人教版选修3 第3章第2节 分子晶体与原子晶体（第1课时） 学案.docx

第二节分子晶体与原子晶体第1课时分子晶体 目标导航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。一、分子晶体1分子晶体的概念及结构特点(1)概念：只含分子的晶体称为分子晶体。(2)构成微粒及作用力分子晶体(3)微粒堆积方式若分子间作用力只有范德华力，则分子晶体有分子密堆积特征，即每个分子周围有12个紧邻的分子。分子间含有其他作用力，如氢键，则每个分子周围紧邻的分子要少于12个。如冰中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。2常见的分子晶体(1)所有非金属氢化物，如h2o、nh3、ch4等。(2)部分非金属单质，如卤素(x2)、o2、n2、白磷(p4)、硫(s8)等。(3)部分非金属氧化物，如co2、p4o10、so2、so3等。(4)几乎所有的酸，如hno3、h2so4、h3po4、h2sio3等。(5)绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。【议一议】1所有分子晶体中是否均存在化学键，为什么？答案绝大多数分子晶体的微粒内部都存在化学键，如n2、h2o、so2等分子内部都有共价键，而稀有气体为单原子分子，分子内部无化学键，分子之间以范德华力结合，所以并非分子晶体的分子内部都存在化学键。二、常见的分子晶体1冰(1)水分子之间的主要作用力是氢键，当然也存在范德华力。(2)氢键有方向性，它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个相邻水分子互相吸引。2干冰(1)在常压下极易升华。(2)干冰中的co2分子间只存在范德华力而不存在氢键，一个co2分子周围等距紧邻的co2分子有12个。【议一议】2观察下图冰和干冰的结构，回答下列问题。(1)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？(2)为什么冰融化为水时，密度增大？(3)为什么干冰的熔沸点比冰低，密度却比冰大？(4)干冰晶体中，每个co2分子紧邻的co2分子有几个？如何判断？若图乙为干冰的一个晶胞，则此晶胞中co2的分子数是多少？答案(1)由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶角的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状晶体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上。(2)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。(3)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分子的相对分子质量，所以干冰的密度大。(4)每个co2分子紧邻12个co2分子；三个互相垂直的平面上各4个；此晶胞中 co2分子数为4。一、分子晶体及其判断【例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、c10h8 bpcl3、co2、h2so4cso2、sio2、p2o5 dccl4、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。规律总结1分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体叫分子晶体。如：干冰、碘晶体、冰等。构成分子晶体的粒子只有分子。2常见的典型的分子晶体有(1)所有非金属氢化物，如水、氨、甲烷等；(2)部分非金属单质，如卤素、o2、s8、p4、c60等；(3)部分非金属氧化物，如co2、so3、p4o10等；(4)几乎所有的酸；(5)绝大多数有机物的晶体。3两种典型的分子晶胞(1)干冰型堆积特征：分子密堆积。(2)冰型堆积特征：四面体型。变式训练1下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是()a固态氢 b固态氖c磷 d三氧化硫答案b解析稀有气体分子都属于单原子分子，因此稀有气体形成的晶体属于分子晶体且由原子直接构成。其他分子晶体一般由分子构成，如干冰、冰等。二、分子晶体的物理性质及应用【例2】下列物质，按沸点降低顺序排列的一组是()ahf、hcl、hbr、hibf2、cl2、br2、i2ch2o、h2s、h2se、h2tedci4、cbr4、ccl4、cf4答案d解析a、c中hf和h2o分子间含有氢键，沸点反常；对结构相似的物质，b中沸点随相对分子质量的增加而增大；d中沸点依次降低。规律总结1分子晶体具有熔、沸点较低，硬度较小，固态不导电等物理特性。所有在常温下呈气态的物质、常温下呈液态的物质(除汞外)、易升华的固体物质都属于分子晶体。2分子间作用力的大小决定分子晶体的物理性质。分子间作用力越大，分子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。变式训练2下列有关分子晶体熔点高低的叙述中，正确的是()a氯气碘单质 b四氯化硅四氟化硅cnh3ph3 d异戊烷正戊烷答案b解析a、b选项属于无氢键存在，分子结构相似的情况，相对分子质量大的物质熔、沸点高；c选项属于有氢键存在，分子结构相似的情况，存在氢键的物质熔、沸点高；d选项属于相对分子质量相同的同分异构体，支链多的物质熔、沸点低。1下列晶体中，不是分子晶体的是()a氯化铵 b硫酸c氦气 d三氧化硫答案a2sicl4的分子结构与ccl4相似，对其进行的下列推测不正确的是 ()asicl4晶体是分子晶体b常温、常压下sicl4是气体csicl4的分子是由极性键形成的非极性分子dsicl4的熔点高于ccl4答案b解析由于sicl4具有分子结构，所以一定属于分子晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，在这两种分子中都只有范德华力，sicl4的相对分子质量大于ccl4，所以sicl4的分子间作用力更大一些，熔、沸点更高一些。ccl4的分子是正四面体结构，sicl4与它结构相似，因此也应该是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。3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选项也是错误的。4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/1 4651 418230571 600根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是()anacl、mgcl2、cacl2 balcl3、sicl4cnacl、cacl2 d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。5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解析如图在每个co2周围距离a的co2即为每个面心上的co2分子，共有8(3)12个。6q、r、x、y、z为前20号元素中的五种，q的低价氧化物与x单质分子的电子总数相等，r与q同族，y和z的离子与ar原子的电子层结构相同且y的原子序数小于z。(1)q的最高价氧化物，其固态属于_晶体，俗名叫_。(2)r的氢化物分子的空间构型是_，属于_分子(填“极性”或“非极性”)。(3)x的常见氢化物的立体构型是_；它的另一氢化物x2h4是一种火箭燃料的成分，其电子式是_。(4)q分别与y、z形成的共价化合物的化学式是_和_；q与y形成的分子的电子式是_，属于_分子(填“极性”或“非极性”)。答案(1)分子干冰(2)正四面体形非极性(3)三角锥形解析根据问题(4)中q和y、z能形成共价化合物，则y和z为非金属元素，又由于y和z的离子与ar原子的电子层结构相同，且y的原子序数小于z，因此y和z分别为s和cl。根据问题(3)x的氢化物x2h4是一种火箭燃料的成分，因此x为n，q的低价氧化物与n2的电子数相同，因此q为c，r与q又在同族，因此r为si。(1)q为c，其最高价氧化物为co2，为分子晶体，俗名为干冰。(2)r为si，其氢化物为sih4，因此空间构型是正四面体结构，非极性分子。(3)n的常见氢化物为nh3，空间构型为三角锥形，n2h4的结构式为，因此其电子式为。(4)c分别和s、cl形成的共价化合物为cs2、ccl4，cs2和co2结构相同，都是直线形非极性分子，其结构式为s=c=s，因此其电子式为。 经典基础题1干冰熔点很低是由于()aco2是非极性分子bc=o键的键能很小cco2化学性质不活泼dco2分子间的作用力较弱答案d2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。3下列说法正确的是()a分子晶体都具有分子密堆积的特征b分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高c分子晶体中，共价键键能越大，分子的熔、沸点越高d分子晶体中，分子间作用力越大，分子越稳定答案b解析含有氢键的分子晶体不具有分子密堆积的特征，如冰，a错误；分子晶体的熔、沸点高低与分子间作用力的大小有关，与化学键的强弱无关，b正确，c错误；分子的稳定性与化学键的强弱有关，与分子间作用力的大小无关，d错误。4下列物质在室温下均是分子晶体的是()ah2o、ch4、hfb红磷、硫、碘cco2、so2、no2dh2so4、ch3ch2oh、hcho答案b5如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子有几个氢键()a2 b4c8 d12答案a解析每个水分子与四个方向的4个水分子形成氢键，每个氢键为2个水分子共用，故其氢键个数为42。6水的沸点是100 ，硫化氢的分子结构跟水相似，但它的沸点却很低，是60.7 ，引起这种差异的主要原因是()a范德华力 b共价键c氢键 d相对分子质量答案c解析水分子间可以形成氢键，从而使该物质的熔、沸点升高。7已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190 ，则下列结论不正确的是 ()a氯化铝是电解质b固态氯化铝是分子晶体c固态氯化铝是离子晶体d氯化铝为非极性分子答案c8据报道，科研人员应用电子计算机模拟出来类似c60的物质n60，试推测下列有关n60的说法正确的是()an60易溶于水bn60是一种分子晶体，有较高的熔点和硬度cn60的熔点高于n2dn60的稳定性比n2强答案c解析c60是一种单质，属于分子晶体，而n60类似于c60，所以n60也是单质，属于分子晶体，即具有分子晶体的一些性质，如硬度较小、熔沸点较低。分子晶体相对分子质量越大，熔沸点越高。单质一般是非极性分子，难溶于水这种极性溶剂，因此a、b项错误，c项正确。n2分子以nn结合，n60分子中只存在nn，而nn比nn牢固得多，所以d项错误。9下列分子晶体在熔化时，只破坏范德华力的是_，既破坏范德华力，又破坏氢键的是_。h2o2p4(白磷)so2co2h2o2hfh2nch2ch2coohc2h6答案解析有氢键的分子晶体，其分子中应含有hf键、ho键、hn键中的任何一个键，在熔化时其中的氢键被破坏。能力提升题10水分子间可通过氢键彼此结合而形成(h2o)n，在冰中n值为5，即每个水分子被其他4个水分子包围形成变形四面体，右图所示为(h2o)5单元，由无限个这样的四面体通过氢键构成一个庞大的分子晶体，即冰。下列有关叙述正确的是 ()a1 mol冰中含有4 mol氢键b1 mol冰中含有45 mol氢键c平均每个水分子只含有2个氢键d平均每个水分子只含有个氢键答案c解析由图可知，每个水分子(处于四面体的中心)与4个水分子(处于四面体的四个顶角)形成四个氢键，因为每个氢键都是由2个水分子共同形成的，所以每个水分子形成的氢键数为42。11自从英国化学家巴特列(n.bartlett)首次合成了第一种稀有气体的化合物xeptf6以来，人们又相继发现了氙的一系列化合物，如xef2、xef4等。巴特列为开拓稀有气体化学作出了历史性贡献。(1)请根据xef4的结构示意图(下图1)判断这个分子是极性分子还是非极性分子？_。(2)xef2晶体是一种无色晶体，下图2为它的晶胞结构图。xef2晶体属于哪种类型的晶体？_。,图1 图2)答案(1)非极性分子(2)分子晶体解析由其结构示意图可知，xef4是非极性分子，xef2是分子晶体。12(1)比较下列化合物熔沸点的高低(填“”或“”)。co2_so2nh3_ph3o3_o2ne_arch3ch2oh_ch3ohco_n2(2)已知alcl3的熔点为190 (2.202105 pa)，但它180 即开始升华。请回答：alcl3固体是_晶体。设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是_。答案(1)(2)分子在熔融状态下，验证其是否导电，若不导电是共价化合物解析(1)各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔沸点的判断规律，较容易比较六组物质熔沸点的高低。(2)由alcl3的熔点低以及在180 时开始升华判断alcl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其熔融状态下是否导电，若不导电是共价化合物，导电则是离子化合物。13.已知a、b、c、d四种分子所含原子的数目依次为1、3、6、6，且都含有18个电子，b、c是由两种元素的原子组成，且分子中两种原子的个数比均为12。d是一种有毒的有机物。(1)组成a分子的原子的元素符号是_。(2)从b分子的立体结构判断，该分子属于_分子(填“极性”或“非极性”)。(3)c分子中都包含_个键，_个键。(4)d的熔、沸点比c2h6的熔、沸点高，其主要原因是(需指明d是何物质)：_。.co的结构可表示为co，n2的结构可表示为nn。(5)下表是两者的键能数据：(单位：kjmol1)aba=babco357.7798.91 071.9n2154.8418.4941.7结合数据说明co比n2活泼的原因：_。.fe、co、ni、cu等金属能形成配合物与这些金属原子的电子层结构有关。(6)基态ni原子的核外电子排布式为_，基态cu原子的价电子排布式为_。(7)fe(co)5常温下呈液态，熔点为20.5 ，沸点为103 ，易溶于非极性溶剂，据此可判断fe(co)5晶体属于_(填晶体类型)。答案.(1)ar(2)极性(3)50(4)d是ch3oh，分子之间能形成氢键.(5)co中断裂1 mol 键需吸收能量273 kj，n2中断裂1 mol 键需吸收能量523.3 kj，所以co分子中的键比n2分子中的键更容易发生反应.(6)1s22s22p63s23p63d84s23d104s1(7)分子晶体解析(1)18个电子的单原子分子是氩。(2)b是由两种元素的3原子构成的含有18个电子的分子，则b是h2s，是极性分子。(3)c是由两种元素的6原子构成的含有18个电子的分子，原子个数比为12，则c是n2h4，n原子采取sp3杂化，分子内有5个键，无键。(4)d是由6原子构成的含有18个电子有毒的有机物，应是甲醇。ch3oh分子之间能形成氢键，因此熔、沸点比c2h6的熔、沸点高。(5)co分子中的一个键的键能1 071.9 kjmol1798.9 kjmol1273 kjmol1。n2分子内的一个键的键能941.7 kjmol1418.4 kjmol1523.3 kjmol1，键能越大越稳定，co分子中的键比n2更容易断裂，所以co比n2活泼。(6)基态ni原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2，基态cu原子的价电子排布式为3d104s1。(7)fe(co)5熔、沸点低，易溶于非极性溶剂，是分子晶体。14溴化碘(ibr)是一种卤素互化物。它有很高的化学活性，有许多性质跟卤素单质很相似。它在常温、常压下是深红色固体，熔点为41 ，沸点为116 。固体溴化碘是_晶体，含有_键。溴化碘与水反应，生成一种无氧酸和一种含氧酸，