高中化学 3.3.2 分子晶体课件 鲁科版选修3.ppt

1 2 3 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 非金属单质 非金属的氢化物等无机物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 1 2 3 2 常见几种典型的分子晶体 1 碘晶体 晶胞是一个长方体 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 1 2 3 3 石墨的晶体具有层状结构 每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键相结合 形成无限的六边形平面网状结构 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 能够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的性质 1 2 3 3 小结典型的分子晶体是指有限数目的原子以共价键结合为分子后 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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 探究一常见分子晶体的结构型式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中碳原子和氧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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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中碳原子和氧原子之间虽然以共价键相结合 但干冰是co2分子与分子之间通过分子间作用力相结合而形成的分子晶体 3 只有以范德华力形成的分子晶体中分子的排列尽可能采取紧密堆积的方式 因为范德华力不具有方向性 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 2 观察冰的晶体结构 思考下列问题 1 冰晶体中水分子间的相互作用有哪几种 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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 提示 1 范德华力和氢键 2 冰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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 几乎所有的酸 如 h2so4 hno3 h3po4 h2sio3 h2so3等 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 每个氢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 每个氧原子周围都有4个氢原子 由图可以看出 2个氢原子距氧原子较近 以共价键结合 另2个氢原子距氧原子较远 是以氢键相连 氧原子的配位数为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 使各键角都成为109 5 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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3 8 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一个甲烷分子 该晶胞含有甲烷的分子个数为综上所述 只有b项正确 答案 b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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 变式训练1关于氢键 下列说法正确的是 导学号52720031 a 每一个水分子中平均含有四个氢键b 水是非常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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 探究二分子晶体的物理性质1 为什么干冰的熔点比冰的低 密度比冰的高 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 提示 冰是水在0 以下形成的分子晶体 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构 空间利用率不高 因此 冰中水分子不采用密堆积方式 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的高 但熔点却比冰低得多 且易升华 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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3550 石墨的熔点是3850 石墨的熔点高于金刚石的 从片层内部来看 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 石墨应该是混合键型晶体 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 42 10 10m 金刚石晶体内共价键的键长是1 55 10 10m 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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 在熔化或汽化时要破坏氢键 此时物质的熔点要高得多 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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142pm 层间距离为335pm 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 有一个与碳环平面 如下图 垂直的未参与杂化的2p轨道 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 又有范德华力 还有金属键的特性 不能简单地归属于其中任何一类晶体之中 我们将石墨晶体称为混合键型晶体 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 3 四种晶体的比较 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 cl2 i2b sicl4ph3d c ch3 4 ch3ch2ch2ch2ch3解析 a b项属于无氢键存在的分子结构相似的分子晶体 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分子晶体 但存在氢键的熔点 沸点高 d项属于相对分子质量相同 但分子结构不同的分子晶体 支链多的熔点 沸点低 答案 c 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 主要是分子结构相似的情况下 看物质的相对分子质量大小 相对分子质量大的 其分子间作用力强 对应晶体的熔点 沸点高 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 导学号52720032 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 探究一 探究二 问题引导 名师精讲 即时检测 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 而原子晶体 离子晶体熔化时分别需要克服共价键 离子键 注意稀有气体中不含化学键 答案 1 aaehe 2 bfde 3 gbdah 探究一 探究二 即时检测 1 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 物质呈固态时 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 探究一 探究二 即时检测 2 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 8 1 中心的分子数目 1 故每个晶胞中有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 晶胞中有2个水分子 则含有4个氢键 答案 b 探究一 探究二 即时检测 3 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hf hi hbr hcl b中应为f2h2te h2se h2s 只有d正确 答案 d 探究一 探究二 即时检测 4 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