高二化学分子晶体与原子晶体

第二节分子晶体与原子晶体金刚石是一种矿物，早在公元前1000年，人们就发现金刚石很硬，“金刚石”的英文名DIAMOND，就源于阿拉伯语“ALMAS”最坚硬的。金刚石具有许多优良的性质熔点高3350、不导电、硬度极高。这些性质显然是由金刚石的结构决定的。那么，金刚石具有怎样的结构呢水晶是一种古老的宝石，晶体完好时呈六棱柱钻头形。在水晶中，原子是怎样排列的呢我们知道，冰容易融化，干冰容易气化，碘晶体容易升华。那么，这些晶体为什么具有上述特殊性质呢它们的结构又是怎样的呢1掌握分子晶体、原子晶体的概念及结构特点。2掌握晶体类型与性质之间的关系。3了解氢键对物质物理性质的影响。1结构特点1构成微粒及微粒间的作用力2微粒堆积方式若分子间只有范德华力，则分子晶体有特征，即每个分子周围有个紧邻分子。若分子间含有其他作用力，如氢键。由于氢键具有，使分子不能采取密堆积的方式，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个紧邻的水分子。分子密堆积12方向性42属于分子晶体的物质1所有，如H2O、NH3、CH4等。2部分，如卤素X2、O2、N2、白磷P4、硫S8、稀有气体等。3部分，如CO2、P4O6、P4O10、SO2等。4几乎所有的酸，如HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SIO3等。5绝大多数，如苯、乙醇。非金属氢化物非金属单质非金属氧化物有机物的晶体分子晶体的特征及影响分子晶体熔沸点的因素1分子晶体的特征大多数分子晶体具有如下结构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。如干冰晶体如图A晶体中含有其他作用力如氢键时，分子晶体的分子堆积要少于12个。如冰中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构成水的晶体。如图B2分子间作用力与分子晶体熔、沸点的关系分子晶体的熔、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。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。1SICL4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解析由于SICL4分子结构与CCL4相似，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，在这两种分子之间都只有范德华力，SICL4的相对分子质量大于CCL4的相对分子质量，所以SICL4的分子间作用力比CCL4大，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B1结构特点1构成微粒及微粒间的作用力2微粒堆积方式整块晶体是一个三维的结构，不存在单个小分子，是一个“巨分子”，又称。共价键网状共价晶体2属于原子晶体的物质1某些，如晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等。2某些，如碳化硅SIC、氮化硅SI3N4、氮化硼BN等。3某些，如二氧化硅SIO2等。非金属单质非金属化合物氧化物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结合形成的晶体相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体组成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、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等少数非金属单质及共价化合物晶体类型分子晶体原子晶体微粒间的作用力分子间作用力氢键、范德华力共价键极性键、非极性键熔化时需克服的作用力较弱的分子间作用力很强的共价键物理性质熔、沸点较低很高硬度较小很大导电性固态和熔化时都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电，如HCL固态和熔化时都不导电溶解性相似相溶难溶于一般溶剂决定熔、沸点高低的因素分子间作用力的强弱共价键的强弱晶体类型分子晶体原子晶体典型例子1干冰每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子有12个。2冰1金刚石在晶体中每个碳原子以4个共价键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构。晶体中CCC夹角为10928，碳原子采取了SP3杂化。晶体类型分子晶体原子晶体典型例子水分子之间的作用力有范德华力，但主要作用力是氢键。最小环上有6个碳原子。晶体中C原子个数与CC键数之比为2二氧化硅141212。典型例子由于氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶点的4个相邻的水分子相互吸引。在晶体中每个硅原子和4个氧原子形成4个共价键；每个氧原子与2个硅原子相结合。故SIO2晶体中硅原子与氧原子按12的比例组成。最小环上有12个原子。2美国科学杂志曾报道在40GPA的高压下，用激光加热到1800K，人们成功制得了原子晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是A该原子晶体中含有极性键B该原子晶体易汽化，可用作制冷材料C该原子晶体有很高的熔点、沸点D该原子晶体硬度大，可用作耐磨材料解析CO2由固态时形成的分子晶体变为原子晶体，其成键情况也发生了变化，由原来的CO双键变为CO单键，但化学键依然为极性共价键，故A项正确。由于晶体类型及分子结构发生变化，物质的熔、沸点等性质也发生了变化。CO2原子晶体具有高硬度、高熔、沸点等特点，故C、D选项正确，B项错误。答案B2011南京高二质检下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是SIO2和SO3晶体硼和HCLCO2和SO2晶体硅和金刚石晶体氖和晶体氮硫磺和碘ABCD思路指引本题考查了化学键的类型与晶体类型的判断。解题时应注意化学键类型的判断。属于分子晶体的有SO3、HCL、SO2、CO2、晶体氖、晶体氮、硫磺、碘等。属于原子晶体的有SIO2、晶体硼、晶体硅、金刚石等。但晶体氖是由稀有气体分子构成，稀有气体分子间不存在化学键。答案C判断非金属元素组成的晶体是分子晶体还是原子晶体的方法1依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断原子晶体的构成粒子是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的构成粒子是分子，质点间的作用是范德华力。2记忆常见的、典型的原子晶体。常见的原子晶体有某些非金属单质如硼、硅、锗等；某些非金属化合物如碳化硅、氮化硼等；某些氧化物如二氧化硅。3依据晶体的熔沸点判断原子晶体熔、沸点高，常在1000以上；分子晶体熔、沸点低，常在几百度以下至很低的温度。4依据导电性判断分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。5依据硬度和机械性能判断原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。1下列性质适合于分子晶体的是熔点1070，易溶于水，水溶液导电熔点1031，液态不导电，水溶液导电能溶于CS2，熔点1128，沸点4446熔点9781，质软，导电，密度为097GCM3ABCD解析分子晶体的熔点较低，中熔点高，不是分子晶体，是金属钠的性质。答案C下列晶体性质的比较中正确的是双选A熔点金刚石碳化硅晶体硅B沸点NH3PH3C硬度白磷冰二氧化硅D熔点SII4SIBR4SICL4思路指引本题考查了晶体物理性质的影响因素。A项中三种物质都是原子晶体，因原子半径RCRSI，所以键长CCCSISISI，故键能CCCSISISI，键能越大，原子晶体的熔点越高，A项正确；氟化氢、水、氨都是分子晶体，其沸点高低与分子间作用力大小有关，因为这三种物质之间都存在氢键，且H2O之间氢键最强，NH3之间氢键最弱，故水的沸点最高，氨的最低，B项错误；二氧化硅是原子晶体，硬度大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D项正确。答案AD分子晶体、原子晶体熔沸点比较1不同类型的晶体原子晶体分子晶体。2同一类型的晶体分子晶体A分子间作用力越大，物质的熔沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔沸点反常的高。如H2OH2TEH2SEH2S。B组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔沸点越高。如SNH4GEH4SIH4CH4。C组成和结构不相似的物质相对分子质量接近，分子的极性越大，其熔沸点越高。如CON2，CH3OHCH3CH3。原子晶体晶体的熔沸点高低取决于共价键的键长和键能。键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高。如熔点金刚石碳化硅晶体硅。2据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60。已知N60分子中每个氮原子均以NN键结合三个N原子而形成8电子稳定结构；NN键的键能为167KJMOL1。请回答下列问题1N60分子组成的晶体为_晶体，其熔、沸点比N2_填“高”或“低”，原因是_。21MOLN60分解成N2时吸收或放出的热量是_KJ已知NN键的键能为942KJMOL1，表明稳定性N60_填“”、“MRN2，故N60晶体中分子的范德华力比N2晶体大，N60晶体的熔、沸点比N2晶体高。2因每个氮原子形成三个NN键，每个NN键被2个N原子共用，故1MOLN60中存在NN键1MOL60390MOL。发生的反应为N6030N2H，故H90167KJMOL130942KJMOL113230KJMOL1N60。3由于反应放出大量的热同时生成大量气体，因此N60可用作高能炸药。答案1分子高N60、N2均形成分子晶体，且N60的相对分子质量大，分子间作用力大，故熔、沸点高213230CL2BR2B金刚石P4O2CSHBR金刚石DI2CH4冰解析A项中F2、CL2