資源簡介

3.4分子間作用力　分子晶體(第2課時)
一、核心素養發展目標
1、能描述典型分子晶體的結構特點，區分共價晶體和分子晶體；
2、熟悉分子晶體的結構及性質；
3、了解石墨晶體的結構及晶體的共性和個性。
二、教學重點及難點
重點 分子晶體的結構及性質
難點 石墨晶體的結構及晶體的共性和個性
三、教學方法
講授法、討論法
四、教學工具
PPT、視頻
五、教學過程
【展示】雪花和干冰固體的圖片。
【講述】分子晶體是分子通過分子間作用力構成的固態物質。
以共價鍵結合的物質，除金剛石、晶體硅、二氧化硅等空間網狀結構的物質屬于共價晶體外，其他多數非金屬單質（如H2、Cl2、N2等）、非金屬元素組成的無機化合物（如H2O、HCl、CO2等）以及大多數有機化合物在低溫下形成的晶體都屬于分子晶體。
典型的分子晶體
【講述】（1）所有非金屬氫化物：H2S 、NH3 、 CH4、HX 等
（2）部分非金屬單質:O2 、H2 、 X2 、 P4 、 C60 、稀有氣體等
（3）部分非金屬氧化物:CO2 、SO2 、 NO2 、 P4O6 、 P5O10等
（4）幾乎所有的酸：H2SO4 、HNO3 、 H3PO4等
（5）絕大多數有機化合物的晶體： 乙醇、冰醋酸、蔗糖等
【展示】碘、干冰、碳60、冰晶胞圖片
【問】總結分子晶體的粒子和相互作用力
【生】組成粒子：分子
相互作用力：分子內：共價鍵；分子間：分子間作用力
【講述】分子晶體只含有分子。
典型的分子晶體
【展示】干冰分子晶體的結構模型圖片。
固態干冰是典型的分子晶體。
獨立存在的CO2分子占據著立方體的8個頂角和6個面的中心位置。
【問】每個晶胞含幾個CO2分子？
【生】每個晶胞中均攤4個CO2分子,含有12個原子。
【問】思考：每個CO2周圍有幾個緊密相鄰的CO2？
【展示】二氧化碳晶胞計算的動畫過程
【生】4面心+4面心+4邊角=12個分子
【講述】若分子間作用力只有范德華力,如干冰，即每個分子周圍有12個緊鄰的分子。
【展示】冰的晶體結構圖片
【講述】水分子之間的作用力有范德華力、氫鍵,但主要是氫鍵。
【問】思考：每個H2O周圍有幾個緊密相鄰的H2O？
【生】由于氫鍵具有方向性,使四面體中心的每個水分子與四面體頂點的4個相鄰的水分子相互吸引。
【講述】若分子間還含有其他作用力,如氫鍵,則每個分子周圍緊鄰的分子要少于12個。
分子晶體的特性
【展示】某些分子晶體的熔點表格
【生】1、分子晶體具有較低的熔、沸點和較小的硬度。
【講述】分子晶體熔化時要破壞分子間作用力，由于分子間作用力很弱，所以分子晶體的熔、沸點一般較低，部分分子晶體易升華(如干冰、碘、紅磷、萘等)，且硬度較小。
【問】分子晶體是否導電？
【生】不一定。
【講述】分子晶體在固態和熔融狀態下均不存在自由移動的離子或自由電子，因而分子晶體在固態和熔融狀態下都不能導電。
有些分子晶體的水溶液能導電，如HI、乙酸等。
分子晶體熔、沸點高低的判斷方法
【講述】①少數含氫鍵的分子晶體，比一般的分子晶體的熔點高。
如含有H—F、H—O、H—N等共價鍵的分子間可以形成氫鍵，所以HF、H2O、NH3、醇、氨基酸、糖等物質的熔點相對較高。
②組成和結構相似，分子之間不含氫鍵而利用范德華力形成的分子晶體，隨著相對分子質量的增大，物質的熔點逐漸升高。
例如，常溫下Cl2為氣態，Br2為液態，而I2為固態，CO2為氣態，CS2為液態。
③有機物中組成和結構相似且不存在氫鍵的同分異構體，相對分子質量相同，一般支鏈越多，分子間的相互作用力越弱，熔、沸點越低。
如熔、沸點：正戊烷＞異戊烷＞新戊烷。
二、混合晶體
【展示】金剛石和石墨的結構模型圖片
【講述】石墨和金剛石是碳的兩種同素異形體。
金剛石屬于共價晶體，金剛石中每個碳原子以共價鍵與緊鄰的四個碳原子形成三維網狀結構。
【展示】石墨的結構視頻
【講述】石墨晶體形成二維網狀結構，層內每個碳原子以共價鍵與周圍的三個碳原子結合，層間為分子間作用力，因此石墨晶體是一種混合晶體。
在石墨的二維結構平面內，每個碳原子以C—C鍵與3個碳原子結合，形成六元環層。
碳原子有4個價電子，而每個碳原子僅用了3個價電子形成共價鍵，還有1個電子處于碳原子的2p軌道上。層內碳原子的這些p軌道相互平行，相鄰碳原子的p軌道相互重疊，形成大π鍵。
石墨性質
【展示】石墨的電子云圖片
【講述】1、石墨具有導電性，具有一定的方向性。
石墨層內碳原子的p軌道中的電子可在整個層內運動，當施加電場時，可以沿電場方向運動，因而石墨具有導電性。
但由于相鄰碳原子層之間相隔較遠，電子不能從一層跳躍到另一層，因此石墨的導電性具有一定的方向性。
【展示】鉛筆圖片
2、石墨質軟，具有具有良好的潤滑性。
由于石墨晶體層間是以分子間作用力相結合的，在外力的作用下，石墨晶體中層與層之間發生相對滑動，很容易變形，具有良好的潤滑性。
三、晶體的共性與個性
【展示】四種類型的典型晶體的晶胞
1、晶體的共性
【講述】晶體內部結構均是由原子、離子或分子按周期性規律重復排列組成的。
晶體物質各個部分的宏觀性質總是相同的，例如具有相同的密度、相同的化學組成等；
晶體總能自發地形成多面體外形；
晶體都具有確定的熔點。
晶體類型 離子晶體 分子晶體 共價晶體 金屬晶體
微粒 陰、陽離子 分子 原子 金屬陽離子 自由電子
作用力 離子鍵 分子間作用力 共價鍵 金屬鍵
硬度 較大 較小 較大 較大
熔沸點 較高 低 較高 較高
導電性 溶于水或熔融態下均導電 熔融態不導電 不導電 導電
典型實例 NaOH、AgCl、Na2O等 HCl、Cl2、CO2、He、P4、S等 金剛石、碳化硅、剛玉、晶體硅等 金屬、合金
2、晶體的個性
【課堂小結】師生一起回顧和總結。
【課堂練習】
1.下列各組物質各自形成的晶體中,均屬于分子晶體的化合物是(　　)
A.NH3、HD、C8H10 B.PCl3、CO2、H2SO4
C.SO2、SO3、C60 D.CCl4、Na2S、H2O2
答案：B
2．下列有關分子晶體的說法中一定正確的是(　　)
A．分子內均存在共價鍵 B．分子間一定存在范德華力
C．分子間一定存在氫鍵 D．其結構一定為分子密堆積
答案：B
3．下列有關冰和干冰的敘述不正確的是(　　)
A．干冰和冰都是由分子密堆積形成的晶體
B．冰晶體中每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子
C．干冰比冰的熔點低得多，常壓下易升華
D．干冰中只存在范德華力不存在氫鍵，一個分子周圍有12個緊鄰的分子
答案：A
4、(1)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物熔點為253 K，沸點為376 K，其固體屬于________晶體。
(2)F2與其他鹵素單質反應可以形成鹵素互化物，如ClF3、BrF3，常溫下它們都是易揮發的液體。ClF3的熔、沸點比BrF3的______(填“高”或“低”)。
(3)下圖為CO2分子晶體結構的一部分，觀察圖形。試說明每個CO2分子周圍有________個與之緊鄰的CO2分子；該結構單元平均占有________個CO2分子。
答案：分子 低 12 4

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