第三章 第二节 第1课时 分子晶体 课件

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第1课时　分子晶体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随堂演练　知识落实课时对点练二、典型的分子晶体的结构和性质内容索引 1.分子晶体的概念只含 的晶体，或者分子间以 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一、分子晶体的概念和性质分子分子间作用力3.常见的典型分子晶体(1)所有 ：如H2O、H2S、NH3、CH4、HX(卤化氢)等。(2)部分 ：如X2(卤素单质)、O2、H2、S8、P4、C60、稀有气体等。(3)部分 ：如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。(4)几乎所有的 ：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 ，硬度 。(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。非金属氢化物非金属单质非金属氧化物酸较低很小(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(　　)×√×××√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。返回1.分子晶体的结构特征二、典型的分子晶体的结构和性质范德华力范德华力和氢键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 形成晶体。由于氢键具有一定的 ，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 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。氢键方向性四②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 ，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 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)。范德华力12②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(　　)×√√×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)。4返回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√123随堂演练　知识落实45672.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√123456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。73.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123456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。√74.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123456√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。71234565.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√76.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正戊烷123456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。√77.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？___________。解析　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。非极性分子1234567(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？__________。返回解析　根据晶胞结构可知，XeF2晶体是由分子构成的，是分子晶体。分子晶体1234567123456789101112131415课时对点练一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。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√123456789101112131415解析　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，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氮、氧、氟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用分子密堆积的方式，D错误。2.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.晶体内微粒间以分子间作用力相结合D.熔点一般比较低123456789101112131415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。√3.下列晶体由原子直接构成，但属于分子晶体的是A.固态氢 B.固态氖C.磷 D.三氧化硫123456789101112131415√解析　根据题意可知必须是单原子分子，符合条件的只有稀有气体，故选B。4.支持固态氨是分子晶体的事实为A.氮原子不能形成阳离子 B.铵离子不能单独存在C.常温下氨是气态物质 D.氨极易溶于水123456789101112131415√解析　常温下氨是气态物质，说明NH3的熔点和沸点低，微粒之间的结合力小，所以固态的氨是分子晶体；只有分子晶体在常温下才可能呈气态，反之，常温下呈气态的物质一定属于分子晶体。5.碘的熔、沸点低，其原因是A.碘的非金属性较弱 B.I—I的键能较小C.碘晶体属于分子晶体 D.I—I共价键的键长较长123456789101112131415√解析　碘单质为双原子分子，属于分子晶体，分子间作用力较弱，其熔、沸点较低，与非金属性、I—I的键能和键长无关，C正确。6.下列性质适合于分子晶体的是①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液导电②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液导电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0.97 g·cm－3A.①② B.①③C.②③ D.②④123456789101112131415√123456789101112131415解析　②熔点10.31 ℃，液态不导电，说明液态时，只存在分子，没有离子，溶于水后，电离出自由移动的离子，水溶液中能导电，属于分子晶体，符合题意；③能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃ ，符合分子晶体的特点，符合题意，C正确。7.目前，科学界拟合成一种“双重结构”的球形分子，即把足球烯C60的分子容纳在Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合，下列叙述错误的是A.该晶体属于分子晶体B.该分子内原子间都以极性共价键相连接C.该物质是一种新化合物D.该物质的相对分子质量为2 400123456789101112131415√解析　A项，由于该物质是“双重结构”的球形分子，所以该晶体类型是分子晶体，正确；B项，该分子内同种元素的原子间都以非极性共价键相结合，不同种元素的原子间以极性共价键相结合，错误；C项，该物质含有两种元素，是纯净物，因此属于一种新化合物，正确；D项，该物质的相对分子质量为12×60＋28×60＝2 400，正确。123456789101112131415二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。8.(2019·河北衡水中学月考)正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是A.正硼酸晶体属于分子晶体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1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键√123456789101112131415√解析　A项，正硼酸晶体属于分子晶体；B项，H3BO3分子的稳定性与分子内部的共价键有关，与分子间氢键无关；C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结构；D项，1个H3BO3分子中含有3个氢键。1234567891011121314159.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18.5 kJ·mol－1，而常见的冰的熔化热为336 J· 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)√123456789101112131415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123456789101112131415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18.5 kJ·mol－1，1 mol冰中含有2 mol氢键，而常见的冰的熔化热为336 J·g－1，也可写为6.05 kJ·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。10.(2019·合肥一中月考)如图是甲烷晶体的晶胞结构，图中每个小球代表一个甲烷分子(甲烷分子分别位于立方体的顶角和面心)，下列有关该晶体的说法正确的是A.该晶体与HI的晶体类型相同B.该晶体熔化时只需要破坏共价键C.SiH4分子的稳定性强于甲烷D.每个顶角上的甲烷分子与之距离最近且等距的甲烷分子有12个√123456789101112131415√解析　甲烷、HI晶体均属于分子晶体，A项正确；甲烷晶体属于分子晶体，熔化时只需要破坏分子间作用力，不需要破坏共价键，B项错误；C的非金属性比Si强，所以SiH4分子的稳定性弱于甲烷，C项错误；123456789101112131415根据晶胞的结构可知，以晶胞中顶角上的甲烷分子为研究对象，与它距离最近且等距的甲烷分子分布在立方体的3个面心上，每个顶角上的甲烷分子被8个立方体共用，每个面心上的甲烷分子被2个立方体共用，所以每个甲烷分子周围与它距离最近且等距的甲烷分子有 ＝12个，D项正确。11.海底有大量的天然气水合物，可满足人类1 000年的能源需要。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个CH4分子或1个游离H2O分子。若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离H2O分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为A.CH4·14H2O B.CH4·8H2OC.CH4· H2O D.CH4·6H2O123456789101112131415√123456789101112131415解析　“可燃冰”是一种晶体，晶体中平均每46个H2O分子构建8个笼，每个笼内可容纳1个CH4分子或1个游离H2O分子。若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离的H2O分子填充，因此6个笼中有6个甲烷分子，水分子有46＋2＝48个，则“可燃冰”平均分子组成可表示为6CH4·48H2O，即CH4·8H2O；答案选B。123456789101112131415三、非选择题12.(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。解析　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。＜＞＞＜＞＞123456789101112131415(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：______________________________________________________。解析　由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华可判断AlCl3固体为分子晶体。要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。分子在熔融状态下，验证其是否导电，若不导电则是共价化合物13.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结合三个N原子而形成8电子稳定结构；②N—N的键能为167 kJ·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_____________________________________________________________________________。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、沸点高解析　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晶体的大，N60晶体的熔、沸点比N2晶体的高。123456789101112131415(2)1 mol N60分解成N2时_____(填“吸收”或“放出”)的热量是______kJ(已知N≡N的键能为942 kJ·mol－1)，表明稳定性N60_____(填“>”“