高中化学物质结构分子晶体

第二节分子晶体与原子晶体第1课时分子晶体［学习目标定位］1.熟知分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体。2•能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。一干冰和冰的晶体结构1•干冰晶胞结构如图所示，观察分析其结构模型，回答下列问题：构成干冰晶体的结构微粒是C02分子,微粒间的相互作用力是范德华力。-⑵从结构模型可以看出：干冰晶体是一种面心立方结构——每8个CO?分子构成立方体,在六个面的中心又各占据1个co?分子。每个co?分子幺塞号石周围，离该分子最近且距离相等的CO?分子有12个。每个晶胞中有4个r-'1——干冰品胞C02分子。2•冰晶体的结构如下图所示。根据冰晶体的结构，回答下列问题：冰晶休的站掏(1)构成冰晶体的结构微粒是H?0分子,微粒间的相互作用力是范德华力、氢键。⑵在冰的晶体中，由于水分子之间存在具有方向性的氢键，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，这样的排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。3•干冰和冰的比较晶体分子间作用力结构特点外观硬度熔点密度干冰范德华力1个分子周围紧邻12个分子相似相似(小)干冰比冰低干冰比冰大冰范德华力、氢键1个分子周围紧邻4个分子［归纳总结］⑴分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体叫分子晶体。如：干冰、碘晶体、冰等。构成分子晶体的粒子只有分子。常见的典型的分子晶体有所有非金属氢化物，如水、氨、甲烷等；部分非金属单质，如卤素、02、S8、P4、C60等；部分非金属氧化物，如CO2、SO3、P4O10等；几乎所有的酸；绝大多数有机物的晶体。两种典型的分子晶胞干冰型堆积特征：分子密堆积；冰型堆积特征：四面体型。［活学活用］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()NH3、HD、CioH8PCI3、CO2、H2SO4SO2、SQ2、P2O5CCI4、Na2S、H2O2答案B解析A中HD是单质，不是化合物；C中SiO2为原子晶体，不是分子晶体；D中Na2S是离子晶体，不是分子晶体。水分子间可通过氢键彼此结合而形成(H2O)n，在冰中n值为5,即每个水分子被其他4个水分子包围形成变形四面体，如图所示为(H2O)5单元，由无限个这样的四面体通过氢键构成一个庞大的分子晶体，即冰。下列有关叙述正确的是()1mol冰中含有4mol氢键1mol冰中含有4x5mol氢键平均每个水分子只含有2个氢键5平均每个水分子只含有4个氢键答案C解析由图可知，每个水分子（处于四面体的中心）与4个水分子（处于四面体的四个顶点）形成四个氢键，因为每个氢键都是由2个水分子共同形成的，所以每个水分子形成的氢键数为4X1=2。二分子晶体的物理性质1•分子晶体中粒子间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，因此，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•分子晶体熔、沸点高低的比较规律（1）分子晶体分子间作用力越大，物质熔、沸点越高,反之越低;具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。⑵判断下列结论的正误，正确的划错误的划“X”组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，物质的熔、沸点就越高（V）TOC\o"1-5"\h\z组成和结构不相似的物质（相对分子质量相近），分子极性越大，其熔、沸点就越高（V）烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点升高（V）组成和结构不相似的物质，不能用相对分子质量大小比较分子间作用力的大小（V）3•分子晶体在固态和熔融状态均不存在自由离子，因而不能导电一易溶于水的电解质在水中全部或部分电离而能够导电，不溶于水的物质或易溶于水的非电解质不能导电。［归纳总结］（1）分子晶体具有熔、沸点较低，硬度较小，固态不导电等物理特性。所有在常温下呈气态_的物质、常温下呈液态的物质（除汞外）、易升华的固体物质都属于分子晶体。（2）分子间作用力的大小决定分子晶体的物理性质。分子间作用力越大，分子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。［活学活用］3•下列物质，按沸点降低顺序排列的一组是（）HF、HCl、HBr、HIB.F2、C"、B©I2C.H2O、H2S、H2SeH2TeD.CI4、CB^、CCI4、CF4答案D

B中沸点随相解析A、C中HF和H2OB中沸点随相对分子质量的增加而增大；D中沸点依次降低。4•下列性质符合分子晶体特点的是（）熔点1070C,易溶于水，水溶液能导电熔点10.31C，液态不导电，水溶液能导电能溶于CS2,熔点112.8C,沸点444.6C熔点97.81C，质软，导电，密度为0.97gcm「3①④B.②③C.①②D.②④答案B解析本题考查分子晶体的性质。分子晶体中分子之间是以分子间作用力相结合的，分子晶体具有低熔点、易升华、硬度小等性质。①熔点高，不是分子晶体的性质；④能导电，不是分子晶体的性质，该处所述是金属钠的性质，故选②③。匾学习小第分了||||体具附供1晶休：T冰、I；、筑稲右气分了||||体具附供1晶休：T冰、I；、筑稲右气站购特征：荷花分于.符干内虑子之间形当堂检测下列有关分子晶体的说法中一定正确的是（）分子内均存在共价键分子间一定存在范德华力分子间一定存在氢键其结构一定为分子密堆积答案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，故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，所以B原子结合的氢原子的分子之间或者分子之内，所以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，所以的分子晶体才采取分子密堆积的方式，所以D选项也是错误的。的分子晶体才采取分子密堆积的方式，所以的分子晶体才采取分子密堆积的方式，所以D选项也是错误的。2•干冰熔点很低是由于（）CO2是非极性分子C===O键的键能很小CO2化学性质不活泼CO2分子间的作用力较弱答案D3.SiCl4的分子结构与CC14相似，对其进行的下列推测不正确的是（）SiCl4晶体是分子晶体常温、常压下SiCl4是气体SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子SiCl4的熔点高于CCI4答案B解析由于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，所以SiCl4的分子间作用力更大一些，熔、沸点更高一些；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。下列物质在室温下均是分子晶体的是（）H2O、CH4、HF红磷、硫、碘CO2、SO2、NO2H2SO4、CH3CH2OH、HCHO答案B如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水TOC\o"1-5"\h\z分子有几个氢键（）2B.4C.8D.12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1键个数为4X2=2。40分钟课时作业A.4A.4个B.8个［基础过关］一、分子晶体及其判断1•下列有关分子晶体的叙述中，正确的是（）分子内均存在共价键分子间一定存在氢键晶体结构一定为分子密堆积晶体熔化时一定破坏了范德华力答案D解析稀有气体分子内无化学键，A错；大多数分子晶体中分子间不存在氢键，B错；由于氢键具有方向性，所以含有氢键的分子晶体的结构不是分子密堆积，C错；分子晶体中分子间一定存在范德华力，可能存在氢键，所以分子晶体熔化时一定破坏了范德华力，D正确。下列物质呈固态时，一定属于分子晶体的是（）A.非金属单质B.非金属氧化物C.含氧酸D.金属氧化物答案C解析非金属单质中的金刚石、非金属氧化物中的SiO2均为原子晶体；而金属氧化物通常为离子化合物，属离子晶体。故C正确。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：NaCIMgCl2AICI3SiCl4CaCl2熔点/C801712190—68782沸点/C14651418230571600根据这些数据分析，属于分子晶体的是（）A.NaCI、MgCl2、CaCI?B.AlCl3、SiC*C.NaCl、CaCl2D.全部答案B解析由于由分子构成的晶体，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、NaCI、CaCl2熔、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AICI3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，所以B项正确，A、C、D三项错误。二、分子晶体的性质及其应用下列说法正确的是（）

A.分子晶体都具有分子密堆积的特征B•分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高C•分子晶体中，共价键键能越大，分子的熔、沸点越高分子晶体中，分子间作用力越大，分子越稳定答案B解析含有氢键的分子晶体不具有分子密堆积的特征，如冰，A错误；分子晶体的熔、沸点高低与分子间作用力的大小有关，与化学键的强弱无关，B正确，C错误；分子的稳定性与化学键的强弱有关，与分子间作用力的大小无关，D错误。5•如图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都达到8个电子的稳定结构。下列说法不正确的是（）该化合物的化学式是Al2CI6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答案B解析由A、B元素都在第三周期，并且所有原子最外层都达到8个电子的稳定结构，可知A为Cl，B为AI，故A正确；因是二聚分子，故其固态时形成分子晶体，B错，C正确；该化合物中不含离子键，只含极性共价键，D正确。三、冰和干冰的晶体结构HF分子晶体、NH3分子晶体与冰的结构极为相似，在HF分子晶体中，与F原子距离最TOC\o"1-5"\h\z近的HF分子有几个（）A.3B.4C.5D.12答案B解析根据HF分子晶体与冰结构相似可知，每个HF分子周围有4个HF分子与之最近，十代农1个£5分子构成四面体，故十代农1个£5分子7•中学教材上介绍的干冰晶体是一种立方面心结构，如图所示，即每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2分子，在每个CO2周围距离-^a（其中a为立方体棱长）的CO2有（）

D.6个12D.6个答案C解析如图在每个CO2周围距离~22a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有8X（3X1）=12个。［能力提升］8•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（如下图）。下列有关说法正确的是（）正硼酸晶体属于原子晶体H3BO3分子的稳定性与氢键有关C•分子中硼原子最外层为8电子稳定结构含1molH3BO3的晶体中有3mol氢键答案D解析A项，正硼酸应属于分子晶体；B项，H3BO3分子稳定性与分子内部的共价键有关,OHIB—()与分子间的氢键无关;C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结构;与分子间的氢键无关;C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结构;D项,11()中的3个氢均形成氢键。中的3个氢均形成氢键。9•晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元,确的是（）C60晶胞结构如下图所示，下列说法正C60摩尔质量是720C60与苯互为同素异形体在C60晶胞中有14个C60分子D•每个C60分子周围与它距离最近等距离的C60分子有12个答案D10•下列分子晶体在熔化时，只破坏范德华力的是(填序号，下同),既破坏范德华力，又破坏氢键的是。①H2②O2③卩4(白磷)④SO2⑤CO2⑥出02⑦HF⑧H2N—CH2CH2COOH⑨H3PO4⑩C2H6答案①②③④⑤⑩⑥⑦⑧⑨解析有氢键的分子晶体，其分子中应含有H—F键、H—O键、H—N键中的任何一个键，在熔化时其中的氢键被破坏。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167kJmol一勺。请回答下列问题：N60分子组成的晶体为晶体，其熔、沸点比N2(填“高”或“低”)，原因是。1molN60分解成N2时吸收或放出的热量是-1kJ(已知N三N键的键能为942kJmol)，表明稳定性N60(填“>”“<”或“=”)N2。⑶由(2)列举N60的用途(举一种)：。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13230<N60可作高能炸药(其他答案合理也可)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。因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1N—N键：1molX60X3X90mol。发生的反应为N60===30N2，故AH=90X167kJmol-1-30X942kJmol-1=-13230kJmol-1<0，为放热反应，表明稳定性N2>N60。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。(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⑶实验测得冰中氢键的作用能为18.5kJmo「1，而冰的熔化热为5.0kJmo「1,这说明答案（1）V形（或角形）孤电子对（2）8碳原子与氧原子都为sp3