新教材适用2024-2025学年高中化学第3章晶体结构与性质第2节分子晶体与共价晶体第1课时分子晶体学案新人教版选择性必修2

其次节分子晶体与共价晶体第1课时分子晶体核心素养发展目标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积累模型，并能用均摊法对晶胞进行分析。一、分子晶体的概念和性质1．分子晶体的概念只含_分子__的晶体称为分子晶体，在分子晶体中，相邻分子靠_分子间作用力__相互吸引。2．分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用3．常见分子晶体及物质类别物质种类实例全部非金属氢化物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等几乎全部的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等绝大多数有机物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等4.分子晶体的物理性质(1)物理特性①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。②一般是绝缘体，熔融状态不导电。③溶解性符合“相像相溶”规律。(2)分子晶体熔、沸点凹凸的比较规律①分子晶体中分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之越低。②具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。正误推断1.组成分子晶体的微粒是分子，在分子晶体中肯定存在共价键和分子间作用力。(×)2．分子晶体熔化时肯定破坏范德华力，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。(×)深度思索1.分子晶体熔点较低的缘由是什么？提示：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，所以分子晶体一般熔沸点都较低。2．分子晶体及其熔融态时能否导电？为什么？提示：不能。因为分子晶体在固态和熔融状态均不存在自由电子，因而不能导电，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。3．影响分子晶体溶解度的因素有哪些？提示：“相像相溶”规律、氢键、化学反应等。应用体验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(B)A．NH3、HD、C10H8 B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、Na2S、H2O2解析：该组物质均属于分子晶体，NH3、C10H8属于化合物，HD属于单质，A不符合题意；该组物质均是属于分子晶体的化合物，B符合题意；SO2、P2O5是属于分子晶体的化合物，SiO2是属于共价晶体的化合物，C不符合题意；CCl4、H2O2是属于分子晶体的化合物，Na2S是属于离子晶体的化合物，D不符合题意。故选B。2．下列叙述与范德华力无关的是(B)A．气体物质加压或降温时能凝聚或凝固B．白磷易自燃C．干冰易升华D．S8的熔、沸点较低解析：气体物质加压或降温时能凝聚或凝固，克服了分子间的范德华力，A不符合题意；白磷易自燃，是其着火点较低，与范德华力无关，B符合题意；干冰易升华，是二氧化碳分子间的范德华力较弱，C不符合题意；S8是分子晶体，其熔、沸点较低，是由于其分子间的范德华力较弱，D不符合题意。故选B。3．单质碘的熔、沸点较低，其缘由是(C)A．碘的非金属性较弱B．碘分子中键能较小C．固态碘单质中碘分子间以范德华力结合D．I—I共价键的键长较长解析：碘单质是分子晶体，碘分子间以范德华力结合，影响分子晶体熔沸点的是范德华力，范德华力较弱，故单质碘的熔、沸点较低，C符合题意。故选C。4．下列有关分子晶体的说法中肯定正确的是(B)A．分子内均存在共价键B．分子间肯定存在范德华力C．分子间肯定存在氢键D．其结构肯定为分子密积累解析：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，所以分子内不存在任何化学键，A项错误；分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于全部的分子晶体中，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项正确，C项错误；只存在范德华力的分子晶体才实行分子密积累的方式，D项错误。(1)分子晶体的推断方法①依据物质的类别推断部分非金属单质、全部非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎全部的酸、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力推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依据物质的性质推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、沸点凹凸的推断①组成和结构相像，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组成和结构不相像的分子晶体(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、沸点反常上升，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、沸点上升，如C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。二、典型的分子晶体的结构和性质1．分子晶体的结构特征分子密积累分子非密积累微粒间作用力_范德华力___范德华力和氢键__空间特点通常每个分子四周有12个紧邻的分子每个分子四周紧邻的分子小于12个，空间利用率不高举例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰2.两种典型的分子晶体的组成和结构(1)干冰①每个晶胞中有_4__个CO2分子，_12__个原子。②每个CO2分子四周等距离且紧邻的CO2分子数为_12__。(2)冰①水分子之间主要的作用力是_氢键__，当然也有_范德华力__。②由于_氢键__的方向性，使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。正误推断1.干冰和冰都是由分子密积累形成的晶体。(×)2．干冰比冰的熔点低许多，常压下易升华。(√)3．干冰晶体中只存在范德华力不存在氢键，一个分子四周有12个紧邻分子。(√)4．冰晶体中，每个水分子四周只有4个紧邻的分子，1mol冰中含有1mol氢键。(×)深度思索1.常温下，液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0℃以下，水凝聚为冰，其中的水分子排列由杂乱无序变得非常有序。(1)冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用？提示：共价键、氢键、范德华力。(2)冰溶化成水时破坏的作用力是什么？提示：氢键和范德华力。(3)为什么液态水的密度大于冰的密度？提示：由于在冰的晶体中，水分子之间形成氢键，水分子之间以缔合分子形式存在，占据的空间增大，密度减小。2．硫化氢和水分子结构相像，但硫化氢晶体中，一个硫化氢分子四周有12个紧邻分子，而冰中一个水分子四周只有4个紧邻分子，为什么？提示：硫化氢晶体中只存在范德华力，属于分子密积累，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。应用体验1.北京2024年冬奥会采纳CO2临界直冷技术，实现“水立方”变为“冰立方”。干冰晶胞如图所示。下列说法错误的是(A)A．冰、干冰晶体类型不同B．“水立方”变为“冰立方”，密度减小C．用干冰制冷比用氟利昂制冷环保D．1个干冰晶胞的质量约为eq\f(176,6.02×1023)g解析：冰、干冰都属于分子晶体，A项错误；在冰晶体中，每个水分子四周只有四个紧邻的水分子，由于水分子之间的主要作用力为氢键，而氢键具有饱和性和方向性，所以氢键的存在使四面体中心的水分子与四面体顶角方向的4个紧邻水分子相互作用，这一排列使冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，使得冰的密度比液态水的小，故“水立方”变为“冰立方”，密度减小，B项正确；氟利昂排放到大气中会破坏O3层，干冰不能破坏O3层，氟利昂的温室效应是二氧化碳的3400～15000倍，故用干冰制冷比用氟利昂制冷环保，C项正确；由干冰的晶胞可知，1个晶胞中含CO2的个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，则1个干冰晶胞的质量约为eq\f(4×44,6.02×1023)g＝eq\f(176,6.02×1023)g，D项正确。故选A。2．下列有关冰和干冰的叙述不正确的是(A)A．干冰和冰都是由分子密积累形成的晶体B．冰中存在氢键，每个水分子四周有4个紧邻的水分子C．干冰比冰的熔点低，常压下易升华D．干冰中只存在范德华力不存在氢键解析：干冰是分子密积累形成的晶体，冰晶体中水分子间实行非紧密积累的方式，不都是分子密积累形成的晶体，A错误；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，故每个水分子四周只有4个紧邻的水分子，B正确；干冰熔化只需克服范德华力，冰熔化须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，C正确；干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，不存在氢键也不能形成氢键，D正确。故选A。1．下列有关分子晶体的说法中，正确的是(D)A．分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定B．分子晶体中，共价键越强，键能越大，熔点越高C．冰溶化时水分子间的共价键发生断裂D．在冰的晶体结构中由于氢键的存在，其熔点较高解析：分子间作用力的大小确定分子的物理性质，而分子的稳定性则取决于化学键的强弱，故A项错误；共价键是化学键，共价键的强弱与物质的熔点无关，故B项错误；冰溶化时克服范德华力和氢键，水分子内的共价键没有断裂，故C项错误；在冰的晶体结构中存在分子间氢键，使其熔点较高，故D项正确。故选D。2．下列有关分子晶体的叙述正确的是(D)A．分子内均存在共价键B．分子晶体的熔点较高C．分子晶体中肯定存在氢键D．分子晶体熔化时肯定破坏了范德华力解析：稀有气体分子内无化学键，A项错误；分子晶体有低熔点的特性，B项错误；分子晶体中不肯定存在氢键，如CO2晶体，C项错误；分子晶体中分子间肯定存在范德华力，可能存在氢键，所以分子晶体熔化时肯定破坏了范德华力，D项正确。故选D。3．干冰和冰是两种常见的分子晶体，下列关于两种晶体的比较正确的是(B)A．晶体的熔点：干冰>冰B．晶体中的空间利用率：干冰>冰C．晶体中分子间相互作用力相同D．晶体中键的极性和分子的极性相同解析：冰在0℃时是固体，而干冰则变为气体，A项错误；冰的结构中，由于H2O分子间存在氢键及氢键具有方向性，故晶胞中存在空隙，利用率降低，B项正确；冰中的分子间既有氢键又有范德华力，而干冰中的分子间只有范德华力，C项错误；CO2和H2O中均存在极性键，由于分子空间结构不同，CO2是非极性分子，H2O是极性分子，D项错误。故选B。4．下列说法正确的是(D)A．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B．H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的C．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14D．氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大解析：液态水中因分子间氢键的存在使水分子发生缔合，A错误；虽然H2SO4为强电解质，但是硫酸晶体是分子晶体，不能导电，B错误；冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，2个水分子间只能形成1个氢键，所以冰中H2O分子与氢键数目之比为12，C错误；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。5．如图所示为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延长，那么该冰中的每个水分子含有氢键的个数为(C)A．12 B．3C．2 D．8解析：由图可知，中心水分子与四周四个水分子形成四个氢键，每个氢键为两个水分子共有，则每个水分子含有氢键的个数为4×eq\f(1,2)＝2，故选C。6．如图所示，甲、乙、丙分别表示C60、二氧化碳、碘晶体的晶胞结构模型。请回答下列问题：(1)C60的熔点为280℃，从晶体类型来看，C60属于分子晶体。(2)二氧化碳晶胞中显示出的二氧化碳分子数为14，事实上一个二氧化碳晶胞中含有4个二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ键与π键的个数比为11。(3)①碘晶体属于分子晶体。②碘晶体熔化过程中克服的作用力为_分子间作用力__。③假设碘晶胞中长方体的长、宽、高分别为acm、bcm、ccm，碘的摩尔质量为127g·mol－1，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘晶体的密度为eq\f(1016,abcNA)g·cm－3。解析：(1)C60有固定的组成，不属于空