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第三章 晶体结构与性质
第二节 分子晶体与共价晶体
第一课时 分子晶体
【教材分析】
在学习分子的结构与性质的基础上，本节介绍了分子晶体的物理性质的特性，然后以冰和干冰为例介绍了物质结构与性质之间的关系、分子间作用力对物质状态的影响等。
【课程目标】
课程目标 学科素养
借助分子晶体模型认识分子晶体的结构特点。 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。 学会比较分子晶体的熔、沸点。 宏观辨识与微观探析：结合常见的共价分子的实例，认识物质的构成微粒、微粒间相互作用与物质性质的关系 证据推理与模型认知：借助分子晶体等模型认识晶体的结构特点
【教学重难点】
教学重点：分子晶体的结构特点与性质之间的关系，氢键对分子晶体结构与性质的影响
教学难点：分子晶体的结构特点，氢键对冰的结构和性质的影响
【教学过程】
【导入新课】
请判断下列固体是否属于晶体？并说明理由
【思考交流】
从组成粒子和粒子间相互作用的角度分析以下四种晶体结构的共同特点是什么？
【讲解】
1、分子晶体
(1)概念：只含分子的晶体叫做分子晶体。如：I2、H2O、NH3、H3PO4、萘等在固态时都是分子晶体。
(2)粒子及粒子间的相互作用：构成分子晶体的微粒是分子，分子晶体中相邻分子间靠分子间作用力相互吸引，而分子内各原子间通常以共价键结合。
(3)常见分子晶体
①所有非金属氢化物：如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等
②部分非金属单质：如卤素、氧气、硫、氮气、白磷等
③部分非金属氧化物：如CO2、P4O6、P4O10、SO2等
④几乎所有的酸：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等
⑤绝大多数有机物：如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等
【学生活动】
利用干冰晶体的结构模型认识分子晶体的结构特征，每个CO2周围有几个紧密相邻的CO2？
【讲解】
分子晶体堆积方式
①分子密堆积：
分子间作用力只有范德华力，无分子间氢键。若以一个分子为中心，其周围最多可以有12个紧邻的分子。如C60、干冰、I2、O2等。
【学生活动】
干冰晶胞是一种面心立方结构，在立方体的顶角各有一个CO2分子，6个面的中心又各有一个CO2分子。每个CO2分子周围等距离且最近的CO2分子有12个。
(1)干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。
(2) ①每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。
②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。
【学生活动】
利用冰晶体的结构模型认识分子晶体的结构特征每个H2O周围有几个紧密相邻的H2O？
【思考交流】
为什么冰刚刚融化时，密度变大，4 ℃后密度又变小？
【提示】
水分子之间的主要作用力是氢键（当然也存在范德华力)，在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键。却跟共价键一样具有方向性，即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻的水分子相互吸引。这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4℃时，才由于热运动加剧，分子间距离增大，密度逐渐减小。
【讲解】
分子晶体堆积方式
②非密堆积：若分子间的主要作用力是氢键，由于氢键具有方向性，使得晶体中分子的空间利用率降低，留有相当大的空隙，这种晶体不具有分子密堆积特征，如HF、NH3、冰。
【归纳小结】
分子晶体的结构特征
分子间作用力 堆积方式 实例
范德华力 分子密堆积， 每个分子周围有12个紧邻的分子 如C60、干冰、I2、O2
范德华力、氢键 分子不采用密堆积， 每个分子周围紧邻的分子少于12个 如HF、NH3、冰
【思考交流】
为什么干冰的熔沸点比冰低而密度却比冰大？
【提示】
由于干冰中的CO2之间只存在范德华力，一个分子周围有12个紧邻分子，密度比冰的高。
水存在分子间氢键，CO2之间只存在范德华力，干冰的熔沸点比冰低。干冰常压下极易升华。而且，干冰在工业上广泛用作制冷剂。
【学生活动】
分析表中数据，结合已学知识，归纳分子晶体的物理性质，并说明原因。
【讲解】
分子晶体物理性质
①分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。
分子晶体熔化时需破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低
分子晶体熔、沸点比较规律
少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，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、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。
组成与结构相似，分子之间不含氢键而只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、沸点逐渐升高。例如，常温下Cl2呈气态，Br2呈液态，而I2呈固态；CO2呈气态，CS2呈液态。
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、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。
有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。
[强调]分子晶体在熔化时，只破坏分子间作用力而不破坏化学键。
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离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不导电。
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。
【学生活动】
分子晶体的判断方法
【讲解】
依据物质的类别判断
② 依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断
依据物质的性质判断
【学生活动】
分子晶体熔沸点高低的判断
【讲解】
①组成和结构相似的物质，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高。
②相对分子质量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高，如CO>N2
③含有分子间氢键的分子晶体，熔沸点较高。
④在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低。如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“邻位>间位>对位”的顺序。
⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加,熔、沸点升高,
【科学·社会·技术】
学生阅读拓展
【课堂小结】

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