高中化学苏教版 (2019)选择性必修2第四单元 分子间作用力 分子晶体课堂教学ppt课件

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1.能举例说明不同类型分子间作用力的特征和实质,能运用范德华力和氢键解释、预测物质的物理性质。2.能描述典型分子晶体的结构特点,区分共价晶体和分子晶体。3.能列举生活中常见物质中存在的氢键,认识氢键在生命活动中扮演的重要角色。
一、分子间作用力1.分子间作用力。(1)定义:共价分子间存在的一种相互作用。(2)本质: 静电 作用。(3)特点:比化学键弱得多。(4)类型:最常见的两种分子间作用力为范德华力和 氢键 。
3.氢键。(1)形成与表示当H原子与电负性大、半径较小的原子X以共价键结合时,H原子能够跟另一个电负性大、半径较小的原子Y之间形成氢键。氢键通常用X—H…Y表示,其中X和Y代表电负性大而原子半径较小的非金属原子,如氟、氧、氮等。“—”表示共价键,“…”表示氢键。(2)氢键的特征①氢键比化学键弱,比范德华力强。②氢键具有一定的方向性和饱和性。
(3)氢键的类型①分子间氢键,如水中,O—H…O。②分子内氢键,如 。
(4)氢键对物质物理性质的影响①对物质熔、沸点的影响:分子间存在氢键的物质,物质的熔、沸点明显高,如熔、沸点NH3>PH3;同分异构体分子间形成氢键的物质比分子内形成氢键的物质熔、沸点高,如熔、沸点邻羟基苯甲酸<对羟基苯甲酸。②对物质溶解度的影响:溶剂和溶质之间形成氢键使溶质的溶解度增大,如NH3、甲醇、甲酸等易溶于水。③对物质密度的影响:氢键的存在会使某些物质的密度反常,如水的密度比冰的密度大。④对液体黏度的影响:含有分子间氢键的液体一般黏度较大,如甘油、浓硫酸等。
(5)生命分子中的氢键氢键对于生命非常重要,生物体内的蛋白质和DNA的分子内或分子间都存在大量的氢键。如DNA的双螺旋结构,它是由两条DNA大分子的碱基通过氢键配对形成的。(6)弱作用力的“强作用”——超分子化学中的万能相互作用“超分子”被称为共价键分子化学的一次升华,超分子化学被称为“超越分子概念的化学”。在形成超分子的各种分子间相互作用中,氢键尤为特殊,被称作为“超分子化学中的万能相互作用”。氢键的强度在化学键和范德华力之间,具有方向性和饱和性,使得它在超分子自组装过程中起着关键的作用。
【自主思考1】 H2O在乙醇中的溶解度大于H2S的,其原因是什么?提示：H2O与乙醇可以形成分子间氢键,使得水与乙醇互溶;而H2S与乙醇不能形成分子间氢键,故H2S在乙醇中的溶解度小于H2O。
二、分子晶体1.结构特点。 2.物理性质。分子晶体由于以比较弱的 分子间作用力 相结合,因此一般硬度 较小 ,熔点 较低 。
3.类型。【自主思考2】 分子晶体具有某些特征的本质原因是什么?提示：分子晶体相对于其他晶体来说,熔、沸点较低,硬度较小,本质原因是其基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键相对于化学键来说比较弱。
三、石墨晶体1.结构特点。(1)石墨晶体是二维网状结构,在每一层内,每个碳原子以C—C键与 3 个碳原子结合,形成 六元环 层。(2)在同一层内,每个碳原子仅用了3个价电子形成共价键,还有1个电子处于碳原子的 2p 轨道上。层内碳原子的这些p轨道相互 平行 ,相邻碳原子的p轨道相互 重叠 ,形成 大π键 。(3)层与层之间以 分子间作用力 相结合。2.所属类型。石墨中既有 共价键 ,又有 范德华力 ,同时还有类似金属键的作用,是一种 混合 晶体。具有熔点 高 ,质软,易导电等性质。除石墨外,还有一些晶体,如CaI2、CdI2、MgI2等晶体,也同时存在着若干种不同的作用力和键型,都属于混合型晶体。
四、晶体的共性与个性1.晶体的共性。(1)晶体物质各个部分的宏观性质总是相同的,例如具有相同的密度、相同的化学组成等;(2)晶体总能自发地形成多面体外形;(3)晶体都具有确定的熔点。2.晶体的个性。
【效果自测】 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)分子晶体内只有分子间作用力。(　　)(2)分子晶体的相对分子质量越大,熔、沸点越高。(　　)(3)分子晶体中分子间氢键越强,分子越稳定。(　　)(4)冰融化时水分子中共价键发生断裂。(　　)(5)液态水和冰中都含有氢键。(　　)(6)分子晶体中一定存在范德华力,可能有共价键。(　　)
2.甲烷晶体的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是(　　)。 A.甲烷晶胞中的球只代表1个C原子B.晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子C.甲烷晶体熔化时需克服共价键D.1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
解析：题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子,并不是1个C原子,A项错误。由甲烷晶胞分析,位于晶胞顶点的某个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个,而这3个甲烷分子在晶胞的面上,因此每个都被2个晶胞共用,故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8× =12,B项正确。甲烷晶体是分子晶体,熔化时克服范德华力,C项错误。1个甲烷晶胞中含有甲烷分子的个数为 =4,D项错误。
3.(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。①CO2　　　　SO2;②NH3　　　　　PH3;③O3　　　　O2;④Ne　　　　Ar;⑤CH3CH2OH　　　CH3OH;⑥CO　　　　N2。 (2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.02×105 Pa),但它在180 ℃即开始升华。①AlCl3固体是　　　　晶体。 ②设计一个可靠的实验,判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是 　 。答案：(1)①<　②>　③>　④<　⑤>　⑥>(2)①分子　②在熔融状态下,验证其是否导电,若不导电则是共价化合物,若导电则是离子化合物解析：(2)由AlCl3的熔点较低以及在180 ℃时开始升华,可判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物,可测其熔融状态下是否导电,若不导电则是共价化合物,若导电则是离子化合物。
碘晶体及其晶胞 干冰及其晶胞1.观察上面碘晶体、干冰晶体,思考组成分子晶体的微粒是什么?提示：组成分子晶体的微粒是分子。2.怎样判断一种晶体是否属于分子晶体?提示：依据物质的类别判断;依据组成晶体的微粒及微粒间作用判断;依据物质的性质判断。
分子晶体的判断方法(1)依据物质的类别判断。部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、大多数有机物的晶体都是分子晶体。(2)依据组成晶体的微粒及微粒间作用判断。组成分子晶体的微粒是分子,微粒间作用是分子间作用力。(3)依据物质的性质判断。分子晶体的硬度小,熔、沸点低,在熔融状态或固体时均不导电。
【例题1】 下列关于分子晶体的说法中,正确的是(　　)。A.晶体中分子间作用力越大,分子越稳定B.在分子晶体中一定存在共价键C.冰和固态Br2都是分子晶体D.稀有气体不能形成分子晶体答案：C解析：A项错误,分子间作用力影响物质的熔、沸点;B项错误,分子晶体中不一定存在共价键,如稀有气体中没有共价键;C项正确,冰和固态Br2均为分子晶体;D项错误,稀有气体的构成微粒是单原子分子,可形成分子晶体。
【变式训练1】 下列物质中,属于分子晶体的是(　　)。①二氧化硅　②碘　③食盐　④蔗糖　⑤磷酸A.②④⑤B.①②④C.③④⑤D.①②③⑤答案：A解析：由常见分子晶体对应的物质类别可知:碘、蔗糖、磷酸都属于分子晶体。
常温下,液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0 ℃以下,水凝结成冰,其中水分子的排列由杂乱无序变得十分有序(如下图所示)。
1.思考冰晶体中存在哪几种微粒间的相互作用?提示：冰晶体中存在氢键、分子间作用力。2.冰中微粒间的相互作用对冰晶体的结构与性质产生了怎样的影响?提示：在冰晶体中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点方向的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。因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、沸点高。
1.分子晶体的物理性质。(1)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。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,所以分子晶体的熔、沸点一般较低,部分分子晶体易升华(如干冰、碘等),且硬度较小。(2)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或自由电子,因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电,如HI、乙酸等。
2.分子晶体熔、沸点的比较规律。(1)少数主要以氢键作用形成的分子晶体,比一般的分子晶体的熔、沸点高,如含有H—F键、H—O键、H—N键等共价键的分子间可以形成氢键,所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。(2)组成与结构相似,分子之间不含氢键而主要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、沸点逐渐升高。例如,常温下Cl2呈气态,Br2呈液态,而I2呈固态;CO2呈气态,CS2呈液态。(3)有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体,相对分子质量相同,一般支链越多,分子间的相互作用力越弱,熔、沸点越低,如熔、沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷。
【例题2】 下列有关分子晶体熔点高低的叙述中,正确的是(　　)。A.Cl2>I2B.SiCl4>CCl4C.PH3>NH3D.C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3答案：B解析：NH3分子间存在氢键,分子间作用力大,PH3分子间不存在氢键,分子间作用力弱,NH3的熔点高于PH3,C项不正确;A、B项中均无氢键,且固态时都为分子晶体,物质组成结构相似,相对分子质量大的熔点高,A项不正确,B项正确;相对分子质量相同的烷烃的同分异构体,支链越多,熔点越低,D项不正确。
【变式训练2】 下列属于分子晶体性质的是(　　)。A.熔点1 070 ℃,易溶于水,水溶液能导电B.能溶于CS2,熔点112.8 ℃,沸点444.6 ℃C.熔点1 400 ℃,可作半导体材料,难溶于水D.熔点97.81 ℃,质软,导电,密度0.97 g·cm-3答案：B解析：通常分子晶体的主要性质有熔、沸点低,硬度小;晶体不导电,熔化时也不导电。