人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子晶体与共价晶体多媒体教学课件ppt

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课标定位 素养阐释1.了解分子晶体、共价晶体的概念、结构特点及性质。2.了解氢键对冰晶体结构及物理性质的影响。3.通过认识分子晶体、共价晶体的构成粒子及粒子之间的作用力,能辨识不同晶体主要物理性质及熔化时破坏的作用力。4.结合干冰、冰、金刚石、石英的结构模型,通过分析、推理、计算等方法认识研究典型分子晶体、原子晶体的组成和结构,建立模型,能运用模型揭示不同晶体的结构特点。
一、分子晶体1.分子晶体(1)定义:只含分子的晶体称为分子晶体。(2)构成粒子与粒子间的作用力:范德华力、氢键。2.较典型的分子晶体
3.两种典型的分子晶体的堆积方式
二、共价晶体1.共价晶体(1)构成粒子与作用力:
(2)特性:具有高硬度、高熔点;具有共价键三维骨架结构。(3)常见的共价晶体:①常见的非金属单质,如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)、锗(Ge)和灰锡(Sn)等;②某些非金属化合物,如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)等。
2.典型共价晶体的结构(1)金刚石晶体的结构特点:①在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合,形成共价键三维骨架结构。②晶体中碳碳键之间的夹角为109°28',碳原子采取了sp3杂化。③最小环上有6个碳原子。(2)低温石英(SiO2)的结构特点:结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链,而没有封闭的环状结构,这一结构决定了它具有手性。
【自主思考1】 CO2晶体中有哪些作用力?为何分子晶体的熔点低?干冰升华时破坏的是什么作用力?提示:CO2晶体中有共价键和范德华力。因为构成晶体的粒子是分子,分子之间以范德华力相结合,范德华力远小于化学键的作用。干冰升华时破坏范德华力。【自主思考2】 含有共价键的晶体都是共价晶体吗?提示:共价晶体中都有共价键,但含有共价键的不一定是共价晶体。如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。
【效果自测】 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)分子晶体中一定存在共价键。(　　)(2)干冰升华的过程中破坏了共价键。(　　)(3)二氧化硅和干冰虽然是同一主族的氧化物,但属于不同的晶体类型。(　　)(4)分子晶体的熔、沸点比较低,共价晶体的熔、沸点比较高。(　　)(5)含有共价键的晶体都是共价晶体。(　　)(6)SiO2是二氧化硅的分子式。(　　)(7)共价晶体中只存在非极性共价键。(　　)(8)在干冰晶体中,与一个CO2分子相邻且等距离的CO2分子共有6个。(　　)
2.下列晶体由原子直接构成,且属于分子晶体的是(　　)。A.二氧化硅B.固态氖C.白磷D.三氧化硫答案:B解析:二氧化硅是由硅、氧原子构成的共价晶体,A项错误;固态氖是由原子构成的分子晶体,B项正确;白磷是由P4分子构成的分子晶体,C项错误;三氧化硫是由SO3分子构成的分子晶体,D项错误。
3.有下列物质:①水晶　②冰醋酸　③硫黄　④晶体氩⑤金刚石　⑥碳化硅　⑦干冰　⑧过氧化氢。根据要求填空:(1)属于共价晶体的化合物是　　　　。 (2)直接由原子构成的晶体是　　　　。 (3)直接由原子构成的分子晶体是　　　　。 (4)由极性分子构成的晶体是　　　　,属于分子晶体的单质是　　　　。答案:(1)①⑥(2)①④⑤⑥(3)④(4)②⑧　③④
1.请观察并对比分析下列a、b两组相同大小、相同数目小球的堆积形式,你有哪些启示?如果分子晶体中分子间只有范德华力,将每个分子看成一个小球,这些小球将采取哪种堆积形式?
提示:a为非密堆积,b为密堆积。采取b组的堆积形式。
2.下图是二氧化碳分子晶体的晶胞和晶体结构,请观察并分析一个二氧化碳分子在三维空间的一个平面内周围有几个二氧化碳分子与它紧邻?共有多少个分子与它紧邻?
3.下图为水分子的堆积模型,水分子为什么没有采取密堆积?
提示:水分子之间存在氢键,氢键有方向性。
4.观察2、3问中二氧化碳分子、水分子的堆积模型,思考:为什么干冰的熔、沸点比冰的熔、沸低,而密度却比冰的密度大?提示: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,所以冰的熔、沸点比干冰的高。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,冰的体积较大,由于CO2分子的相对分子质量大于H2O分子的相对分子质量,所以干冰的密度大。
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、萘等),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。
(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律,即极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性溶剂。如:H2O是极性溶剂,SO2、H2S、HBr等都是极性分子,它们在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非极性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非极性溶剂,Br2、I2等非极性分子易溶于其中,而水则不溶于苯和CCl4。
2.对于同属于分子晶体的不同晶体熔、沸点的比较(1)分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;非金属氢化物分子间含有氢键的分子晶体,其熔、沸点比同族元素的氢化物的熔、沸点反常得高。如熔、沸点:H2O>H2Te>H2Se>H2S。(2)组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高。如熔、沸点:SnH4>GeH4>SiH4>CH4。(3)组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近),分子的极性越大,其熔、沸点越高。如熔、沸点:CO>N2,CH3OH>CH3CH3。
(4)同分异构体的支链越多,熔、沸点越低。如熔、沸点:
(5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机化合物一般随分子里碳原子数的增加,熔、沸点升高。如熔、沸点:C2H6>CH4,C2H5Cl>CH3Cl,CH3COOH>HCOOH。
【例题1】 (双选)下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列,正确的一组是(　　)。A.F2、Cl2、Br2、I2B.HF、HI、HBr、HClC.CI4、CBr4、CCl4、CF4D.H2O、H2S、H2Se、H2Te 答案:BC解析:对结构和组成相似的分子晶体,其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高,但HF、H2O分子之间都存在氢键,熔、沸点反常。所以A项中应为I2>Br2>Cl2>F2;D项中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S。
方法技巧影响分子晶体熔、沸点的因素:(1)影响分子晶体物理性质的主要因素是晶体中的分子间作用力(包括范德华力和氢键)。由于分子间作用力比化学键小得多,因此分子晶体的熔、沸点较低,硬度也较小。(2)对组成和结构相似、晶体中不含氢键的物质来说,随着相对分子质量的增大,范德华力增大,熔、沸点升高。
【变式训练1】 SiCl4的分子结构与CCl4的分子结构相似,对其进行的下列推测中不正确的是(　　)。A.CCl4晶体是分子晶体B.常温、常压下SiCl4是气体C.SiCl4是由极性键形成的非极性分子D.SiCl4的熔点高于CCl4的熔点答案:B解析:由于SiCl4的分子结构与CCl4的相似,所以两者均属于分子晶体,A项正确;在常温、常压下,SiCl4是液体,B项错误;CCl4的分子是正四面体结构, SiCl4与CCl4的结构相似,也是正四面体结构,是含极性键的非极性分子,C项正确;一般来说,组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高,SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量,所以SiCl4的分子间作用力比CCl4的大,熔、沸点比CCl4的高,D项正确。
1.金刚石的晶胞和晶体结构如图所示:
金刚石的晶胞示意图和晶体结构
(1)观察晶胞示意图中有几个碳原子?提示:8(2)观察晶体结构中每个碳原子与几个碳原子相连?每个碳原子采取什么方式杂化?空间结构是什么?提示:4;sp3;正四面体。
2.下表是某些共价晶体的熔点和硬度:
分析表中的数据,从原子结构的角度回答下列问题:(1)为什么金刚石、硅和锗的熔点、硬度依次下降?提示:金刚石、硅和锗为同主族元素组成的单质,且均为共价晶体,因原子半径依次增大,键长依次增大,键能依次减小,故对应共价晶体的熔点、硬度依次下降。
(2)为什么氮化硼、碳化硅、石英的熔点、硬度依次下降?提示:共价晶体的熔点、硬度等物理性质取决于晶体内的共价键,构成共价晶体的原子半径越小,键长越短,键能越大,对应共价晶体的熔点越高,硬度越大。
1.共价晶体与分子晶体的组成、结构和性质的比较
2.共价晶体与分子晶体的结构特征(1)共价晶体的结构特征。在共价晶体中,各原子均以共价键结合,因为共价键有方向性(有特例)和饱和性,所以中心原子周围的原子数目是有限的,原子不采取密堆积方式。(2)分子晶体的结构特征。①分子间不存在氢键的分子晶体,由于范德华力没有方向性和饱和性,所以分子尽可能采取密堆积方式。②分子间存在氢键的分子晶体,由于氢键具有方向性和饱和性,所以分子不能采取密堆积方式。
【例题2】 金刚石具有硬度大、熔点高等特点,大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示,下列判断正确的是(　　)。A.金刚石中C—C的键角均为109°28',所以金刚石和CH4的晶体类型相同B.金刚石的熔点高与C—C的键能无关C.金刚石中碳原子个数与C—C数目之比为1∶2D.金刚石的熔点高,所以在打孔过程中不需要浇水冷却答案:C
方法技巧判断共价晶体和分子晶体类型的方法:(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断,构成共价晶体的粒子是原子,粒子间的作用力是共价键;构成分子晶体的粒子是分子,粒子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1 000 ℃以上;而分子晶体的熔点低,常在数百度以下甚至温度更低。(3)依据晶体的导电性判断,分子晶体不导电,但部分分子晶体溶于水后所得溶液能导电,如HCl。共价晶体多数不导电,但晶体Si、晶体Ge为半导体。(4)依据晶体的硬度和机械性能判断,共价晶体硬度大,分子晶体硬度小。
【变式训练2】 根据下列性质判断,属于共价晶体的物质是(　　)。A.熔点2 700 ℃,导电性好,延展性强B.无色晶体,熔点3 550 ℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂C.无色晶体,能溶于水,质硬而脆,熔点为800 ℃,熔化时能导电D.熔点-56.6 ℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电答案:B解析:延展性好,不是共价晶体的特征,因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合,而共价键有一定的方向性,使共价晶体质硬而脆,A项错误;共价晶体多数不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂,B项正确,C、D项错误。