高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子晶体与共价晶体教案

第三章 晶体结构与性质

   第二节 分子晶体与共价晶体

【教学目标】

1.借助分子晶体等模型认识晶体的结构特点。

2.能从范德华力、氢键的角度分析、理解分子晶体的物理性质。

3.学会比较晶体的熔、沸点。

【教学重难点】

分子晶体、共价键的结构特点与性质之间的关系

【教学过程】

1.新课导入

[模型展示]碘晶胞示意图

[学生回答]观察分析碘晶胞的结构特点及粒子间的作用力：晶胞中只有分子。晶体中相邻分子间以分子间作用力相互吸引，分子内原子以共价键相结合。

[过渡]像碘晶体，只含有分子的晶体称为分子晶体。除了分子晶体外还有共价晶体，这就是我们这节课要学习的内容。

2.新课讲授

1.分子晶体

[获取概念]概念：只含分子的晶体称为分子晶体。

粒子间的相互作用力：分子晶体内相邻分子间以分子间作用力相互吸引，分子内原子之间以共价键结合。

[学生活动]观察某些分子晶体的熔点，分析分子晶体熔点的特点：分子晶体熔点低。

[讲解]分子晶体熔、沸点低，硬度小，易升华，不导电。

[设疑]哪些晶体属于分子晶体？

[回答](1)所有的非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等；

(2)部分非金属单质，如卤素(X2)、氧气(O2)、硫(S8)、氮气(N2)、白磷(P4)、碳60(C60)、稀有气体等；

(3)部分非金属氧化物，如CO2、P4O10、SO2等

(4)几乎所有的酸；

(5)绝大多数有机物。

[强调]分子晶体在熔化时，只破坏分子间作用力而不破坏化学键。

[讲解]只有范德华力，无分子间氢键，每个分子周围有12个紧邻的分子，晶体这样的结构特征称为分子密堆积，如C60、干冰、I2、O2等。有分子间氢键但不具有分子密堆积特征，如HF、冰、NH3等。

[展示]干冰、冰、C60的晶胞结构。

[设疑]在分子密堆积中，为什么每个分子周围紧邻12个分子？

[回答]以干冰晶胞为例，以上面中心分子为中心，相邻分子有其面顶角的4个分子、侧面中心的4个分子、与其面相邻的晶胞的侧面中心的4个分子，即12个分子。

[思考讨论]为什么水凝固成冰、雪、霜时，密度变小？

[回答]冰中水分子之间的相互作用力除范德华力外还有氢键,冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。由于氢键具有一定的方向性，每个水分子与周围4个水分子结合,4个水分子也按照这样的规律再与其他的水分子结合。这样，每个水分子中的氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的2个氢原子通过共价键结合，因此它们之间的距离较近一些 ，而与另外2个属于其他水分子的氢原子靠氢键结合在一起。在这种排列中,分子的间距比较大，留有相当大的空隙，比较松散。因此，液态水变成固态水，即水凝固成冰雪、霜时，密度变小。

[讲解]干冰与冰外观很像、硬度也相似，而熔点却比冰的低得多，在常压下极易升华。而且，由于干冰中的CO2之间只存在范德华力，一个分子周围有12个紧邻分子，密度比冰的高。干冰在工业上广泛用作制冷剂。

[归纳总结]明确分子间作用力对物质的状态的影响，知道氢键的存在对物质性质的影响，认识到哪些晶体是分子晶体。

[过渡]有的晶体的微观空间里没有分子，共价晶体就是其中之一。

2.共价晶体

[获取概念]相邻原子间以共价键相结合形成的具有空间立体网状结构的晶体，称为共价晶体。

[讲解]根据概念可知，共价晶体是由原子构成的，原子间以共价键相结合。

[展示]金刚石的晶胞示意图。

[讲解]金刚石是典型的共价晶体，天然的金刚石常呈现规则的多面体的外形，从这种外形就可以想象，在金刚石晶体中，每个碳原子以四个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合，C-C-C夹角为109°28'，即金刚石中的碳采取sp3杂化轨道形成共价键三维骨架结构。

[学生活动]观察金刚石晶胞结构，分析最小环的碳原子数、晶体中碳原子个数与C-C键之比、一个晶胞中的碳原子数。

[讲解]水晶是一种古老的宝石，晶体完好时呈六棱柱钻头形，它的主要成分是二氧化硅。

[设疑]二氧化硅与二氧化碳不同，熔点远高于二氧化碳，常温下是固体，那么二氧化硅是什么晶体？

[回答]因为二氧化硅的熔点很高，推测是共价晶体。

[追问]二氧化硅是典型的共价晶体，根据硅和氧原子的结构，并结合二氧化硅中硅元素和氧元素的的化合价，猜测硅原子和氧原子是怎样成键的？

[展示]二氧化硅晶胞示意图。

[回答]①每个硅原子与相邻的4个氧原子以共价键相结合构成正四面体结构，硅原子在正四面体的中心，4个氧原子在正四面体的4个顶点。②每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，最小的环是12元环。每个最小的环实际拥有的硅原子为6×1/12=1/2，氧原子数为6×1/6=1。

[补充]1molSiO2晶体中含Si—O键数目为4NA，在SiO2晶体中Si、O原子均采取sp3

杂化。

[讲解]金刚石的熔点高、硬度大，因为共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使物质熔化就要破坏共价键，需要很高的能量，因此共价晶体的熔点很高。共价晶体的硬度很大、一般不导电，且难溶于一般的溶剂。

[设疑]有哪些常见的共价晶体？

[回答](1)某些单质，如硼(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)、Si3N4。

(3)极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3)。

[思考讨论]（1）“具有共价键的晶体叫做原子晶体”这种说法对吗？为什么？

（2）SiO2是二氧化硅的分子式吗？

[回答]（1）不对。如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共价键，而它们都是分子晶体；如金刚石、晶体Si、SiC、SiO2中都有共价键，它们都是原子晶体；只有相邻原子间以共价键相结合形成空间网状结构的晶体才是原子晶体。

（2）二氧化硅为原子晶体，晶体中不存在单个分子，其化学式为Si与O的最简个数比，而不是分子式。

3.课堂小结

[师]本节课学习了共价晶体与分子晶体的相关知识，我们将共价晶体和分子晶体进行比较，学会判断共价晶体和分子晶体，最后还需了解分子晶体、共价晶体熔沸点的特点。

4.板书

3.2分子晶体和共价晶体