高中化学选修3第三章 第二节 第1课时.docx
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高中化学选修3第三章第二节第1课时
第二节 分子晶体与原子晶体
第1课时 分子晶体
[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析：
能辨识常见的分子晶体，并能从微观角度分析分子晶体中各构成微粒之间的作用和对分子晶体物理性质的影响。
2.证据推理与模型认知：
能利用分子晶体的通性推断常见的分子晶体，理解分子晶体中微粒的堆积模型，并能利用均摊法对晶胞进行分析。
一、分子晶体及其结构特点
1．概念
分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体。
2．微粒间作用
分子晶体中相邻的分子间以分子间作用力相互吸引。
3．常见分子晶体及物质类别
物质种类
实例
所有非金属氢化物
H2O、NH3、CH4等
部分非金属单质
卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）等
部分非金属氧化物
CO2、P4O10、SO2、SO3等
几乎所有的酸
HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数有机物
苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
4.两种典型分子晶体的组成与结构
（1）干冰
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。
（2）冰
①水分子之间的作用力有范德华力和氢键，但主要是氢键。
②由于氢键的方向性，使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻的水分子相互吸引。
分子晶体的堆积方式
分子密堆积
分子非密堆积
作用力
只有范德华力，无氢键
有分子间氢键，它具有方向性
空间特点
每个分子周围一般有12个紧邻的分子
空间利用率不高，留有相当大的空隙
举例
C60、干冰、I2、O2
HF、NH3、冰
例1 （2018·西安交大附中期末）下列物质中，属于分子晶体的是（ ）
①二氧化硅 ②碘 ③食盐 ④蔗糖 ⑤磷酸
A．②④⑤B．①②④
C．②③④⑤D．①②③⑤
【考点】 分子晶体的判断
【题点】 根据物质类别判断
答案 A
解析 由常见分子晶体对应的物质类别可知：
碘、蔗糖、磷酸都属于分子晶体。
例2 甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子
B．晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子
C．甲烷晶体熔化时需克服共价键
D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
【考点】 分子晶体的组成与结构分析
【题点】 分子晶体结构的分析
答案 B
解析 题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错误；由甲烷晶胞分析，位于晶胞顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在晶胞的面上，因此每个都被2个晶胞共用，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×
＝12，B正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C错误；甲烷晶胞中甲烷分子的个数为8×
＋6×
＝4，D错误。
二、分子晶体的物理性质
1．物理特性
（1）分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。
（2）一般是绝缘体，熔融状态也不导电。
（3）溶解性符合“相似相溶规律”。
2．分子晶体熔、沸点高低的比较规律
（1）分子晶体中分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之越低。
（2）具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。
例3 （2018·成都高二下学期期末）下列关于分子晶体的说法不正确的是（ ）
A．晶体的构成微粒是分子
B．干燥或熔融时均能导电
C．分子间以分子间作用力相结合
D．熔、沸点一般比较低
答案 B
解析 A项，分子晶体是由分子构成的；B项，干燥或熔融时，分子晶体既不电离也没有自由移动的电子，均不能导电；C项，分子间以分子间作用力相结合；D项，分子晶体的熔、沸点一般比较低。
方法技巧——分子晶体的判断方法
（1）依据物质的类别判断
部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。
（2）依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断
组成分子晶体的微粒是分子，粒子间作用是分子间作用力。
（3）依据物质的性质判断
分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。
例4 下列物质，按沸点降低顺序排列的一组是（ ）
A．HF、HCl、HBr、HIB．F2、Cl2、Br2、I2
C．H2O、H2S、H2Se、H2TeD．CI4、CBr4、CCl4、CF4
答案 D
解析 A、C中HF和H2O分子间含有氢键，沸点反常的高；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．正误判断
（1）分子晶体中只存在分子间作用力（ ）
（2）分子晶体熔化时共价键断裂（ ）
（3）共价化合物一定属于分子晶体（ ）
（4）分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点一定越高（ ）
（5）分子晶体中氢键越强，分子越稳定（ ）
（6）分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键（ ）
答案
（1）×
（2）× （3）× （4）× （5）× （6）√
2．如果分子间作用力只是范德华力，则该分子晶体将采取密堆积，原因是分子晶体中（ ）
A．范德华力无方向性和饱和性
B．占据晶格结点的微粒是原子
C．化学键是共价键
D．三者都是
【考点】 分子晶体的组成及结构
【题点】 分子晶体的结构分析
答案 A
解析 分子晶体中分子间以范德华力结合在一起，由于范德华力没有方向性和饱和性，所以分子在堆积成晶体时将采取分子密堆积，A项正确。
3．（2019·乐山高二月考）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
【考点】 分子晶体的物理性质及比较
【题点】 分子晶体的物理通性
答案 D
解析 干冰熔化时破坏的是分子间作用力。
4．（2018·洛阳期中）如图为冰的一种骨架形式，以此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子含有氢键的个数是（ ）
A．2B．4
C．8D．12
【考点】 分子晶体的组成及结构
【题点】 分子晶体的结构分析
答案 A
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。
5．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
【考点】 分子晶体的物理性质及比较
【题点】 分子晶体熔、沸点的比较
答案 B
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选项中均无氢键，且固态时都为分子晶体，物质组成结构相似，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。
6．
（1）CO能与金属Fe形成Fe（CO）5，该化合物熔点为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，如ClF3、BrF3，常温下它们都是易挥发的液体。
ClF3的熔、沸点比BrF3的________（填“高”或“低”）。
（3）下图为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________个与之紧邻的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。
【考点】 分子晶体结构与性质的综合
【题点】 分子晶体结构与性质的综合
答案
（1）分子
（2）低 （3）12 4
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）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，熔、沸点越高，所以ClF3的熔、沸点比BrF3的低。
题组一 分子晶体的判断
1．下列各组物质都属于分子晶体的是（ ）
A．碘、二氧化碳、白磷、C60
B．NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硅
C．SO2、金刚石、N2、铜
D．醋酸、甲烷、石墨、氧化钠
【考点】 分子晶体的判断
【题点】 由物质类别判断
答案 A
解析 B项，NaCl和二氧化硅不属于分子晶体；C项，金刚石和铜不属于分子晶体；D项，石墨和氧化钠不属于分子晶体。
2．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
【考点】 分子晶体的判断
【题点】 由物质性质判断
答案 B
解析 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。
3．（2019·韶关高二检测）已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190℃，则下列说法不正确的是（ ）
A．氯化铝是电解质
B．固态氯化铝是分子晶体
C．氯化铝是极性分子
D．氯化铝是非极性分子
【考点】 分子晶体的判断
【题点】 由物质性质判断
答案 C
解析 由“相似相溶”规律可推知AlCl3为非极性分子，故C项错误。
题组二 分子晶体的组成与性质
4．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
【考点】 分子晶体的组成与结构
【题点】 分子晶体的组成分析
答案 B
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，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，D项错误。
5．（2018·广东肇庆高二上学期期末）当SO3晶体熔化时，下述各项中发生变化的是（ ）
A．化学键
B．硫与氧的原子个数之比
C．分子构型
D．分子间作用力
【考点】 分子晶体的组成与结构
【题点】 分子晶体的组成分析
答案 D
6．下列关于物质熔、沸点高低的比较正确的是（ ）
A．H2>N2>O2
B．NH3>AsH3>PH3
C．Cl2>Br2>I2
D．C（CH3）4>（CH3）2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3
【考点】 分子晶体的物理性质及比较
【题点】 分子晶体熔、沸点的比较
答案 B
解析 组成和结构相似的分子晶体的熔、沸点随相对分子质量的增大而升高，即熔、沸点：
H2NH3>AsH3>PH3，B项正确；相对分子质量相同的烷烃，其支链越多，熔、沸点越低，即熔、沸点：
C（CH3）4<（CH3）2CHCH2CH37．（2019·武汉高二调研）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
【考点】 分子晶体的物理性质及应用
【题点】 分子晶体性质的影响因素
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。
题组三 分子晶体结构与性质的综合
8．（2019·南京高二检测）分子晶体HF、NH3与冰的结构极为相似，在HF中，与HF分子距离最近的HF分子有（ ）
A．3个B．4个C．5个D．12个
【考点】 分子晶体的组成及结构
【题点】 分子晶体的结构分析
答案 B
解析 根据HF与冰结构相似可知，每个HF分子周围有4个HF分子与之最近，构成四面体，故B项正确。
9．晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如下图所示，下列说法正确的是（ ）
A．C60摩尔质量是720
B．C60与苯互为同素异形体
C．在C60晶胞中有14个C60分子
D．每个C60分子周围与它距离最近且等距离的C60分子有12个
【考点】 分子晶体的组成及结构
【题点】 分子晶体的结构分析
答案 D
10．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．形成的晶体属于分子晶体
B．分子中Si60被包裹在C60里面
C．其摩尔质量为2400
D．熔点高、硬度大
【考点】 分子晶体结构与性质的综合
【题点】 分子晶体结构与性质的综合
答案 A
解析 球形分子的分子式为C60Si60，其结构中包含有C60和Si60，该物质的晶体是由C60分子和Si60分子构成的，属于分子晶体，A正确；Si原子的半径大于C原子，所以Si—Si键的键长比C—C键长，分子中Si60包裹着C60，B错误；摩尔质量的单位为g·mol－1，C错误；C60Si60属于分子晶体，熔点低、硬度小，D错误。
11．（2018·江苏启东月考）如图所示是某无机化合物的二聚分子，该分子中A、B两种元素都是第三周期的元素，分子中所有原子的最外层电子都达到8电子稳定结构。
下列说法不正确的是（ ）
A．该化合物的分子式可能是Al2Cl6
B．该化合物是离子化合物，在熔融状态下能导电
C．该化合物在固态时所形成的晶体是分子晶体
D．该化合物中不存在离子键，也不含有非极性共价键
【考点】 分子晶体结构与性质的综合
【题点】 分子晶体结构与性质的综合
答案 B
解析 将二聚分子变成单分子，得BA3，根据两种元素都处于第三周期，可知BA3可能是PCl3或AlCl3，而在PCl3中所有原子已达稳定结构，不可能形成二聚分子，故只可能是AlCl3，则该化合物的分子式是Al2Cl6，故A正确；该化合物是无机化合物的二聚分子，属于共价化合物，不存在离子键，只有极性共价键，在熔融状态下不能导电，固态时形成的晶体是分子晶体，故B错误，C、D正确。
12.（2018·鞍山一中高二期中）冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，其晶胞结构如图所示。
下列有关说法正确的是（ ）
A．冰晶胞内水分子间以共价键结合
B．每个冰晶胞平均含有4个水分子
C．水分子间的氢键具有方向性和饱和性，也是σ键的一种
D．已知冰中氢键的作用力为18.5kJ·mol－1，而常见的冰的熔化热为336J·g－1，这说明冰变成水，氢键部分被破坏（假设熔化热全部用于破坏氢键）
【考点】 分子晶体结构与性质的综合
【题点】 分子晶体结构与性质的综合
答案 D
解析 冰晶胞内水分子间主要以氢键结合，A项错误；由冰晶胞的结构可知，每个冰晶胞平均占有的分子个数为4＋
×8＋6×
＝8，B项错误；水分子间的氢键具有方向性和饱和性，但氢键不属于化学键，C项错误；冰中氢键的作用力为18.5kJ·mol－1,1mol冰中含有2mol氢键，而常见的冰的熔化热为336J·g－1，也可写为6.05kJ·mol－1，说明冰变为液态水时只是破坏了一部分氢键，液态水中仍存在氢键，D项正确。
13．
（1）比较下列化合物的熔、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℃，但它在180℃即开始升华。
请回答：
①AlCl3固体是________晶体。
②设计实验判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物：
________________________________________________________________________。
【考点】 分子晶体的物理性质及应用
【题点】 分子晶体熔、沸点的比较
答案
（1）①＜ ②＞ ③＞ ④＜ ⑤＞ ⑥＞
（2）①分子 ②在熔融状态下，验证其是否导电，若不导电是共价化合物
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，可比较六组物质熔、沸点的高低。
（2）由AlCl3的熔点低以及在180℃时开始升华可判断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，可测其在熔融状态下是否导电，不导电则是共价化合物，导电则是离子化合物。
14．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·mol－1。
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________（填“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）：
_____________________________________________。
【考点】 分子晶体的组成及结构
【题点】 分子晶体组成的分析
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）放出 13230 <
（3）N60可作高能炸药（其他合理答案也可）
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N60中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＝90mol×167kJ·mol－1－30mol×942kJ·mol－1＝－13230kJ<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。
15．
（1）水分子的立体结构是________，水分子能与很多金属离子形成配合物，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。
冰晶胞与金刚石晶胞中微粒排列方式相同的原因是____________________。
【考点】 分子晶体结构与性质的综合
【题点】 分子晶体结构与性质的综合
答案
（1）V形（或角形） 孤电子对
（2）8 碳原子与氧原子都为sp3杂化，且氢键和共价键都具有方向性和饱和性（每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键）
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