学年高中化学选修3配套文档第三章 第二节文档格式.docx
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(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。
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( )
A.NH3、HD、C10H8B.PCl3、CO2、H2SO4
C.SO2、SiO2、P2O5D.CCl4、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
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( )
A.HF、HCl、HBr、HI
B.F2、Cl2、Br2、I2
C.H2O、H2S、H2Se、H2Te
D.CI4、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。
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
C.NH3<PH3
D.异戊烷>正戊烷
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 A
2.SiCl4的分子结构与CCl4相似,对其进行的下列推测不正确的是( )
A.SiCl4晶体是分子晶体
B.常温、常压下SiCl4是气体
C.SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子
D.SiCl4的熔点高于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,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
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:
NaCl
MgCl2
AlCl3
SiCl4
CaCl2
熔点/℃
801
712
190
-68
782
沸点/℃
1465
1418
230
57
1600
根据这些数据分析,他们认为属于分子晶体的是( )
A.NaCl、MgCl2、CaCl2B.AlCl3、SiCl4
C.NaCl、CaCl2D.全部
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( )
A.4个B.8个C.12个D.6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。
6.Q、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( )
A.CO2是非极性分子
B.C===O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
2.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
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
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( )
A.H2O、CH4、HF
B.红磷、硫、碘
C.CO