新教材高中化第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子晶體與共價晶體課件新人教版選擇性必修第二冊

第二節(jié)分子晶體與共價晶體第三章2021素養(yǎng)目標(biāo)1.結(jié)合常見的共價分子的實例,認識物質(zhì)的構(gòu)成微粒、微粒間相互作用與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系,培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。2.借助分子晶體、共價晶體等模型認識晶體的結(jié)構(gòu)特點,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認知的核心素養(yǎng)。課前篇素養(yǎng)初探【知識鋪墊】1.干冰是一種常見的滅火劑,其成分為

CO2,干冰用于滅火的原因是其易

升華

,該過程中吸收大量的熱,且CO2不支持燃燒。2.水晶的主要成分是

SiO2,水晶是具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。3.H2S的沸點比H2O低,其主要原因是水分子間存在氫鍵?！咀灾魇崂怼恳?、分子晶體1.結(jié)構(gòu)特點(1)構(gòu)成微粒及微粒間的作用力(2)特征性質(zhì)分子晶體熔點低,硬度很小。(3)堆積方式

類型分子密堆積分子非密堆積分子間作用力只有范德華力,無氫鍵有分子間氫鍵和范德華力,氫鍵具有方向性空間特點每個分子周圍最多有12個緊鄰的分子空間利用率不高,留有相當(dāng)大的空隙舉例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰2.常見分子晶體與物質(zhì)的類別

物質(zhì)種類實例所有非金屬氫化物H2O、NH3、CH4等部分非金屬單質(zhì)鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分非金屬氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等幾乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4等絕大多數(shù)有機化合物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等3.兩種典型分子晶體的組成和結(jié)構(gòu)

(1)干冰①每個晶胞中均攤

4個CO2分子,含有

12個原子。②每個CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子為

12個。(2)冰①水分子之間的作用力有范德華力、氫鍵,但主要是氫鍵。②由于氫鍵具有方向性,使四面體中心的每個水分子與四面體頂點的

4個相鄰的水分子相互吸引。【微思考1】水結(jié)冰時,為什么冰浮在水面上?提示

水分子間存在氫鍵,當(dāng)水結(jié)冰時每個水分子只與周圍4個相鄰水分子相互吸引,形成空隙較大的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),導(dǎo)致冰的密度比水小,所以水結(jié)冰后會浮在水面上。二、共價晶體1.結(jié)構(gòu)特點(1)構(gòu)成微粒及作用力(2)空間結(jié)構(gòu):共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu),不存在單個的小分子,是一個“巨分子”。(3)物理性質(zhì)①共價晶體中,由于各原子均以強的共價鍵相結(jié)合,因此一般熔點

高

,硬度

大

。②結(jié)構(gòu)相似的共價晶體,原子半徑越小,鍵長越短,鍵能越大,晶體的熔點越高。2.常見的共價晶體(1)某些單質(zhì),如金剛石(C)、硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)和灰錫(Sn)等;(2)某些非金屬化合物,如碳化硅(SiC,俗稱金剛砂)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)等。3.典型共價晶體的結(jié)構(gòu)(1)金剛石晶體金剛石的晶體結(jié)構(gòu)

金剛石的晶胞

①在晶體中每個碳原子以

4個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子相結(jié)合,形成正四面體結(jié)構(gòu)。②晶體中碳碳鍵之間的夾角為109°28',碳原子采取了sp3雜化。③最小環(huán)上有

6個碳原子。④一個金剛石晶胞中碳原子個數(shù)為

8。(2)二氧化硅晶體①把金剛石晶體中的碳原子換為硅原子,在每兩個硅原子之間增加一個氧原子,即形成SiO2的晶體結(jié)構(gòu)。②低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈,而沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性?！疚⑺伎?】碳和硅在同一主族,為什么它們的氧化物CO2和SiO2的物理性質(zhì)差異很大?提示

CO2的晶體是分子晶體,晶體中CO2分子之間通過范德華力相結(jié)合,每個CO2分子是由一個碳原子和兩個氧原子構(gòu)成的。SiO2是原子晶體,硅原子和氧原子形成共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu),晶體中不存在小分子?！咀晕覚z測】1.判斷下列說法的正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)分子晶體中一定存在共價鍵(

)(2)干冰升華的過程中破壞了共價鍵(

)(3)二氧化硅和干冰雖然是同一主族元素形成的氧化物,但屬于不同的晶體類型(

)(4)分子晶體的熔、沸點比較低,共價晶體的熔、沸點比較高(

)(5)含有共價鍵的晶體都是共價晶體(

)(6)SiO2是二氧化硅的分子式(

)××√√××2.AB型物質(zhì)形成的晶體多種多樣,下列圖示的幾種結(jié)構(gòu)中最有可能是分子晶體的是(

)A.①②③④

B.②③⑤⑥C.②③

D.①④⑤⑥答案

C解析

①④⑤⑥構(gòu)成的晶體為在一維、二維或三維空間中的結(jié)構(gòu),且在空間中微粒通過化學(xué)鍵相互連接,故它們不可能是分子晶體;而②③所示結(jié)構(gòu)都是獨立的,沒有通過化學(xué)鍵與其他結(jié)構(gòu)結(jié)合,故可能為分子晶體。3.有下列幾種晶體:A.水晶B.冰醋酸C.白磷D.金剛石E.晶體氬F.干冰(1)屬于分子晶體的是

。

(2)屬于共價晶體的化合物是

。

(3)直接由原子構(gòu)成的晶體是

。

(4)受熱熔化時,需克服共價鍵的是

。

答案

(1)BCEF

(2)A

(3)ADE

(4)AD解析

不同晶體的構(gòu)成微粒不同,分子晶體由分子構(gòu)成,共價晶體中無分子。分子晶體有B、C、E、F,注意晶體氬是由單原子分子構(gòu)成的分子晶體;共價晶體和稀有氣體形成的晶體都是由原子直接構(gòu)成的;共價晶體有A、D,但屬于化合物的只有A;分子晶體熔化時不破壞化學(xué)鍵;共價晶體熔化時破壞共價鍵。課堂篇素養(yǎng)提升探究1分子晶體的結(jié)構(gòu)特點【問題探究】觀察下圖冰和干冰的晶體結(jié)構(gòu),回答下列問題:圖甲:冰

圖乙:干冰(1)為什么干冰的熔點比冰低而密度卻比冰大?提示

冰中水分子間除了范德華力外還有氫鍵作用,而干冰中CO2分子間只有范德華力,所以冰的熔點比干冰高。由于水分子間形成的氫鍵具有方向性,導(dǎo)致冰晶體不具有分子密堆積特征,晶體中有較大的空隙,所以相同狀況下冰的密度較小。由于干冰中CO2分子采取密堆積方式形成晶體,所以干冰的密度較大。(2)干冰升華過程中破壞共價鍵嗎?提示

干冰升華過程中只破壞范德華力,不破壞共價鍵?！旧罨卣埂糠肿泳w的判斷及性質(zhì)比較1.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)有機化合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力判斷組成分子晶體的微粒是分子,粒子間作用力是分子間作用力。(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。2.分子晶體熔、沸點的比較(1)結(jié)構(gòu)相似,分子之間不含氫鍵而利用范德華力形成的分子晶體,隨著相對分子質(zhì)量的增大,物質(zhì)的熔點逐漸升高。例如,常溫下Cl2為氣態(tài),Br2為液態(tài),而I2為固態(tài);CO2為氣態(tài),CS2為液態(tài)。(2)相對分子質(zhì)量相等或相近的分子構(gòu)成的分子晶體,極性分子構(gòu)成的分子晶體的熔點一般比非極性分子構(gòu)成的分子晶體的熔點高,如CO的熔點比N2的熔點高。(3)組成和結(jié)構(gòu)相似且不存在氫鍵的同分異構(gòu)體所形成的分子晶體,相對分子質(zhì)量相同,一般支鏈越多,分子間相互作用越弱,熔、沸點越低,如熔、沸點:正戊烷>異戊烷>新戊烷。(4)組成和結(jié)構(gòu)相似時,含氫鍵的分子晶體熔、沸點會反常的高。如H2O的熔、沸點高于H2S?！舅啬軕?yīng)用】典例1下列有關(guān)冰和干冰的敘述不正確的是(

)A.干冰和冰都是由分子密堆積形成的晶體B.冰晶體中,每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子C.干冰比冰的熔點低得多,常壓下易升華D.干冰中CO2分子間只存在范德華力,不存在氫鍵,一個分子周圍有12個緊鄰的分子答案

A解析

干冰晶體中,CO2分子間作用力只是范德華力,分子采取密堆積,一個分子周圍有12個緊鄰的分子;冰晶體中水分子間除了范德華力之外還存在氫鍵,由于氫鍵具有方向性,每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子,采取非密堆積的方式,空間利用率小,因而密度小。干冰熔化只需克服范德華力,冰融化需要克服范德華力和氫鍵,由于氫鍵作用力比范德華力大,所以干冰比冰的熔點低得多,而且常壓下易升華。變式設(shè)問

干冰熔化和冰融化破壞的分子間作用力是否相同?提示

不相同。干冰熔化破壞的是范德華力,冰融化破壞的是范德華力和氫鍵。特別提醒

晶體冰中有關(guān)氫鍵的易錯點(1)晶體冰中每個水分子可以與緊鄰的4個水分子形成氫鍵(不是2個);1

mol水分子平均形成2

mol氫鍵(不是4

mol)。(2)冰、氫氟酸中均有氫鍵,且O—H…O比F—H…F弱,但水的沸點更高,其原因是平均每個水分子形成的氫鍵數(shù)比HF多。(3)晶體冰的密度比液態(tài)水的小。變式訓(xùn)練1在學(xué)習(xí)分子晶體后,某化學(xué)興趣小組的同學(xué)查閱了幾種氯化物的熔、沸點,記錄如下:氯化物NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔點/℃801708194-69772沸點/℃14131412178571600根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析,你認為屬于分子晶體的是(

)A.NaCl、MgCl2、CaCl2 B.AlCl3、SiCl4C.NaCl、CaCl2

D.全部答案

B解析

由分子構(gòu)成的晶體,分子與分子之間以分子間作用力相互作用,而分子間作用力較小,克服分子間作用力所需能量較低,故分子晶體的熔、沸點較低。由表中數(shù)據(jù)可知,MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸點較高,故不屬于分子晶體;AlCl3、SiCl4熔、沸點較低,應(yīng)為分子晶體。B項符合題目要求。探究2共價晶體的結(jié)構(gòu)特點【問題探究】

(1)分析金剛石、二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu),判斷共價晶體的化學(xué)式是否可以代表其分子式。提示

不能。因為共價晶體中形成的是共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu),晶體中無分子存在。(2)以金剛石為例,說明共價晶體的微觀結(jié)構(gòu)與分子晶體有哪些不同。提示

①構(gòu)成微粒不同,共價晶體中只存在原子,沒有分子。②微粒間的相互作用不同,共價晶體中原子之間通過共價鍵結(jié)合,分子晶體中分子之間的作用是分子間作用力。(3)含1mol碳原子的金剛石或1molSiO2中分別含有C—C和Si—O共價鍵的物質(zhì)的量是多少?提示

含1

mol碳原子的金剛石和1

mol

SiO2中分別含有C—C和Si—O共價鍵的物質(zhì)的量分別為2

mol和4

mol?！旧罨卣埂糠肿泳w與共價晶體的比較

晶體類型分子晶體共價晶體定

義只含分子的晶體相鄰原子間以共價鍵結(jié)合而形成的共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體構(gòu)成微粒分子或原子(稀有氣體)原子微粒間的作用力分子間作用力(氫鍵、范德華力)共價鍵(極性鍵、非極性鍵)熔點較低很高硬度較小很大溶解性相似相溶難溶于一般溶劑影響熔點高低的因素分子間作用力的強弱共價鍵的強弱不存在分子

【素能應(yīng)用】典例2硅是一種重要的非金屬單質(zhì),硅及其化合物的用途非常廣泛。根據(jù)所學(xué)知識回答硅及其化合物的相關(guān)問題。(1)基態(tài)硅原子的核外電子排布式為

。

(2)晶體硅的微觀結(jié)構(gòu)與金剛石相似,晶體硅中Si—Si共價鍵之間的夾角大小為

。

(3)請在框圖中補充完成SiO2晶體的結(jié)構(gòu)示意圖(部分原子已畫出),并進行必要的標(biāo)注。(4)根據(jù)下表中三種物質(zhì)(晶體)的熔點回答以下問題。簡要解釋熔點產(chǎn)生差異的原因:①SiO2和SiCl4:

。

②SiCl4和SiF4:

。

物質(zhì)SiO2SiCl4SiF4熔點/℃1713-69-90.2答案

(1)1s22s22p63s23p2

(2)109°28'(3)如圖所示(4)①SiO2是共價晶體,微粒間作用力為共價鍵;SiCl4是分子晶體,分子間作用力為范德華力,故SiO2熔點高于SiCl4

②SiCl4和SiF4均為分子晶體,分子間作用力均為范德華力,根據(jù)分子結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),相對分子質(zhì)量越大,范德華力越大,可知SiCl4的熔點高于SiF4解析

(2)晶體硅以一個硅原子為中心,與另外4個硅原子形成正四面體結(jié)構(gòu),所以Si—Si共價鍵之間的鍵角為109°28'。(3)由圖分析可知,圖中給出的是硅晶體的結(jié)構(gòu),SiO2晶體相當(dāng)于在硅晶體結(jié)構(gòu)中的每個Si—Si共價鍵中“插入”一個氧原子,所以只要在上述每兩個硅原子之間畫一個半徑比硅原子小的原子,再用實線連起來即可。(4)不同類型的晶體,其熔點具有較大的差別,一般共價晶體的熔點高,而分子晶體的熔點低。易錯提醒對分子晶體和共價晶體的認識誤區(qū)(1)共價晶體中形成的是共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu),是一個“巨分子”,沒有分子存在;而分子晶體中存在真實的分子。(2)共價晶體的化學(xué)式只表示晶體中的原子的個數(shù)比,如SiO2只是表示晶體中Si與O的原子個數(shù)比為1∶2。而分子晶體的化學(xué)式表示分子的構(gòu)成。(3)由原子構(gòu)成的晶體不一定是共價晶體,如稀有氣體組成的晶體屬于分子晶體。變式訓(xùn)練2碳化硅(SiC)是一種晶體,具有類似于金剛石的結(jié)構(gòu),其中C原子和Si原子的位置是交替排列的。有下列三種晶體:①金剛石②晶體硅③碳化硅,它們的熔點從高到低的順序是(

)A.①③② B.②③①

C.③①② D.②①③答案

A解析

C與Si同為第ⅣA族元素,三種晶體的相似性表現(xiàn)在金剛石是共價晶體,晶體硅、碳化硅也是共價晶體。根據(jù)硅的原子半徑比碳原子大可知,Si—Si的鍵能比C—C小,而C—Si的鍵能應(yīng)在二者之間,三種共價晶體空間結(jié)構(gòu)相似,熔點取決于它們的鍵長與鍵能大小,故熔點從高到低分別是金剛石、碳化硅、晶體硅,正確答案為A。

素養(yǎng)脈絡(luò)

隨堂檢測1.下列各組物質(zhì)各自形成的晶體中,均屬于分子晶體的化合物是(

)A.NH3、HD、C8H10

B.PCl3、CO2、H2SO4C.SO2、SO3、C60

D.CCl4、Na2S、H2O2答案

B解析

A項中HD是單質(zhì),不是化合物;C項中C60是單質(zhì),不是化合物;D項Na2S中不存在分子,不是分子晶體。2.下列說法正確的是(

)A.共價晶體中只存在非極性共價鍵B.因為HCl的相對分子質(zhì)量大于HF,所以HCl晶體的熔點高于HFC.干冰升華時,分子內(nèi)共價鍵不會發(fā)生斷裂D.金屬元素和非金屬元素形成的化合物一定是離子化合物答案

C解析

共價晶體中可能存在極性共價鍵,如SiO2、SiC等,A項不正確;HF晶體中存在氫鍵,熔點高于HCl晶體,B項不正確;干冰升華是物理變化,分子間作用力被破壞,但分子內(nèi)共價鍵不斷裂,C項正確;金屬元素和非金屬元素形成的化合物不一定是離子化合物,也可能是共價化合物,如AlCl3等,D項不正確。3.水的狀態(tài)除了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)外,還有玻璃態(tài)。它是由液態(tài)水急速冷卻到165K時形成的,玻璃態(tài)的水無固定形狀,不存在晶體結(jié)構(gòu),且密度與普通液態(tài)水的密度相同,有關(guān)玻璃態(tài)水的敘述正確的是(

)A.水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài),體積縮小B.玻璃態(tài)水具有固定的熔點C.玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài)D.玻璃態(tài)水是分子晶體答案

C解析

由玻璃態(tài)水的密度與普通液態(tài)水的密度相同可知,質(zhì)量相同時體積相同,A錯誤;玻璃態(tài)的水不是晶體,則無固定的熔點,B錯誤;水的狀態(tài)除了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)外,還有玻璃態(tài),由此可知玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài),C正確;玻璃態(tài)的水無固定形狀,不是分子晶體,D錯誤。4.下列各組晶體狀態(tài)的物質(zhì)中,化學(xué)鍵類型相同,晶體類型也相同的是(

)A.SiO2和SO3

B.晶體硼和HClC.晶體硅和C60 D.硫黃和碘答案

D解析

屬于分子晶體的有SO3、HCl、C60、硫黃和碘;屬于共價晶體的有SiO2、晶體硼和晶體硅。D項符合題目要求。5.現(xiàn)有兩組物質(zhì)的熔點數(shù)據(jù)如下表所示:A組熔點