学年高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第3节第2课时分子晶体学案鲁科版选修3Word下载.docx
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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。
2．下表列举了几种物质的性质，据此判断属于分子晶体的物质是________。
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，加热变为紫红色蒸汽，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
答案 X、Y、Z、W
解析 分子晶体熔、沸点一般比较低，硬度较小，固态不导电。
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。
理解感悟 分子晶体具有熔、沸点较低，硬度较小，固态、熔融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。
二 石墨晶体的结构与性质
石墨的晶体结构如下图所示：
1．在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。
六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环，伸展成平面网状结构。
2．在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，并含有一个未成对电子，它们相互重叠。
电子比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体的特征。
3．石墨晶体中网络状的平面结构以范德华力结合形成层状的结构，距离较大，结合力较弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性。
石墨晶体中碳原子间形成共价键，层与层间的结合力为范德华力。
因此，石墨晶体不是原子晶体，也不是金属晶体、分子晶体，而是一种混合晶体。
3．在金刚石晶体中，碳原子数与化学键数之比为__________________________。
在石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的化学键数为__________，该晶体中碳原子数与化学键数之比为____________。
已知，金刚石晶体与石墨晶体中的碳碳键长（d）相比较，d石墨＜d金刚石，则金刚石的熔点________石墨的熔点（填“＞”、“＜”或“＝”）。
答案 1∶2 3 2∶3 ＜
解析 金刚石晶体中每个碳原子平均拥有的化学键数为4×
＝2，则碳原子数与化学键数之比为1∶2。
石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的碳原子数和化学键数分别为6×
＝2和6×
＝3，其比值为2∶3。
四种晶体类型的比较
离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体的组成、结构及性质对比分析如下表：
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
分子
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（有的有氢键）
金属键
作用力强弱（一般地）
较强
很强
弱
确定作用力强弱的一般判断方法
离子所带电荷总数、离子半径
键长（原子半径）
组成和结构相似时比较相对分子质量
离子半径、离子所带电荷数
熔、沸点
较高
高
低
差别较大（如汞常温下为液态，钨熔点为3410℃）
硬度
硬而脆
大
较小
差别较大
导热和导电性
不良导体（熔化后或溶于水导电）
不良导体
不良导体（部分溶于水发生电离后导电）
良导体
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
当堂检测
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．下列有关冰和干冰叙述不正确的是（ ）
A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体
B．冰是由范德华力和氢键形成的晶体，每个水分子周围有4个紧邻的水分子
C．干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华
D．干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子
答案 A
解析 干冰晶体中CO2分子间作用力只有范德华力，分子采取密堆积形式，一个分子周围有12个紧邻的分子；
冰晶体中水分子间除了范德华力还存在氢键，由于氢键具有方向性，每个水分子周围有4个紧邻的水分子，采取非紧密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。
干冰融化需克服范德华力，冰融化还需要克服氢键，由于氢键比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多。
3．下列晶体中只存在一种作用力的是（ ）
A．CO2B．NaOHC．NH4ClD．He
答案 D
解析 CO2晶体中存在共价键和范德华力；
NaOH晶体中存在离子键、共价键；
NH4Cl晶体中存在离子键、共价键、配位键；
只有He属单原子分子，晶体内部存在的作用力只有范德华力。
4．水分子间可通过一种叫“氢键”的作用（介于化学键和范德华力大小之间），彼此结合而形成（H2O）n。
在冰中的n值为5，即每个水分子都被其他4个水分子包围形成变形四面体，如图所示为（H2O）5单元，由无限个这样的四面体通过氢键相互连接成一个庞大的分子晶体，即冰。
下列有关叙述中正确的是（ ）
A．1mol冰中有4mol氢键
B．1mol冰中有4×
5mol氢键
C．平均每个水分子只有2个氢键
D．平均每个水分子只有5/4个氢键
答案 C
解析 由题图我们可以看出每个水分子可以形成4个氢键，而一个氢键被两个H2O分子共用，故平均每个水分子含有氢键数4×
＝2个。
即1mol冰中含有2mol氢键。
5．最近发现一种由M、N两种原子构成的气态团簇分子，如下图所示。
实心球●表示N原子，空心球○表示M原子，则它的化学式为（ ）
A．M4N4B．MNC．M14N13D．M4N5
解析 此题是确定晶体的化学式。
关键点是该物质为气态团簇分子，故属于分子晶体。
与离子晶体、原子晶体不同，它不存在共用与均摊问题，因此该物质的化学式就是其分子式，由14个M原子和13个N原子组成，故应选C。
40分钟课时作业
[基础过关]
一、分子晶体的晶胞
1．下图是冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子有几个氢键（ ）
A．2B．4C．8D．12
解析 每个水分子与四个方向的其他4个水分子形成氢键，每个氢键为2个水分子所共有，因此每个水分子具有的氢键个数为4×
1/2＝2。
2．中学教材上介绍的干冰晶体是一种面心立方结构，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
解析 在每个CO2周围距离
a的CO2即为每个面心上的CO2分子，在X、Y、Z三个方向上各有4个，所以应为12个。
3．在20世纪90年代末期，科学家发现并证明碳有新的单质形态C60存在。
后来人们又相继得到了C70、C76、C90、C94等另外一些球碳分子。
21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家族。
下列有关说法错误的是（ ）
A．熔点比较：
C60＜C70＜C90＜金刚石
B．已知C（石墨）===C（金刚石） ΔH＞0，则石墨比金刚石稳定
C．C60晶体结构如图所示，每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子有12个
D．金刚石、C60、C70、管状碳和洋葱状碳都不能与H2发生加成反应
解析 本题考查碳单质的几种晶体的结构及性质。
C60、C70、C90均是分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，金刚石是原子晶体，熔点比分子晶体高得多，A项正确；
石墨转化成金刚石是吸热过程，说明石墨能量低，故石墨比金刚石稳定，B项正确；
由C60的晶体结构，可知每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子有12个，C项正确；
C60的结构中存在碳碳双键，可与H2发生加成反应，D项错误。
二、分子晶体的结构特征与判断
4．下列物质属于分子晶体的化合物是（ ）
A．石英B．硫酸C．干冰D．食盐
解析 石英为原子晶体；
硫酸常温呈液态且为混合物；
干冰为分子晶体；
食盐为离子晶体。
5．固体乙醇晶体中不存在的作用力是（ ）
A．极性键B．非极性键
C．离子键D．氢键
解析 固体乙醇晶体是乙醇分子通过分子间作用力结合的，在乙醇分子里有C—C之间的非极性键，C—H、C—O、O—H之间的极性键，在分子之间还有O和H原子产生的氢键，没有离子键。
6．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。
7．下列关于晶体的说法正确的是（ ）
A．分子晶体内一定存在共价键
B．分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
C．冰熔化时水分子中共价键没有断裂
D．由非金属元素形成的化合物一定是分子晶体
解析 稀有气体元素形成的单质晶体中，分子内不存在共价键，A项错误；
分子的稳定性强弱只与分子内所含化学键的强弱有关，而与分子间作用力无关，B项错误；
冰熔化时，其分子间作用力被破坏，而共价键没有发生变化，C项正确；
由非金属元素形成的化合物NH4Cl、SiO2等不是分子晶体，D项不正确。
8．科学家最近又发现了一种新能源——“可燃冰”。
它的主要成分是甲烷分子的结晶水合物（CH4·
nH2O）。
其形成过程是：
埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中，厌氧性细菌把有机质分解，最后形成石油和天然气（石油气），其中许多天然气被包进水分子中，在海底的低温与高压下形成了类似冰的透明晶体，这就是“可燃冰”。
这种“可燃冰”的晶体类型是（ ）
A．离子晶体B．分子晶体
C．原子晶体D．金属晶体
解析 根据题中信息可知，构成该晶体的微粒是分子，又由于该晶体在低温高压条件下才可以以固态形式存在，可推知该晶体的熔、沸点较低，属于分子晶体。
9．HgCl2的稀溶液可用作手术刀的消毒剂，已知HgCl2的熔点是277℃，熔融状态的HgCl2不能导电，HgCl2的稀溶液有弱的导电能力，则下列关于HgCl2的叙述中正确的是（ ）
①HgCl2属于共价化合物 ②HgCl2属于离子化合物 ③HgCl2属于非电解质 ④HgCl2属于弱电解质
A．①③B．①④C．②③D．②④
解析 HgCl2的熔点低，熔融状态不导电，说明它属于共价化合物，而不是离子化合物；
水溶液有弱的导电能力，说明在水溶液中微弱电离，属弱电解质。
10．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、CaCl2
B．AlCl3、SiCl4
C．NaCl、CaCl2
D．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。
[能力提升]
11．下列有关石墨晶体的说法正确的是（ ）
A．由于石墨晶体导电，所以它是金属晶体
B．由于石墨的熔点很高，所以它是原子晶体
C．由于石墨质软，所以它是分子晶体
D．石墨晶体是一种混合晶体
12．石墨的片层结构如图所示，试回答：
（1）平均________个碳原子构成一个正六边形。
（2）石墨晶体每一层内碳原子数与碳碳化学键之比是________。
（3）ng碳原子可构成________个正六边形。
答案
（1）2
（2）2∶3 （3）
解析
（1）利用点与面之间的关系，平均每个正六边形需碳原子：
6×
1/3＝2（个）。
（2）分析每一个正六边形：
①所占的碳原子数为6×
1/3＝2。
②所占的碳碳键数为6×
1/2＝3，故答案为2∶3。
（3）ng碳原子数为
NA，故答案为
。
13．白磷分子中P—P键易断开，若一个白磷分子中每个P—P键均断开插入一个氧原子，则一共可结合_______________________________________________________________
个氧原子，这样得到磷的一种氧化物，其分子式为________。
由C、H、N三种元素组成的某化合物，其分子内含4个氮原子，且4个氮原子排成内空的正四面体（同白磷，如下图），每两个氮原子间都有一个碳原子，且分子内无C—C和C===C，则化合物的分子式为________。
答案 6 P4O6 C6H12N4
解析 在白磷分子空间结构图中，分子内共有6个P—P键，由题意，可嵌入6个O原子，分子式为P4O6；
同理4个N原子也可构成正四面体，在N—N之间嵌入6个C原子，因无C—C和C===C，为满足碳4价，化合物分子应由4个N原子和6个CH2组成，故分子式为C6H12N4。
14．
（1）水分子的立体结构是________，水分子能与H＋形成配位键，其原因是在氧原子上有________。
（2）冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞（其晶胞结构如图，其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心，实心球所示原子位于立方体内）类似。
每个冰晶胞平均占有________个水分子。
（3）实验测得冰中氢键的作用能为18.5kJ·
mol－1，而冰的熔化热为5.0kJ·
mol－1，这说明________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）V形 孤电子对
（2）8
（3）冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，也说明液态水中仍存在氢键
解析
（2）4＋6×
＋8×
＝8。
[拓展探究]
15．德国和美国科学家首次制出了由20个碳原子组成的空心笼分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成的（如下图所示）。
请回答：
（1）C20分子中共有________个正五边形，共有________条棱边。
C20晶体属于________。
（填晶体类型）
（2）科学界拟合成一种“二重构造”的球形分子（C60Si60），即把“足球型”的C60置于“足球型”的Si60内，并把硅原子与碳原子以共价键结合。
合成“二重构造”球形分子C60Si60的化学反应类似于________（填字母）。
A．由乙烯制聚乙烯
B．乙酸与乙醇制乙酸乙酯
C．乙醇制乙醛
D．乙烯与丙烯合成乙丙树脂
答案
（1）12 30 分子晶体
（2）AD
解析
（1）正五边形＝
＝12，棱边＝
＝30。
（2）由于C60和Si60相似，所以该反应类似于加聚反应。
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