2020学年高中化学 第三章 第二节 分子晶体与原子晶体同步学案 新人教版选修3

第二节分子晶体与原子晶体一、分子晶体1分子晶体的熔、沸点取决于分子间作用力的大小。对于组成和结构相似的分子晶体，随相对分子质量的增大，分子间作用力也增大，熔、沸点升高，如I2Br2Cl2F2，O2N2。组成相似的分子，有极性的比无极性的分子间作用力大，熔、沸点高，如SO2CO2。有氢键的分子晶体，还要考虑氢键的强弱。2结构相似的分子晶体，相对分子质量大的其熔、沸点不一定大。例如：H2O与H2S，H2O的沸点比H2S高，因为水分子间有氢键，H2S分子中只有范德华力，而氢键比范德华力强。二、原子晶体1原子晶体熔、沸点高低原子晶体的熔、沸点取决于共价键的键长和键能，键能越大，键长越短，共价键越强，熔、沸点越高，如金刚石金刚砂晶体硅。有时键能的大小、键长的长短是可直接通过形成共价键的非金属原子所属元素的电负性来判断的。2分子晶体熔化时，一般只破坏分子间作用力，原子晶体熔化时要破坏化学键。3分子晶体与原子晶体的比较晶体类型分子晶体原子晶体定义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空间网状结构的晶体基本微粒分子原子物质类别多数的非金属单质和共价化合物金刚石、碳化硅(SiC)、晶体硅、二氧化硅等少数非金属单质及共价化合物物理性质硬度和密度较小，熔、沸点较低硬度和密度大，熔、沸点高决定熔、沸点高低的因素范德华力(或氢键)的强弱共价键的强弱导电性某些溶于水能导电均不导电晶体硅(Si)和金刚砂(SiC)都是与金刚石相似的原子晶体，请根据下表中数据，分析其熔点、硬度的大小与其结构之间的关系。晶体键能/kJmol1键长/pm熔点/摩氏硬度金刚石(CC)348154390010金刚砂(CSi)30118427009.5晶体硅(SiSi)22623414106.5解析在原子晶体里，所有原子都以共价键相互结合，整块晶体是一个三维的共价键网状结构。所以，影响原子晶体的熔点、硬度的主要因素就是共价键的键能大小，键能越大，原子晶体的熔点、硬度越高，而共价键的键能又与键长相关，一般来说，键长越短，键能越大，键长越长，键能越小。答案键长越短，键能越大，熔点越高，硬度越大；反之，键长越长，键能越小，熔点越低，硬度越小。原子晶体物理性质的差异主要是由共价键键能的不同造成的，键能越大，熔、沸点越高，硬度越大。而键能又与键长有关，键长可由成键原子半径的相对大小得出。一般来说，成键原子的半径之和越大，键长越长，键能越小。SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其作出如下推测不正确的是()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熔点高于CCl4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的相对分子质量，所以SiCl4的分子间作用力和熔、沸点应该比CCl4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。答案B影响分子晶体物理性质的主要因素是存在于晶体中的分子间作用力(包括范德华力和氢键)。由于分子间作用力比化学键键能小得多，因此分子晶体的熔、沸点较低，硬度也很小。1怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？提示从碳到锗，核电荷数增大，电子层数增多，原子半径依次增大，CC键、SiSi键、GeGe键的键长依次增大，键长越短，共价键越牢固，而熔化时破坏的是共价键，因此键的稳定性是CC键SiSi键GeGe键，所以金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。2“具有共价键的晶体叫做原子晶体。”这种说法对吗？为什么？提示不对。如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共价键，而它们都是分子晶体；如金刚石、晶体Si、SiC、SiO2中都有共价键，它们都是原子晶体；只有相邻原子间以共价键相结合形成空间网状结构的晶体才是原子晶体。1分子原子2分子原子3.原子晶体分子晶体微粒原子分子微粒间作用力共价键分子间作用力4.这种错误说法的根源在于没有明确构成原子晶体的微粒是原子。5属于原子晶体的是：金刚石、石英、金刚砂属于分子晶体的是：干冰、冰、硫黄、C60、碘、白磷、苯甲酸、稀有气体的晶体、氧的晶体、氮的晶体6略。712个1下列说法正确的是()A原子晶体中只存在非极性共价键B稀有气体形成的晶体属于分子晶体C干冰升华时，分子内共价键会发生断裂D金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物答案B解析本题主要考查常见晶体的相关知识。单质类型为原子晶体(晶体硅、金刚石)的物质，只有非极性共价键，而化合物型的晶体(SiO2)中则含有极性共价键，A不正确；稀有气体为单原子分子，故B正确；干冰升华时破坏的是CO2分子之间的作用力，分子内的CO共价键没有变化，C不正确；只有活泼金属与活泼非金属才能形成离子化合物，而AlCl3等物质则为共价化合物，D不正确。2水的沸点为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。H原子与电负性大的原子(如N、O、F)形成氢键，而使其熔、沸点升高，表现出不同于同一主族元素组成的结构相似的物质的特性。3金刚石是典型的原子晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是()A晶体中不存在独立的“分子”B碳原子间以共价键相结合C是硬度最大的物质之一D化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应答案D解析在金刚石中，碳原子以共价键结合成空间网状结构，不存在具有有限固定组成的分子。由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能高，所以金刚石的硬度很大，因此A、B、C选项是正确的；但是由于金刚石是碳的单质，可以在空气或氧气中燃烧生成CO2分子，故D选项的说法是错误的。4我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是()A碳、氮原子构成平面结构的晶体 B碳氮键比金刚石中的碳碳键更短C氮原子电子数比碳原子电子数多 D碳、氮的单质的化学性质均不活泼答案B解析由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知该晶体应该是一种原子晶体，原子晶体是一种空间网状结构而不是平面结构，所以A选项是错误的；由于氮原子的半径比碳原子的半径要小，所以二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短，所以该晶体的熔、沸点和硬度应该比金刚石更高，因此B选项是正确的；而原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响到所形成的晶体的硬度等，所以C、D选项也是错误的。5下列物质固态时熔点的比较正确的是()AF2Cl2Br2 B金刚石P4O2CSHBr金刚石 DI2CH4冰答案B解析A项中F2、Cl2、Br2均是分子晶体，由“组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高”可知熔点：F2Cl2I2 BSiCl4CCl4 CNH3CH3(CH2)2CH3答案B解析A、B选项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大的熔、沸点高；C选项属于有氢键存在的分子结构相似的情况，存在氢键的熔、沸点高；D选项属于相对分子质量相同，但分子结构不同的情况，支链多的熔、沸点低。2氮化硼(BN)是一种新型结构材料，具有超硬、耐磨、耐高温等优良特性，下列各组物质熔化时，所克服的微粒间作用与氮化硼熔化时克服的微粒间作用都相同的是()A硝酸钠和金刚石 B晶体硅和水晶C冰和干冰 D苯和萘答案B解析由题意知BN、SiO2和晶体Si均为原子晶体，熔化时同种晶体类型克服的微粒间作用力相同。3二氧化硅晶体是立体的网状结构。其晶体模型如下图所示。请认真观察该晶体模型后回答以下问题：二氧化硅的晶胞结构(1)二氧化硅晶体中最小环为_元环。(2)每个硅原子为_个最小环共有。(3)每个最小环平均拥有_个硅原子、_个氧原子。答案(1)12(2)12(3)1解析如将金刚石晶体中的碳原子换成硅原子，则可得到晶体硅。与金刚石晶体相比，晶体硅中原子半径较大，SiSi键的键长较长。如在每个SiSi键中插入一个氧原子，则可得到SiO2晶体，即图所示的晶体结构。利用金刚石结构所得结论，二氧化硅晶体中的最小环应为12元环(6个氧原子和6个硅原子交替成环)；同理，每个硅原子为12个最小环共有；每个最小环平均拥有61/121/2个硅原子和61/61个氧原子。4分子晶体中一定有共价键吗？分子晶体熔化时破坏共价键吗？答案不一定，如稀有气体晶体中只有分子间作用力而无化学键。分子晶体熔化时只破坏分子间作用力，不破坏共价键。5二氧化硅和二氧化碳的熔、沸点为何相差很大？答案SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，熔化时破坏的分别是为共价键和分子间作用力，故SiO2熔、沸点高，而CO2熔、沸点低。1下列叙述不正确的是()A由分子构成的物质其熔点一般较低B分子晶体在熔化时，共价键没有被破坏C分子晶体中一定存在共价键D分子晶体中分子间作用力越大，其化学性质越稳定答案CD解析由分子构成的物质，即分子晶体中存在两种作用力，一种是分子内部原子与原子间存在的共价键(稀有气体除外)，另一种是分子与分子间的作用力，当分子晶体熔化或汽化时，破坏的是分子间作用力而不是共价键，其溶于水时破坏的不一定是共价键，例如乙醇。2下列物质中，属于原子晶体的化合物是()A水晶 B晶体硅 C金刚石 D干冰答案A解析晶体硅、金刚石是原子晶体，但不是化合物；干冰为分子晶体。3在40 GPa高压下，用激光器加热到1 800 K时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是()A原子晶体干冰易汽化，可用作制冷剂B原子晶体干冰有很高的熔点和沸点C原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料D1 mol原子晶体干冰中含2 mol CO键答案B解析已制得原子晶体干冰，所以应具有原子晶体的性质，熔、沸点高，硬度大。所以B正确。4有关晶体的叙述中正确的是()A在SiO2晶体中，由Si、O构成的最小单元环中共有8个电子B在12 g金刚石中，含CC共价键键数为4NAC干冰晶体熔化只需克服分子间作用力D金属晶体是由金属原子直接构成的答案C解析金刚石中每个C原子平均拥有2个CC共价键，12 g 金刚石中，CC键数应为2NA；金属晶体是由金属离子和自由电子形成的。5下列物质的晶体中，不存在分子的是()A二氧化硅 B二氧化硫 C二氧化碳 D二硫化碳答案A解析在SiO2、SO2、CO2、CS2中，只有SiO2属于原子晶体，不存在分子。6干冰汽化时，下列所述内容发生变化的是()A分子内共价键 B分子间作用力C分子间的距离 D分子内共价键的键长答案BC解析分子晶体汽化时，只是分子间距离变大了，从而引起分子间作用力也发生变化，而分子本身并没有变化。7CH4、NH3、H2O、HF的熔、沸点由大到小的关系是()ACH4、NH3、H2O、HF BH2O、HF、NH3、CH4CHF、CH4、NH3、H2O DHF、H2O、CH4、NH3答案B解析由于HF、H2O、NH3中存在氢键，故其熔、沸点比CH4高。8.六氟化硫分子为正八面体构型(分子结构如图)，难溶于水，在高温下仍有良好的绝缘性，在电器工业方面具有广泛用途。下列推测正确的是()ASF6各原子均达8电子稳定结构BSF6易燃烧生成SO2CSF6分子是含有极性键的非极性分子DSF6是原子晶体答案C解析据信息六氟化硫分子为正八面体构型知SF6为分子晶体，而非原子晶体；据信息六氟化硫分子在高温下仍有良好的绝缘性，说明SF6不易燃；据图示知S原子不是8电子稳定结构。综上所述选C。9氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300反应获得。(1)氮化硅属于_晶体(填晶体类型)。(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子、Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构。请写出氮化硅的化学式：_。(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为_。答案(1)原子(2)Si3N4(3)3SiCl42N26H2Si3N412HCl解析由于氮化硅硬度大、熔点高，所以应属于原子晶体；第(2)问可根据化合价S、轻松解出答案。10.(1)上图为干冰的晶胞结构，观察图形，确定在干冰中每个CO2分子周围有个与之紧邻且等距离的CO2分子。在干冰中撒入镁粉，用红热的铁棒引燃后，再盖上另一块干冰，出现的现象为，反应的化学方程式是_。(1) 下列三种晶体CO2，CS2，SiO2的熔点由高到低的顺序是_(用序号填空)，其原因是_。答案(1)12镁粉在干冰中继续燃烧，发出耀眼的白光，并有黑色物质生成2MgCO22MgOC(2)SiO2是原子晶体，CO2、CS2是分子晶体，所以SiO2熔点最高；CO2和CS2组成和结构相似，且CS2的相对分子质量大于CO2的相对分子质量，所以CS2的熔点高于CO2解析(1)以晶胞中的任意一个顶点为坐标原点，以通过该顶点的三条棱边为坐标轴建立起一个三维直角坐标系，在坐标原点的周围可以无隙并置8个晶胞，这样在每一个坐标轴上都可以看到有两个与坐标原点上的CO2分子等距离的CO2分子，但是这些CO2分子与坐标原点上的CO2分子的距离并不是最近的，其最近的CO2分子应该是每一个晶胞的面心上的，共有12个这样的CO2分子。(2)一般来说，原子晶体的熔点高于分子晶体的熔点，因为原子晶体熔化时要破坏共价键，而分子晶体熔化时只是克服分子间作用力，分子间作用力比共价键弱得多。如果同为分子晶体，当分子的组成和结构相似时，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高。11下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分。(1)其