人教版高二化学选修三教学案第三章 第二节 分子晶体与原子晶体 Word版含答案.docx

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人教版高二化学选修三教学案第三章第二节分子晶体与原子晶体Word版含答案

1．了解分子晶体和原子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点。

2．掌握分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质的关系。

3．了解氢键及其对物质性质的影响。

细读教材记主干

1．共价键是怎样形成的？

其作用强度与分子间作用力相比较哪种更大？

提示：

共价键是通过共用电子对形成的，共价键的强度比分子间作用力要大。

2．冰融化与干冰升华克服的作用力不完全相同，干冰升华只克服范德华力，而冰融化除克服范德华力外还克服氢键。

3．二氧化硅的结构是怎样的？

其熔、沸点高低如何？

提示：

二氧化硅是原子之间以共价键结合而形成的立体网状结构。

其中一个硅原子与四个氧原子相连，一个氧原子与两个硅原子相连。

熔、沸点较高。

4．在分子晶体中，分子内的原子间以共价键相结合，分子间以分子间作用力相吸引，因此分子晶体熔点较低。

5．在原子晶体里，所有原子都以共价键相结合，形成三维的网状结构，因此原子晶体熔点高、硬度大。

[新知探究]

1．概念及粒子间作用力

（1）概念：

只含分子的晶体。

（2）粒子间的作用力

2．物理性质及物质类别

（1）物理性质

分子晶体熔、沸点较低、硬度较小。

（2）物质类别

物质种类

举例

所有非金属氢化物

H2O、NH3、CH4等

部分非金属单质

O2、N2、P4等

部分非金属氧化物

CO2、SO2、SO3等

几乎所有的酸

H2SO4、HNO3、H3PO4等

绝大多数有机物

乙醇、乙酸、苯等

3.晶体结构模型

（1）分子间作用力是范德华力

晶体中分子堆积方式为分子密堆积，即以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子。

如干冰的晶胞结构如图

①每个晶胞中有12个原子。

②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子有12个。

（2）分子间还有其他作用力

水分子之间的主要作用力是氢键，在冰的每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。

冰的晶体结构如图

[对点演练]

1．（2016·宜昌高二检测）已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190℃，则下列结论错误的是（　　）

A．氯化铝是电解质

B．固体氯化铝是分子晶体

C．可用电解熔融氯化铝的办法制取金属铝

D．氯化铝为非极性分子

解析：

选C　根据已知条件可知氯化铝是共价化合物，易溶于苯和乙醚，其熔点为190℃，则说明AlCl3是分子晶体，分子之间通过分子间作用力结合。

根据相似相溶原理可知AlCl3是非极性分子，在水中在水分子的作用下电离产生Al3＋、Cl－，所以AlCl3是电解质，在水溶液中能够导电，在熔融状态没有离子不能导电，因此不能通过电解熔融氯化铝的办法制取金属铝，应该通过电解熔融的Al2O3的方法冶炼铝。

2．

（1）比较下列化合物熔、沸点的高低（填“＞”或“＜”）。

①CO2________SO2

②NH3________PH3

③O3________O2

④Ne________Ar

⑤CH3CH2OH________CH3OH

⑥CO________N2

（2）已知AlCl3的熔点为190℃（2.202×105Pa），但它在180℃即开始升华。

请回答：

①AlCl3固体是________晶体。

②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。

你设计的实验是_____________________。

解析：

（1）各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔、沸点的判断规律，分子间作用力越大，相对分子质量越大，分子极性越大，存在分子间氢键，则晶体的熔、沸点越高，较容易比较六组物质熔、沸点的高低。

（2）由AlCl3的熔点低以及在180℃时开始升华判断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，可测其熔融状态下是否导电，若不导电是共价化合物，导电则是离子化合物。

答案：

（1）①＜　②＞　③＞　④＜　⑤＞　⑥＞

（2）①分子　②在熔融状态下，检测其是否导电，若不导电是共价化合物

[新知探究]

1．结构特点

（1）构成微粒及微粒间的作用力

（2）微粒堆积方式

整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个小分子，是一个“巨分子”，又称共价晶体。

2．物理性质及物质类别

（1）物理性质

①原子晶体一般熔点高、硬度大。

②结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。

（2）物质类别

类型

举例

某些非金属单质

晶体硼、晶体硅和金刚石等

某些非金

属化合物

金刚砂（SiC）、二氧化硅（SiO2）、氮化硼（BN）、氮化铝（AlN）、氮化硅（Si3N4）等

3.晶体结构模型——金刚石

①在晶体中每个碳原子以4个共价键与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。

②晶体中C—C键夹角为109°28′，碳原子采取了sp3杂化。

③最小环上有6个碳原子。

④晶体中碳原子个数与C—C键数之比为：

1∶（4×

）＝1∶2。

[名师点拨]

1．分子晶体和原子晶体的比较

晶体类型

原子晶体

分子晶体

含义

相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体

只含分子的晶体

组成粒子

原子

分子

粒子间作用力

共价键

分子间作用力

熔点

很高

较低

硬度

很大

较小

溶解性

一般不溶于各种溶剂

部分溶于水

导电性

不导电，个别为半导体

不导电，部分水溶液导电

熔化时破坏的作用力

破坏共价键

破坏分子间作用力

举例

金刚石、二氧化硅等

冰、干冰等

2.分子晶体与原子晶体熔、沸点高低比较

（1）不同类型的晶体

原子晶体＞分子晶体。

（2）同一类型的晶体

①分子晶体

a．分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高。

如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。

b．组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。

如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。

c．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，其熔、沸点越高。

如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。

d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。

如

。

②原子晶体

晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。

键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。

如熔点：

金刚石＞碳化硅＞晶体硅。

[对点演练]

3．（2016·南昌高二检测）能够解释CO2比SiO2的熔、沸点低的原因是（　　）

A．CO2的相对分子质量比SiO2的相对分子质量小

B．C—O键能小于Si—O键能

C．C的原子半径小于Si

D．破坏CO2晶体只需克服分子间作用力，破坏SiO2晶体要破坏Si—O共价键

解析：

选D　CO2是分子晶体，CO2的熔化与C===O键能

没有关系，其熔化只需要克服范德华力（分子间作用力），SiO2是原子晶体，其熔化要破坏Si－O共价键，共价键的强度远远大于范德华力，故A、B、C错误，D正确。

4.二氧化硅晶体是立体的网状结构，其晶体结构模型如图所示，请认真观察该模型后回答下列问题：

（1）二氧化硅晶体中最小环上有________个原子，晶体结构中存在以________原子为中心、________原子为顶点的正四面体结构。

（2）晶体中每个硅原子为________个最小环共有，每个最小环平均拥有________个硅原子、________个氧原子。

（3）晶体中存在的有________。

A．共价键　　B．离子键　　C．配位键　　D．范德华力

E．氢键

解析：

二氧化硅晶体中，最小环上有6个硅原子和6个氧原子，并形成以硅原子为中心、氧原子（或硅原子）为顶点的正四面体结构。

因为每个硅原子被12个最小环共有，平均每个最小环拥有的硅原子数为6×

＝

个，由化学式SiO2可知，拥有氧原子数为

×2＝1个。

原子晶体中只存在共价键，且Si—O键为极性键，不是配位键。

答案：

（1）12　Si　O（或Si）　

（2）12　

　1　（3）A

1．有关晶体的下列说法中，正确的是（　　）

A．晶体中分子间氢键越强，分子越稳定

B．原子晶体中共价键越弱，熔点越低

C．冰熔化时水分子中共价键发生断裂

D．原子晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他类型的化学键

解析：

选B　氢键的强弱只影响晶体的物理性质，分子的稳定性则取决于分子内化学键的强弱，A项错误；冰熔化时克服分子间作用力和氢键，C项错误；晶体硅中只存在非极性共价键，D项错误。

2．（2016·温州高二检测）2015年7月31日，中国获得2022年冬奥会主办权，这将促进中国冰雪运动。

以下关于冰的说法正确的是（　　）

A．冰与水共存物属于混合物

B．冰的密度比水大

C．冰与二氧化硅的晶体类型相似

D．氢键在冰晶体结构中起关键作用

解析：

选D　冰水混合物属于纯净物，故A错误；冰中氢键比水多，又因为氢键具有饱和性和方向性，相同质量，冰的体积比水大，则冰的密度比水小，故B错误；冰属于分子晶体，而二氧化硅属于原子晶体，因此结构不同，故B错误；氢键具有饱和性和方向性，使得冰中水分子有4个氢键，故D正确。

3．下列说法中正确的是（　　）

A．金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成

B．AlCl3晶体属于原子晶体

C．1molSiO2晶体中含2molSi—O键

D．金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应

解析：

选A　据金刚石结构模型可知，金刚石中的最小碳环为六元环，在高温下可断开C—C键，与O2反应，故A项正确，D项错误；AlCl3是特殊的分子晶体，B项错误；SiO2晶体中有Si—O四面体结构，1molSiO2晶体中含4molSi—O键，C项错误。

4．（2016·黄山高二检测）下列熔、沸点高低的比较不正确的是（　　）

A．金刚石＞碳化硅＞晶体硅

B．邻羟基苯甲酸＞对羟基苯甲酸

C．纯铁＞生铁

D．SiO2＞CO2

解析：

选B　因键长C—C＜C—Si＜Si—Si，则熔点为金刚石＞碳化硅＞晶体硅，故A正确；对羟基苯甲酸易形成分子之间氢键，而邻羟基苯甲酸形成分子内氢键，所以邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低，故B错误；生铁是合金，熔点比组分金属纯铁低，故C正确；SiO2是原子晶体，CO2是分子晶体，故D正确。

5．（2016·邯郸高二检测）正硼酸（H3BO3）是一种片层状结构白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连（如图）。

下列有关说法正确的是（　　）

A．正硼酸晶体属于原子晶体

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

解析：

选D　正硼酸晶体中存在H3BO3分子，且该晶体中存在氢键，说明硼酸由分子构成，是分子晶体，原子晶体内只有共价键，故A错误；分子的稳定性与分子内的B—O、H—O共价键有关，熔沸点与氢键有关，故B错误；硼原子最外层只有3个电子，与氧原子形成3对共用电子对，因此B原子不是8e－稳定结构，故C错误；1个硼酸分子形成了6个氢键，但每个氢键是2个硼酸分子共用的，所以平均含3个氢键，则含有1molH3BO3的晶体中有3mol氢键，故D正确。

6.

（1）如图所示为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。

试说明每个CO2分子周围有________个与之紧邻且等距的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。

（2）在40GPa高压下，用激光器加热到1800K时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是________（填字母序号）。

A．原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂

B．原子晶体干冰有很高的熔点和沸点

C．原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料

D．原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应

E．每摩尔原子晶体干冰含有4molC—O键

解析：

（1）题给CO2分子晶体的一部分，属面心立方结构。

取任一顶点的CO2分子，则与之距离最近且等距的是共用该顶点的三个面面心上的CO2分子，共3个；而该顶点被8个同样晶胞共用，而面心上的分子被2个晶胞共用，这样符合题意的CO2分子有3×8×

＝12个；在此结构中，8个CO2分子处于顶点，为8个同样结构共用，6个CO2分子处于面心，为2个同样结构共用。

所以，该结构单元平均占有的CO2分子为8×

＋6×

＝4个。

（2）该题应从SiO2的结构和性质来判断。

答案：

（1）12　4　

（2）B、D、E

一、选择题

1．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．分子晶体中一定存在范德华力

C．分子间一定存在氢键

D．其结构一定不能由原子直接构成

解析：

选B　稀有气体元素组成的晶体中，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，所以不存在任何化学键，且分子为单原子分子，故A、D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间或者分子内，故B项正确，C项错误。

2．下列关于原子晶体和分子晶体说法不正确的是（　　）

A．原子晶体硬度通常比分子晶体大

B．原子晶体的熔、沸点较高

C．有些分子晶体的水溶液能导电

D．金刚石、水晶和干冰属于原子晶体

解析：

选D　原子晶体中原子间通过共价键结合成立体网状结构，因此硬度大，熔、沸点较高。

分子晶体在固态熔融时不导电，但有的溶于水时能导电，如H2SO4等。

干冰是二氧化碳晶体，属于分子晶体。

3．（2016·邢台高二检测）近年来，科学家合成一系列具有独特化学特性的氢铝化合物（AlH3）n。

已知，最简单的氢铝化合物Al2H6的球棍模型如图所示，它的熔点为150℃，燃烧热极高。

下列说法肯定错误的是（　　）

A．Al2H6在固态时所形成的晶体是分子晶体

B．Al2H6在空气中完全燃烧，产物为氧化铝和水

C．氢铝化合物可能成为未来的储氢材料和火箭燃料

D．氢铝化合物中可能存在组成为AlnH2n＋2的一系列物质（n为正整数）

解析：

选D　分子晶体的熔点较低，通过题中给出的Al2H6的熔点为150℃，推出Al2H6为分子晶体，故A正确；根据题中信息Al2H6的燃烧热极高，判断Al2H6能燃烧，根据原子守恒，Al2H6的组成元素只有Al、H两种元素，又由于是在氧气中燃烧，推出燃烧产物为氧化铝和水，故B正确；根据氢铝化合物组成元素为Al和H两种元素，而Al和H2都是很好的燃料，但氢气的在储存盒运输中是极不方便，将其转化成氢铝化合物后，就解决这一矛盾，同时氢铝化合物的燃烧热极高因此可以作为未来的储氢材料和火箭燃料，故C正确；根据化合物中正负化合价的代数和为0，在AlnH2n＋2组成中，有3n＋[－（2n＋2）]＝0，则有3n＝2n＋2，n＝2，推出化学式为：

Al2H6符合要求，但这仅是一种情况，当n＝1时，得出化学式为：

AlH4不符合要求，所以AlnH2n＋2不具有普遍性，故D错误。

4．（2016·上海十三校高二检测）下列关于二氧化硅晶体的描述错误的是（　　）

A．分子式为SiO2

B．熔化时共价键断裂

C．属于酸性氧化物

D．1molSiO2中含有4molSi—O键

解析：

选A　二氧化硅属于原子晶体，不存在分子，SiO2是表示二氧化硅中原子比的化学式，故A错误；二氧化硅属于原子晶体，原子间通过共价键结合，熔化时共价键断裂，故B正确；二氧化硅能够与碱和碱性氧化物反应，属于酸性氧化物，故C正确；在SiO2中，每一个Si—O键都是一个Si原子全部占有，没有其他Si原子与它共享，而1个Si原子同样连有4个Si—O键，所以1molSiO2中有4molSi—O键，故D正确。

5．SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行下列推测，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：

选B　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的相对分子质量，所以SiCl4的分子间作用力大，熔、沸点比CCl4高一些，常温、常压下为液体。

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。

6．（2016·蚌埠高二检测）某研究所合成了一种球形分子，它的分子式为C60Si60，其结构中包含有C60和Si60。

下列对该分子的叙述中正确的是（　　）

A．分子中Si60被包裹在C60里面

B．形成的晶体属于分子晶体

C．其摩尔质量为2400

D．熔点高、硬度大

解析：

选B　硅的原子半径比碳大，所以硅化合物Si60C60，外层球壳为Si60，内层球壳为C60，故A错误；由题目中的信息可知是一种新的球形分子，分子式为C60Si60，所以该物质有分子存在，属于分子晶体，故B正确；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，故C错误；由分子式及信息可知该物质为分子晶体，分子晶体的熔点低、硬度小，故D错误。

7．（2016·六安高二检测）下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是（　　）

A．SiO2晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连

B．通常状况下，60gSiO2晶体中含有的分子数为NA（NA表示阿伏加德罗常数）

C．金刚石网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子

D．1mol金刚石含4molC—C键

解析：

选C　SiO2晶体结构中，每个Si原子与4个O原子直接相连，每个O原子与2个Si原子直接相连，故A错误；SiO2晶体是原子晶体，不存在分子，故B错误；金刚石是原子晶体，在原子晶体里，原子间以共价键相互结合，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子，故C正确；一个碳原子含有2个C—C键，所以1mol金刚石含2molC—C键，故D错误。

8．下列叙述中，结论（事实）和对应的解释（事实）均不正确的是（　　）

A．金刚石的熔、沸点高于晶体硅，因为C—C键的键能大于Si—Si键的键能

B．二氧化硅晶体中不存在SiO2分子，因为它含有硅氧四面体的空间网状结构

C．稀有气体的晶体属于原子晶体，因为其组成微粒是原子，不存在分子间作用力

D．立体构型为正四面体结构的分子中，化学键的键角不一定是109°28′，有可能为60°

解析：

选C　稀有气体的晶体属于分子晶体，存在分子间作用力，不存在共价键，C项符合题意。

9．（2016·太原高二检测）碳化硅的结构类似于金刚石的晶体，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。

在下列三种晶体中，它们的熔点从高到低的顺序是（　　）

①金刚石　②晶体硅　③碳化硅

A．①③②B．②③①C．③①②D．②①③

解析：

选A　金刚石里是C—C键，碳化硅是C—Si键，显然C—C键长短一些，断开它需要消耗更多能量，因此金刚石熔点大于碳化硅，同理，碳化硅熔点大于晶体硅，故熔点最高是金刚石，最低是晶体硅，选项A符合题意。

10．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个面的中心又各有1个CO2分子，在每个CO2周围距离为

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：

选C　在每个CO2分子周围距离为

a的CO2分子即为每个面心上的CO2分子，共有8×（3×

）＝12个。

11．（2016·黄石高二检测）晶体硼的结构如图所示。

已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个项点上各有1个B原子。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．每个硼分子含有12个硼原子

B．晶体硼是空间网状结构

C．晶体硼中键角是60°

D．每个硼分子含有30个B—B

解析：

选B　结构中每个硼原子由5个三角形共有，每个三角形含有

个硼原子，每个硼分子含有

×20＝12个硼原子，A正确；晶体硼不是原子晶体，属于分子晶体，因此不是空间网状结构，B错误；晶体硼中每个面都是等边三角形，键角是60°，C正确；硼分子中每个B—B由2个三角形共有，每个三角形含有

个B—B，每个硼分子含有

×20＝30个B—B，D正确。

12．（2016·衡水高二检测）X和Y两种元素的核电荷数之和为22，X的原子核外电子数比Y的少6个。

下列说法中不正确的是（　　）

A．X的单质固态时为分子晶体

B．Y的单质为原子晶体

C．X与Y形成的化合物固态时为分子晶体

D．X与碳形成的化合物为分子晶体

解析：

选C　令X的质子数为a，Y的质子数为b，X和Y两元素的质子数之和为22，则a＋b＝22；X的原子核外电子数比Y的原子核外电子数少6个，则a＋6＝b，联立解得a＝8，b＝14。

故X为氧元素，Y为硅元素。

X为氧元素，其单质氧气，臭氧固态为分子晶体，故A正确；Y为硅元素，单质晶体硅是原子晶体，故B正确；X与Y形成的化合物为二氧化硅，是原子晶体，故C错误；X为氧元素，与碳元素形成的二氧化碳，在固态为干冰，属于分子晶体，故D正确。

二、非选择题

13．有下列几种晶体：

A.水晶　B．冰醋酸　C．白磷　

D．金刚石　E．晶体氩　F．干冰

（1）属于分子晶体的是________（填字母，下同），直接由原子构成的分子晶体是________。

（2）属于原子晶体的化合物是________。

（3）直接由原子构成的晶体是________。

（4）受热熔化时，化学键不发生变化的是________，需克服共价键的是________。

解析：

根据构成晶体的粒子不同，分子晶体仅由分子组成，原子晶体中无分子。

分子晶体有B、C、E、F，其中晶体氩是单原子分子构成的晶体；原子晶体和单原子分子晶体都由原子直接构成，原子晶体有A、D，但化合物只有A；分子晶体熔化时，一般不破坏化学键；原子晶体熔化时，破坏化学键。

答案：

（1）B、C、E、F　E　

（2）A　（3）A、D、E　（4）B、C、F　A、D

14．（2016·东北师大附中高二检测）硼及其化合物在现代工业、生活和国防中有着重要的应用价值。

（1）基态硼原子的电子排布式是____________；最简单的硼烷是B2H6（乙硼烷），结构如图所示，其中B原子的杂化方式为________。

（2）三氯化硼和三氟化硼常温下都是气体，都有强烈的接受孤电子对的倾向。

推测它们固态时的晶体类型为________；三氟化硼与氨气相遇，立即生成白色固体，写出该白色固体结构式，并标注出其中的配位键________。

（3）经结构研究证明，硼酸晶体中B（OH）3单元结构如图Ⅰ所示。

各单元中的氧原子通过O—H…O氢键连结成层状结构，其片层结构及键长、层间距数据如图Ⅱ所示。

层与层之间以微弱的分子间力相结合构成整个硼酸晶体。

①H3BO3是一元弱酸，写出它与水反应的化学方程式_______________________；

②根据结构判断下列说法正确的是________；

a．硼酸晶体有滑腻感，可作润滑剂

b．H3BO3分子的稳定性与氢键有关

c．含1molH3BO3的晶体中有3mol氢键

d．H3BO3分子中硼原子最外层为8e－稳定结构

（4）利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图为其晶胞结构示意图。

①该功能陶瓷的化学式为_____________