新教材高中化学第三章晶体结构与性质第二节分子晶体与共价晶体第一课时分子晶体导学案新人教版选择性必修2

其次节分子晶体与共价晶体第一课时分子晶体[明确学习目标]1.借助分子晶体模型相识分子晶体的结构特点。2.通过分子晶体结构特点的分析理解分子晶体的物理性质的通性。1．分子晶体及其物理特性只含eq\o(□,\s\up1(01))分子的晶体称为分子晶体。在分子晶体中，相邻分子靠eq\o(□,\s\up1(02))分子间作用力相互吸引。分子晶体有eq\o(□,\s\up1(03))低熔点、eq\o(□,\s\up1(04))硬度很小等的特性。2．较典型的分子晶体及其类别物质种类实例全部eq\o(□,\s\up1(01))非金属氢化物H2O、NH3、CH4等部分eq\o(□,\s\up1(02))非金属单质卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、碳60(C60)、稀有气体等部分eq\o(□,\s\up1(03))非金属氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等几乎全部的eq\o(□,\s\up1(04))酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等绝大多数eq\o(□,\s\up1(05))有机物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等3．分子晶体的结构特征(1)大多数分子晶体的结构有如下特征：假如分子间作用力只是范德华力，若以一个分子为中心，其四周最多可以有eq\o(□,\s\up1(01))12个紧邻的分子(见图Ⅰ)，分子晶体的这一特征称为eq\o(□,\s\up1(02))分子密积累。然而，分子间还有其他作用力的分子晶体，如冰中水分子之间的主要作用力是eq\o(□,\s\up1(03))氢键，在冰的晶体中，每个水分子四周只有eq\o(□,\s\up1(04))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eq\o(□,\s\up1(05))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(见图Ⅱ)。这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率eq\o(□,\s\up1(06))不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚溶化为液态水时，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eq\o(□,\s\up1(07))增大，超过4℃时，由于热运动eq\o(□,\s\up1(08))加剧，分子间距离加大，密度慢慢减小。(2)干冰是eq\o(□,\s\up1(11))CO2的晶体，干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相像，而熔点却比冰低得多，在常压下极易eq\o(□,\s\up1(12))升华，由于干冰中的CO2分子之间只存在范德华力，不存在氢键，一个分子四周有12个紧邻分子(见图Ⅲ)，密度比冰的高。干冰在工业上广泛用作制冷剂。1．推断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)分子内均存在共价键。()(2)非金属氧化物呈固态时，确定属于分子晶体。()(3)分子晶体中确定存在氢键。()(4)分子晶体熔化时确定破坏了范德华力。()(5)干冰晶体升华时，分子内共价键会发生断裂。()(6)分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点越高。()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×解析(1)稀有气体分子内无共价键。(2)SiO2不是分子晶体。(3)干冰中无氢键存在。(5)干冰晶体属于分子晶体，分子之间通过分子间作用力形成晶体，升华时破坏分子间作用力，没有破坏化学键。(6)分子晶体中，共价键键能大小与熔、沸点凹凸无关。2．下列物质中，属于分子晶体的化合物是()A．石英B．白磷C．干冰D．氯化钠答案C解析白磷和干冰是分子晶体，但白磷是单质。3．某科学杂志报道，国外有一探讨发觉了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构类似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是()A．该物质有很高的熔点、很大的硬度B．该物质形成的晶体属分子晶体C．该物质分子中Si60被包袱在C60里面D．该物质的摩尔质量为2400答案B解析由分子式及题中信息可知该物质为分子晶体，分子晶体的熔点低、硬度小，A错误，B正确；硅的原子半径比碳大，所以C60Si60的外层为Si60，内层为C60，C错误；它的分子式为C60Si60，所以该物质的相对分子质量＝(12＋28)×60＝2400，摩尔质量为2400g/mol，D错误。4．(1)比较下列化合物的熔、沸点的凹凸(填“>”或“<”)。①CO2________SO2；②NH3________PH3；③O3________O2；④Ne________Ar；⑤CH3CH2OH________CH3OH；⑥CO________N2。(2)已知AlCl3的熔点为190℃，但它在180℃即起先升华。请回答：①AlCl3固体是________晶体。②设计试验推断氯化铝是离子化合物还是共价化合物：________________________________________。答案(1)①<②>③>④<⑤>⑥>(2)①分子②在熔融状态下，验证其是否导电，若不导电是共价化合物，若导电则是离子化合物解析(1)各组物质均为分子晶体，依据分子晶体熔、沸点的推断规律，可比较六组物质熔、沸点的凹凸。(2)由AlCl3的熔点低以及在180℃时起先升华可推断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，可测其在熔融状态下是否导电，不导电则是共价化合物，导电则是离子化合物。学问点两种典型分子晶体的结构特点和分子晶体的推断方法1．两种典型分子晶体的结构物质晶胞结构特点干冰a.相邻分子间只存在范德华力b．每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子c．每个CO2分子四周等距离且紧邻的CO2分子有12个冰a.水分子之间的作用力有范德华力和氢键，但主要作用力是氢键b．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角方向的4个相邻的水分子相互吸引2．分子晶体的推断方法(1)依据物质的类别推断部分非金属单质、全部非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎全部的酸、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。(2)依据组成晶体的粒子及粒子间作用推断组成分子晶体的微粒是分子，粒子间作用是分子间作用力。(3)依据物质的性质推断分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。[解析]构成C60晶体的基本微粒是C60分子，因此C60晶体是分子晶体，不行能具有很高的熔、沸点；由于C60是非极性分子，依据相像相溶原理，其可能易溶于四氯化碳中；每个C60的晶胞中含有的C60分子个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，因此含有的碳原子数为4×60＝240；假如以晶胞中一个顶点的C60分子为探讨对象，则共用这个顶点的三个面的面心的C60与其距离最近且相等，且顶点的C60被8个晶胞共用，面心的C60被2个晶胞共用，则有eq\f(3,2)×8＝12个。[答案]A[练1]下列各组物质都属于分子晶体的是()A．碘、二氧化碳、白磷、C60B．NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硅C．SO2、金刚石、N2、铜D．醋酸、甲烷、石墨、氧化钠答案A解析B项，NaCl和二氧化硅不属于分子晶体；C项，金刚石和铜不属于分子晶体；D项，石墨和氧化钠不属于分子晶体。[练2]如图为干冰的晶胞结构示意图。通过视察分析，每个CO2分子四周紧邻且等距离的CO2分子有________个，将CO2分子视作质点，设晶胞边长为apm，则紧邻的两个CO2分子的距离为________pm。答案12eq\f(\r(2),2)a解析视察并分析题中干冰的晶胞结构，可知在干冰晶体中，离顶点的CO2分子最近的是共用这个顶点的面的面心的分子，两者的距离为面对角线的一半，即eq\f(\r(2),2)a。每个CO2分子四周紧邻且等距离的CO2分子共有12个。学问拓展分子晶体熔、沸点凹凸的推断(1)组成和结构相像、不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。如：I2>Br2>Cl2>F2，HI>HBr>HCl。(2)组成和结构不相像的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高。如：CH3OH>CH3CH3。(3)分子间氢键会导致熔、沸点反常上升。如：H2O>H2Te>H2Se>H2S。(4)对于有机物来讲，分子式相同，支链越多，熔、沸点越低。如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>。(5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点上升。如：C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。本课归纳总结

1．下列关于分子晶体的说法不正确的是()A．晶体的构成微粒是分子B．干燥或熔融时均能导电C．分子间以分子间作用力相结合D．熔、沸点一般比较低答案B解析A项，分子晶体是由分子构成的；B项，干燥或熔融时，分子晶体既不电离也没有自由移动的电子，均不能导电；C项，分子间以分子间作用力相结合；D项，分子晶体的熔、沸点一般比较低。2．下列有关分子晶体的说法中正确的是()A．分子内均存在共价键B．分子间确定存在范德华力C．分子间确定存在氢键D．分子晶体均为化合物答案B解析由稀有气体组成的晶体中，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，所以不存在化学键，A错误。分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于全部的分子晶体中，而氢键只存在于部分晶体中，B正确、C错误。分子晶体还包括一些单质如稀有气体，D错误。3．甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是()A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子B．晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子C．甲烷晶体熔化时需克服共价键D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子答案B解析题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错误；由甲烷晶胞分析，位于晶胞顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在晶胞的面上，因此每个都被2个晶胞共用，且顶点处的甲烷分子被8个晶胞共用，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×eq\f(1,2)＝12，B正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C错误；甲烷晶胞中甲烷分子的个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，D错误。4．下图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H。下列有关说法正确的是()A．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体B．冰晶体具有空间网状结构，不是分子晶体C．水分子间通过H—O键形成冰晶体D．冰溶化后，水分子之间的空隙增大答案A解析冰晶体属于分子晶体，冰晶体中的水分子主要是靠氢键结合在一起，氢键不是化学键，而是一种分子间作用力，故B、C错误。每个水分子可以与4个水分子形成氢键，从而形成四面体，A正确。因为冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性，故水分子靠氢键连接后，分子间空隙变大，因此冰溶化成水后，体积减小，水分子之间空隙减小，D错误。5．下列有关分子晶体熔点凹凸的比较中，正确的是()A．氯气>碘单质B．四氯化硅>四氟化硅C．NH3<PH3D．异戊烷>正戊烷答案B解析A、B两项无氢键存在，分子结构相像，相对分子质量大的物质熔、沸点较高；C项，NH3分子间有氢键存在，分子结构相像，存在氢键的物质熔、沸点较高；D项为相对分子质量相同的同分异构体，支链多的物质熔、沸点较低。6．下列性质符合分子晶体特点的是()A．熔点1070℃，易溶水，水溶液导电B．熔点97.81℃，质软、导电，密度0.97g/cm3C．熔点3570℃，难溶于水，熔化时不导电D．熔点10.31℃，液态不导电，水溶液能导电答案D解析熔点为10.31℃，熔点低，符合分子晶体的特点；液态不导电，是由于液态时，只存在分子，没有离子；水溶液能导电，是由于溶于水后，某些分子在水分子的作用下，电离出自由移动的离子；D正确。7．如图所示，甲、乙、丙分别表示C60、二氧化碳、碘晶体的晶胞结构模型。请回答下列问题：(1)C60的熔点为280℃，从晶体类型来看，C60属________晶体。(2)二氧化碳晶胞中显示出的二氧化碳分子数为14，事实上一个二氧化碳晶胞中含有________个二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ键与π键的个数比为________。(3)①碘晶体属于________晶体。②碘晶体熔化过程中克服的作用力为________。③假设碘晶胞中立方体的边长为acm，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘晶体的密度为________g·cm－3。答案(1)分子(2)41∶1(3)①分子②分子间作用力③eq\f(1016,a3NA)解析(1)C60不属于空间网状结构，熔点低，应为分子晶体。(2)二氧化碳晶胞中，二氧化碳分子分布于晶胞的顶点和面心位置，则晶胞中含有二氧化碳的分子数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，二氧化碳的分子结构为，每个分子中含有2个σ键和2个π键，所以σ键与π键的个数比为1∶1。(3)视察碘晶胞不难发觉，一个晶胞中含有碘分子数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，即含有8个碘原子。一个晶胞的体积为a3cm3，其质量为eq\f(4×254,NA)g，则碘晶体的密度为eq\f(1016,a3NA)g·cm－3。课时作业一、选择题(本题共8小题，每小题只有1个选项符合题意)1．假如分子间作用力只是范德华力，则该分子晶体将实行密积累，缘由是分子晶体中()A．范德华力无方向性和饱和性B．占据晶格结点的微粒是原子C．化学键是共价键D．三者都是答案A解析分子晶体中分子间以范德华力结合在一起，由于范德华力没有方向性和饱和性，所以分子在积累成晶体时将实行分子密积累，A正确。2．干冰熔点很低是由于()A．CO2是非极性分子B．键的键能很小C．CO2化学性质不活泼D．CO2分子间的作用力较弱答案D解析干冰熔化时破坏的是分子间作用力。3．下列关于分子晶体的说法不正确的是()A．分子晶体中含有分子B．固态或熔融态时均能导电C．分子间以分子间作用力相结合D．熔、沸点一般比较低答案B解析A项，分子晶体是由分子构成的；B项，固态或熔融态时，分子晶体既不电离也没有自由移动的电子，均不能导电；C项，分子间以分子间作用力相结合；D项，分子晶体的熔、沸点一般比较低。4．下列关于物质沸点凹凸的比较正确的是()A．CH4>SiH4>GeH4B．NH3>AsH3>PH3C．Cl2>Br2>I2D．C(CH3)4>(CH3)2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3答案B解析一般状况下，对于组成和结构相像的分子晶体，分子晶体的沸点随相对分子质量的增大而上升，即沸点：CH4<SiH4<GeH4、Cl2<Br2<I2，A、C错误；氨气中含有氢键，沸点较高，即沸点：NH3>AsH3>PH3，B正确；相对分子质量相同的烷烃，其支链越多，沸点越低，即沸点：C(CH3)4<(CH3)2CHCH2CH3<CH3CH2CH2CH2CH3，D错误。5．干冰晶胞是面心立方结构，如图所示，若干冰晶体的晶胞棱长为a，则每个CO2分子四周与其相距eq\f(\r(2),2)a的CO2分子有()A．4个B．8个C．12个D．6个答案C解析以顶点CO2分子为探讨对象，若干冰晶体的晶胞棱长为a，该CO2分子四周与其相距eq\f(\r(2),2)a的CO2分子处于共用这个顶点的面的面心，由于顶点CO2分子为8个晶胞共有，则每个CO2分子四周与其相距eq\f(\r(2),2)a的CO2分子有eq\f(8×3,2)＝12个，故选C。6．下列说法正确的是()A．范德华力普遍存在于分子之间，如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合B．H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的C．冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶4D．氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大答案D解析液态水中因分子间氢键的存在使水分子发生缔合，A错误；虽然H2SO4为强电解质，但是硫酸晶体是分子晶体，不能导电，B错误；冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，两个水分子间只能形成一个氢键，所以冰中H2O分子与氢键数目之比为1∶2，C错误；氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时水分子之间的空隙变大，故其体积会变大，D正确。7．下列关于分子晶体的说法正确的是()A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定B．在分子晶体中确定存在共价键C．冰和Br2都是分子晶体D．稀有气体不能形成分子晶体答案C解析分子间作用力影响分子晶体的熔、沸点，不影响分子稳定性，A错误；在分子晶体中不确定存在共价键，如稀有气体，B错误；冰和Br2均为分子晶体，C正确；稀有气体可形成分子晶体，D错误。8．某化学爱好小组在学习了分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：氯化物NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔点/℃801712190－68782沸点/℃14651418178571600依据表中数据分析，属于分子晶体的是()A．NaCl、MgCl2、CaCl2B．AlCl3、SiCl4C．NaCl、CaCl2D．全部答案B解析分子晶体中，分子与分子之间以分子间作用力相结合，而分子间作用力较弱，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NaCl、MgCl2、CaCl2的熔、沸点较高，不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4的熔、沸点较低，应为分子晶体，所以B正确，A、C、D错误。二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)9．下列说法正确的是()A．分子晶体中确定存在分子间作用力，不确定存在共价键B．水加热到很高的温度都难以分解，与氢键有关C．CO2晶体是分子晶体，可推想SiO2晶体也是分子晶体D．HF、HCl、HBr、HI的沸点随着相对分子质量的增大依次上升答案A解析分子晶体中确定存在分子间作用力，可能存在共价键(如水分子)，也可能不存在共价键(如稀有气体分子)，A正确；水是一种特别稳定的化合物，属于其化学性质的表现，而水中存在氢键会导致沸点上升，与稳定性无关，B错误；CO2晶体是由二氧化碳分子之间通过范德华力结合构成的分子晶体，二氧化硅不是分子晶体，C错误；一般状况下，同一主族简洁氢化物的相对分子质量越大其沸点越高，但HF中含有氢键，题述四种氢化物中HF的沸点最高，D错误。10．SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其做出如下推想，其中不正确的是()A．SiCl4晶体是分子晶体B．常温常压下SiCl4是气体C．SiCl4分子是由极性键形成的极性分子D．SiCl4熔点高于CCl4答案BC解析SiCl4与CCl4结构相像，则常温常压下SiCl4是液体，属于分子晶体，A正确，B错误；CCl4分子是由极性键形成的非极性分子，则SiCl4分子也是由极性键形成的非极性分子，C错误；组成和结构相像的分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，则SiCl4熔点高于CCl4，D正确。11．有四组同一族元素所形成的不同物质，在101kPa时测定它们的沸点(℃)如下表所示：第一组A－268.8B－249.5C－185.8D－151.7其次组F2－187.0Cl2－33.6Br258.7I2184.0第三组HF19.4HCl－84.0HBr－67.0HI－35.3第四组H2O100.0H2S－60.2H2Se－42.0H2Te－1.8下列各项推断正确的是()A．第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子中化学键键能最大B．第三组与第四组相比较，化合物的稳定性：HBr>H2SeC．第三组物质溶于水后，溶液的酸性：HF>HCl>HBr>HID．第一组物质是分子晶体，确定含有共价键答案B解析第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子之间可以形成氢键，A错误；Se和Br同为第四周期元素，Br的非金属性较强，故氢化物的稳定性HBr>H2Se，B正确；第三组物质溶于水后，HF溶液的酸性最弱，C错误；第一组物质是分子晶体，但分子中不确定含有共价键，如稀有气体分子中无共价键，D错误。12．正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是()A．正硼酸晶体属于分子晶体B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关C．分子中硼原子最外层为8电子稳定结构D．含1molH3BO3的晶体中有3mol氢键答案AD解析A项，正硼酸晶体应属于分子晶体；B项，H3BO3分子的稳定性与分子内部的共价键有关，与分子间氢键无关；C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结构；D项，1个H3BO3分子含有3个氢键。三、非选择题(本题共3小题)13．(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体。(2)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，如ClF3、BrF3，常温下它们都是易挥发的液体。ClF3的熔、沸点比BrF3的________(填“高”或“低”)。答案(1)分子'(2)低解析(1)该化合物熔点为253K，沸点为376K，熔、沸点较低，所以为分子晶体。(2)组成和结构相像的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高，所以ClF3的熔、沸点比BrF3的低。14．(1)下表列举了几种物质的性质，据此推断属于分子晶体的有________(填物质代号)。物质性质X熔点为10.31℃，呈液态时不导电，在水溶液中能导电Y易溶于CCl4，熔点为11.2℃，沸点为44.8℃Z常温下为气态，极易溶于水，溶液的pH>7W常温下为固体，加热变为紫红色蒸气，遇冷变为紫黑色固体M熔点为1070℃，易溶于水，在水溶液中能导电N熔点为97.81℃，质软，能导电，密度为0.97g·cm－3(2)如图为干冰的晶胞结构示意图。①将CO2分子视作质点，设晶胞边长为apm，则