高中化学专题3微粒间作用力与物质性质第四单元第2课时分子晶体学案苏教版.docx

第2课时分子晶体混合晶体学习目标定位1.熟知分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体。2.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。3.了解石墨晶体的结构，会比较不同类型的晶体熔、沸点。一分子晶体1干冰晶胞结构如图所示，观察分析其结构模型，回答下列问题：(1)构成干冰晶体的结构微粒是CO2分子，微粒间的相互作用力是范德华力。(2)从结构模型可以看出：干冰晶体是一种面心立方结构每8个CO2分子构成立方体，在六个面的中心又各占据1个CO2分子。每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个。每个晶胞中有4个CO2分子。2冰晶体的结构如下图所示，根据冰晶体的结构，回答下列问题：(1)构成冰晶体的结构微粒是H2O分子，微粒间的相互作用力是范德华力、氢键。(2)在冰的晶体中，由于水分子之间存在有方向性的氢键，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，这样的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。3由以上分析可知：(1)分子间通过分子间作用力构成的固态物质叫分子晶体。如：干冰、碘晶体、冰等。构成分子晶体的微粒是分子。(2)根据分子晶体的结构特征，推测其具有的物理特性：分子晶体中的微粒间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，因此，分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。归纳总结四种晶体物理性质的比较晶体类型金属晶体离子晶体分子晶体原子晶体定义金属原子通过金属键形成的晶体阴、阳离子通过离子键形成的晶体分子间通过分子间作用力形成的晶体相邻原子间通过共价键结合而形成的立体网状结构的晶体结构基本微粒金属阳离子、自由电子阴离子、阳离子分子原子微粒间作用力金属键离子键范德华力或范德华力与氢键共价键性质熔、沸点一般较高，但差异大较高较低高硬度一般较大，但差异大较大较小大延展性好脆差差导电性固态能导电熔融态或溶于水时能导电某些溶于水后能导电一般不导电，个别为半导体溶解性不溶多数溶于水相似相溶不溶熔化时需克服的作用力金属键离子键范德华力或范德华力与氢键共价键物质类别金属单质和合金离子化合物多数的非金属单质和共价化合物少数的非金属单质和共价化合物典例K、Cu、MgNaCl、CsCl、CaF2干冰、冰、碘金刚石、SiO2活学活用1下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是()ANH3、HD、C10H8BPCl3、CO2、H2SO4CSO2、SiO2、P2O5DCCl4、Na2S、H2O2答案B解析A中HD是单质，不是化合物；C中SiO2为原子晶体，不是分子晶体；D中Na2S是离子晶体，不是分子晶体。2下表列举了几种物质的性质，据此判断属于分子晶体的是_。物质性质X熔点为10.31，液态不导电，水溶液导电Y易溶于CCl4，熔点为11.2，沸点为44.8Z常温下为气态，极易溶于水，溶液pH7W常温下为固体，加热变为紫红色蒸汽，遇冷变为紫黑色固体M熔点为1170，易溶于水，水溶液导电N熔点为97.81，质软，导电，密度为0.97gcm3答案X、Y、Z、W解析分子晶体熔、沸点一般比较低，硬度较小，固态不导电。M的熔点高，肯定不是分子晶体；N是金属钠的性质；其余X、Y、Z、W均为分子晶体。二混合晶体石墨下面是石墨的二维平面结构、层状结构、层内的键结构示意图。回答下列问题：(1)在石墨晶体中，每一个碳原子以三个共价键与另外三个碳原子相连。(2)六个碳原子在一个平面上形成了正六边形的环，伸展成层状结构，其中键长为142pm，属于原子晶体的键长范围，因此对于同一层来说，它是原子晶体。(3)在同一平面内的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互重叠，形成大键，当施加电场时，可以沿电场方向运动，相当于金属晶体中的自由电子，所以石墨能导热、导电，这正是金属晶体的特征。(4)石墨晶体中层与层之间相隔335pm，距离较大，是以范德华力结合起来的，即层与层之间属于分子晶体，但是，由于同平面上的碳原子间的结合很强，共价键很难被破坏，所以石墨的熔点很高，化学性质稳定。归纳总结石墨晶体中既有共价键，还存在范德华力，不能简单地归属于任何一种晶体，所以石墨是一种混合晶体。活学活用3航天飞机表层的防热瓦曾成为航天飞机能否安全着陆的制约因素，防热瓦是以石墨材料为主要成分的十分疏松的泡沫陶瓷。下列有关说法合理的是()A石墨成为该泡沫陶瓷主要成分的主要原因是石墨是原子晶体B石墨成为该泡沫陶瓷主要成分的主要原因是石墨熔点很高C石墨中碳碳键之间的夹角是10928DC60也可代替石墨用作航天飞机表层的防热瓦材料答案B解析石墨为混合晶体，键角为120，熔点高，可用作防热瓦材料；C60为分子晶体，熔点低，不能用作防热瓦材料。4在金刚石晶体中，碳原子数与化学键数之比为_。在石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的化学键数为_，该晶体中碳原子数与化学键之比为_。已知，金刚石晶体与石墨晶体中的碳碳键长(d)相比较，d石墨d金刚石，则金刚石的熔点_石墨的熔点(填“”“”或“”)。答案12323解析金刚石晶体中每个碳原子平均拥有的化学键数为42，则碳原子数与化学键数之比为12。石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的碳原子数和化学键数分别为62和63，其比值为23。注意：稀有气体固态时形成分子晶体，微粒之间只存在分子间作用力，分子内不存在化学键。分子晶体熔化、汽化时克服分子间作用力。分子晶体在固态、熔融态均不导电。当堂检测1下列有关分子晶体的说法中一定正确的是()A分子内均存在共价键B分子间一定存在范德华力C分子间一定存在氢键D其结构一定为分子密堆积答案B解析稀有气体元素组成的分子晶体中，不存在由多个原子组成的分子，而是原子间通过范德华力结合成晶体，所以不存在任何化学键，故A项错误；分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于含有与电负性较强的N、O、F原子结合的氢原子的分子之间或者分子之内，所以B项正确，C项错误；只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，所以D项错误。2下列有关冰和干冰叙述不正确的是()A干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体B冰是由范德华力和氢键形成的晶体，每个水分子周围有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分子间作用力只有范德华力，分子采取密堆积形式，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还存在氢键，由于氢键具有方向性，每个水分子周围有4个紧邻的水分子，采取非紧密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰融化需克服范德华力，冰融化还需要克服氢键，由于氢键比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多。3下列晶体中只存在一种作用力的是()ACO2BNaOHCNH4ClDHe答案D解析CO2晶体中存在共价键和范德华力；NaOH晶体中存在离子键、共价键；NH4Cl晶体中存在离子键、共价键、配位键；只有He属单原子分子，晶体内部存在的作用力只有范德华力。4水分子间可通过一种叫“氢键”的作用(介于化学键和范德华力大小之间)，彼此结合而形成(H2O)n。在冰中的n值为5，即每个水分子都被其他4个水分子包围形成变形四面体，如下图所示为(H2O)5单元，由无限个这样的四面体通过氢键相互连接成一个庞大的分子晶体，即冰。下列有关叙述中正确的是()A1mol冰中有4mol氢键B1mol冰中有45mol氢键C平均每个水分子只有2个氢键D平均每个水分子只有个氢键答案C解析由题图可以看出每个水分子可以形成4个氢键，而一个氢键被两个H2O分子共用，故平均每个水分子含有氢键数42个。即1mol冰中含有2mol氢键。5最近发现一种由M、N两种原子构成的气态团簇分子，如右图所示。实心球表示N原子，空心球表示M原子，则它的化学式为()AM4N4BMNCM14N13DM4N5答案C解析此题是确定晶体的化学式。关键点是该物质为气态团簇分子，故属于分子晶体。与离子晶体、原子晶体不同，它不存在共用与均摊问题，因此该物质的化学式就是其分子式，由14个M原子和13个N原子组成，故应选C。40分钟课时作业基础过关一、分子晶体的晶胞1右图是冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，则该冰中的每个水分子有几个氢键()A2B4C8D12答案A解析每个水分子与四个方向的其他4个水分子形成氢键，每个氢键为2个水分子所共有，因此每个水分子具有的氢键个数为41/22。2中学教材上介绍的干冰晶体是一种立方面心结构，如图所示，即每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2分子，在每个CO2周围距离a(其中a为立方体棱长)的CO2有()A4个B8个C12个D6个答案C解析在每个CO2周围距离a的CO2即为每个面心上的CO2分子，在X、Y、Z三个方向上各有4个，所以应为12个。3在20世纪90年代末期，科学家发现并证明碳有新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C90、C94等另外一些球碳分子。21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家族。下列有关说法错误的是()A熔点比较：C60C70C90金刚石B已知C(石墨)=C(金刚石)H0，则石墨比金刚石稳定CC60晶体结构如图所示，每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子有12个D金刚石、C60、C70、管状碳和洋葱状碳都不能与H2发生加成反应答案D解析本题考查碳单质的几种晶体的结构及性质。C60、C70、C90均是分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，金刚石是原子晶体，熔点比分子晶体高得多，A项正确；石墨转化成金刚石是吸热过程，说明石墨能量低，故石墨比金刚石稳定，B项正确；由C60的晶体结构，可知每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子有12个，C项正确；C60的结构中存在碳碳双键，可与H2发生加成反应，D项错误。二、分子晶体的结构特征与判断4下列物质属于分子晶体的化合物是()A石英B硫酸C干冰D食盐答案C解析石英为原子晶体；硫酸常温呈液态且为混合物；干冰为分子晶体；食盐为离子晶体。5固体乙醇晶体中不存在的作用力是()A极性键B非极性键C离子键D氢键答案C解析固体乙醇晶体是乙醇分子通过分子间作用力结合的，在乙醇分子里有CC之间的非极性键，CH、CO、OH之间的极性键，在分子之间还有O和H原子产生的氢键，但没有离子键。6下列物质呈固态时，一定属于分子晶体的是()A非金属单质B非金属氧化物C含氧酸D金属氧化物答案C解析非金属单质中的金刚石、非金属氧化物中的SiO2均为原子晶体；而金属氧化物通常为离子化合物，属离子晶体。故C正确。7下列关于晶体的说法正确的是()A分子晶体内一定存在共价键B分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定C冰熔化时水分子中共价键没有断裂D由非金属元素形成的化合物一定是分子晶体答案C解析稀有气体元素形成的单质晶体中，分子内不存在共价键，A项错误；分子的稳定性强弱只与分子内所含化学键的强弱有关，而与分子间作用力无关，B项错误；冰熔化时，其分子间作用力被破坏，而共价键没有发生变化，C项正确；由非金属元素形成的化合物NH4Cl、SiO2等不是分子晶体，D项不正确。8科学家最近又发现了一种新能源“可燃冰”。它的主要成分是甲烷分子的结晶水合物(CH4nH2O)。其形成过程是：埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中，厌氧性细菌把有机质分解，最后形成石油和天然气(石油气)，其中许多天然气被包进水分子中，在海底的低温与高压下形成了类似冰的透明晶体，这就是“可燃冰”。这种“可燃冰”的晶体类型是()A离子晶体B分子晶体C原子晶体D金属晶体答案B解析根据题中信息可知，构成该晶体的微粒是分子，又由于该晶体在低温高压条件下才可以以固态形式存在，可推知该晶体的熔、沸点较低，属于分子晶体。9HgCl2的稀溶液可用作手术刀的消毒剂，已知HgCl2的熔点是277，熔融状态的HgCl2不能导电，HgCl2的稀溶液有弱的导电能力，则下列关于HgCl2的叙述中正确的是()HgCl2属于共价化合物HgCl2属于离子化合物HgCl2属于非电解质HgCl2属于弱电解质ABCD答案B解析HgCl2的熔点低，熔融状态不导电，说明它属于共价化合物，而不是离子化合物；水溶液有弱的导电能力，说明在水溶液中微弱电离，属弱电解质。10某化学兴趣小组，在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔点/80171219068782沸点/14651418230571600根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是()ANaCl、MgCl2、CaCl2BAlCl3、SiCl4CNaCl、CaCl2D全部答案B解析由于由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间作用力相互作用，而分子间作用力较小，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔、沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，所以B项正确，A、C、D三项错误。能力提升11下列有关石墨晶体的说法正确的是()A由于石墨晶体导电，所以它是金属晶体B由于石墨的熔点很高，所以它是原子晶体C由于石墨质软，所以它是分子晶体D石墨晶体是一种混合晶体答案D12石墨的片层结构如图所示，试回答：(1)平均_个碳原子构成一个正六边形。(2)石墨晶体每一层内碳原子数与碳碳化学键之比是_。(3)ng碳原子可构成_个正六边形。答案(1)2(2)23(3)解析(1)利用点与面之间的关系，平均每个正六边形需碳原子：61/32(个)。(2)分析每一个正六边形：所占的碳原子数为61/32。所占的碳碳键数为61/23，故答案为23。(3)ng碳原子数为NA，故答案为。13白磷分子中PP键易断开，若一个白磷分子中每个PP键均断开插入一个氧原子，则一共可结合_个氧原子，这样得到磷的一种氧化物，其分子式为_。由C、H、N三种元素组成的某化合物，其分子内含4个氮原子，且4个氮原子排成内空的正四面体(同白磷)，每两个氮原子间都有一个碳原子，且分子内无CC和C=C，则化合物的分子式为_。答案6P4O6C6H12N4解析在白磷分