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【名校资料】2013-2014年山西大同一中高二化学人教版选修三同步课件:分子晶体 35张PPT


第二节

分子晶体与原子晶体

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第 1 课时

分子晶体

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课 前预习导学

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学习目标

1. 了解分子晶体 的概念及结构特点。 2. 掌握分子晶体的性 质。 3. 了解氢键对物质物 理性质的影响。 质。 2.知道一些常见的属于分子晶体的物质类别。 1.能够通过分析分子晶体的组成微粒、结构模型 及分子晶体中的作用力解释分子晶体的一些物理性 重点难点

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预习导引
1 .分子晶体的概念及结构特点 (1)概念 :只含分子的晶体称为分子晶体。 (2)构成微粒及作用力 构成微粒: 分子 分子晶体 微粒间的作用力: 分子间作用力 分子内各原子间以 共价键结合

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(3)微粒堆积方式 ①若分子间作用力只有范德华力,则分子晶体有分子密堆积特征, 即每个分子周围有 12 个紧邻的分子。 ②分子间含有其他作用力,如氢键, 则每个分子周围紧邻的分子要 少于 12 个。如冰中每个水分子周围只有 4 个紧邻的水分子。

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2 .常见的分子晶体 (1)所有非金属氢化物 ,如 H2 O、 NH3 、 CH4 等。 (2)部分非金属单质, 如卤素 (X2 )、 O2 、N2 、白磷(P4 )、硫 (S8 )等。 (3)部分非金属氧化物 ,如 CO2 、P4 O10 、SO2 、SO3 等。 (4)几乎所有的酸, 如 HNO3 、H2 SO4 、 H3 PO4 、H2 SiO3 等。 (5)绝大多数有机物的晶体, 如苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。

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3 .典型的分子晶体 (如图)

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(1)冰 ①水分子之间的主要作用力是氢键, 当然也存在范德华力。 ②氢键有方向性 ,它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四 面体顶角方向的 4 个相邻水分子互相吸引。 (2)干冰 ①在常压下极易升华。 ②干冰中的 CO2 分子间只存在范德华力而不存在氢键,一个 CO2 分子周围等距紧邻的 CO2 分子有 12 个。

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预习交流
所有分子晶体中是否均存在化学键 ,为什么 ? 答案: 绝大多数分子晶体的微粒内部都存在化学键, 如 N2 、 H2 O 、 SO2 等分子内部都有共价键 ,而稀有气体为单原子分子 ,分子内部无化学键, 分子之间以范德华力结合,所以并非分子晶体的分子内部都存在化学 键。

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课 堂合作探究

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问题导学
1. 分子晶体的性质
活动与探究 1 (1)分子晶体的熔沸点为什么较低? (2)分子晶体及其熔融态时能否导电? 为什么? (3)讨论分析分子晶体在物理性质方面有哪些特点?

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答案: (1)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,所以分子晶体一般熔点、沸点较低。 (2)不能。因为分子晶体在固态和熔融状态均不存在自由离子或自 由电子, 因而不能导电。 (3)①具有较低的熔点和沸点; ②部分分子晶体如干冰、碘、红磷、萘等易升华; ③硬度很小; ④在固态和熔融状态时都不导电; ⑤一般来讲,极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性 溶剂。

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迁移与应用 下表列举了几种物质的性质, 据此判断属于分子晶体的 是
物质 X Y Z W M N


性质 熔点为 10.31 ℃,液态不导电,水溶液导电 易溶于 CCl4,熔点为 11.2 ℃,沸点为 44.8 ℃ 常温下为气态,极易溶于水,溶液 pH>7 常温下为固体,加热变为紫红色蒸气,遇冷变为紫黑色固体 熔点为 1 170 ℃,易溶于水,水溶液导电 熔点 97.81 ℃,质软、导电,密度为 0.97 g· cm-3

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解析:分子晶体熔沸点一般比较低 ,硬度较小 ,固体不导电。 M 的熔 点高 ,肯定不是分子晶体;N 是金属钠的性质;其余 X、 Y、 Z、 W 均为分 子晶体。 答案:X、 Y、Z 、W

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分子晶体熔沸点高低的比较规律 : ①分子晶体分子间作用力越大 ,物质的熔沸点越高。 ②分子间形成氢键的分子晶体 ,熔沸点较高 ,而分子内形成氢键的 分子晶体 ,熔沸点较低。 ③组成和结构不相似的分子晶体 (相对分子质量相近 ),分子的极性 越大 ,其熔沸点越高。

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2. 冰和二氧化碳的晶体结构
活动与探究 2 观察下图冰和干冰的结构,回答下列问题。

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(1)已知氢键也有方向性,试分析为什么冬季河水总是从水面上开 始结冰? (2)为什么冰融化为水时,密度增大? (3)为什么干冰的熔沸点比冰低,密度却比冰大? (4)干冰晶体中 ,每个 CO2 分子紧邻的 CO2 分子有几个? 如何判断? 若图乙为干冰的一个晶胞,则此晶胞中 CO2 的分子数是多少?

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答案: (1)由于氢键的方向性,使冰晶体中每个水分子与四面体顶点 的 4 个分子相互吸引, 形成空隙较大的网状体,密度比水小, 所以结的冰 会浮在水面上。 (2)在冰晶体中 ,每个分子周围只有 4 个紧邻的水分子, 由于水分子 之间的主要作用力是氢键,氢键跟共价键一样具有方向性 ,即氢键的存 在迫使在四面体中心的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,这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高 ,留有相 当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时,热运动使冰的结构部分解体 , 水分子间的空隙减小, 密度反而增大。

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(3)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,所以熔沸点比干冰高。 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 ,所以相同状况下冰体积较 大。由于 CO2 分子的相对分子质量>H2 O, 所以干冰的密度大。 (4)每个 CO2 分子紧邻 12 个 CO2 分子;三个互相垂直的平面上各 4 个;此晶胞中的 CO2 分子数为 4 。

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迁移与应用 下图为冰晶体的结构模型,大球代表 O 原子,小球代表 H 原子。下 列有关说法正确的是( )

A.冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体 B.冰晶体具有空间网状结构,是原子晶体 C.水分子间通过 H—O 键形成冰晶体 D.冰融化时,水分子之间空隙增大
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解析:冰中的水分子是靠氢键结合在一起,氢键不是化学键,而是一 种分子间作用力,故 B、C 错误。H2O 分子形成氢键时沿 O 原子的四个 sp3 杂化轨道形成氢键,可以与 4 个水分子形成氢键,这 4 个水分子形成 空间四面体构型,A 正确。水分子靠氢键连接后,分子间空隙变大,因此 融化时,水的体积缩小,D 错误。 答案:A

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两种典型分子晶胞 1 .干冰型 (范德华力 ) (1)有一种晶体叫做干冰 ,它是固体 CO2 的晶体。干冰的外观像冰 , 干冰不是冰。其熔点比冰低得多 ,易升华。 (2)干冰晶体中 CO2 分子之间只存在分子间作用力 ,不存在氢键 ,因 此干冰中 CO2 分子紧密堆积 ,晶胞中顶点和每个面上各有一个 CO2 分子 , 所以每个 CO2 分子周围最近且等距离的 CO2 分子数目是 12 个。 2 .冰型 (1)H2 O 中 O 采用 sp 3 杂化 ;VSEPR 构型为四面体形。 (2)冰中含有的作用力 分子内 ——共价键; 分子间 ——范德华力和分子间氢键。
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当堂检测
1 .下列关于晶体的说法正确的是 ( A.分子晶体内一定存在共价键 B. 分子晶体中分子间作用力越大,分子越稳定 C. 冰融化时水分子中共价键没有断裂 D.由金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物 ,其晶体 一定不是分子晶体 解析:稀有气体元素形成的单质晶体中 ,分子内不存在共价键 ,A 项错误 ; 分子的稳定性强弱只与分子内所含化学键的强弱有关 ,而与分子间作 用力无关 ,B 项错误 ;冰融化时 ,其分子间作用力被破坏 ,而共价键没有发 生变化 ,C 项正确;AlCl3 是共价化合物 ,其晶体是分子晶体 ,D 项错误。 答案:C
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)

2 .下列物质在室温下均是分子晶体的是 ( A.H2 O、 CH4 、 HF B. 红磷、硫、碘 C.CO2 、SO2 、 NO2 D.H2 SO4 、 CH3 CH2 OH、 HCHO

)

解析:题目的核心是 “室温 ”,在该条件下 H2 O、 H2 SO4 、 CH3 CH2 OH 均为 液体 ,而 CH4 、 HF、 CO2 、 NO2 、 SO2 、 HCHO 均为气体 ,故 B 项正确。 答案:B

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3 .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. 冰是由氢键形成的晶体,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 解析:干冰晶体中 CO2 分子间作用力只是范德华力 ,分子采取紧密堆积 , 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 ,故每个水分子周围只有 4 个紧邻 的水分子 ,采取非紧密堆积的方式 ,空间利用率小 ,因而密度小。干冰融 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 ,而且常压条件下易升 华。 答案:A
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4 .北京 301 医院在进行外科手术时,常用 HgCl2 稀溶液作为手术刀的消 毒剂,已知 HgCl2 有如下性质 :① HgCl2 晶体熔点较低;②Hg Cl2 熔融状态 下不导电; ③ Hg Cl2 在水溶液中可发生微弱电离。下列关于 HgCl2 的叙 述正确的是( ) A.HgCl2 晶体属于分子晶体 B.HgCl2 属于离子化合物 C.HgCl2 属于电解质 ,且属于强电解质 D.HgCl2 属于非电解质 解析:由信息①可知 HgCl2 晶体属于分子晶体 ,A 项正确 ;由信息②③可 知 HgCl2 属于共价化合物 ,且为弱电解质 ,故 B、 C、 D 均错误。 答案:A

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5 .下列分子晶体在熔化时 ,只破坏范德华力的是 华力,又破坏氢键的是 ①H2 ② O2 ③P4 (白磷) ④SO2 ⑧H2 N— CH2 CH2 COOH ⑨ C2 H6 。 ⑤ CO2 ⑥ H2 O2

, 既破坏范德 ⑦ HF

解析:有氢键的分子晶体 ,其分子中应含有 H—F 键、H—O 键、H— N 键 中的任何一个键 ,在熔化时其中的氢键被破坏。 答案:①②③④⑤⑨ ⑥⑦⑧

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6 .Q、R、X 、Y、Z 为前 20 号元素中的五种 ,Q 的低价氧化物与 X 单质 分子的电子总数相等,R 与 Q 同族,Y 和 Z 的离子与 A r 原子的电子层结 构相同且 Y 的原子序数小于 Z。 (1)Q 的最高价氧化物, 其固态属于 叫 或“非极性” ); (3)X 的常见氢化物的空间构型是 种火箭燃料的成分,其电子式是 ; 它的另一氢化物 X2 H4 是一 ; ; ,属于 分子( 填“极性” (2)R 的氢化物分子的空间构型是 晶体 ,俗名

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(4)Q 分别与 Y、 Z 形成的共价化合物的化学式是 与 Y 形成的分子的电子式是 极性”)。 ,属于



;Q

分子 (填“极性” 或“非

解析:根据问题 (4)中 Q 和 Y、 Z 能形成共价化合物 ,则 Y 和 Z 为非金属 元素 ,又由于 Y 和 Z 的离子与 Ar 原子的电子层结构相同 ,且 Y 的原子序 数小于 Z,因此 Y 和 Z 分别为 S 和 Cl。根据问题 (3)X 的氢化物 X2 H4 是 一种火箭燃料的成分 ,因此 X 为 N,Q 的低价氧化物与 N2 的电子数相同 , 因此 Q 为 C,R 与 Q 又在同族 ,因此 R 为 Si。

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(1)Q 为 C,其最高价氧化物为 CO2 ,为分子晶体 ,俗名为干冰。 (2)R 为 Si,其氢化物为 SiH4 ,因此空间构型是正四面体结构 ,非极性 分子。 (3)N 的常见氢化物为 NH3 ,空间构型为三角锥形 ,N2 H4 的结构式为 ,因此其电子式为 H∶ ∶ ∶ H。 (4)C 分别和 S、 Cl 形成的共价化合物为 CS2 、 CCl4 ,CS2 和 CO2 结 构相同 ,都是直线形非极性分子 ,其结构式为 S
·· ··

C

S,因此其电子式为

S ∶ ∶ C∶ ∶ S 。
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答案:(1)分子 干冰 (2)正四面体形 (3)三角锥形 (4)CS2 CCl4 非极性 H∶ ∶ ∶ H
·· ··

S ∶ ∶ C∶ ∶ S

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非极性

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