高中化學(xué)選擇性必修二 第3章　第2節(jié)　第1課時(shí)　分子晶體

1、第二節(jié)分子晶體與共價(jià)晶體第1課時(shí)分子晶體發(fā) 展 目 標(biāo)體 系 構(gòu) 建1.借助分子晶體模型認(rèn)識(shí)分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2能夠從范德華力、氫鍵的特征，分析理解分子晶體的物理特性。一、分子晶體及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1概念只含分子的晶體。2粒子間的作用分子晶體中相鄰的分子間以分子間作用力相互吸引。3常見(jiàn)分子晶體及物質(zhì)類別物質(zhì)種類實(shí)例所有非金屬氫化物H2O、NH3、CH4等部分非金屬單質(zhì)鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分非金屬氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等幾乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等絕大多數(shù)有機(jī)物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等4.分子晶體的常見(jiàn)堆積方式分子

2、間作用力堆積方式實(shí)例范德華力分子采用密堆積，每個(gè)分子周圍有12個(gè)緊鄰的分子如C60、干冰、I2、O2范德華力、氫鍵分子不采用密堆積，每個(gè)分子周圍緊鄰的分子少于12個(gè)如HF、NH3、冰二、兩種典型的分子晶體的組成和結(jié)構(gòu)1冰(1)水分子之間的主要作用力是氫鍵，當(dāng)然也存在范德華力。(2)氫鍵有方向性，它的存在迫使在四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰水分子互相吸引。2干冰(1)干冰中的CO2分子間只存在范德華力，不存在氫鍵。(2)每個(gè)晶胞中有4個(gè)CO2分子，12個(gè)原子。每個(gè)CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子數(shù)為12個(gè)。三、分子晶體的物理性質(zhì)1物理特性(1)分子晶體的熔、沸點(diǎn)較低，密度較

3、小，硬度較小，較易熔化和揮發(fā)。(2)一般是絕緣體，熔融狀態(tài)也不導(dǎo)電。(3)溶解性符合“相似相溶規(guī)律”。2分子晶體熔、沸點(diǎn)高低的比較規(guī)律(1)分子晶體中分子間作用力越大，物質(zhì)熔、沸點(diǎn)越高，反之越低。(2)具有氫鍵的分子晶體，熔、沸點(diǎn)反常高。1判斷正誤(對(duì)的在括號(hào)內(nèi)打“”，錯(cuò)的在括號(hào)內(nèi)打“”。)(1)分子晶體中只存在分子間作用力()(2)分子晶體熔化時(shí)共價(jià)鍵斷裂()(3)分子晶體中氫鍵越強(qiáng)，分子越穩(wěn)定()(4)分子晶體中一定含有分子間作用力，不一定含有化學(xué)鍵()2下列各組物質(zhì)各自形成晶體，均屬于分子晶體的化合物是()ANH3、P4、C10H8 BPCl3、CO2、H2SO4CSO2、SiO2、P2

4、O5 DCCl4、H2O、Na2O2BA中，P4(白磷)為單質(zhì)，不是化合物；C中，SiO2為共價(jià)晶體；D中，Na2O2是離子化合物、離子晶體。3(1)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物熔點(diǎn)為253 K，沸點(diǎn)為376 K，其固體屬于_晶體。(2)F2與其他鹵素單質(zhì)反應(yīng)可以形成鹵素互化物，如ClF3、BrF3，常溫下它們都是易揮發(fā)的液體。ClF3的熔、沸點(diǎn)比BrF3的_(填“高”或“低”)。(3)下圖為CO2分子晶體結(jié)構(gòu)的一部分，觀察圖形。試說(shuō)明每個(gè)CO2分子周圍有_個(gè)與之緊鄰的CO2分子；該結(jié)構(gòu)單元平均占有_個(gè)CO2分子。解析(1)該化合物熔點(diǎn)為253 K，沸點(diǎn)為376 K，熔、沸點(diǎn)較

5、低，所以為分子晶體。(2)組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔、沸點(diǎn)越高，所以ClF3的熔、沸點(diǎn)比BrF3的低。答案(1) 分子(2)低(3)124探究分子晶體結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)的關(guān)系觀察下圖冰和干冰的結(jié)構(gòu)，回答下列問(wèn)題。(1)已知?dú)滏I也有方向性，試分析為什么冬季河水總是從水面上開(kāi)始結(jié)冰？提示：由于氫鍵的方向性，使冰晶體中每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)分子相互吸引，形成空隙較大的網(wǎng)狀晶體，密度比水小，所以結(jié)的冰會(huì)浮在水面上。(2)為什么冰融化為水時(shí)，密度增大？提示：在冰晶體中，每個(gè)分子周圍只有4個(gè)緊鄰的水分子，由于水分子之間的主要作用力是氫鍵，氫鍵跟共價(jià)鍵一樣具有方向性，

6、即氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰水分子相互吸引，這一排列使冰晶體中的水分子的空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙。當(dāng)冰剛剛?cè)诨癁橐簯B(tài)水時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)使冰的結(jié)構(gòu)部分解體，水分子間的空隙減小，密度反而增大。(3)為什么干冰的熔沸點(diǎn)比冰低而密度卻比冰大？提示：由于冰中除了范德華力外還有氫鍵作用，破壞分子間作用力較難，所以熔沸點(diǎn)比干冰高。由于水分子間氫鍵的方向性，導(dǎo)致冰晶體不具有分子密堆積特征，晶體中有相當(dāng)大的空隙，所以相同狀況下冰體積較大。由于CO2分子的相對(duì)分子質(zhì)量H2O分子的相對(duì)分子質(zhì)量，所以干冰的密度大。(4)干冰升華過(guò)程中破壞共價(jià)鍵嗎？提示：干冰升華的過(guò)程中破壞分子

7、間作用力，不破壞共價(jià)鍵。1分子晶體的物理性質(zhì)(1)分子晶體具有較低的熔、沸點(diǎn)和較小的硬度。分子晶體熔化時(shí)要破壞分子間作用力，由于分子間作用力很弱，所以分子晶體的熔、沸點(diǎn)一般較低，部分分子晶體易升華(如干冰、碘、紅磷、萘等)，且硬度較小。(2)分子晶體不導(dǎo)電。分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下均不存在自由移動(dòng)的離子或自由電子，因而分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下都不能導(dǎo)電。有些分子晶體的水溶液能導(dǎo)電，如HI、乙酸等。(3)分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規(guī)律，即極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑。如：H2O是極性溶劑，SO2、H2S、HBr等都是極性分子，它們?cè)谒械娜芙舛缺萅2、O2、C

8、H4等非極性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非極性溶劑，則Br2、I2等非極性分子易溶于其中，而水則不溶于苯和CCl4中。2分子晶體熔、沸點(diǎn)比較規(guī)律 (1)少數(shù)主要以氫鍵作用形成的分子晶體，比一般的分子晶體的熔、沸點(diǎn)高，如含有HF、HO、HN等共價(jià)鍵的分子間可以形成氫鍵，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)相對(duì)較高。(2)組成與結(jié)構(gòu)相似，分子之間不含氫鍵而只利用范德華力形成的分子晶體，隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)逐漸升高。例如，常溫下Cl2呈氣態(tài)，Br2呈液態(tài)，而I2呈固態(tài)；CO2呈氣態(tài)，CS2呈液態(tài)。(3)相對(duì)分子質(zhì)量相等或相近的極性分子構(gòu)成的分子晶體，其熔、沸點(diǎn)

9、一般比非極性分子構(gòu)成的分子晶體的熔、沸點(diǎn)高，如CO的熔、沸點(diǎn)比N2的熔、沸點(diǎn)高。(4)有機(jī)物中組成和結(jié)構(gòu)相似且不存在氫鍵的同分異構(gòu)體，相對(duì)分子質(zhì)量相同，一般支鏈越多，分子間的相互作用力越弱，熔、沸點(diǎn)越低，如熔、沸點(diǎn)：正戊烷異戊烷新戊烷。1某化學(xué)興趣小組在學(xué)習(xí)分子晶體后，查閱了幾種氯化物的熔、沸點(diǎn)，記錄如下：NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔點(diǎn)/80171219068782沸點(diǎn)/1 4651 418230571 600根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析，他們認(rèn)為屬于分子晶體的是()ANaCl、MgCl2、CaCl2BAlCl3、SiCl4CNaCl、CaCl2 D全部B由于由分子構(gòu)成的晶體，分子與

10、分子之間以分子間作用力相互作用，而分子間作用力較小，克服分子間作用力所需能量較低，故分子晶體的熔沸點(diǎn)較低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸點(diǎn)很高，不屬于分子晶體，AlCl3、SiCl4熔、沸點(diǎn)較低，應(yīng)為分子晶體，所以B項(xiàng)正確，A、C、D三項(xiàng)錯(cuò)誤。2下列有關(guān)冰和干冰的敘述不正確的是()A干冰和冰都是由分子密堆積形成的晶體B冰晶體中每個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰的水分子C干冰比冰的熔點(diǎn)低得多，常壓下易升華D干冰中只存在范德華力不存在氫鍵，一個(gè)分子周圍有12個(gè)緊鄰的分子A干冰晶體中CO2分子間作用力只是范德華力，分子采取密堆積，一個(gè)分子周圍有12個(gè)緊鄰的分子；冰晶體中水分子間除了范德華力之外

11、還存在氫鍵，由于氫鍵具有方向性和飽和性，故每個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰的水分子，采取非密堆積的方式，空間利用率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德華力，冰融化需要克服范德華力和氫鍵，由于氫鍵作用力比范德華力大，所以干冰比冰的熔點(diǎn)低得多，而且常壓下易升華。分子晶體的判斷方法1依據(jù)物質(zhì)的類別判斷,部分非金屬單質(zhì)、所有非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機(jī)物的晶體都是分子晶體。2依據(jù)組成晶體的粒子及粒子間作用判斷,組成分子晶體的粒子是分子，粒子間作用是分子間作用力。3依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)判斷,分子晶體的硬度小，熔、沸點(diǎn)低，在熔融狀態(tài)或固體時(shí)均不導(dǎo)電。1下列有關(guān)分子晶體的說(shuō)法中一定正確的是

12、()A分子內(nèi)均存在共價(jià)鍵B分子間一定存在范德華力C分子間一定存在氫鍵D其結(jié)構(gòu)一定為分子密堆積B稀有氣體元素組成的分子晶體中，不存在由多個(gè)原子組成的分子，而是原子間通過(guò)范德華力結(jié)合成晶體，所以不存在任何化學(xué)鍵，A錯(cuò)誤；分子間作用力包括范德華力和氫鍵，范德華力存在于所有的分子晶體中，而氫鍵只存在于含有與電負(fù)性較強(qiáng)的N、O、F原子結(jié)合的氫原子的分子之間或者分子之內(nèi)，B正確，C錯(cuò)誤；只存在范德華力的分子晶體才采取分子密堆積的方式，D錯(cuò)誤。2HF分子晶體、NH3分子晶體與冰的結(jié)構(gòu)極為相似，在HF分子晶體中，與F原子距離最近的HF分子有()A3個(gè)B4個(gè)C5個(gè)D12個(gè)B根據(jù)HF分子晶體與冰結(jié)構(gòu)相似可知，每個(gè)

13、HF分子周圍有4個(gè)HF分子與之最近，構(gòu)成四面體，故B項(xiàng)正確。3下列物質(zhì)按熔、沸點(diǎn)由高到低順序排列，正確的一組是()AHF、HCl、HBr、HI BF2、Cl2、Br2、I2CH2O、H2S、H2Se、H2TeDCI4、CBr4、CCl4、CF4D對(duì)結(jié)構(gòu)和組成相似的分子晶體，其熔、沸點(diǎn)隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大而升高，但HF、H2O分子之間都存在氫鍵，熔、沸點(diǎn)反常。所以A中應(yīng)為HFHIHBrHCl；B中應(yīng)為I2Br2Cl2F2；C中應(yīng)為H2OH2TeH2SeH2S；只有D正確。4水分子間可通過(guò)一種叫“氫鍵”的作用(作用力介于化學(xué)鍵與范德華力大小之間)彼此結(jié)合而形成(H2O)n，在冰中n值為5。即每個(gè)

14、水分子被其他4個(gè)水分子包圍形成變形四面體，如圖所示為(H2O)5單元，由無(wú)限個(gè)這樣的四面體通過(guò)氫鍵構(gòu)成一個(gè)龐大的分子晶體，即冰。下列有關(guān)敘述正確的是()A1 mol冰中含有4 mol氫鍵B1 mol冰中含有45 mol氫鍵C平均每個(gè)水分子只含有2個(gè)氫鍵D平均每個(gè)水分子只含有eq f(5,4)個(gè)氫鍵 C由圖可知，每個(gè)水分子(處于四面體的中心)與4個(gè)水分子(處于四面體的四個(gè)頂點(diǎn))形成四個(gè)氫鍵，因?yàn)槊總€(gè)氫鍵都是由2個(gè)水分子共同形成的，所以每個(gè)水分子形成的氫鍵數(shù)為4eq f(1,2)2。5(1)比較下列化合物熔、沸點(diǎn)的高低(填“”或“”)。CO2_SO2NH3_PH3O3_O2Ne_ArCH3CH2OH_CH3OHCO_N2(2)已知AlCl3的熔點(diǎn)為190 (2.02105 Pa)，但它在180 即開(kāi)始升華。請(qǐng)回答：AlCl3固體是_晶體。設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的實(shí)驗(yàn)，判斷氯化鋁是離子化合物還是共價(jià)化合物。你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是_。