高二化学物质结构与性质精品学案332 分子晶体2Word格式文档下载.docx

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（1）碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的每个顶点和面心上各有1个I2分子，每个晶胞中有4个I2分子。

（2）I2分子之间以范德华力结合。

2．干冰晶体

（1）干冰晶胞是面心立方结构，在它的每个顶点和面心上各有1个CO2分子，每个晶胞中有4个CO2分子。

（2）每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个。

（3）干冰晶体中分子之间通过范德华力相结合，熔化时分子内的化学键不断裂。

3．冰晶体

（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。

1．为什么液态水变为冰时，体积膨胀，密度减小？

[答案]　冰晶体中主要是水分子依靠氢键而形成的，因氢键具有一定的方向性，使水分子间的间距比较大，有很大空隙，比较松散。

所以水结成冰后，体积膨胀，密度减小。

2．干冰和碘易升华的原因是什么？

乙醇与甲醚的相对分子质量相等，为什么乙醇的沸点高于甲醚？

[答案]　碘和干冰的分子间以较弱的范德华力结合；

乙醇分子间存在氢键，分子间作用力强，甲醚分子间不存在氢键，分子间作用力弱，所以乙醇的沸点高于甲醚。

三、石墨晶体

晶体模型

结构特点

（1）石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个C原子与其他3个C原子以共价键结合，形成无限的六边形平面网状结构。

每个C原子还有1个未参与杂化的2p轨道并含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的大π键。

（2）C原子采取sp2杂化，C—C键之间的夹角为120°

。

（3）层与层之间以范德华力结合

晶体类型

石墨中既含有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性，因此石墨属于混合键型晶体

熔点高、质软、易导电

1．石墨晶体不属于原子晶体，但石墨的熔点为什么高于金刚石？

石墨晶体为什么具有导电性？

[答案]　石墨晶体为层状结构，同层内碳原子以共价键结合成平面网状结构，C—C键的键长比金刚石中C—C键的键长短，键能大，所以石墨的熔、沸点高。

石墨晶体中每个C原子未参与杂化的轨道中含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的大π键，由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨沿层的平行方向能导电。

2．石墨层状结构中，平均每个正六边形占有的C原子数和C—C键数各是多少？

每一层中碳原子数与C—C键数之比为多少？

[答案]　2　3　2∶3　石墨层状结构中每个C原子为三个正六边形共有，即对每个六边形贡献

个C原子，所以每个正六边形占有C原子数目为

×

6＝2个。

每个C—C键为2个正六边形所共用，所以平均每个正六边形拥有3个C—C键。

所以每一层中碳原子数与C—C键数之比为2∶3。

一、四种晶体类型的比较

1．四种晶体类型的结构与性质

　　类型

项目　　

离子晶体

原子晶体

分子晶体

金属晶体

构成晶体的粒子

阴、阳离子

原子

金属阳离子和自由电子

粒子间的作用

离子键

共价键

分子间作用力（范德华力或氢键）

金属离子和自由电子之间的强烈相互作用

溶解性

多数易溶

一般不溶

相似相溶

一般不溶于水，少数与水反应

机械加工性

不良

优良

延展性

差

确定作用力强弱的一般判断方法

晶格能

键长（原子半径）

组成结构相似时，比较相对分子质量

离子半径、价电子数

熔、沸点

较高

很高

较低

差别较大（汞常温下为液态，钨熔点为3410℃）

硬度

略硬而脆

很大

较小

差别较大

导电性

不良导体（熔化后或溶于水导电）

不良导体（个别为半导体）

不良导体（部分溶于水发生电离后导电）

良导体

2.晶体类型的判断方法

（1）依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断

原子晶体：

原子―→共价键；

分子晶体：

分子―→分子间作用力；

离子晶体：

离子―→离子键；

金属晶体：

金属阳离子和自由电子―→金属键。

（2）依据物质的分类判断

①常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；

②分子晶体：

大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外）、气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、酸、绝大多数有机物（除有机盐外）；

③离子晶体：

金属氧化物（如K2O、Na2O2等）、强碱（如NaOH、KOH等）和绝大多数的盐类；

④金属晶体：

金属单质与合金。

（3）依据晶体的熔点判断

①离子晶体的熔点较高，常在数百至1000余度；

②原子晶体熔点很高，常在1000度至几千度；

③分子晶体熔点低，常在数XX以下至很低温度；

④金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点很低。

（4）依据导电性判断

①原子晶体：

一般不导电；

固态不导电，熔融或溶于水导电；

固态或熔融均导电。

（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；

离子晶体硬度较大或较硬、脆；

金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。

关键提醒

　并不是所有的分子晶体中都有化学键。

如稀有气体晶体的构成微粒是单原子分子，不存在化学键。

在分子晶体中，分子内原子间以共价键结合（稀有气体除外），相邻分子间靠分子间作用力结合。

例1

　下表列举了几种物质的性质，据此判断属于分子晶体的是________。

物质

性质

X

熔点为10.31℃，液态不导电，水溶液导电

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pH>

7

W

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1170℃，易溶于水，水溶液导电

N

熔点为97.81℃，质软，导电，密度为0.97g·

cm－3

[解析]　分子晶体熔、沸点一般比较低，硬度较小，固态不导电。

所有在常温下呈气态、液态的物质（除汞外）、易升华的固体物质都属于分子晶体。

M的熔点高，肯定不是分子晶体；

N是金属钠的性质；

其余X、Y、Z、W均为分子晶体。

[答案]　X、Y、Z、W

变式训练1　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，属于分子晶体的是（　　）

A．NaCl、MgCl2、CaCl2B．AlCl3、SiCl4

C．NaCl、CaCl2D．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，B项正确，A、C、D三项错误。

解题反思

　利用各类晶体的特征性质可以推断晶体的类型。

二、晶体熔、沸点的比较

1．不同类型晶体熔、沸点的比较

一般来说，原子晶体>

离子晶体>

分子晶体；

金属晶体（除少数外）>

分子晶体。

金属晶体的熔、沸点有的很高，如钨、铂等，有的则很低，如汞、铯、镓等。

2．同种类型晶体熔、沸点的比较

（1）原子晶体

一般来说，对结构相似的原子晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。

例如：

金刚石>

二氧化硅>

碳化硅>

晶体硅。

（2）分子晶体

①组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。

如I2>

Br2>

Cl2>

F2；

SnH4>

GeH4>

SiH4>

CH4。

②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，范德华力越大，熔、沸点越高。

如CO>

N2。

③同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。

如正戊烷>

异戊烷>

新戊烷。

④若分子间存在氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。

如HF>

HI；

NH3>

PH3；

H2O>

H2Te。

（3）离子晶体

一般来说，离子所带的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点就越高。

如NaCl>

CsCl；

MgO>

MgCl2。

（4）金属晶体

金属阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，其金属键越强，金属熔、沸点越高。

如Al>

Mg>

Na。

（1）某些离子晶体的熔点高于某些原子晶体的熔点。

如MgO（2800℃）>

SiO2（1713℃）。

（2）某些分子晶体的熔点高于某些金属晶体的熔点。

如碱金属熔点较低。

（3）个别金属的熔点高于某些原子晶体的熔点。

如钨（3410℃）>

SiO2（1713℃）。

（4）合金的熔点一般低于成分金属的熔点。

例2

　参考下表中物质的熔点，回答有关问题。

NaF

NaBr

NaI

KCl

RbCl

CsCl

995

755

651

776

715

646

SiF4

SiBr4

SiI4

GeCl4

SnCl4

PbCl4

－90.4

－70.4

5.2

120

－49.5

36.2

－15

（1）钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的________有关，随着________的增大，熔点依次降低。

（2）硅的卤化物熔点及硅、锗、锡、铅的氯化物的熔点与________有关，随着________的增大，________增大，故熔、沸点依次升高。

（3）钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多，这与________有关，因为一般________比________熔点高。

[解析]　分析表中物质及熔点规律，将物质晶体类型合理分类，由同类晶型熔点变化趋势发现影响物质熔点高低的规律。

[答案]　

（1）半径　半径　

（2）相对分子质量　相对分子质量　分子间作用力　（3）晶体类型　离子晶体　分子晶体

　晶体熔、沸点比较的两个“首先”

（1）晶体熔、沸点比较时应先分析晶体类型。

（2）分子晶体熔、沸点比较时应先判断分子间是否存在氢键。

变式训练2　Mg是第3周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点见下表：

氟化物

MgF2

熔点/K

1266

1534

183

（1）解释表中氟化物熔点差异的原因：

①________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②________________________________________________________________________

（2）硅在一定条件下可以与Cl2反应生成SiCl4，试判断SiCl4的沸点比CCl4的________（填“高”或“低”），理由是

________________________________________________________________________

[答案]　

（1）①NaF与MgF2为离子晶体，SiF4为分子晶体，所以NaF与MgF2远比SiF4的熔点要高　②因为Mg2＋的半径小于Na＋的半径且Mg2＋所带电荷数多，所以MgF2的离子键强度大于NaF的离子键强度，故MgF2的熔点大于NaF

（2）高　SiCl4的相对分子质量比CCl4的大，范德华力大，因此沸点高

[解析]　

（1）①先比较不同类型晶体的熔点，NaF、MgF2为离子晶体，离子间以离子键结合，离子键作用强，SiF4固态时为分子晶体，分子间以范德华力结合，范德华力较弱，故NaF和MgF2的熔点都高于SiF4。

②再比较相同类型晶体的熔点。

Na＋的半径比Mg2＋半径大，Na＋所带电荷数小于Mg2＋，所以MgF2的离子键比NaF的离子键强度大，MgF2熔点高于NaF熔点。

（2）SiCl4和CCl4组成、结构相似，SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量，SiCl4的分子间作用力大于CCl4的分子间作用力，故SiCl4的熔点高于CCl4的熔点。

1．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。

2．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、P4、C10H8B．PCl3、CO2、H2SO4

C．SO2、SiO2、P2O5D．CCl4、H2O、Na2O2

[解析]　A中，P4（白磷）为单质，不是化合物；

C中，SiO2为原子晶体；

D中，Na2O2是离子化合物、离子晶体。

3．下列说法中正确的是（　　）

A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同

B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近

C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键

D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2℃，沸点136.2℃，所以TiCl4属于分子晶体

[答案]　D

[解析]　C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；

B中乙酸分子可形成氢键，其熔、沸点比甲酸甲酯高。

4．下列物质的熔点高低顺序，正确的是（　　）

A．金刚石>

晶体硅>

碳化硅

B．K>

Na>

Li

C．NaBr>

NaCl>

D．CI4>

CBr4>

CCl4>

CH4

[解析]　A项，键能：

C—C>

C—Si>

Si—Si，故熔点：

晶体硅；

B项，金属键：

Li>

K，故熔点：

K；

C项，晶格能：

NaF>

NaBr，故熔点：

NaBr；

D项，相对分子质量：

CI4>

CH4，故熔点：

5．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（　　）

A．N60易溶于水

B．N60是一种分子晶体，有较高的熔点和硬度

C．N60的熔点高于N2

D．N60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N—N，而NN比N—N牢固得多，所以D项错误。

6．碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：

回答下列问题：

（1）金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为________。

（2）金刚石、石墨烯（指单层石墨）中碳原子的杂化形式分别为________、________。

（3）C60属于________晶体，石墨属于________晶体。

（4）石墨晶体中，层内C—C键的键长为142pm，而金刚石中C—C键的键长为154pm。

其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。

（5）C60的晶体结构类似于干冰，则每个C60晶胞的质量为________g（用含NA的式子表示，NA为阿伏加德罗常数的值）。

（6）金刚石晶胞含有________个碳原子。

若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝______a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率______（不要求计算结果）。

（7）硅晶体的结构跟金刚石相似，1mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是________NA个（NA为阿伏加德罗常数的值）

[答案]　

（1）同素异形体　

（2）sp3　sp2　（3）分子　混合键型　（4）σ　σ　π　（5）

　（6）8　

＝

　（7）2

[解析]　

（1）金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形成的，它们的组成相同，结构不同、性质不同，互为同素异形体。

（2）金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键（即C原子采取sp3杂化方式），构成正四面体，石墨中的碳原子采取sp2杂化方式，形成平面六元环结构。

（3）C60中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；

石墨晶体有共价键、金属键和范德华力，所以石墨属于混合键型晶体。

（4）在金刚石中只存在C—C间的σ键；

石墨层内的C—C间不仅存在σ键，还存在π键。

（5）C60晶体为面心立方结构，所以每个C60晶胞有4个C60分子，所以一个C60晶胞质量＝

g＝

g。

（6）由金刚石的晶胞结构可知，晶胞内部有4个碳原子，面上有6个碳原子，顶点有8个碳原子，所以金刚石晶胞中碳原子数为4＋6×

＋8×

＝8；

若碳原子半径为r，金刚石的边长为a，根据硬球接触模型，则正方体体对角线长度的

就是C—C键的键长，

a＝2r，所以r＝

a，碳原子在晶胞中的空间占有率＝

（7）由金刚石的结构模型可知，每个碳原子都与相邻的碳原子形成一个单键，故每个碳原子相当于形成（

4）个单键，则1mol硅中可形成2molSi—Si单键。