高中化学人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第二节 分子晶体与共价晶体第1课时导学案

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第二节　分子晶体与共价晶体第1课时　分子晶体[核心素养发展目标]　1.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.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，并能用均摊法对晶胞进行分析。一、分子晶体的概念和性质1．分子晶体的概念只含分子的晶体，或者分子间以分子间作用力结合形成的晶体叫分子晶体。2．分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用3．常见的典型分子晶体(1)所有非金属氢化物：如H2O、H2S、NH3、CH4、HX(卤化氢)等。(2)部分非金属单质：如X2(卤素单质)、O2、H2、S8、P4、C60、稀有气体等。(3)部分非金属氧化物：如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。(4)几乎所有的酸：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。(5)绝大多数有机物：如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。4．分子晶体的物理性质(1)分子晶体熔、沸点较低，硬度很小。(2)分子晶体不导电。(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律。(1)组成分子晶体的微粒是分子，在分子晶体中一定存在共价键和分子间作用力(　　)(2)分子晶体熔化时一定破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键(　　)(3)分子晶体熔化或溶于水均不导电(　　)(4)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大(　　)(5)水分子间存在着氢键，故水分子较稳定(　　)(6)NH3极易溶于水的原因一是NH3、H2O均为极性分子，二是NH3和H2O之间形成分子间氢键(　　)答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√1．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、HD、C10H18   B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、C60、P2O5   D．CCl4、Na2S、H2O2答案　B解析　分子晶体的构成微粒为分子，分子内部以共价键结合。HD属于分子晶体，但为单质，故A错误；PCl3、CO2、H2SO4均属于分子晶体，且为化合物，故B正确；C60属于分子晶体，但为单质，故C错误；Na2S中含有离子键，不属于分子晶体，故D错误。2．(2019·贵州思南中学高二月考)医院在进行外科手术时，常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂，已知HgCl2有如下性质：①HgCl2晶体熔点较低；②HgCl2熔融状态下不导电；③HgCl2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl2的叙述中正确的是(　　)A．HgCl2晶体属于分子晶体B．HgCl2属于离子化合物C．HgCl2属于电解质，且属于强电解质D．HgCl2属于非电解质答案　A解析　由HgCl2的性质可知，HgCl2晶体属于分子晶体，属于共价化合物，是弱电解质。3．下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是(　　)①HCl　②HBr　③HI　④CO　⑤N2　⑥H2A．①②③④⑤⑥   B．③②①⑤④⑥C．③②①④⑤⑥   D．⑥⑤④③②①答案　C解析　相对分子质量越大，分子间的范德华力越大，分子晶体的熔、沸点越高，相对分子质量接近的分子，极性越强，熔、沸点越高，故选C。 1.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，粒子间的作用力是分子间作用力。(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。2．分子晶体熔、沸点高低的判断(1)组成和结构相似，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越强，熔、沸点越高，如I2＞Br2＞Cl2＞F2，HI＞HBr＞HCl。(2)组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3OH＞CH3CH3。(3)含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常升高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。(4)对于有机物中的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低，如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞＞。(5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加，熔、沸点升高，如C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。二、典型的分子晶体的结构和性质1．分子晶体的结构特征 分子密堆积分子非密堆积微粒间作用力范德华力范德华力和氢键空间特点通常每个分子周围有12个紧邻的分子每个分子周围紧邻的分子数小于12个，空间利用率不高举例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰 2.常见分子晶体的结构分析(1)冰晶体①结构：冰晶体中，水分子间主要通过氢键形成晶体。由于氢键具有一定的方向性，一个水分子与周围四个水分子结合，这四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子结合。这样，每个O原子周围都有四个H原子，其中两个H原子与O原子以共价键结合，另外两个H原子与O原子以氢键结合，使水分子间构成四面体骨架结构。其结构可用下图表示。②性质：由于氢键具有方向性，冰晶体中水分子未采取密堆积方式，这种堆积方式使冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化成液态水时，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4 ℃时，分子间距离加大，密度逐渐减小。(2)干冰①结构：固态CO2称为干冰，干冰也是分子晶体。CO2分子内存在C==O共价键，分子间存在范德华力，CO2的晶胞呈面心立方体形，立方体的每个顶角有一个CO2分子，每个面上也有一个CO2分子。每个CO2分子与12个CO2分子等距离相邻(在三个互相垂直的平面上各4个或互相平行的三层上，每层上各4个)(如图所示)。　②性质：干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，熔点却比冰低得多，在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂；由于干冰中的CO2之间只存在范德华力不存在氢键，密度比冰的高。(1)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体(　　)(2)干冰比冰的熔点低很多，常压下易升华(　　)(3)干冰晶体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(　　)(4)冰晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的分子；1 mol冰中含有1 mol氢键(　　)答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×1．硫化氢和水分子结构相似，但硫化氢晶体中，一个硫化氢分子周围有12个紧邻的分子，而冰中一个水分子周围只有4个紧邻分子，为什么？提示　硫化氢晶体中只存在范德华力，属于分子密堆积，而冰中主要作用力是氢键，氢键具有方向性，氢键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个相邻水分子相互吸引。2．如图为干冰的晶体结构示意图。(1)通过观察分析，有________种取向不同的CO2分子。将CO2分子视作质点，设晶胞边长为a pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为________ pm。(2)其密度ρ为________(1 pm＝10－10 cm)。答案　(1)4　a　(2) g·cm－3解析　顶角一种取向，三对平行面分别为三种取向，所以共有4种取向。两个紧邻CO2分子的距离为面对角线的一半。ρ＝＝ g·cm－3。1．下列物质固态时，一定是分子晶体的是(　　)A．酸性氧化物   B．非金属单质C．碱性氧化物   D．含氧酸答案　D2．水的沸点为100 ℃，硫化氢的分子结构跟水相似，但它的沸点却很低，是－60.7 ℃，引起这种差异的主要原因是(　　)A．范德华力   B．共价键C．氢键   D．相对分子质量答案　C解析　水和H2S的结构相似，二者形成的晶体也都是分子晶体。但由于水分子间存在氢键，所以导致水的沸点高于H2S的沸点。3．干冰熔点很低是由于(　　)A．CO2是非极性分子   B．C==O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答案　D解析　干冰是分子晶体，分子晶体的相对分子质量越小，分子间的作用力越弱，熔、沸点越低，所以干冰熔点很低是由于CO2分子间的作用力较弱，与键能、化学性质等无关。4．干冰气化时，下列所述内容发生变化的是(　　)A．分子内共价键   B．分子间作用力C．分子的性质   D．分子间的氢键答案　B解析　干冰是分子晶体，分子间存在分子间作用力，不存在氢键，分子气化时破坏分子间作用力，分子内原子间共价键没有被破坏，所以分子的性质不发生改变。5．下列属于分子晶体的一组物质是(　　)A．CaO、NO、CO   B．CCl4、H2O、HeC．CO2、SO2、NaCl  D．CH4、O2、Na2O答案　B6．下列有关分子晶体熔点高低的叙述中，正确的是(　　)A．氯气>碘单质B．四氯化硅>四氟化硅C．NH3<PH3D．异戊烷>正戊烷答案　B解析　碘常温下为固体，氯气为气体，碘的熔点较高，A错误；四氯化硅、四氟化硅对应的晶体都为分子晶体，四氯化硅的相对分子质量大，熔点较高，B正确；氨分子间存在氢键，熔点较高，C错误；同分异构体中，含有的支链越多，熔点越低，D错误。7．自从英国化学家巴特列(N.Bartlett)首次合成了第一种稀有气体的化合物XePtF6以来，人们又相继发现了氙的一系列化合物，如XeF2、XeF4等。巴特列为开拓稀有气体化学作出了历史性贡献。(1)请根据XeF4的结构示意图(图1)判断这个分子是极性分子还是非极性分子？________。(2)XeF2晶体是一种无色晶体，图2为它的晶胞结构图。XeF2晶体属于哪种类型的晶体？________。答案　(1)非极性分子　(2)分子晶体解析　(1)XeF4分子中含有Xe—F极性键，由于XeF4分子是平面正方形结构，结构对称，所以XeF4分子为非极性分子。(2)根据晶胞结构可知，XeF2晶体是由分子构成的，是分子晶体。