第三章 晶体结构与性质 学案4 分子晶体

第三章晶体结构与性质第二节分子晶体与共价晶体第1课时分子晶体学习目标1．能结合实例描述分子晶体中微粒排列的周期性规律。2．知道分子晶体中物质的聚集状态会影响物质的性质。3．能借助冰、干冰等模型认识分子晶体中的微粒特点及其微粒间的相互作用。核心素养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。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。知识梳理一、分子晶体的概念与性质1．分子晶体的概念只含的晶体称为分子晶体。或者分子间以结合形成的晶体叫分子晶体。2．分子晶体中的粒子间的相互作用物质种类实例所有h2o、nh3、ch4等部分卤素(X2)、。2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分CO2、P4O10、SO2、SO3等几乎所有的HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等绝大多数苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等4．分子晶体的物理性质分子晶体熔、沸点，硬度。分子晶体不导电。分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于溶剂，非极性分子易溶于溶剂。如H2O是极性溶剂，SO2、H2S、HBr等都是极性分子，它们在水中的溶解度比n2、o2、ch4等非极性分子在水中的溶解度大。归纳•总结1．分子晶体的判断方法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。依据组成晶体的粒子及粒子间作用力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。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、沸点高低的判断少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔、沸点逐渐升高。例如，常温下Cl2呈气态，Br2呈液态，而12呈固态；co2呈气态，cs2呈液态。相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如CO的熔、沸点比n2的熔、沸点高。有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷〉异戊烷＞新戊烷。［名师点拨］稀有气体的分子是单原子分子，由稀有气体单质形成的分子属于分子晶体。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。

（3）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。巩固•练习下列关于分子晶体的说法正确的是（）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.晶体的熔、沸点一般较高下列各组物质各自形成的晶体，均属于分子晶体的化合物是（）NH、NH、HD、CnH1Q31018PC13、CO2、H2SO4SO,、、POD.CCL、Na,S、HQ,260254222下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是（）HCl②HBr③HI④CO⑤N2⑥H2①②③④⑤⑥③②①⑤④⑥①②③④⑤⑥③②①⑤④⑥③②①④⑤⑥⑥⑤④③②①③②①④⑤⑥⑥⑤④③②①二、典型分子晶体的结构情境•探究如图是干冰和冰晶体结构模型：F冰的结构樓型（晶F冰的结构樓型（晶皑）冰的第构模星［思考交流］仔细观察干冰晶胞的结构模型，每个晶胞中含有几个CO2分子？晶胞中与CO2分子等距紧邻的CO2分子有多少个？冰晶体结构中，水分子之间的作用力是什么？冰晶体中处于四面体中心的每个水分子与四面体顶点的多少个相邻的水分子相互吸引？3•干冰升华过程中破坏共价键吗？为什么干冰的熔点比冰低而密度却比冰大?归纳•总结干冰(分子密堆积形式)分子间作用力为范德华力。图1表示的是CO2晶体晶胞的结构。晶胞类型为面心立方结构。图If顶ftl：8X=1—1共⑶属丁1洛胞的CO2分子数一I—4f而心：6Xy=3—I个⑷每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个(同层、上层、下层各4个)。无数个CO2晶胞在空间“无隙并置”形成CO2晶体。冰(分子非密堆积形式)如图2所示，冰中水分子之间的相互作用力除范德华力外还有氢键，冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。周宙冇4个水芬子冰的结构间的空御阳小图2冰和液林的结构对比表示氮風〉氢键的方向性-1个水分子与周围4个水分子相结合-水分子中的氧原子「通过共价键结合2牛氢原

匚通过氢键结合2个氧原子氢键H—O...H较长—分子间距离增大并在水分子中间留有空隙—固态水的密度比液态水的小。［名师点拨］分子晶体受热熔化时，只破坏分子间作用力，不破坏共价键。冰融化与干冰升华克服的作用力不完全相同，干冰升华只破坏范德华力，而冰融化除克服范德华力外还克服氢键。冰晶体中，每个水分子与其他4个水分子形成氢键，每个水分子平均形成2个氢键(每个氢键由2个水分子均摊，故4X1=2)。即1mol冰晶体中含有2mol氢键。巩固•练习水是生命之源，下图为冰晶体的结构模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列有关说法正确的是()冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体冰晶体和干冰晶体之间的作用力一样水分子间通过H—O形成冰晶体冰晶体融化时，水分子之间的空隙增大2•如图为干冰的晶体结构示意图。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apm,则紧邻的两个CO2分子间的距离为m。其密度p为(1pm=10-rocm,NA为阿伏加德罗常数的值)。能力提升碳单质及含碳化合物是一个庞大的家族。C60分子及ch4、c60晶胞示意图如下：C605>7-甲烷〔鬲的品腕甲烷、C60的晶体类型相同吗？有关甲烷、C60晶体的几个说法，请你判断是否正确。两晶体熔化时只需要破坏共价键SiH4分子的稳定性强于甲烷C60晶体可能具有很高的熔、沸点C60晶体可能易溶于四氯化碳中C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240两晶体中，每个甲烷(或C60)分子等距且最近的甲烷(或C60)分子的数目为多少?⑷两晶胞为什么相似？归纳•总结分子晶体的结构特征分子非密堆积分子密堆积微粒间作用力范德华力和氢键范德华力空间特点每个分子周围紧邻的分子数小于12,空间利用率不高通常每个分子周围有12个紧邻的分子举例HF、NH3、冰C60、干冰、【2、°2举一•反三下列说法正确的是（）范德华力普遍存在于分子之间，如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1:4氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大干冰晶体的晶胞是一种面心立方结构，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（）27桂表1牛分子4个B.8个C.12个D.6个正硼酸（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）。下列有关说法正确的是（）正硼酸晶体属于分子晶体分子中硼原子最外层为8电子稳定结构h3bo3分子的稳定性与氢键有关1molH3BO3晶体中平均含2mol氢键当堂检测1•下列有关冰和干冰的叙述不正确的是（）干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子下列物质按熔、沸点由高到低的顺序排列，正确的一组是（）A.HF、HC1、HBr、HIB.F2、Cl2、Br2、I2C.H2O、H2S、H2Se、H2TeD.CI4、CBr4、CC14、CF4水分子间可通过一种叫“氢键”的作用（作用力介于化学键与范德华力大小之间）彼此结合而形成（H2O）“。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（）A.1mol冰中含有4mol氢键B.1mol冰中含有4巧mol氢键C.平均每个水分子只含有2个氢键D.平均每个水分子只含有5个氢键常温下硫单质主要以S8形式存在，加热时S8会转化为S6、S4、S2等，当温度达到750°C时主要以S2形式存在，下列说法正确的是（）S8转化为S6、S4、S2属于物理变化无论哪种硫分子，在空气中完全燃烧时都生成SO2常温条件下单质硫不是分子晶体把硫单质在空气中加热到750C即得S2在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是，还有，由于该主要作用力与共价键一样具有性，故1个水分子周围只有个紧邻的水分子,这些水分子位于的顶点。这种排列方式使冰晶体中水分子的空间利用率（填“较高”或“较低”），故冰的密度比水的密度要（填“大”或“小”）。参考答案知识梳理一、1．分子分子间作用力2．分子分子间作用力3．非金属氢化物非金属单质非金属氧化物酸有机物4．(1)较低较小(3)极性非极性巩固•练习【答案】B【解析】稀有气体的单质属于分子晶体，分子内不存在共价键,A项错误；只有一部分分子晶体的分子间存在氢键，如冰，而有些分子晶体的分子间不存在氢键，如干冰，C项错误；晶体的熔、沸点一般较低，D项错误。【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；PC13、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。【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Co［思考交流］提示：每个晶胞中含CO2分子数为8x|+6x1=4o每个CO2分子(顶角)等距紧邻的CO2分子(面心)有12个。提示：冰中水分子之间的相互作用除范德华力外还有氢键，但冰晶体中水分子之间作用力主要是氢键。冰晶体中，处于四面体中心的每个水分子能与4个相邻的水分子相互吸引。提示：干冰升华过程中只破坏范德华力，不破坏共价键。冰中水分子间除范德华力外还有氢键作用，而干冰中CO2分子间只有范德华力，所以冰的熔点比干冰高。由于水分子之间形成的氢键具有方向性，导致冰晶体不具有分子密堆积特征。冰晶体中有较大的空隙，所以相同状况下冰的密度较小，而干冰中CO2分子采取密堆积方式形成晶体，所以干冰的密度较大。巩固•练习【答案】A【解析】由图可知，冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体,A项正确；水分子间通过氢键和范德华力形成冰晶体，而干冰晶体通过范德华力形成CO2晶体，B、C两项错误；冰融化后，氢键数目减少，水分子间的空隙减少，体积变小，D项错误。24x44【答案】⑴42a%S1O—10)3g切一3A【解析】顶点一种取向，三对平行面分别为三种取向，所以共有4种取向。两个紧邻的CO21mol晶胞质量4x44刀子间的距离为面对角线的一半。P=1mol晶胞体积=NA(ax10-1o)3g^cm_3°能力提升提示：相同，都是分子晶体。提示：①②③错误，④⑤正确。提示：12。提示：CH4分子之间与C60分子之间只有范德华力，没有氢键，所以它们都采取了相同的堆积方式，晶胞都为面心立方结构。举一•反三【答案】D【解析】液态水中因分子间氢键的存在使水分子发生缔合，A不正确；虽然H2SO4为强电解质，但是硫酸晶体是分子晶体，不能导电，B不正确；冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，两个水分子间只能形成一个氢键，所以冰中H2O分子与氢键数目之比为1：2，C不正确；氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时水分子之间的空隙变大，故其体积会变大，D正确。【答案】C【解析】如图在每个顶点上的CO2周围距离乎a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有8x(3x£j=12个。【答案】A【解析】根据题意，正硼酸（H3BO3）中存在h3bo3分子，属于分子晶体，故A项正确；硼原子最外层只有3个电子，与氧原子之间形成3对共用电子对，因此分子中B原子最外层有6个电子，不是8电子稳定结构，B项错误；分子的稳定性与分子内的共价键键能大小有关，与氢键无关，C项错误；一个H3BO3分子参与形成了6个氢键，一个氢键为2个H3BO3分子所共用，因此1molH3BO3晶体中平均含3mol氢键，D项错误。当堂检测1．【答案】A【解析】干冰晶体中CO2分子间作用力只有范德华力，分子采取密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力，冰融化需要克服范德华力和氢键，由于氢键作用力比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常压下易升华。2．【答案】D【解析】对结构和组成相似的分子晶体，其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高，但HF、H2O分子之间都存在氢键，熔、沸点反常。所以A中应为HF>HI>HBr>HCl；B中应为【2>Br2>Cl2>F2；C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S；只有D正确。3．【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