《分子晶体与共价晶体》课件

《分子晶体与共价晶体》素养目标学法指导1.结合常见的共价分子的实例，认识物质的构成微粒、微粒间相互作用与物质性质的关系，培养宏观辨识与微观探析的核心素养2．借助分子晶体、共价晶体等模型认识晶体的结构特点，培养证据推理与模型认知的核心素养1.认识各种晶体可采取对比的方法，判断出不同类的晶体构成微粒、微粒间的作用与物质性质的内在关系2．每一类晶体的认识，可以先认识代表物质的结构特点，再推广到同类晶体知识导图

课前·新知导学分子晶体1．特点(1)构成微粒及微粒间的作用力。分子分子间作用力共价键(2)微粒堆积方式。①若分子间作用力只有___________，则分子晶体有分子密堆积特征，即每个分子周围最多可以有_____个紧邻的分子。②若分子间还含有其他作用力，如________，则每个分子周围紧邻的分子要少于________个。如冰中每个水分子周围只有______个紧邻的水分子。范德华力12

氢键12

4

2．分子晶体与物质的类别物质种类实例所有______________H2O、NH3、CH4等部分______________卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分______________CO2、P4O10、SO2、SO3等几乎所有的________HNO3、H2SO4、H3PO4等绝大多数______苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等非金属氢化物非金属单质非金属氧化物酸有机物3．两种典型分子晶体的组成和结构(1)干冰。①每个晶胞中均摊________个CO2分子，含有________个原子。②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为________个。(2)冰。①水分子之间的作用力有______________________，但主要是________。②由于氢键具有________性，使四面体中心的每个水分子与四面体顶点的______个相邻的水分子相互吸引。4

12

12

范德华力、氢键氢键方向4

水结冰时，为什么冰浮在水面上？微思考【答案】水分子间存在氢键，当水结冰时每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，形成空隙较大的空间网状结构，导致冰的密度比水小，所以结的冰浮在水面上。判断正误。(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)仅含非金属元素的晶体一定是分子晶体。 (

)(2)分子晶体不可能含有离子。 (

)(3)范德华力只存在于分子晶体中。 (

)(4)由于氢键的存在，造成水分子比较稳定，不易分解。 (

)(5)分子晶体中一定存在共价键。 (

)【答案】(1)×

(2)√

(3)×

(4)×

(5)×共价晶体1．结构特点(1)构成微粒及作用力。原子共价键(2)空间结构：整块晶体是一个三维的共价键______结构，不存在______的小分子，是一个“巨分子”。(3)常见的共价晶体：①某些单质，如金刚石(C)、硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)和灰锡(Sn)等；②某些非金属化合物，如碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。网状单个2．典型共价晶体的结构金刚石的晶体结构模型

(1)金刚石晶体的结构特点。①在晶体中每个碳原子以________个共价单键对称地与相邻的________个碳原子相结合，形成______________结构。②晶体中碳碳键之间的夹角为____________，碳原子采取了______杂化。③最小环上有______个碳原子。4

4

正四面体109°28′

sp3

6

(2)SiO2的结构特点。二氧化硅晶体结构模型

①在晶体中Si原子采取________杂化，正四面体内OSi键角为____________。②每个Si原子与______个O原子形成______个共价键，________原子位于正四面体的中心，__________原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被______个硅氧正四面体共用；每个O原子和______个Si原子形成______个共价键，晶体中Si原子和O原子个数比为____________。③最小环上有______个原子，包括______个O原子和______个硅原子。sp3

109°28′

4

4

Si

O

2

2

2

1∶2

12

6

6

(3)晶体硅的结构特点。①晶体硅是立体的网状结构(类似金刚石结构)，其晶体结构如图所示，其中晶体硅中最小环为______元环。每个硅原子为______个最小环共有。每个最小环平均拥有________个硅原子。②晶体硅包括______________和______________。硅的单晶体，具有基本完整的____________________的晶体，不同的方向具有不同的性质，是一种良好的________________材料。六12

单晶硅多晶硅点阵结构半导体石墨晶体

碳和硅同一主族，它们的氧化物CO2和SiO2，为什么物理性质差异很大？微思考【答案】CO2的晶体是分子晶体，晶体中CO2分子之间通过范德华力相结合，每个CO2分子是由一个碳原子和两个氧原子构成的。SiO2是共价晶体，硅原子和氧原子之间通过共价键相互结合形成空间网状结构，晶体中不存在小分子。判断正误。(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)干冰升华的过程中破坏了共价键。 (

)(2)二氧化硅和干冰虽然是同一主族元素形成的氧化物，但属于不同的晶体类型。 (

)(3)分子晶体的熔、沸点比较低，共价晶体的熔、沸点比较高。 (

)(4)含有共价键的晶体都是共价晶体。 (

)(5)SiO2是二氧化硅的分子式。 (

)【答案】(1)×

(2)√

(3)√

(4)×

(5)×课堂·素养初培任务一分子晶体与氢键素养探源核心素养考查途径宏观辨识与微观探析通过对物质的溶解性，熔、沸点高低的分析与比较，考查学生理论原理与实际事实相结合，而进行分析问题、解决问题的能力[情境导入]观察下图冰和干冰的晶体结构，回答下列问题：(1)为什么干冰的熔点比冰低而密度却比冰大？【答案】冰中水分子间除了范德华力外还有氢键作用，而干冰中CO2分子间只有范德华力，所以冰的熔点比干冰高。由于水分子间形成的氢键具有方向性，导致冰晶体不具有分子密堆积特征，晶体中有较大的空隙，所以相同状况下冰的密度较小。由于干冰中CO2分子采取密堆积方式形成晶体，所以干冰的密度较大。(2)干冰升华过程中破坏共价键吗？【答案】干冰升华过程中只破坏范德华力，不破坏共价键。分子晶体与氢键易混辨析(1)分子晶体是分子通过分子间作用力形成的晶体，熔化时，只破坏分子间作用力而不破坏分子内的化学键。(2)少数以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔点高。如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸、糖等物质的熔点相对较高。[深化理解](3)结构相似且分子之间不含氢键而利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔点逐渐升高。例如，常温下Cl2为气态，Br2为液态，而I2为固态；CO2为气态，CS2为液态。(4)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔点高，如CO的熔点比N2的熔点高。(5)相对分子质量相同的烷烃同分异构体，一般支链越多，分子间相互作用越弱，熔、沸点越低。如熔、沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。下列有关冰和干冰的叙述不正确的是 (

)A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体B．冰晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子C．干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华D．干冰中CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子【答案】A[典例精练]【解析】干冰晶体中，CO2分子间作用力只是范德华力，采取分子密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力，冰融化需要克服范德华力和氢键，由于氢键作用力比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常压下易升华。在学习分子晶体后，某化学兴趣小组的同学查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：氯化物NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔点/℃801712190－68782沸点/℃14651418230571600根据这些数据分析，你认为属于分子晶体的是 (

)A．NaCl、MgCl2、CaCl2

B．AlCl3、SiCl4C．NaCl、CaCl2 D．全部【答案】B【解析】由表中数据可知，MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸点较高，故不属于分子晶体；AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体。任务二分子晶体与共价晶体的比较素养探源核心素养考查途径宏观辨识与微观探析通过对分子晶体与共价晶体的组成、性质对比，认识物质性质不同的根本原因是结构的不同；考查学生对分子晶体与共价晶体的识别能力、典型性质的分析与应用能力[情境导入]金刚石的晶体结构模型

二氧化硅晶体结构模型

(1)分析金刚石、二氧化硅的晶体结构模型，判断共价晶体的化学式是否可以代表其分子式？【答案】不能。因为共价晶体是一个三维的空间网状结构，晶体中无小分子存在。(2)以金刚石为例，说明共价晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？【答案】①构成微粒不同，共价晶体中只存在原子，没有小分子。②微粒间的相互作用不同，共价晶体中原子之间通过共价键结合，分子晶体中分子之间的作用是分子间作用力。(3)分析二氧化硅晶体结构模型，判断晶体中最小的环上有多少个原子，1molSiO2中Si—O键的物质的量为多少。【答案】SiO2晶体中最小环上有12个原子；1molSiO2中含有4molSi—O键。1．分子晶体与共价晶体的比较[深化理解]晶体类型分子晶体共价晶体定义相邻分子通过分子间作用力结合形成的晶体相邻原子间以共价键结合而形成的三维网状结构的晶体构成微粒分子或原子(稀有气体)原子微粒间的作用力分子间作用力(氢键、范德华力)共价键(极性键、非极性键)晶体类型分子晶体共价晶体物理性质熔点较低很高硬度较小很大导电性固态和熔融时都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电，如HCl固态和熔融时一般都不导电，但Si、Ge为半导体溶解性相似相溶难溶于一般溶剂影响熔点高低的因素分子间作用力的强弱共价键的强弱典型实例除共价晶体外的绝大多数非金属单质、非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物①某些单质：金刚石、晶体硅、硼、锗、灰锡等。②某些非金属化合物：SiO2、SiC、BN、Si3N4等2．分子晶体和共价晶体的判断方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。构成共价晶体的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键；构成分子晶体的微粒是分子或原子(稀有气体)，微粒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1000℃以上；而分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下甚至更低。(3)依据晶体的硬度与机械性能判断。共价晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。(4)依据导电性判断。分子晶体为非导体，但部分溶于水后能导电；共价晶体多数为非导体，但晶体硅、锗是半导体。硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题。(1)基态硅原子的核外电子排布式为__________。(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似，晶体硅中Si—Si键之间的夹角大小为____________。

[典例精练](3)请在框图中补充完成SiO2晶体的结构示意图(部分原子已画出)，并进行必要的标注。(4)根据下表中三种物质(晶体)的熔点回答以下问题。简要解释熔点产生差异的原因：①SiO2和SiCl4：____________________。

②SiCl4和SiF4：____________________。

物质SiO2SiCl4SiF4熔点/℃1710－70.4－90.2【答案】(1)1s22s22p63s23p2

(2)109°28′(3)如图所示

(4)①SiO2是共价晶体，微粒间作用力为共价键；SiCl4是分子晶体，分子间作用力为范德华力，故SiO2熔点高于SiCl4②SiCl4和SiF4均为分子晶体，分子间作用力均为范德华力，根据分子结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，可知SiCl4熔点高于SiF4【解析】(2)晶体硅以一个硅原子为中心，与另外4个硅原子形成正四面体结构，所以Si—Si键之间的键角为109°28′。(3)图中给出的是硅晶体的结构，SiO2晶体相当于在硅晶体结构中的每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，所以只要在上述每两个硅原子之间画一个半径比硅原子小的原子，再用实线连起来即可。【名师点拨】共价晶体具有三维网状结构，是一个“巨分子