2025春高二化学选择性必修2 （配人教版）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

分子晶体第1课时第二节分子晶体与共价晶体学习目标1.通过认识分子晶体,能描述分子晶体的概念,列举常见的分子晶体。2.通过借助冰、干冰等模型认识分子晶体的结构特点及物理性质,能从微观角度分析分子晶体中各构成粒子之间的作用和对分子晶体物理性质的影响,能辨析分子晶体中粒子的堆积模型并能用均摊法对晶胞进行分析。3.通过分子晶体的学习,能利用分子晶体的通性推断常见的分子晶体。任务分项突破『自主梳理』1.分子晶体(1)概念:只含

的晶体称为分子晶体。在分子晶体中,相邻分子靠

相互吸引。学习任务1探究分子晶体及其结构分子分子间作用力(2)分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用。2.常见的典型分子晶体物质类别举例所有

H2O、H2S、NH3、CH4、HX等部分

X2、O2、H2、S8、N2、P4、C60等部分

CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等稀有气体氦气(He)、氖气(Ne)等几乎所有的

H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等绝大多数有机物苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等非金属氢化物非金属单质非金属氧化物酸3.分子晶体的常见堆积方式(1)常见分子晶体的结构分析。代表物质干冰冰晶胞晶胞占有分子数

紧邻分子数每个二氧化碳分子周围有

个紧邻的分子每个水分子周围有

个紧邻的分子密度(相对大小)

48124大小(2)分子晶体的常见堆积方式。分子间作用力堆积方式实例范德华力分子采用

,每个分子周围最多有

个紧邻的分子如C60、干冰、I2、O2范德华力、

分子不采用

,每个分子周围紧邻的分子少于12个如HF、NH3、冰密堆积12氢键密堆积『互动探究』常温下,液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0℃以下,水凝结为冰,其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。探究分子晶体的结构特点问题1:冰晶体中存在着哪几种粒子间的相互作用?提示:共价键、氢键、范德华力。问题2:硫化氢和水分子结构相似,但硫化氢晶体中,一个硫化氢分子周围有12个紧邻分子,而冰中一个水分子周围只有4个紧邻分子,为什么?提示:硫化氢分子间只存在范德华力,属于分子密堆积,而冰中水分子间的主要作用力是氢键,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。问题3:试分析为什么冬季河水结冰时冰总是浮在水面上。提示:因为冰中水分子间的作用力主要是氢键,氢键具有方向性,每个水分子通过氧原子的两个孤电子对和两个氢原子形成四面体结构,沿着四面体的顶点方向与周围四个水分子形成氢键,造成冰晶体中水分子的空间利用率不高,紧邻的分子数减少,形成空隙较大的网状晶体,密度比液态水小,所以结的冰会浮在水面上。归纳拓展分子晶体的结构特点1.分子晶体的基本构成粒子是分子,分子之间普遍存在的作用力是范德华力,个别晶体中分子间还含氢键,如冰中。2.只存在范德华力的晶体,晶体中分子采取密堆积,晶胞中每个分子周围一般有12个分子紧邻。含有氢键的晶体,由于氢键的方向性,晶体中分子之间不满足密堆积,空间利用率不高,留有相当大的空隙,所以密度会减小,但是熔点、沸点往往会升高,如HF、NH3、冰等。『题组例练』1.下列有关分子晶体的说法一定正确的是(

)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.分子晶体一定采取分子密堆积方式√解析:构成粒子若为单原子分子,则不含共价键,如稀有气体,故A错误;分子晶体中分子之间一定存在范德华力,故B正确;分子间不一定存在氢键,如CO2中不含有氢键,故C错误;分子晶体不一定采用分子密堆积,例如冰,由于氢键的作用,每个水分子周围只有四个紧邻的水分子而形成非密堆积,故D错误。2.水是生命之源,如图为冰晶体的结构模型,大球代表氧原子,小球代表氢原子,下列有关说法正确的是(

)A.冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体B.冰晶体和干冰晶体之间的作用力一样C.水分子间通过H—O形成冰晶体D.冰晶体融化时,水分子之间的空隙增大√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CO2是通过范德华力形成干冰晶体,B、C两项错误;冰融化后,氢键数目减少,水分子间的空隙减小,体积变小,D项错误。3.如图为干冰的晶胞结构示意图。(1)通过观察分析,有

种取向不同的CO2。将CO2视作质点,设晶胞边长为apm,则紧邻的两个CO2的距离为

pm。

4(2)其密度ρ为

(1pm=10-10cm,设NA为阿伏加德罗常数的值)。

学习任务2探究分子晶体的物理性质『自主梳理』1.物理性质(1)分子晶体的熔点、沸点

,密度

,硬度较小,较易熔化和挥发。(2)一般是绝缘体,熔融状态也不导电。(3)溶解性符合“相似相溶”规律。较低较小2.分子晶体熔点、沸点高低的比较规律(1)分子晶体中分子间作用力

,物质熔点、沸点

,反之

。(2)具有氢键的分子晶体,熔点、沸点

。越大越高越低反常高『互动探究』表一几种分子晶体的熔点、沸点分子晶体熔点/℃沸点/℃CF4-183.6-128CCl4-22.976.7CBr490190.5表二几种氯化物的熔点、沸点氯化物NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔点/℃802714193-69775沸点/升华)581936探究分子晶体熔点、沸点高低的比较与应用问题1:结合表一中的已知数据,思考影响三种分子晶体熔点、沸点高低的因素是什么?提示:结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,晶体熔点、沸点越高。问题2:分析固态的HF与HCl、丙烷与丁烷的熔点、沸点高低情况。提示:因为HF分子晶体中存在氢键,所以HF的熔点、沸点高于HCl的;因为丁烷的相对分子质量大于丙烷的,所以丙烷的熔点、沸点低于丁烷的。问题3:根据表二中的数据信息,你认为属于分子晶体的是哪些物质?说明判断的理由。提示:属于分子晶体的是AlCl3、SiCl4;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,故分子晶体的熔点、沸点较低,表中的NaCl、MgCl2、CaCl2的熔点、沸点较高,很明显不属于分子晶体,AlCl3、SiCl4的熔点、沸点较低,应为分子晶体。问题4:含有金属元素的化合物一定不是分子晶体吗?提示:不一定,如氯化铝属于分子晶体。归纳拓展1.分子晶体熔点、沸点低的原因分子晶体中分子间的作用力是范德华力或范德华力和氢键,因此,分子晶体的熔点、沸点较低,硬度较小,较易熔化和挥发。2.分子晶体熔点、沸点的比较(1)组成和结构相似,不含氢键的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越强,熔点、沸点越高,如I2>Br2>Cl2>F2,HI>HBr>HCl。(2)组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近),分子的极性越大,熔点、沸点越高,如CH3OH>CH3CH3。(3)含有分子间氢键的分子晶体的熔点、沸点反常高,如H2O>H2Te>H2Se>H2S。(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,熔点、沸点升高,如C2H6>CH4,C2H5Cl>CH3Cl,CH3COOH>HCOOH。『题组例练』1.下列关于分子晶体熔、沸点的比较不正确的是(

)A.Cl2<Br2<I2B.H2O<H2S<H2SeC.CH4<SiH4<GeH4D.CH3CH2CH2CH2CH3>C(CH3)4√解析:相对分子质量Cl2<Br2<I2,则分子间作用力Cl2<Br2<I2,熔、沸点Cl2<Br2<I2,故A正确;相对分子质量H2O<H2S<H2Se,但水分子间存在氢键,则熔、沸点H2O>H2Se,故B错误;相对分子质量CH4<SiH4<GeH4,则分子间作用力CH4<SiH4<GeH4,熔、沸点CH4<SiH4<GeH4,故C正确;CH3CH2CH2CH2CH3和C(CH3)4分子式相同,但C(CH3)4支链多于CH3CH2CH2CH2CH3,则熔、沸点CH3CH2CH2CH2CH3>C(CH3)4,故D正确。2.下列性质属于分子晶体的是(

)A.熔点为1070℃,易溶于水,水溶液导电B.熔点为3500℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂C.能溶于CS2,熔点为113℃,沸点为445℃D.熔点为97.81℃,质软,导电,密度为0.97g·cm-3√解析:分子晶体由分子构成,分子间作用力很弱,具有较低的熔点、沸点,硬度小,易挥发等性质。熔点高、质硬,不是分子晶体的性质,故A、B错误;单质硫能溶于CS2,熔点为113℃,沸点为445℃,单质硫是分子晶体,故C正确;熔点为97.81℃,质软,导电,密度为0.97g·cm-3,是金属钠的物理性质,金属钠不属于分子晶体,故D错误。3.(1)比较下列化合物熔点、沸点的高低(填“>”或“<”)。①CO2

SO2。

②NH3

PH3。

③O3

O2。

④Ne

Ar。

⑤CH3CH2OH

CH3OH。

⑥CO

N2。

<>><>>解析:(1)各组物质均为分子晶体,根据分子晶体熔点、沸点的判断规律,其相对分子质量越大,分子间作用力越大,分子极性越大,则晶体的熔点、沸点越高,较容易比较六组物质熔点、沸点的高低。(2)已知AlCl3的熔点为190℃(2.02×105Pa),但它在178℃即开始升华。请回答下列问题。①AlCl3固体是

晶体。

分子解析:(2)①由AlCl3的熔点低以及在178℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。②设计一个可靠的实验,判断AlCl3是离子化合物还是共价化合物。设计的实验是

。

在熔融状态下,测其是否导电,若不导电是共价化合物,若导电是离子化合物解析:②若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物,可测其熔融状态下是否导电,若不导电是共价化合物,导电则是离子化合物。思维建模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、稀有气体、几乎所有的酸、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判断。组成分子晶体的粒子是分子,粒子间的作用力是分子间作用力。(3)依据物质的性质判断。分子晶体的硬度小,熔点、沸点低,在熔融状态和固态时均不导电。『知识整合提升』学科素养测评据报道,科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60。已知:①N60中每个氮原子均以N—N结合三个N而形成8电子稳定结构;②N—N的键能为193kJ·mol-1。请回答下列问题。(1)N60组成的晶体为

晶体,其熔、沸点比N2的

(填“高”或“低”),原因是