高中化学选修3教案：第三章+第二节+分子晶体与原子晶体(教案)

［讲］稀有气体为单原子分子。

也是分子晶体
[板书](3) 微粒间的作用
［讲］分子间作用力，部分晶体中存在氢键。

分子晶体采用密堆积。

[设问]根据分子间作用力较弱的特点判断分子晶体的特性有哪些？参照表3-2。

［讲］分子间作用力的大小决定了晶体的物理性质。

分子晶体要熔化、要汽化都要克服分子间的作用力。

分子的相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔沸点越高，硬度越大。

比如氧气分子间作用力比氮气分子间作用力大，氧气沸点比氮气沸点高。

工业上制氧气，就是先把空气液化，然后使液态空气蒸发，氮气首先从液态空气中蒸发出来，剩下的主要是液态氧气。

由于分子间作用用很弱，克服分子间作用力使物质熔化、汽化所需要的能量较小，因此，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，一般只破坏分子间作用力，不破坏分子内的化学键，但也有例外。

如硫晶体熔化时，既破坏了分子间的作用力，同时部分S-S键断裂，形成更小的分子。

[板书]2、分子晶体特点：低熔点、升华、硬度很小，固体和熔融状态下都不导电。

［讲］根据相似相溶原理，非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。

[学生阅读]第二自然段，对常见的分子晶体归类。

[板书]3、常见分子晶体分类：
(1)所有非金属氢化物
(2)部分非金属单质，
(3)部分非金属氧化物
(4)几乎所有的酸
(5)绝大多数有机物的晶体。

[投影]图3-10氧和碳-60是分子晶体：
[讲] 大多数分子晶体的结构有如下特征：如果分子间作用力只是范德华力，若以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子，如图3—10，分子晶体的这一特征称为分子密堆积。

[板书]4、分子晶体结构特点：
（1）分子密堆积：
［讲］只有范德华力，无分子间氢键——分子密堆积。

这类晶体每个分子周围一般有12个紧邻的分子，如：C60、干冰、I2、O2。

分子密堆积属于面心立方结构。

[板书]① C60
［讲］C60是由60个C原子组成的类似于足球的分子，由欧拉公式可推知该分子中有12个正五边形和20个正六边形。

每个C原子与其他3个C原子紧邻成键，形成的总键数为90。

由于每个C原子可形成4个键，所以3个键中肯定有一个是双键，则其中的双键数为30 ,单键数为60。

［知识拓展］欧拉公式
简单多面体的顶点数V、面数F及棱数E间有关系：V+F-E=2 [讲]然而，分子间还有其他作用力的分子晶体，如我们最熟悉的冰，水分子之间的主要作用力是氢键(当然也存在范德华力)，从图3—11可见，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，留有相当大的空隙。

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，分子间距离加大，密度渐渐减小。

[讲]有一种晶体叫做干冰，是CO2的晶体，干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，而熔点却比冰低得多，在常压下极易升华。

而且，由于干冰中的CO2分子之间只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻分子，密度比冰的高。

干冰在工业上广泛用作制冷剂。

[板书]② 干冰：CO2的晶体。

分子间存在范德华力，熔点低，易升华，制冷剂。

[投影]干冰极其晶胞：
［投影］
a
面心立方
［讲］每个CO2分子紧邻12个CO2分子（同层4个、上层4个、下层4个），三个互相垂直的平面上各4个。

则此晶胞中的CO2分子数为4。

大多数分子晶体具有这种结构特征。

［讲］与密堆积相对的，是非密堆积。

有分子间氢键——氢键具有方向性,使晶体中的空间利率不高,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（每个水分子周围只有4个紧邻的水分子）。

[板书]（2）冰的晶体：氢键型晶体、每个水分子周围只有4个紧邻的水分子、正四面体形。

特点：4℃密度最大。

[投影]冰和液态水结构对比：
［讲］水形成的晶体特征是所有水分子以氢键的结合一起形成链状或层状等结构。

这属于氢键形晶体。

当水形成冰晶体时，体积膨胀，密度减小。

［思考与交流］已知氢键也有方向性，试分析为什么冬季河水总是从水面上开始结冰？
［汇报］由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶点的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上
［思考与交流］为什么冰融化为水时,密度增大？
［汇报］在冰晶体中,每个分子周围只有4个紧邻的水分子,由于水分子之间的主要作用力是氢键,氢键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变,留有相当大的空隙.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。

［思考与交流］为何干冰的熔沸点比冰低，密度却比冰大？
［汇报］由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。

由于水分子间氢键的方向性，导致冰晶体不具有分子密堆积特征，晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下冰体积较大。

由于CO2分子的相对分子质量>H2O ，所以干冰的密度大。

[阅读]科学视野：天然气水合物—一种潜在的能源
许多气体可以与水形成水合物晶体。

最早发现这类水合物晶体的是19世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为Cl2·8H20的水合物晶体。

20世纪末，科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体。

这种晶体的主要气体成分是甲烷，因而又称甲烷水合物。

它的外形像冰，而且在常温常压下会迅速分解释放出可燃的甲烷，因而又称“可燃冰”………
[随堂练习]
第28届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类 1000年的能源需要。

天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳五个CH4分子或1个游离H2O分子。

根据上述信息，完成下两题：
1、．下列关于天然气水合物中两种分子极性的描述正确的是
A、两种都是极性分子
B、两种都是非极性分子
C、CH4是极性分子，H2O是非极性分子
D、H2O是极性分子，CH4是非极性分子
2、若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离H2O分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为。