【同步讲义】高中化学（苏教版2019）选修第二册--3.4.2 分子晶体 讲义

第2课时 分子晶体

1．了解分子晶体的结构和特点。

2．能区别分子晶体和共价晶体。

知识点01  分子晶体

1．分子晶体

(1)概念：分子通过________________构成的固态物质，称为分子晶体。

(2) 构成分子晶体的微粒是______，微粒间的作用力是________________。

2．物理性质

(1)分子晶体由于以比较弱的________________相结合，因此一般熔点________，硬度________。

(2)对组成和结构________，晶体中又不含氢键的物质来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力________，熔、沸点________。但分子间存在氢键的晶体熔、沸点________。

(3) 熔融状态________导电，如果共价化合物分子是电解质，溶于水时________导电，如HCl、H2SO4等；如果能与水反应生成电解质，其水溶液________导电，如NH3、CO2等。

3．干冰分子晶体的结构特征

(1)分子间作用力只有___________。

(2) 干冰晶体是一种___________结构，每个CO2分子周围等距离且最近的CO2分子有­­­_____个，即配位数为_____。

(3)每个晶胞中含有CO2分子为____个。

4．石墨晶体的结构与性质

(1)石墨晶体是一种________晶体，为___________结构。

(2)层内每一个碳原子以共价键与另外_____个碳原子结合，层间为________________。

(3)层内六边形结构中，每一个六边形中含有________个碳原子，________个碳碳键，碳原子与碳碳键键数之比为________。

(4)每个碳原子有_____个价电子，每个碳原子用3个价电子形成σ键。还有1个电子处于碳原子的2p轨道上，层内碳原子这些的2p轨道相互平行，相邻碳原子的p轨道相互重叠，形成________键。这些p轨道中的电子可在整个层内运动，当施加外加电场时，可以沿电场方向运动，因而石墨具有________性。

(5)由于石墨晶体层间是以___________相结合，在外力作用下，石墨晶体的层与层之间发生相对滑动，具有________性。

【即学即练1】下列说法中，正确的是(　　)

A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂

B．共价晶体共价键的键长越短，键能越大，熔点就越高

C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子的熔沸点就越高

D．分子晶体中，分子间作用力越大，则分子越稳定

【即学即练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分子中有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

【即学即练3】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：

根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是(　　)

A．NaCl、MgCl2、CaCl2     B．AlCl3、SiCl4

C．NaCl、CaCl2     D．全部

知识点02  晶体的共性与个性

1．晶体概述

___________、___________、___________和___________是最常见的晶体类型。但不论上述晶体颗粒的大小如何，晶体内部结构均是由原子、离子或分子按周期性规律重复排列组成的。因此，在研究这些晶体类型时，我们均可通过研究能够反映晶体结构特征的基本重复单位——________来进行。

2．晶体的共性

(1)晶体物质各个部分的宏观性质总是________，例如具有相同的密度、相同的化学组成等。

(2)晶体总能自发地形成________外形。

(3)晶体都具有确定的________。

3．晶体的个性

(1)绝大多数金属晶体是________的良导体，________性好。

(2)食盐为________晶体，质脆，熔融状态下_____导电。

(3)金刚石为________晶体，无色透明、坚硬、质脆，常温下不导电。

(4)干冰属于_______晶体，只能在低温下存在。

4．几种类型的晶体的结构与性质

【即学即练4】航天飞机表层的防热瓦曾成为航天飞机能否安全着陆的制约因素，防热瓦是以石墨材料为主要成分的十分疏松的泡沫陶瓷。下列有关说法合理的是(　　)

A．石墨成为该泡沫陶瓷主要成分的主要原因是石墨是共价晶体

B．石墨成为该泡沫陶瓷主要成分的主要原因是石墨熔点很高

C．石墨中碳碳键之间的夹角是109°28′

D．C60也可代替石墨用作航天飞机表层的防热瓦材料

考法01  分子晶体的物理性质

1．常见的分子晶体

（1）所有非金属氢化物，如H2O、NH3、CH4等。

（2）多数非金属单质，如卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等。

（3）部分非金属氧化物，如CO2、SO2、P2O5等。

（4）几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H2SiO3等。

（5）绝大多数有机物，如苯、乙醇、乙酸等（不包括有机盐）。

（6）稀有气体。

2．分子晶体的物理性质

（1）由于构成分子晶体的作用力是分子间作用力，作用力比化学键小，因此分子晶体的熔、沸点都较低。

由分子构成的物质，常温下大多呈气态或液态，固态分子一般熔点也比较低，加热易熔化或升华。

（2）分子晶体在固态和熔化态不导电。

（3）由分子构成的物质有的能溶于水，溶于水后能否导电，要分析溶于水后能够产生可以自由移动的离子。性可能有以下情况：

①单质和非电解质，溶于水不发生电离，不导电，如O2、乙醇、蔗糖等。

②电解质溶于水时发生部分电离或完全电离，能导电，如CH3COOH、HCl等。

③溶于水时与水发生反应，生成了电解质，能导电，如Cl2、CO2等。

3．分子晶体的物理性质比较

分子晶体的物理性质取决于分子间作用力的大小。

（1）含有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高。

（2）组成和结构相同的分子，相对分子质量越大，熔沸点越高。

（3）含有氢键的物质之间溶解度较大。

（4）组成相似且相对分子质量相近的物质，分子的电荷分布越不均匀，范德华力越大，其熔、沸点就越高，如熔、沸点：CO>N2。

（5）在同分异构体中，一般来说，支链越多，熔、沸点就越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。

【典例1】下列叙述正确的是(　　)

A．由分子构成的物质其熔点一般较低

B．分子晶体在熔化时，共价键被破坏

C．分子晶体中分子间作用力越大，其化学性质越稳定

D．物质在溶于水的过程中，化学键一定会被破坏或改变

考法02  4种类型晶体的熔、沸点高低比较

1．4种类型晶体的熔、沸点

4种类型的晶体的熔、沸点高低，取决于组成晶体的微粒间的作用力大小，粒子间的作用力越大，晶体的熔、沸点越高；粒子间的作用力越小，晶体的熔、沸点越低。

一般共价晶体的熔、沸点最高，分子晶体的熔、沸点最低。离子晶体和金属晶体要根据物质构成粒子间的作用力大小判断，但一般介于上述两者之间。如SiO2>NaCl>干冰。

有的离子晶体熔点很高，如MgO。

有的金属晶体的熔点很高，如W、Cr等，有的金属晶体的熔点很低，如汞、Na、K等。

2．同类晶体的熔沸点比较方法

(1)离子晶体：

一般地，化学组成、结构相似的晶体，离子所带电荷越多、半径越小，离子键越强，熔、沸点越高。如KF>KCl>KI；CaCl2>KCl。

(2)共价晶体：

共价晶体结构相似时，原子半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高。如金刚石>碳化硅>晶体硅。

(3)金属晶体：

金属晶体的核电荷数越多，原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强，熔、沸点越高。如Al>Mg>Na>K。

一般合金的熔、沸点比其各成分金属的熔、沸点低。

(4)分子晶体：

①分子晶体的熔沸点高、低由分子间作用力（氢键、范德华力）的强弱决定。比较分子晶体的熔、沸点，要先看是否有氢键形成，若形成分子间氢键，熔、沸点升高，若形成分子内氢键，则熔、沸点降低。

②对于分子晶体，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越大，晶体的熔、沸点越高。如CI4>CBr4>CCl4>CF4。

③组成相似且相对分子质量相近的物质，分子的电荷分布越不均匀，范德华力越大，其熔、沸点就越高，如熔、沸点：CO>N2。

④在同分异构体中，一般来说，支链越多，熔、沸点就越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。

【典例2】下列物质的熔点高低顺序，正确的是　(　　)

A．金刚石>晶体硅>碳化硅         B．PH3<NH3

C．K>Na                        D．NaF<NaCl<NaBr

题组A  基础过关练

1．下列说法正确的是（　　）

A．冰和水晶都是分子晶体

B．共价晶体一定是共价化合物

C．某物质固态时不导电但在熔融状态下能导电，则该物质中一定含有离子键 

D．干冰是分子晶体，其溶于水生成碳酸的过程只需克服分子间作用力

2．下列物质属于分子晶体的化合物是（    ）

A．石英            B．硫酸           C．C60         D．食盐

3．下列叙述正确的是（    ）

A．离子化合物的熔点一定比共价化合物的熔点高

B．稀有气体原子序数越大沸点越低

C．分子间作用力越弱，分子晶体的熔点越低

D．同周期元素的原子半径越小越易失去电子

4．下列说法错误的是（    ）

A．共价晶体中只存在非极性共价键

B．分子晶体的状态变化，只需克服分子间作用力

C．金属晶体通常具有导电、导热和良好的延展性

D．离子晶体在熔化状态下能导电

5．下列各组中的固态物质熔化（或升华）时，克服的微粒间相互作用力属于同种类型的是（    ）

A．碘和碘化钠                        B．金刚石和重晶石

C．冰醋酸和硬脂酸甘油酯              D．干冰和二氧化硅

6．下列说法中正确的是(　　)

A．C60汽化和I2升华克服的作用力相同

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属于离子晶体

7．下列结构示意图所对应的晶体中，化学式为XY2且属于分子晶体的是(　　)

8．根据表中给出的几种物质的熔、沸点数据，判断下列有关说法中正确的是(　　)

A．SiCl4是分子晶体

B．单质B一定是共价晶体

C．MgCl2不一定是离子晶体

D．AlCl3的沸点比熔点低，所以测量错误

9．SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其作出如下推断:①SiCl4晶体是分子晶体；②常温、常压下SiCl4不是气体；③SiCl4分子是由极性键构成的非极性分子；④SiCl4熔点高于CCl4。其中正确的是(　　)

A．只有①　　　 B．只有①② C．只有②③ D．①②③④

10．通常情况下，氯化钠、氯化铯、二氧化碳和二氧化硅的晶体结构分别如图所示：

11．下列关于这些晶体结构和性质的叙述不正确的是(　　)

A．同一主族的元素与另一相同元素所形成的化学式相似的物质不一定具有相同的晶体结构

B．氯化钠、氯化铯和二氧化碳的晶体都有立方的晶胞结构，它们具有相似的物理性质

C．二氧化碳晶体是分子晶体，其中不仅存在分子间作用力，而且也存在共价键

D．二氧化硅晶体熔化时破坏共价键

12．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）属于共价晶体的化合物是________。

（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________。

13．现有几组物质的熔点(℃)数据：

据此回答下列问题:

(1)由表格可知，A组熔点普遍偏高，据此回答：

①A组属于________晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是________。 

②硅的熔点低于二氧化硅，是由于___________________________。 

③硼晶体的硬度与硅晶体相对比：________________________。 

(2)B组晶体中存在的作用力是________，其共同的物理性质是________(填序号)，可以用____________理论解释。 

①有金属光泽　  ②导电性　  ③导热性　  ④延展性

(3)C组中HF熔点反常是因为__________________________。 

(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。 

①硬度小 ②水溶液能导电       ③固体能导电 ④熔融状态能导电

(5)D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为________________________，MgO晶体的熔点高于三者，其原因解释为______________________________________________。

题组B  能力提升练

1．据某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构好似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是（　　）

A．该物质有很高的熔点、很大的硬度

B．该物质形成的晶体属分子晶体

C．该物质分子中Si60被包裹在C60里面

D．该物质的摩尔质量为2400

2．经X射线研究证明PCl5在固体时，由空间构型分别是正四面体和正八面体的两种离子构成，下列关于PCl5的推断正确的是（　　）

A．PCl5 固体是分子晶体

B．PCl5晶体由PCl 和 PCl构成，且离子数目之比为1：1 

C．PCl5晶体具有良好的导电性 

D．PCl5晶体由PCl 和 PCl构成，且离子数目之比为1：1

3．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数都达到8个电子的稳定结构。下列说法不正确的是（　　）

A．该化合物的化学式可能是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

4．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）1mol N60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）　                       　。

题组C  培优拔尖练

1．在20世纪90年代末期，科学家发现并证明碳有新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C90、C94等另外一些球碳分子。21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家族。下列有关说法错误的是(　　)

A．熔点比较：C60<C70<C90<金刚石

B．已知C(石墨)===C(金刚石)　ΔH>0，则金刚石不如石墨稳定

C．C60晶体结构如图所示，每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子有12个

D．金刚石、C60、C70、管状碳和洋葱状碳都不能与H2发生加成反应

2．AB型物质形成的晶体多种多样，下列图示结构中最有可能是分子晶体的是(　　)

A．①②③④　　　 B．②③⑤⑥         C．②③       D．①④⑤⑥

3．水是自然界中普遍存在的一种物质，也是维持生命活动所必需的一种物质。

信息一：水的性质存在许多反常现象，如固态密度小于液态密度使冰浮在水面上，沸点相对较高使水在常温常压下呈液态等。

信息二：在20 ℃、1个大气压下，水可以结成冰，称为“热冰”(如图)：

试根据以上信息回答下列问题：

（1）下列物质熔化时，所克服的微粒间的作用与“热冰”熔化时所克服的作用类型完全相同的是__________。

A．金刚石  B．干冰         C．食盐       D．固态氨

（2）已知：2H2OH3O＋＋OH－，在OH－、H2O、H3O＋、H2O2中均含有的化学键是___________(填字母编号)。

A．极性键   B．非极性键        C．配位键      D．氢键

（3）水的分解温度远高于其沸点的原因是___________________________________________。

4．(1)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的晶体结构如图所示。

①水分子的空间结构是________，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18.5 kJ·mol-1，而冰的熔化热为5.0 kJ·mol-1，这说明_______________。 

(2)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______________________________________________________。