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1、第3章 第3节 原子晶体与分子晶体 第2课时 分子晶体 1 熟知分子晶体的概念 结构特点及常见的分子晶体 2 能够从范德华力 氢键的特征 分析理解分子晶体的物理特性 目标 导航 基础知识导学 重点难点探究 随堂达标检测 栏目 索引 概念分子间通过 结合形成的晶体 构成微粒 微粒间的作用力 物理性质 1 分子间以 相结合 分子晶体熔化时克服 不破坏共价键 一般具有 的 熔点 沸点和 的硬度 的挥发性 2 组成和结构相似 晶体中不含氢键的物质 相对分子 质量越大 分子间作用力越 熔 沸点越 一 分子晶体的结构与性质 基础知识导学 答案 分子间作用力 1 概念与物理性质 分子 分子间作用力 较弱的分
2、子间作用力 分子间作用力较低 较小较强 强 高 答案 2 分子晶体与物质的类别 物质种类实例 所有 H2O NH3 CH4等 部分 卤素 X2 O2 N2 白磷 P4 硫 S8 等 部分 CO2 P4O10 SO2 SO3等 几乎所有的 HNO3 H2SO4 H3PO4 H2SiO3等 绝大多数 苯 乙醇 乙酸 乙酸乙酯等 非金属氢化物 非金属单质 非金属氧化物 酸 有机物的晶体 答案 3 微粒堆积方式 分子间作用力堆积方式实例 范德华力分子采用如C60 干冰 I2 O2 范德华力 氢键分子不采用如冰 密堆积 密堆积 答案 议一议 所有分子晶体中是否均存在化学键 答案 不是 绝大多数分子晶体的
3、微粒内部都存在化学键 如N2 H2O 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 所以并非所有分子晶体的分子内部都存在 化学键 二 典型分子晶体的结构分析 答案 1 碘晶体 1 碘晶体的晶胞是一个长方体 在它的 各有1个I2分子 每 个晶胞中有 个I2分子 2 I2分子之间以 结合 每个顶点和面心上 4 范德华力 答案 2 干冰晶体 1 干冰晶胞是结构 在它的 各有1个CO2分子 每个晶胞 中有 个CO2分子 2 每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有 个 3 干冰晶体中分子之间通过 相结合 熔化时分子内的化学键 面心立方每个顶点和面
4、心上 4 12 范德华力 不断裂 答案 3 冰晶体 1 水分子之间的主要作用力是 当然也存在 2 有方向性 它的存在迫使在 的每个水分子与 方向的 个相邻水分子互相吸引 氢键范德华力 四面体中心四面体 顶角 氢键 4 答案 议一议 1 为什么液态水变为冰时 体积膨胀 密度减小 答案 冰晶体中主要是水分子依靠氢键而形成的 因氢键具有一定的方向 性 使水分子间的间距比较大 有很大空隙 比较松散 所以水结成冰后 体积膨胀 密度减小 2 干冰和碘易升华的原因是什么 乙醇与甲醚的相对分子质量相等 为什 么乙醇的沸点高于甲醚 答案 碘和干冰的分子间以较弱的范德华力结合 乙醇分子间存在氢键 分子间作用力强
5、甲醚分子间不存在氢键 分子间作用力弱 所以乙醇的 沸点高于甲醚 答案 三 石墨晶体 晶体模型 结构特点 1 石墨晶体是 结构 在每一层内 每个C原子与其他 3个C原子以共价键结合 形成无限的 形平面网状结 构 每个C原子还有1个未参与杂化的2p轨道并含有1个未 成对电子 能形成遍及整个平面的 键 2 C原子采取 杂化 C C键之间的夹角为 3 层与层之间以 结合 层状 六边 大 sp2 120 范德华力 答案 晶体类型 石墨中既含有 又有 同时还有 的特性 因此石墨属于 晶体 物理性质熔点 质软 导电 共价键范德华力金属键 混合键型 高易 答案 答案 石墨晶体为层状结构 同层内碳原子以共价键结
6、合成平面网状结构 C C键的键长比金刚石中C C键的键长短 键能大 所以石墨的熔 沸点高 石墨晶体中每个C原子未参与杂化的轨道中含有1个未成对电子 能形成遍及整个平面的大 键 由于电子可以在整个六边形网状平面上运 动 因此石墨沿层的平行方向能导电 议一议 1 石墨晶体不属于原子晶体 但石墨的熔点为什么高于金刚石 石墨晶体 为什么具有导电性 返回答案 2 石墨层状结构中 平均每个正六边形占有的C原子数和C C键数各是多 少 每一层中碳原子数与C C键数之比为多少 答案 2 3 2 3 石墨层状结构中每个C原子为三个正六边形共有 即 对每个六边形贡献个 C原子 所以每个正六边形占有C原子数目为 6
7、 2个 每个C C键为2个正六边形所共用 所以平均每个正六边形拥 有3个C C键 所以每一层中碳原子数与C C键数之比为2 3 一 四种晶体类型的比较 重点难点探究 1 四种晶体类型的结构与性质 类型 项目 离子晶体 原子 晶体 分子 晶体 金属 晶体 构成晶体 的粒子 阴 阳离子原子分子金属阳离子和自由电子 粒子间的 作用 离子键共价键 分子间作用力 范德华力或氢键 金属离子和自由电子之 间的强烈相互作用 溶解性多数易溶 一般不溶相似相溶 一般不溶于水 少数与水反应 机械加工性不良不良不良优良 延展性差差差优良 确定作用力强 弱的一般判断 方法 晶格能 键长 原子 半径 组成结构相似时 比较
8、相对分子质量 离子半径 价电 子数 熔 沸点较高很高较低 差别较大 汞常温 下为液态 钨熔 点为3 410 硬度略硬而脆很大较小差别较大 导电性 不良导体 熔 化后或溶于水 导电 不良导体 个 别为半导体 不良导体 部分溶于 水发生电离后导电 良导体 2 晶体类型的判断方法 1 依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断 原子晶体 原子 共价键 分子晶体 分子 分子间作用力 离子晶体 离子 离子键 金属晶体 金属阳离子和自由电子 金属键 2 依据物质的分类判断 常见的原子晶体单质有金刚石 晶体硅 晶体硼等 常见的原子晶体化合 物有SiC BN AlN Si3N4 C3N4 SiO2等 分子晶体
9、大多数非金属单质 除金刚石 石墨 晶体硅 晶体硼外 气 态氢化物 非金属氧化物 除SiO2外 酸 绝大多数有机物 除有机盐外 离子晶体 金属氧化物 如K2O Na2O2等 强碱 如NaOH KOH等 和绝大 多数的盐类 金属晶体 金属单质与合金 3 依据晶体的熔点判断 离子晶体的熔点较高 常在数百至1 000余度 原子晶体熔点很高 常在1 000度至几千度 分子晶体熔点低 常在数百度以下至很低温度 金属晶体多数熔点高 但也有少数熔点很低 4 依据导电性判断 原子晶体 一般不导电 分子晶体 若不是电解质 固态 液态不导电 溶于水 不反应 不导电 若是电解质 固态 液态不导电 溶于水导电 离子晶体
10、 固态不导电 熔融或溶于水导电 金属晶体 固态或熔融均导电 5 依据硬度和机械性能判断 原子晶体硬度大 分子晶体硬度小且较脆 离子晶体硬度较大或较硬 脆 金属晶体多数硬度大 但也有较低的 且具有延展性 关键提醒 并不是所有的分子晶体中都有化学键 如稀有气体晶体的构成微粒是单原 子分子 不存在化学键 在分子晶体中 分子内原子间以共价键结合 稀 有气体除外 相邻分子间靠分子间作用力结合 解析答案 例1 下表列举了几种物质的性质 据此判断属于分子晶体的是 物质性质 X熔点为10 31 液态不导电 水溶液导电 Y易溶于CCl4 熔点为11 2 沸点为44 8 Z常温下为气态 极易溶于水 溶液pH 7
11、W常温下为固体 加热变为紫红色蒸气 遇冷变为紫黑色固体 M熔点为1 170 易溶于水 水溶液导电 N熔点为97 81 质软 导电 密度为0 97 g cm 3 解析 分子晶体熔 沸点一般比较低 硬度较小 固态不导电 所有在常 温下呈气态 液态的物质 除汞外 易升华的固体物质都属于分子晶体 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 变式训练1 下列数据对应物质的熔点 据此作出下列判断中错误的是 解析答案 Na2ONaClAlF3AlCl3 920 801 1 292 190 BCl3Al2O3CO2SiO2 107 2 073 57
12、1 723 A 铝的化合物的晶体中有离子晶体 B 表中只有BCl3和AlCl3是分子晶体 C 同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体 D 不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体 解析 由表可知 AlCl3 BCl3 CO2是共价化合物且形成分子晶体 SiO2 是原子晶体 其他是离子晶体 答案 B 解题反思 利用各类晶体的特征性质可以推断晶体的类型 二 晶体熔 沸点的比较 1 不同类型晶体熔 沸点的比较 一般来说 原子晶体 离子晶体 分子晶体 金属晶体 除少数外 分子晶 体 金属晶体的熔 沸点有的很高 如钨 铂等 有的则很低 如汞 铯 镓等 2 同种类型晶体熔 沸点的比较 1 原子晶体 一般来说
13、对结构相似的原子晶体来说 键长越短 键能越大 晶体的 熔 沸点越高 例如 金刚石 二氧化硅 碳化硅 晶体硅 2 分子晶体 组成和结构相似的分子晶体 一般相对分子质量越大 范德华力越大 熔 沸点越高 如I2 Br2 Cl2 F2 SnH4 GeH4 SiH4 CH4 组成和结构不相似的物质 相对分子质量接近 分子的极性越大 范德 华力越大 熔 沸点越高 如CO N2 同类别的同分异构体 支链越多 熔 沸点越低 如正戊烷 异戊烷 新 戊烷 若分子间存在氢键 则分子间作用力比结构相似的同类晶体大 故熔 沸点较高 如HF HI NH3 PH3 H2O H2Te 3 离子晶体 一般来说 离子所带的电荷数
14、越多 离子半径越小 离子键越强 离子晶 体的熔 沸点就越高 如NaCl CsCl MgO MgCl2 4 金属晶体 金属阳离子所带电荷数越多 离子半径越小 其金属键越强 金属熔 沸 点越高 如Al Mg Na 1 某些离子晶体的熔点高于某些原子晶体的熔点 如MgO 2 800 SiO2 1 713 2 某些分子晶体的熔点高于某些金属晶体的熔点 如碱金属熔点较低 3 个别金属的熔点高于某些原子晶体的熔点 如钨 3 410 SiO2 1 713 4 合金的熔点一般低于成分金属的熔点 关键提醒 解析答案 例2 参考下表中物质的熔点 回答有关问题 物质NaFNaClNaBrNaINaClKClRbCl
15、CsCl 熔点 995801755651801776715646 物质SiF4SiCl4SiBr4SiI4SiCl4GeCl4SnCl4PbCl4 熔点 90 4 70 45 2120 70 4 49 536 2 15 1 钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的 有关 随着 的增大 熔点依次降低 2 硅的卤化物熔点及硅 锗 锡 铅的氯化物的熔点与 有关 随着 的增大 增大 故熔 沸点依次升高 3 钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多 这与 有关 因为一般 比 熔点高 解析 分析表中物质及熔点规律 将物质晶体类型合理分类 由同类晶型熔 点变化趋势发现影响物质熔点高低的规
16、律 答案 1 半径 半径 2 相对分子质量 相对分子质量 分子间作用力 3 晶体类型 离子晶体 分子晶体 解题反思 晶体熔 沸点比较的两个 首先 1 晶体熔 沸点比较时应先分析晶体类型 2 分子晶体熔 沸点比较时应先判断分子间是否存在氢键 变式训练2 Mg是第3周期元素 该周期部分元素氟化物的熔点见下表 解析答案 氟化物NaFMgF2SiF4 熔点 K1 2661 534183 1 解释表中氟化物熔点差异的原因 解析 先比较不同类型晶体的熔点 NaF MgF2为离子晶体 离子间以离 子键结合 离子键作用强 SiF4固态时为分子晶体 分子间以范德华力结 合 范德华力较弱 故NaF和MgF2的熔点都高于SiF4 NaF与MgF2为离子晶体 SiF4为分子晶体 所以NaF与MgF2远比SiF4的 熔点要高 解析答案 解析 再比较相同类型晶体的熔点 Na 的半径比Mg2 半径大 Na 所带 电荷数小于Mg2 所以MgF2的离子键比NaF的离子键强度大 MgF2熔点 高于NaF熔点 因为Mg2 的半径小于Na 的半径且Mg2 所带电荷数多 所以MgF2 的离子键强度大于NaF的离子键强度 故Ma
