学年人教版选修3 第三章 第二节 分子晶体与原子晶体 第1课时 学案文档格式.docx

学年人教版选修3 第三章 第二节 分子晶体与原子晶体 第1课时 学案文档格式.docx

《学年人教版选修3 第三章 第二节 分子晶体与原子晶体 第1课时 学案文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年人教版选修3 第三章 第二节 分子晶体与原子晶体 第1课时 学案文档格式.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

（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）干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。

（2）①每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。

②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。

[自我检测]

1.判断正误，正确的打“√”；

错误的打“×

”。

（1）分子晶体内只有分子间作用力。

（　　）

（2）分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点越高。

（3）分子晶体中分子间氢键越强，分子越稳定。

（4）冰晶体融化时水分子中共价键发生断裂。

（5）水是一种非常稳定的化合物，这是由于水中存在氢键。

（6）由极性键形成的分子可能是非极性分子。

（7）水和冰中都含有氢键。

（8）分子晶体中一定存在范德华力，可能有共价键。

答案　

（1）×

（2）×

　（3）×

　（4）×

　（5）×

　（6）√　（7）√　（8）√

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。

答案　B

提升一　分子晶体及其判断

【例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，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　由分子构成的晶体，分子与分子之间靠分子间作用力聚集在一起，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正确，A、C、D错误。

【名师点拨】

1.分子晶体的定义

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。

特别提醒　稀有气体单质是由原子直接构成的分子晶体，无化学键，晶体中只有分子间作用力。

2.常见的典型的分子晶体

（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（X2）、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，如HNO3、H2SO4、H3PO4等；

（5）绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸等。

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。

4.晶体冰中有关氢键的易错点

（1）晶体冰中每个水分子可以与紧邻的4个水分子形成氢键（不是2个）；

每个水分子平均形成2个氢键（不是4个）。

（2）冰晶胞的结构和金刚石的晶胞结构相似，每个晶胞平均拥有8个水分子。

晶体中C、O均采用sp3杂化，均与4个其他原子形成四面体结构单元，因此，冰晶胞的结构与金刚石的晶胞结构有一定的相似性。

（3）冰、氢氟酸中均有氢键，且O—H…O比F—H…F弱，但水的沸点更高，其原因是平均每个水分子形成的氢键数比HF多。

（4）晶体冰的密度比液态水的小。

这是因为晶体冰中水分子形成的氢键具有方向性和饱和性，使得冰晶体中水分子的空间利用率变小。

【深度思考】

请列举判断物质是否为分子晶体的方法？

提示　

（1）可以根据物质的类别判断晶体是否为分子晶体；

（2）可以根据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断是否为分子晶体，构成分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力；

（3）可以根据晶体的特征性质判断晶体是否为分子晶体：

①熔、沸点和硬度：

分子晶体的熔、沸点较低，硬度小；

②导电性：

分子晶体不导电，部分溶于水导电。

【变式训练】

1.SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行的下列推测中不正确的是（　　）

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，所以属于分子晶体。

在常温、常压下SiCl4是液体。

CCl4的分子是正四面体结构，SiCl4与CCl4的结构相似，也是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。

影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，在SiCl4分子间、CCl4分子间只有范德华力，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的大，熔、沸点比CCl4的高。

2.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。

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，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，B正确，C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，D错误。

提升二　分子晶体的物理性质及应用

【例2】　下列性质符合分子晶体特点的是（　　）

①熔点1070℃，易溶于水，水溶液能导电

②熔点10.31℃，液态不导电，水溶液能导电

③能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃

④熔点97.81℃，质软，导电，密度为0.97g·

cm－3

A.①B.②③

C.①②D.②④

解析　本题考查分子晶体的性质。

分子晶体中分子之间是以分子间作用力相结合的，分子晶体具有低熔点、易升华、硬度小等性质。

①熔点高，不是分子晶体的性质；

④能导电，不是分子晶体的性质，该处所述是金属钠的性质，故选②③。

1.分子晶体的物理性质

（1）分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。

分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华（如干冰、碘、红磷、萘等），且硬度较小。

（2）分子晶体不导电。

分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。

有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。

（3）分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。

H2O是极性溶剂，SO2、H2S、HBr等都是极性分子，它们在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非极性分子在水中的溶解度大。

苯、CCl4是非极性溶剂，则Br2、I2等非极性分子易溶于其中，而水则不溶于苯和CCl4中。

2.分子晶体熔、沸点比较规律

（1）少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。

（2）组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔、沸点逐渐升高。

例如，常温下Cl2呈气态，Br2呈液态，而I2呈固态；

CO2呈气态，CS2呈液态。

（3）相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。

（4）有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：

正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。

相对分子质量越大，分子晶体的熔、沸点就一定越高吗？

提示　不一定。

比较分子晶体熔、沸点高低时，首先要判断分子间是否存在氢键。

若不存在氢键，再看分子的组成和结构是否相似，比较范德华力大小。

4.下列有关分子晶体熔点的高低叙述中，正确的是（　　）

A.Cl2＞I2

B.SiCl4＞CCl4

C.PH3＞NH3

D.C（CH3）4＞CH3CH2CH2CH2CH3

解析　NH3分子间存在氢键，分子间作用力大，PH3分子间不存在氢键，分子间作用力弱，NH3的熔点高于PH3，C不正确；

A、B、D选项中均无氢键，且固态时都为分子晶体，物质结构相似，相对分子质量大的熔点高，故A不正确，B正确；

相对分子质量相同的烷烃的同分异构体，支链越多，熔点越低，故D不正确。

5.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

解析　干冰熔化时破坏的分子间作用力。

答案　D

6.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

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。

7.下列事实与氢键有关的是（　　）

A.水加热到很高的温度都难以分解

B.水结成冰体积膨胀，密度变小

C.CH4、SiH4、GeH4、SnH4熔点随相对分子质量增大而升高

D.HCl的稳定性强于HBr

解析　H—O键的键能较大，故水加热到很高的温度都难以分解，与氢键无关，A错误；

水结冰时，由于氢键的存在，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，造成体积膨胀，密度变小，B正确；

CH4、SiH4、GeH4、SnH4都为分子晶体，熔点随相对分子质量增大而升高，与氢键无关，C错误；

氯元素的非金属性强于溴元素，故HCl的稳定性强于HBr，与氢键无关，D错误。

课时作业

基础题组

1.分子晶体具有某些特征的本质原因是（　　）

A.组成晶体的基本微粒是分子

B.熔融时不导电

C.基本构成微粒间以分子间作用力相结合

D.熔点一般比较低

解析　分子晶体相对于其他晶体来说，熔、沸点较低，硬度较小，本质原因是其基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键相对于化学键来说比较弱。

答案　C

2.BeCl2熔点较低，易升华，溶于醇和醚，其化学性质与AlCl3相似。

由此可推测BeCl2（　　）

A.熔融态不导电B.水溶液呈中性

C.熔点比BeBr2高D.不与NaOH溶液反应

解析　由题知BeCl2熔点较低，易升华，溶于醇和醚，应属于分子晶体，所以熔融态不导电；

对于组成相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，其熔、沸点越高，因此BeCl2的熔点比BeBr2低；

BeCl2化学性质与AlCl3相似，根据AlCl3能和NaOH溶液反应，则BeCl2也可与NaOH溶液反应；

AlCl3水溶液中由于铝离子水解而呈酸性，推知BeCl2也具有此性质。

答案　A

3.下列各物质所形成的晶体中，属于分子晶体且分子内只含极性共价键的是（　　）

A.CO2B.O2

C.NH4ClD.Ar

解析　固体CO2（干冰）是分子晶体，分子内只有极性的碳氧共价键。

O2、Ar是固体都属于分子晶体，但O2中只有非极性共价键，Ar原子间没有共价键。

NH4Cl由NH

和Cl－组成，是离子化合物，不属于分子晶体。

4.下列能说明固态氨是分子晶体的事实是（　　）

A.氮原子不能形成阳离子

B.铵根离子不能单独存在

C.常温常压下，氨是气态物质

D.氨极易溶于水

解析　分子晶体的熔、沸点较低，故常温常压下氨呈气态，说明固态氨属于分子晶体。

5.如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子平均形成几个氢键（　　）

A.2B.4

C.8D.12

解析　每个水分子与四个方向的4个水分子形成氢键，每个氢键为2个水分子共用，故其氢键个数为4×

＝2。

6.中学教材上介绍的干冰晶体是面心立方结构，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　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。

7.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4个水分子形成四面体

B.冰晶体具有空间网状结构，是原子晶体

C.水分子间通过H—O键形成冰晶体

D.冰融化后，水分子之间空隙增大

解析　冰晶体中的水分子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两项均错误。

H2O分子形成氢键时沿O的4个sp3杂化轨道形成氢键，每个水分子可以与4个水分子形成氢键，从而形成空间四面体构型，A项正确。

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，因此冰融化成水后，体积减小，水分子之间空隙减小，D项错误。

8.下列分子晶体：

①HCl、②HBr、③HI、④CO、⑤N2、⑥H2的熔点由高到低的顺序是（　　）

A.①②③④⑤⑥B.③②①⑤④⑥

C.③②①④⑤⑥D.⑥⑤④③②①

解析　题给六种物质都属于分子晶体且均不存在分子间氢键，而相对分子质量由大到小的顺序是③＞②＞①＞④＝⑤＞⑥，根据分子晶体熔沸点高低的判断，依据熔沸点由高到低的顺序为③②①⑥，CO和N2的相对分子质量相同，但CO是极性分子，N2是非极性分子，所以熔点前者大于后者都大于H2，故正确顺序为③②①④⑤⑥。

9.

（1）CO能与金属Fe形成Fe（CO）5，该化合物的熔点为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，例如ClF3、BrF3等。

已知反应Cl2（g）＋3F2（g）===2ClF3（g）

ΔH＝－313kJ·

mol－1，F—F键的键能为159kJ·

mol－1，Cl—Cl键的键能为242kJ·

mol－1，则ClF3中Cl—F键的平均键能为________kJ·

mol－1。

ClF3的熔、沸点比BrF3的________（填“高”或“低”）。

（3）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）。

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）根据焓变的含义可得：

242kJ·

mol－1＋3×

159kJ·

mol－1－6×

ECl－F

＝－313kJ·

mol－1，解得Cl—F键的平均键能ECl－F＝172kJ·

mol－1；

组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，所以ClF3的熔、沸点比BrF3的低。

（3）C60晶体为面心立方结构，所以每个C60晶胞有4个C60分子（面心3个，顶角1个），所以一个C60晶胞质量＝

g＝

g。

答案　

（1）分子　

（2）172　低　（3）

10.

（1）如图为干冰的晶体结构示意图。

通过观察分析，每个CO2分子周围紧邻等距离的CO2分子有________个，有________种取向不同的CO2分子。

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。

（2）在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是________，还有________，由于该主要作用力与共价键一样具有________性，故1个水分子周围只有________个紧邻的水分子，这些水分子位于________的顶点。

这种排列方式使冰晶体中水分子的空间利用率________（填“较高”或“较低”），故冰的密度比水的密度要________（填“大”或“小”）。

解析　观察并分析干冰和冰的晶体结构，可知在干冰晶体中，CO2分子排列为面心立方堆积，顶点为一种取向，三对平行面分别为三种不同取向。

离顶点的CO2分子最近的是面心的分子，两者的距离为面对角线的一半，即

apm。

每个CO2分子周围紧邻且等距离的CO2分子共有12个。

在冰晶体中，水分子间的主要作用力是氢键，氢键具有方向性，1个水分子周围只有4个紧邻的水分子，使冰晶体中水分子的空间利用率较低，分子的间距较大，结构中有许多空隙，造成冰的密度小于水的密度。

答案　

（1）12　4　

a　

（2）氢键　范德华力　方向　4　四面体　较低　小

能力题组

11.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：

①N60分子中每个氮原子均以N—N键结合三个N原子而形成8电子稳定结构：

②N—N键的键能为167kJ·

请回答下列问题：

（1）N60分子组成的晶体为________晶体，其熔、沸点比N2________（填“高”或“低”），原因是_______________________________________________________。

（2）1molN60分解成N2时吸收或放出的热量是________kJ（已知N≡N键的键能为942kJ·

mol－1），表明稳定性N60________（填“＞”“＜”或“＝”）N2。

（3）由

（2）列举N60的用途（举一种）：

________。

解析　

（1）N60、N2形成的晶体均为分子晶体，因Mr（N60）＞Mr（N2），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N—N键，每个N—N键被2个N原子共用，故1molN60中存在N—N键：

1mol×

60×

3×

＝90mol。

发生的反应为N60===30N2，故ΔH＝90×

167kJ·

mol－1－30×

942kJ·

mol－1＝－13230kJ·

mol－1＜0，为放热反应，表明稳定性：

N2＞N60。

（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

（2）13230　＜

（3）N60可作高能炸药（其他答案合理也可）

12.

（1）德国和美国科学家制出了由20个碳原子构成的空心笼状分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成的（如图所示）。

C20分子共有________个正五边形，共有________个共价键，C20晶体属于________晶体。

（2）目前科学家拟合成一种“二重结构”的球形分子，即把足球形C60分子容纳在足球形Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合。

下列关于这种物质的叙述不正确的是________（填序号）。

A.该物质是一种新型化合物

B.该物质是两种单质组成的混合物

C.该晶体属于分子晶体

D.该物质具有极高的熔、沸点

解析　

（1）根据“由20个碳原子构成的空心笼状分子”可判断该物质一定是分子晶体。

根据其结构可知每个碳原子形成3个C—C键，每个共价键被2个碳原子共用，所以含有的共价键数是

＝30。

因为每个共价键被2个正五边形共用，所以平均每个正五边形含有的共价键数是

＝2.5，故C20分子共有

＝12个正五边形。

（2）该物质是一种“二重结构”的球形分子，故A项正确；

该物质中碳原子和硅原子间形成共价键，因此它是化合物，故B项错误；

该晶体是由分子构成的，属于分子晶体，故C项正确；

该晶体属于分子晶体，熔、沸点较低，故D项错误。

答案　

（1）12　30　分子　

（2）BD

13.在我国南海300～500m海底深处沉积物中存在着大量的“可燃冰”，其主要成分为甲烷水合物。

在常温、常压下它会分解成水和甲烷，因而得名。

（1）甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是__________（填序号）。

A.甲烷晶胞中的球只代表一个C原子

B.晶体中1个CH4分子中有12个紧邻的CH4分子

C.CH4熔化时需克服共价键

D.1个CH4晶胞中含有8个CH4分子

E.CH4是非极性分子

（2）水在不同的温度和压强条件下可以形成多种不同结构的晶体，冰晶体结构有多种。

其中冰Ⅶ的晶体结构如下图所示。

①水分子的立体结构是________形，在酸性溶液中，水分子容易得到一个H＋，形成水合氢离子（H3O＋），水分子能与H＋形成配位键，其原因是在氧原子上有________________，应用价层电子对互斥理论（或模型）推测H3O＋的形状为________。

②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__________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

（3）用x、y、z分别表示H2O、H2S、H2Se的沸点（℃），则x、y、z的大小关系是________，其判断依据是___________________________________________________________________________________________