3-2 分子晶体 课件 【新教材】人教版（2019）高中化学选择性必修二

第三章晶体结构与性质第二节分子晶体与共价晶体第一课时分子晶体一、分子晶体1.分子晶体的概念

只含分子的晶体叫做分子晶体。如：I2、H2O、NH3、H3PO4、萘等在固态时都是分子晶体。2.构成分子晶体的微粒

构成分子晶体的微粒是分子，分子晶体中相邻分子间靠分子间作用力相互吸引，而分子内各原子间通常以共价键结合。3.分子晶体中微粒间的作用分子晶体中相邻的分子间以分子间作用力相互吸引。构成微粒及微粒间的作用力物质种类实例所有非金属氢化物H2O、NH3、CH4等部分非金属单质卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分非金属氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等几乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4等绝大多数有机物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等4.分子晶体与物质的类别

①若分子间作用力只有范德华力,则分子晶体有分子密堆积特征,即每个分子周围有12个紧邻的分子。②若分子间还含有其他作用力,如氢键,则每个分子周围紧邻的分子要少于12个。如冰中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。5.分子晶体的常见堆积方式①密堆积有分子间氢键——氢键具有方向性,使晶体中的空间利率不高,留有相当大的空隙.这种晶体不具有分子密堆积特征。如：HF、NH3、冰（每个水分子周围只有4个紧邻的水分子）。②非密堆积

只有范德华力，无分子间氢键——分子密堆积。这类晶体每个分子周围一般有12个紧邻的分子，如：C60、干冰、I2、O2。分子的密堆积氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞分子的密堆积（与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个）干冰的晶体结构图冰中１个水分子周围有４个水分子冰的结构氢键具有方向性分子的非密堆积(1)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华(如干冰、碘、红磷、萘等)，且硬度较小。(2)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。6.分子晶体的特性(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。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。苯、CCl4是非极性溶剂，则Br2、I2等非极性分子易溶于其中，而水则不溶于苯和CCl4中。二、两种典型的分子晶体的组成和结构1．干冰干冰的晶体结构在干冰晶体中，CO2分子在范德华力作用下，以密堆积方式排列成面心立方结构：8个CO2分子分别位于立方体的8个顶点，6个CO2分子位于立方体的6个面心。每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子共12个，分别分布于3个相互垂直的平面上，每个平面上有4个。（1）干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。（2）每个晶胞中均摊4个CO2分子,含有12个原子。（3）每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。（4）干冰在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂。1．冰冰晶体的结构由于水分子中O原子采取sp3杂化，因此成键电子对与孤对电子之间有特定的伸展方向，所以分子间氢键的形成也有特定的方向和数目。每个H2O分子只能通过氢键与4个H2O直接相邻排列。每个氧原子周围都有4个氢原子，其中2个氢原子是通过共价键结合，距离较近，另外2个氢原子通过氢键结合，距离较远，因此冰晶体中每个水分子均在氢键的作用下形成以它为中心其他4个水分子为顶点的变形四面体结构。①水分子之间的作用力有范德华力、氢键,但主要是氢键。②由于氢键具有方向性,使四面体中心的每个水分子与四面体顶点的4个相邻的水分子相互吸引。③冰的硬度和干冰相似，而熔点比干冰的熔点高得多。（1）分子晶体熔、沸点的特点三、分子晶体熔沸点的比较分子晶体是分子在分子间作用力的作用下形成的晶体，熔化时，只破坏分子间作用力不破坏化学键。分子晶体的熔、沸点的高低是由分子间作用力决定的，而分子间作用力与化学键相比是一种较弱的作用，所以分子晶体在熔、沸点上表现出共性，即熔、沸点均较低，有些分子晶体具有易挥发、升华的性质。（2）分子晶体熔、沸点高低的判断方法①少数含氢键的分子晶体，比一般的分子晶体的熔点高，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、氨基酸、糖等物质的熔点相对较高。②组成和结构相似，分子之间不含氢键而利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔点逐渐升高。例如，常温下Cl2为气态，Br2为液态，而I2为固态，CO2为气态，CS2为液态。③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。④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。四、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、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。(2)依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断,组成分子晶体的粒子是分子，粒子间作用是分子间作用力。(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。观察下图冰和干冰的晶体结构,回答下列问题:思考与讨论(1)为什么干冰的熔点比冰低而密度却比冰大?提示:冰中水分子间除了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,晶体中有较大的空隙,所以相同状况下冰的密度较小。由于干冰中CO2分子采取密堆积方式形成晶体,所以干冰的密度较大。(2)干冰升华过程中破坏共价键吗?提示:干冰升华过程中只破坏范德华力,不破坏共价键。1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)(1)分子晶体中只存在分子间作用力

(

)(2)分子晶体熔化时共价键断裂

(

)(3)分子晶体中氢键越强，分子越稳定

(

)(4)分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键

(

)×××√2．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、P4、C10H8

B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、H2O、Na2O2解析:A中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C中，SiO2为共价晶体；D中，Na2O2是离子化合物、离子晶体。B

3．下列有关冰和干冰的叙述不正确的是(

)A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体B．冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子C．干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华D．干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子解析:干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，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。A4．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，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N、O、F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取分子密堆积的方式，D错误。B

5．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原子距离最近的HF分子有(

)A．3个B．4个C．5个D．12个解析: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，构成四面体，故B项正确。B

6．下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列，正确的一组是(

)A．HF、HCl、HBr、HIB．F2、Cl2、Br2、I2C．H2O、H2S、H2Se、H2TeD．CI4、CBr4、CCl4、CF4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I2>Br2>Cl2>F2；C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S；只有D正确。D7.下列各组物质各自形成的晶体中,均属于分子晶体的化合物是(

)A.NH3、HD、C8H10 B.PCl3、CO2、H2SO4C.SO2、SO3、C60 D.CCl4、Na2S、H2O2解析:A项中HD是单质,不是化合物;C项中C60是单质,不是化合物;D项中Na2S是盐,不是分子晶体。B8.水的状态除了气态、液态和固态外,还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165K时形成的,玻璃态的水无固定形状,不存在晶体结构,且密度与普通液态水的密度相同,有关玻璃态水的叙述正确的是(

)A.水由液态变为玻璃态,体积缩小B.玻璃态水具有固定的熔点C.玻璃态是水的一种特殊状态D.玻璃态水是分子晶体解析:由玻璃态水的密度与普通液态水的密度相同,可知质量相同时体积相同,A错误;玻璃态的水不是晶体,则无固定的熔点,B错误;由水的状态除了气态、液态和固态外,还有玻璃态,可知玻璃态是水的一种特殊状态,C正确;玻璃态的水无固定形状,不是分子晶体,D错误。C9.下列有关冰和干冰的叙述不正确的是(

)A.干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体B.冰晶体中,每个水分子周围只有4个紧邻的水分子C.干冰比冰的熔点低得多,常压下易升华D.干冰中CO2分子间只存在范德华力,不存在氢键,一个分子周围有12个紧邻的分子A解析:干冰晶体中,CO2分子间作用力只是范德华力,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。10．(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体。(2)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，如ClF3、BrF3，常温下它们都是易挥发的液体。ClF3的熔、沸点比BrF3的________(填“高”或“低”)。(3)下图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。试说明每个CO2分子周围有________个与之紧邻的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。分子低412解析：(1)该化合物熔点为253K，沸点为376K，熔、沸点较低，所以为分子晶体。(2)组成和结构相似