的熔点、沸点高;D 项属于相对分子质量
23、相同,但分子结构不同的情况,支链多的熔点、沸点低。答案:C-28-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI随堂练习 探究一 探究二 方法技巧判断分子晶体的熔点、沸点高低时,主要从以下两个方面去考虑:一是有无氢键,有氢键的分子晶体熔点、沸点较高;二是看分子间作用力,主要是结构相似的情况下,看物质的相对分子质量大小,相对分子质量大者,其分子间作用力强,对应晶体的熔点、沸点高。-29-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG L
24、IANXI随堂练习 探究一 探究二 变式训练 2 有下列八种晶体:A.SiO2(水晶);B.冰醋酸;C.氧化镁;D.白磷;E.晶体氩;F.氯化铵;G.铝;H.金刚石。用序号回答下列问题:(1)属于原子晶体的化合物是 ,直接由原子构成的晶体是 ,直接由原子构成的分子晶体是 。(2)由极性分子构成的晶体是 ,含有共价键的离子晶体是 ,属于分子晶体的单质是 。(3)在一定条件下能导电但不发生化学变化的是 。受热熔化后化学键不发生变化的是 ,需克服共价键的是 。-30-第2课时 分子晶体 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 SUITANG LIANXI
25、随堂练习 探究一 探究二 解析:解答本题时一定要注意题干中的“关键词”。如(1)中属于原子晶体的化合物,则不能选 H,因为金刚石为单质;直接由原子构成的晶体不仅有原子晶体,还要注意分子晶体中稀有气体的特殊性稀有气体为单原子分子。(2)中注意题干中的“定语”即关键词,如极性分子、含有共价键、单质等。先根据所掌握的物质的性质对晶体分类,再结合题意写出答案。属于原子晶体的是水晶和金刚石;属于分子晶体的是冰醋酸、白磷和晶体氩;属于离子晶体的是氧化镁、氯化铵;而铝属于金属晶体。(3)金属的导电是靠自由电子的移动并不发生化学变化,但金属熔化时金属键就会被破坏。分子晶体的熔化只需要克服分子间作用力,而原子晶
26、体、离子晶体熔化时分别需要克服共价键、离子键。答案:(1)A AEH E(2)B F DE(3)G BD AH-31-第2课时 分子晶体 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 51.下列物质呈固态时,一定属于分子晶体的是()A.非金属单质B.非金属氧化物C.含氧酸D.金属氧化物解析:非金属单质中金刚石、晶体硅、硼均为原子晶体,非金属氧化物中的二氧化硅为原子晶体,活泼金属氧化物为离子晶体,只有含氧酸为分子晶体。答案:C-32-第2课时 分子晶体 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JI
27、CHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 52.已知在冰中每个水分子和周围的 4 个水分子形成 4 个氢键。如图为冰的晶胞(晶体中的最小重复单元)结构,下列有关说法中不正确的是()A.每个晶胞中含有 2 个水分子B.每个晶胞中含有 8 个氢键C.该晶胞构成的冰晶体中存在的作用力有分子间作用力、氢键和极性键D.与每个水分子等距离且最近的水分子有 8 个解析:晶胞中顶点上的分子数目=188=1,中心的分子数目=1,故晶胞中有 2 个水分子;每个 H2O 分子与周围的 4 个分子形成氢键,而每个氢键为 2 个分子所有,则1个H2O分子形成2个氢键,晶胞
28、中有2个水分子,则含有4个氢键。答案:B-33-第2课时 分子晶体 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 53.下列物质按熔点、沸点由高到低顺序排列,正确的一组是()A.HF、HCl、HBr、HIB.F2、Cl2、Br2、I2C.H2O、H2S、H2Se、H2TeD.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。所以 A 中应为HFHIHBrHCl;B 中应为 F2Cl2Br2H2T
29、eH2SeH2S;只有 D 正确。答案:D-34-第2课时 分子晶体 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 54.下列说法中正确的是()A.离子晶体中每个离子的周围均吸引着 6 个带相反电荷的离子B.金属导电的原因是在外加电场的作用下金属产生自由电子,电子定向运动C.分子晶体的熔点、沸点低,常温下均呈液态或气态D.原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合解析:选项 A 中,离子晶体中每个离子周围吸引带相反电荷的离子个数与离子半径有关,如 1 个 Cs+可同时吸引 8 个 Cl-;选项 B 中,金
30、属内部的自由电子不是在电场力的作用下产生的;选项 C 中,分子晶体的熔点、沸点较低,在常温下也有呈固态的,如 S,属于分子晶体,但它在常温下为固态。答案:D-35-第2课时 分子晶体 SUITANG LIANXI随堂练习 首 页 JICHU ZHISHI基础知识 ZHONGDIAN NANDIAN重点难点 1 2 3 4 55.据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似 C60 的物质 N60。已知:N60分子中每个氮原子均以 NN 键结合三个 N 原子而形成 8 电子稳定结构;NN 键的键能为 167 kJmol-1。请回答下列问题:(1)N60 分子组成的晶体为 晶体,其熔沸点比 N2 (填“
31、高”或“低”),原因是 。(2)1 mol N60 分解成 N2 时吸收或放出的热量是 kJ(已知 NN 键的键能为 942 kJmol-1),表明稳定性 N60 (填“”“Mr(N2),故 N60 晶体中分子间的范德华力比 N2 晶体大,N60 晶体的熔沸点比 N2 晶体高。(2)因每个氮原子形成三个 NN 键,每个 NN 键被 2 个 N 原子共用,故 1 mol N60 中存在 NN 键:1 mol60312=90 mol。发生的反应为 N6030N2 H,故H=90167 kJmol-1-30942 kJmol-1=-13 230 kJmol-1N60。(3)由于反应放出大量的热同时生成大量气体,因此 N60 可用作高能炸药。答案:(1)分子 高 N60、N2 均形成分子晶体,且 N60 的相对分子质量大,分子间作用力大,故熔沸点高(2)13 230(3)作高能炸药