人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子晶体与共价晶体优质ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子晶体与共价晶体优质ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了课前·新知导学，分子间作用力，共价键，范德华力，有机物，微思考，正四面体，°28′，sp3，单晶硅等内容，欢迎下载使用。
　　　　　分子晶体1．特点(1)构成微粒及微粒间的作用力。
(2)微粒堆积方式。①若分子间作用力只有___________，则分子晶体有分子密堆积特征，即每个分子周围最多可以有_____个紧邻的分子。②若分子间还含有其他作用力，如________，则每个分子周围紧邻的分子要少于________个。如冰中每个水分子周围只有______个紧邻的水分子。
2．分子晶体与物质的类别
非金属氢化物　非金属单质　非金属氧化物　
3．两种典型分子晶体的组成和结构
(1)干冰。①每个晶胞中均摊________个CO2分子，含有________个原子。②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为________个。(2)冰。①水分子之间的作用力有______________________，但主要是________。②由于氢键具有________性，使四面体中心的每个水分子与四面体顶点的______个相邻的水分子相互吸引。
水结冰时，为什么冰浮在水面上？
【答案】水分子间存在氢键，当水结冰时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，形成空隙较大的空间网状结构，导致冰的密度比水小，所以结的冰浮在水面上。
　　　判断正误。(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)仅含非金属元素的晶体一定是分子晶体。(　　)(2)分子晶体不可能含有离子。(　　)(3)范德华力只存在于分子晶体中。(　　)(4)由于氢键的存在，造成水分子比较稳定，不易分解。(　　)(5)分子晶体中一定存在共价键。(　　)【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
　　　　　共价晶体1．结构特点(1)构成微粒及作用力。
(2)空间结构：整块晶体是一个三维的共价键______结构，不存在______的小分子，是一个“巨分子”。(3)常见的共价晶体：①某些单质，如金刚石(C)、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)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。
2．典型共价晶体的结构
金刚石的晶体结构模型
(1)金刚石晶体的结构特点。①在晶体中每个碳原子以________个共价单键对称地与相邻的________个碳原子相结合，形成______________结构。②晶体中碳碳键之间的夹角为____________，碳原子采取了______杂化。③最小环上有______个碳原子。
(2)SiO2的结构特点。
二氧化硅晶体结构模型
①在晶体中Si原子采取________杂化，正四面体内OSi键角为 ____________。②每个Si原子与______个O原子形成______个共价键，________原子位于正四面体的中心，__________原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被______个硅氧正四面体共用；每个O原子和______个Si原子形成______个共价键，晶体中Si原子和O原子个数比为 ____________。③最小环上有______个原子，包括______个O原子和______个硅原子。
(3)晶体硅的结构特点。
①晶体硅是立体的网状结构(类似金刚石结构)，其晶体结构如图所示，其中晶体硅中最小环为______元环。每个硅原子为______个最小环共有。每个最小环平均拥有________个硅原子。②晶体硅包括______________和______________。硅的单晶体，具有基本完整的____________________的晶体，不同的方向具有不同的性质，是一种良好的________________材料。
碳和硅同一主族，它们的氧化物CO2和SiO2，为什么物理性质差异很大？
【答案】CO2的晶体是分子晶体，晶体中CO2分子之间通过范德华力相结合，每个CO2分子是由一个碳原子和两个氧原子构成的。SiO2是共价晶体，硅原子和氧原子之间通过共价键相互结合形成空间网状结构，晶体中不存在小分子。
　　　判断正误。(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)干冰升华的过程中破坏了共价键。(　　)(2)二氧化硅和干冰虽然是同一主族元素形成的氧化物，但属于不同的晶体类型。(　　)(3)分子晶体的熔、沸点比较低，共价晶体的熔、沸点比较高。(　　)(4)含有共价键的晶体都是共价晶体。(　　)(5)SiO2是二氧化硅的分子式。(　　)【答案】(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×
任务一　分子晶体与氢键
观察下图冰和干冰的晶体结构，回答下列问题：
(1)为什么干冰的熔点比冰低而密度却比冰大？【答案】冰中水分子间除了范德华力外还有氢键作用，而干冰中CO2分子间只有范德华力，所以冰的熔点比干冰高。由于水分子间形成的氢键具有方向性，导致冰晶体不具有分子密堆积特征，晶体中有较大的空隙，所以相同状况下冰的密度较小。由于干冰中CO2分子采取密堆积方式形成晶体，所以干冰的密度较大。(2)干冰升华过程中破坏共价键吗？【答案】干冰升华过程中只破坏范德华力，不破坏共价键。
分子晶体与氢键易混辨析(1)分子晶体是分子通过分子间作用力形成的晶体，熔化时，只破坏分子间作用力而不破坏分子内的化学键。(2)少数以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔点高。如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸、糖等物质的熔点相对较高。
(3)结构相似且分子之间不含氢键而利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔点逐渐升高。例如，常温下Cl2为气态，Br2为液态，而I2为固态；CO2为气态，CS2为液态。(4)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔点高，如CO的熔点比N2的熔点高。(5)相对分子质量相同的烷烃同分异构体，一般支链越多，分子间相互作用越弱，熔、沸点越低。如熔、沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。
　　　　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．冰晶体中，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CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子【答案】A
【解析】干冰晶体中，CO2分子间作用力只是范德华力，采取分子密堆积，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和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰熔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，而且常压下易升华。
　　　　在学习分子晶体后，某化学兴趣小组的同学查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：
根据这些数据分析，你认为属于分子晶体的是(　　)A．NaCl、MgCl2、CaCl2　B．AlCl3、SiCl4C．NaCl、CaCl2D．全部【答案】B【解析】由表中数据可知，MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸点较高，故不属于分子晶体；AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体。
任务二　分子晶体与共价晶体的比较
(1)分析金刚石、二氧化硅的晶体结构模型，判断共价晶体的化学式是否可以代表其分子式？【答案】不能。因为共价晶体是一个三维的空间网状结构，晶体中无小分子存在。
(2)以金刚石为例，说明共价晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？【答案】①构成微粒不同，共价晶体中只存在原子，没有小分子。②微粒间的相互作用不同，共价晶体中原子之间通过共价键结合，分子晶体中分子之间的作用是分子间作用力。(3)分析二氧化硅晶体结构模型，判断晶体中最小的环上有多少个原子，1 ml SiO2中Si—O键的物质的量为多少。【答案】SiO2晶体中最小环上有12个原子；1 ml SiO2中含有4 ml Si—O键。
1．分子晶体与共价晶体的比较
2．分子晶体和共价晶体的判断方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。构成共价晶体的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键；构成分子晶体的微粒是分子或原子(稀有气体)，微粒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；而分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下甚至更低。
(3)依据晶体的硬度与机械性能判断。共价晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。(4)依据导电性判断。分子晶体为非导体，但部分溶于水后能导电；共价晶体多数为非导体，但晶体硅、锗是半导体。
　　　　硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题。(1)基态硅原子的核外电子排布式为__________。(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似，晶体硅中Si—Si键之间的夹角大小为____________。
(3)请在框图中补充完成SiO2晶体的结构示意图(部分原子已画出)，并进行必要的标注。
(4)根据下表中三种物质(晶体)的熔点回答以下问题。简要解释熔点产生差异的原因：①SiO2和SiCl4：____________________。 ②SiCl4和SiF4：____________________。
【答案】(1)1s22s22p63s23p2　(2)109°28′(3)如图所示
 (4)①SiO2是共价晶体，微粒间作用力为共价键；SiCl4是分子晶体，分子间作用力为范德华力，故SiO2熔点高于SiCl4②SiCl4和SiF4均为分子晶体，分子间作用力均为范德华力，根据分子结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，可知SiCl4熔点高于SiF4
【解析】(2)晶体硅以一个硅原子为中心，与另外4个硅原子形成正四面体结构，所以Si—Si键之间的键角为109°28′。(3)图中给出的是硅晶体的结构，SiO2晶体相当于在硅晶体结构中的每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，所以只要在上述每两个硅原子之间画一个半径比硅原子小的原子，再用实线连起来即可。
【名师点拨】共价晶体具有三维网状结构，是一个“巨分子”；共价晶体的化学式不表示分子的实际组成，只表示组成原子的个数比；由原子构成的晶体不一定是共价晶体，如由稀有气体的原子组成的晶体属于分子晶体；共价晶体中不存在范德华力。
　　　　碳化硅(SiC)是一种晶体，具有类似于金刚石的结构，其中C原子和Si原子的位置是交替排列的。有下列三种晶体：①金刚石　②晶体硅　③碳化硅，它们的熔点从高到低的顺序是(　　)A．①③②B．②③①C．③①②D．②①③【答案】A
【解析】C与Si同为第ⅣA族元素，三种晶体的相似性表现在金刚石是共价晶体，晶体硅、碳化硅也是共价晶体。根据硅的原子半径比碳大，可知Si—Si键的键能比C—C键小，而C—Si键键能应在二者之间，三种共价晶体空间结构相似，熔点取决于它们的键长与键能大小，故熔点从高到低分别是金刚石、碳化硅、晶体硅。
【名师点拨】“三看”———区别分子晶体和共价晶体(1)看构成微粒或作用力类型。晶体的构成微粒和微粒间作用力列表如下：
(2)看物质类别。①单质类。大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等除外)属于分子晶体。②化合物类。共价化合物绝大多数为分子晶体，但SiO2、SiC、BN等为共价晶体。
(3)看物理性质。晶体的物理性质对比如下：
分子晶体微粒间的作用力理解应用易出现的误区例1　有四组同一族元素所形成的不同物质，在101 kPa时测定它们的沸点(℃)如下表所示：
下列各项判断正确的是(　　)A．第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子中化学键键能最大B．第三组与第四组相比较，化合物的稳定性：HBr＞H2SeC．第三组物质溶于水后，溶液的酸性：HF＞HCl＞HBr＞HID．第一组物质是分子晶体，故凡是分子晶体就一定含有共价键错解：A或C或D
错因分析：第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子之间可以形成氢键，氢键不是化学键，常因把氢键看作化学键而易错选A；Se和Br同为第4周期元素，Br的非金属性较强，故氢化物的稳定性：HBr＞H2Se，B正确；HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱，分子内的化学键越来越弱，越来越易电离，第三组物质溶于水后，HF溶液的酸性最弱，常因把氢化物水溶液的酸性强弱与最高价含氧酸的酸性强弱混淆而错选C；第一组物质是分子晶体，但分子中不一定含有共价键，如稀有气体分子中无共价键，常因以偏概全，忽视单原子分子而错选D。
满分策略：注意区别分子间作用力与分子内的化学键区别以及它们对物质性质影响的不同。分子间作用力影响的是物质的物理性质，化学键影响的是物质的化学性质。还要特别注意氢键是分子间作用力的一种，强度比化学键弱，比分子间作用力强。正解：B
共价晶体的性质应用及判断的误区例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3 500 ℃，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错解：A或C
错因分析：只注意到了熔点2 700 ℃较高，误认为是共价晶体，而忽视延展性强，错选A；若只注意质硬而忽视了能溶于水，熔化时能导电，就会错选C。
满分策略：明确共价晶体具有的性质，并与其他类晶体的性质对比，归纳出共价晶体“独有”的性质：(1)不溶于水。(2)各种情况下不导电(最多半导)。以其独有的性质，判断晶体是否属于共价晶体。正解：B
1．下列各组物质各自形成的晶体中，均属于分子晶体的化合物是(　　)A．NH3、HD、C8H10B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、SO3、C60D．CCl4、Na2S、H2O2【答案】B【解析】HD是单质，不是化合物，A错误；C60是单质，不是化合物，C错误；Na2S是盐，不是分子晶体，D错误。
2．下列说法正确的是(　　)A．共价晶体中只存在非极性共价键B．因为HCl的相对分子质量大于HF，所以HCl晶体的熔点高于HFC．干冰升华时，分子内共价键不会发生断裂D．金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物【答案】C
【解析】共价晶体中可能存在极性共价键，如SiO2、SiC等，A错误；HF晶体中存在氢键，熔点高于HCl晶体，B错误；干冰升华是物理变化，分子间作用力被破坏，但分子内共价键不断裂，C正确；金属元素和非金属元素形成的化合物不一定是离子化合物，也可能是共价化合物，如AlCl3等，D错误。
3．水的状态除了气态、液态和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165 K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是(　　)A．水由液态变为玻璃态，体积缩小B．玻璃态水具有固定的熔点C．玻璃态是水的一种特殊状态D．玻璃态水是分子晶体【答案】C
【解析】由玻璃态水的密度与普通液态水的密度相同，可知质量相同时体积相同，A错误；玻璃态的水不是晶体，则无固定的熔点，B错误；由水的状态除了气态、液态和固态外，还有玻璃态，可知玻璃态是水的一种特殊状态，C正确；玻璃态的水无固定形状，不是分子晶体，D错误。
4．下列各组晶体状态的物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(　　)A．SiO2和SO3B．晶体硼和HClC．石墨和金刚石D．硫黄和碘【答案】D【解析】属于分子晶体的有SO3、HCl、硫黄和碘；属于共价晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅和金刚石；石墨既不属于分子晶体也不属于共价晶体。
5．下列各组物质的熔点按由高到低的次序排列，其中熔点高低均与键能大小有关的是(　　)A．钠、干冰B．金刚石、晶体硅C．碘化氢、溴化氢D．二氧化硅、二氧化碳【答案】B
【解析】干冰为分子晶体，熔点较低，是由于分子间作用力弱，而不是因为键能小，A错误；晶体硅、金刚石都为共价晶体，原子半径：C＜Si，原子半径越小，共价键键能越大，则熔点越高，B正确；HI、HBr为同主族元素所形成的分子晶体，其相对分子质量越大，分子间作用力越大，晶体的熔点越高，故熔点：HI＞HBr，C错误；二氧化碳形成的是分子晶体，其熔点低是由于分子间作用力小，熔点低不是由键能引起的，D错误。
6．现有两组物质的熔点数据如下表所示。
根据表中数据回答下列问题：(1)A组物质属于_______晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是_______。 (2)B组物质中HF熔点比HCl、HBr高是由于_______。(3)B组晶体不可能具有的性质是_______ (填序号)。 ①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电　④液体状态能导电【答案】(1)共价　共价键(2)HF分子间能形成氢键，熔化时需要消耗的能量更多　(3)③④
7．科学家正在研究温室气体CH4和CO2的转化和利用。(1)CH4和CO2所含三种元素的电负性从小到大的顺序为____________________。 (2)下列有关说法正确的是________(填序号)。 a．CO2与N2O所含价电子数相等b．CH4分子中含有极性共价键，是极性分子c．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2d．CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp
(3)一定条件下，CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体，其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。
①“可燃冰”中存在的作用力是______________________。 ②为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586 nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是____________________。
 【答案】(1)H＜C＜O　(2)ad(3)①共价键、氢键、范德华力②CO2的分子直径小于笼状结构空腔直径，且与H2O的结合能大于CH4
【解析】(2)CO2与N2O分子中的价层电子总数均为16。CH4和CO2都是含有极性键的非极性分子，CH4和CO2的熔、沸点取决于分子间作用力的大小，与键能无关。CH4为正四面体结构，碳原子的杂化类型是sp3杂化；CO2为直线形分子，碳原子的杂化类型是sp杂化。(3)①可燃冰中存在的作用力包括分子内的共价键、分子之间的范德华力和水分子间存在的氢键。②根据表格中数据，二氧化碳分子的直径小于笼状结构的空腔直径，笼状结构中可以容纳下二氧化碳分子，且二氧化碳分子与水分子的结合能更大，表明CO2更易与水分子结合。