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第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第二節(jié) 分子晶體與共價(jià)晶體
第一課時(shí) 分子晶體
【教材分析】
在學(xué)習(xí)分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的基礎(chǔ)上，本節(jié)介紹了分子晶體的物理性質(zhì)的特性，然后以冰和干冰為例介紹了物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系、分子間作用力對(duì)物質(zhì)狀態(tài)的影響等。
【課程目標(biāo)】
課程目標(biāo) 學(xué)科素養(yǎng)
借助分子晶體模型認(rèn)識(shí)分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 能夠從范德華力、氫鍵的特征，分析理解分子晶體的物理特性。 學(xué)會(huì)比較分子晶體的熔、沸點(diǎn)。 宏觀辨識(shí)與微觀探析：結(jié)合常見(jiàn)的共價(jià)分子的實(shí)例，認(rèn)識(shí)物質(zhì)的構(gòu)成微粒、微粒間相互作用與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系 證據(jù)推理與模型認(rèn)知：借助分子晶體等模型認(rèn)識(shí)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
【教學(xué)重難點(diǎn)】
教學(xué)重點(diǎn)：分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì)之間的關(guān)系，氫鍵對(duì)分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的影響
教學(xué)難點(diǎn)：分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，氫鍵對(duì)冰的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響
【教學(xué)過(guò)程】
【導(dǎo)入新課】
請(qǐng)判斷下列固體是否屬于晶體？并說(shuō)明理由
【思考交流】
從組成粒子和粒子間相互作用的角度分析以下四種晶體結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)是什么？
【講解】
1、分子晶體
(1)概念：只含分子的晶體叫做分子晶體。如：I2、H2O、NH3、H3PO4、萘等在固態(tài)時(shí)都是分子晶體。
(2)粒子及粒子間的相互作用：構(gòu)成分子晶體的微粒是分子，分子晶體中相鄰分子間靠分子間作用力相互吸引，而分子內(nèi)各原子間通常以共價(jià)鍵結(jié)合。
(3)常見(jiàn)分子晶體
①所有非金屬氫化物：如水、硫化氫、氨、氯化氫、甲烷等
②部分非金屬單質(zhì)：如鹵素、氧氣、硫、氮?dú)狻琢椎?br/>③部分非金屬氧化物：如CO2、P4O6、P4O10、SO2等
④幾乎所有的酸：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等
⑤絕大多數(shù)有機(jī)物：如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等
【學(xué)生活動(dòng)】
利用干冰晶體的結(jié)構(gòu)模型認(rèn)識(shí)分子晶體的結(jié)構(gòu)特征，每個(gè)CO2周?chē)袔讉€(gè)緊密相鄰的CO2？
【講解】
分子晶體堆積方式
①分子密堆積：
分子間作用力只有范德華力，無(wú)分子間氫鍵。若以一個(gè)分子為中心，其周?chē)疃嗫梢杂?2個(gè)緊鄰的分子。如C60、干冰、I2、O2等。
【學(xué)生活動(dòng)】
干冰晶胞是一種面心立方結(jié)構(gòu)，在立方體的頂角各有一個(gè)CO2分子，6個(gè)面的中心又各有一個(gè)CO2分子。每個(gè)CO2分子周?chē)染嚯x且最近的CO2分子有12個(gè)。
(1)干冰中的CO2分子間只存在范德華力，不存在氫鍵。
(2) ①每個(gè)晶胞中有4個(gè)CO2分子，12個(gè)原子。
②每個(gè)CO2分子周?chē)染嚯x緊鄰的CO2分子數(shù)為12個(gè)。
【學(xué)生活動(dòng)】
利用冰晶體的結(jié)構(gòu)模型認(rèn)識(shí)分子晶體的結(jié)構(gòu)特征每個(gè)H2O周?chē)袔讉€(gè)緊密相鄰的H2O？
【思考交流】
為什么冰剛剛?cè)诨瘯r(shí)，密度變大，4 ℃后密度又變小？
【提示】
水分子之間的主要作用力是氫鍵（當(dāng)然也存在范德華力)，在冰的晶體中，每個(gè)水分子周?chē)挥?個(gè)緊鄰的水分子。盡管氫鍵比共價(jià)鍵弱得多，不屬于化學(xué)鍵。卻跟共價(jià)鍵一樣具有方向性，即氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰的水分子相互吸引。這一排列使冰晶體中的水分子的空間利用率不高，當(dāng)冰剛剛?cè)诨癁橐簯B(tài)水時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)使冰的結(jié)構(gòu)部分解體，水分子間的空隙減小，密度反而增大，超過(guò)4℃時(shí)，才由于熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間距離增大，密度逐漸減小。
【講解】
分子晶體堆積方式
②非密堆積：若分子間的主要作用力是氫鍵，由于氫鍵具有方向性，使得晶體中分子的空間利用率降低，留有相當(dāng)大的空隙，這種晶體不具有分子密堆積特征，如HF、NH3、冰。
【歸納小結(jié)】
分子晶體的結(jié)構(gòu)特征
分子間作用力 堆積方式 實(shí)例
范德華力 分子密堆積， 每個(gè)分子周?chē)?2個(gè)緊鄰的分子 如C60、干冰、I2、O2
范德華力、氫鍵 分子不采用密堆積， 每個(gè)分子周?chē)o鄰的分子少于12個(gè) 如HF、NH3、冰
【思考交流】
為什么干冰的熔沸點(diǎn)比冰低而密度卻比冰大？
【提示】
由于干冰中的CO2之間只存在范德華力，一個(gè)分子周?chē)?2個(gè)緊鄰分子，密度比冰的高。
水存在分子間氫鍵，CO2之間只存在范德華力，干冰的熔沸點(diǎn)比冰低。干冰常壓下極易升華。而且，干冰在工業(yè)上廣泛用作制冷劑。
【學(xué)生活動(dòng)】
分析表中數(shù)據(jù)，結(jié)合已學(xué)知識(shí)，歸納分子晶體的物理性質(zhì)，并說(shuō)明原因。
【講解】
分子晶體物理性質(zhì)
①分子晶體具有較低的熔、沸點(diǎn)和較小的硬度。
分子晶體熔化時(shí)需破壞分子間作用力，由于分子間作用力很弱，所以分子晶體的熔、沸點(diǎn)一般較低
分子晶體熔、沸點(diǎn)比較規(guī)律
少數(shù)主要以氫鍵作用形成的分子晶體，比一般的分子晶體的熔、沸點(diǎn)高，如含有H—F、H—O、H—N等共價(jià)鍵的分子間可以形成氫鍵，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)相對(duì)較高。
組成與結(jié)構(gòu)相似，分子之間不含氫鍵而只利用范德華力形成的分子晶體，隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)逐漸升高。例如，常溫下Cl2呈氣態(tài)，Br2呈液態(tài)，而I2呈固態(tài)；CO2呈氣態(tài)，CS2呈液態(tài)。
相對(duì)分子質(zhì)量相等或相近的極性分子構(gòu)成的分子晶體，其熔、沸點(diǎn)一般比非極性分子構(gòu)成的分子晶體的熔、沸點(diǎn)高，如CO的熔、沸點(diǎn)比N2的熔、沸點(diǎn)高。
有機(jī)物中組成和結(jié)構(gòu)相似且不存在氫鍵的同分異構(gòu)體，相對(duì)分子質(zhì)量相同，一般支鏈越多，分子間的相互作用力越弱，熔、沸點(diǎn)越低，如熔、沸點(diǎn)：正戊烷＞異戊烷＞新戊烷。
[強(qiáng)調(diào)]分子晶體在熔化時(shí)，只破壞分子間作用力而不破壞化學(xué)鍵。
②分子晶體不導(dǎo)電。
分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下均不存在自由離子或自由電子，因而分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下都不導(dǎo)電。
③分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規(guī)律，即極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑。
【學(xué)生活動(dòng)】
分子晶體的判斷方法
【講解】
依據(jù)物質(zhì)的類別判斷
② 依據(jù)組成晶體的粒子及粒子間作用判斷
依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)判斷
【學(xué)生活動(dòng)】
分子晶體熔沸點(diǎn)高低的判斷
【講解】
①組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，不含氫鍵的分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔沸點(diǎn)越高。
②相對(duì)分子質(zhì)量相等或相近，極性分子的范德華力大，熔沸點(diǎn)高，如CO>N2
③含有分子間氫鍵的分子晶體，熔沸點(diǎn)較高。
④在烷烴的同分異構(gòu)體中，一般來(lái)說(shuō)，支鏈數(shù)越多，熔沸點(diǎn)越低。如沸點(diǎn)：正戊烷>異戊烷>新戊烷；芳香烴及其衍生物苯環(huán)上的同分異構(gòu)體一般按照“鄰位>間位>對(duì)位”的順序。
⑤烴、鹵代烴、醇、醛、羧酸等有機(jī)物一般隨分子中碳原子數(shù)的增加,熔、沸點(diǎn)升高,
【科學(xué)·社會(huì)·技術(shù)】
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