高中化學(xué)同步講義（選擇性必修二）第15講 3.3分子晶體（學(xué)生版）

第15課分子晶體1.學(xué)會(huì)判斷分子晶體。2.了解分子晶體的性質(zhì)。一、分子晶體的結(jié)構(gòu)1．概念及微粒間的作用力(1)概念：只含的晶體稱為分子晶體。(2)構(gòu)成分子晶體的微粒：(3)粒子間的相互作用力：分子晶體內(nèi)相鄰分子間以分子間作用力（和）相互吸引，分子內(nèi)原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合。2．分子晶體的結(jié)構(gòu)特征——堆積方式分子密堆積分子非密堆積作用力只有，無有和分子間，它具有方向性空間特點(diǎn)每個(gè)分子周圍一般有個(gè)緊鄰的分子空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙堆積方式分子看作球時(shí)，層與層間對(duì)分子看作球時(shí)，層與層間對(duì)舉例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰3．常見分子晶體及物質(zhì)類別物質(zhì)種類實(shí)例所有非金屬氫化物H2O、NH3、CH4、H2S、HCl等部分非金屬單質(zhì)鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、C60、稀有氣體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【特別提醒】金剛石、二氧化硅不是分子晶體。二、分子晶體的性質(zhì)1.分子晶體的物理特性①分子晶體具有熔、沸點(diǎn)較。②硬度較。③固態(tài)導(dǎo)電。2.分子晶體熔沸點(diǎn)低的原因分子晶體中粒子間是以范德華力或范德華力和氫鍵而形成的晶體，因此，分子晶體的熔、沸點(diǎn)較，密度較，硬度較，易熔化和揮發(fā)。所有在常溫下呈的物質(zhì)、常溫下呈的物質(zhì)(除汞外)、易升華的物質(zhì)都屬于分子晶體，熔化時(shí)，一般只破壞、（作用力較弱），不破壞。3.分子晶體的熔、沸點(diǎn)比較①分子晶體熔化或汽化都是克服分子間作用力。分子間作用力越，物質(zhì)熔化或汽化時(shí)需要的能量就越，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)就越。②比較分子晶體的熔、沸點(diǎn)高低，實(shí)際上就是比較分子間作用力(包括范德華力和氫鍵)的。A.組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越，范德華力越，熔、沸點(diǎn)越。如O2N2，HIHBrHCl。B.相對(duì)分子質(zhì)量相等或相近時(shí)，分子的范德華力大，熔、沸點(diǎn)，如CON2。C.能形成的物質(zhì)，熔、沸點(diǎn)較。如H2OH2TeH2SeH2S，HFHCl，NH3PH3。D.烴、鹵代烴、醇、醛、羧酸等有機(jī)物一般隨分子中碳原子數(shù)的，熔、沸點(diǎn),如C2H6CH4,C2H5ClCH3Cl,CH3COOH>HCOOH。E.在烷烴的同分異構(gòu)體中，一般來說，支鏈數(shù)越，熔沸點(diǎn)越，如沸點(diǎn)：正戊烷>異戊烷>新戊烷；芳香化合物苯環(huán)上的同分異構(gòu)體一般按照“位>位>位”的順序。4.分子晶體的導(dǎo)電性分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下均不存在自由離子，因而不能導(dǎo)電，易溶于水的電解質(zhì)在水中全部或部分電離而能夠?qū)щ?，不溶于水的物質(zhì)或易溶于水的非電解質(zhì)自身不能導(dǎo)電。三、兩種典型分子晶體的組成和結(jié)構(gòu)1.冰（分子非密堆積形式）①冰中水分子之間的相互作用力除范德華力外還有，冰晶體主要是水分子依靠而形成的。②氫鍵的方向性→1個(gè)水分子與周圍個(gè)水分子相結(jié)合→水分子中的③氫鍵H—O…H較→分子間距離增并在水分子中間留有空隙→冰的密度比液態(tài)水的。當(dāng)冰剛剛?cè)诨癁橐簯B(tài)水時(shí)冰的結(jié)構(gòu)部分解體→水分子間的空隙減→密度反而增超過4℃時(shí)分子間距離→密度漸漸④為什么水在4℃時(shí)的密度最大？氫鍵的存在迫使在四面體中心的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，其密度比液態(tài)水小。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。超過4℃時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間距離加大，密度逐漸減小，所以4℃時(shí)水的密度最大。2.干冰(分子密堆積形式)①分子間作用力為范德華力。②CO2的晶胞類型為面心立方結(jié)構(gòu)。③④每個(gè)CO2分子周圍距離最近且相等的CO2分子有12個(gè)(同層、上層、下層各4個(gè))。⑤無數(shù)個(gè)CO2晶胞在空間“無隙并置”形成CO2晶體?！舅伎寂c討論p80】參考答案在硫化氫晶體中，分子與分子之間以范德華力相結(jié)合，分子的排列特征是分子密堆積，即一個(gè)硫化氫分子周圍有12個(gè)緊鄰分子。在冰晶體中，分子與分子之間主要以氫鍵相結(jié)合，而氫鍵具有方向性和飽和性，一個(gè)水分子的氧原子只能與另外兩個(gè)水分子的氫原子形成氫鍵，該水分子的兩個(gè)氫原子只能分別與另外的水分子的氧原子形成氫鍵，所以一個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰分子。四、分子晶體的判斷1.依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒種類和微粒間的作用力判斷：構(gòu)成分子晶體的微粒是，微粒間的作用力是。2.依據(jù)晶體的熔點(diǎn)判斷：分子晶體熔點(diǎn)，常在數(shù)百度以下甚至更低溫度。3.依據(jù)晶體的導(dǎo)電性判斷：分子晶體為導(dǎo)體，但部分分子晶體溶于水后能導(dǎo)電，如HCl。4.依據(jù)晶體的硬度和機(jī)械性能判斷：分子晶體硬度且較。5.依據(jù)物質(zhì)的分類判斷：大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅等)、非金屬氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、幾乎所有的、絕大多數(shù)(除有機(jī)鹽外)是分子晶體。6.依據(jù)揮發(fā)性判斷：一般易揮發(fā)的物質(zhì)呈時(shí)都屬于分子晶體。7.根據(jù)溶解性判斷：分子晶體的溶解性遵循“相似相溶”規(guī)律。?問題一分子晶體的結(jié)構(gòu)【典例1】下列有關(guān)冰和干冰的敘述中不正確的是()A．干冰和冰都是由分子密堆積形成的晶體B．冰是由氫鍵形成的晶體，每個(gè)水分子周圍有4個(gè)緊鄰的水分子C．干冰的熔點(diǎn)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【變式1-1】正硼酸()是一種片層狀結(jié)構(gòu)的白色晶體，層內(nèi)的通過氫鍵相連(如圖所示)。下列有關(guān)說法正確的是()A．正硼酸晶體屬于離子晶體，熔點(diǎn)很高 B．的化學(xué)性質(zhì)主要與氫鍵有C．1mol晶體中有6mol氫鍵 D．分子中硼原子最外層不是8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)【變式1-2】分子和晶胞示意圖如圖所示。下列關(guān)于晶體的說法不正確的是()A．晶體可能具有很高的熔、沸點(diǎn)B．晶體可能易溶于四氯化碳中C．晶體的一個(gè)晶胞中含有的碳原子數(shù)為240D．晶體中每個(gè)分子與12個(gè)C分子緊鄰?問題二分子晶體的性質(zhì)【典例2】下列有關(guān)說法正確的是()A.分子晶體中只存在范德華力 B.分子晶體熔化時(shí)共價(jià)鍵斷裂 C.分子晶體中氫鍵越強(qiáng)，分子越穩(wěn)定 D.分子晶體中一定含有分子間作用力，不一定含有化學(xué)鍵【變式2-1】科研人員制出了由18個(gè)碳原子構(gòu)成的環(huán)碳分子(如圖示)。對(duì)該物質(zhì)的說法正確的是()A.與互為同素異形體 B．硬度大、熔點(diǎn)高C．與乙炔互為同系物 D．是一種共價(jià)晶體【變式2-2】下列說法正確的是()A．冰融化時(shí)，分子中H-O鍵發(fā)生了斷裂B．分子晶體中，分子間作用力越大，對(duì)應(yīng)的物質(zhì)越穩(wěn)定C．共價(jià)晶體中，共價(jià)鍵越強(qiáng)，晶體的熔點(diǎn)就越高D．分子晶體中，共價(jià)鍵越強(qiáng)，晶體的熔點(diǎn)就越高?問題三分子晶體的判斷【典例3】下列屬于分子晶體的化合物是()A．碘 B．金剛石 C．干冰 D．NaCl【變式3-1】下列性質(zhì)適合于分子晶體的是()A．熔點(diǎn)1070℃,易溶水,水溶液導(dǎo)電B．熔點(diǎn)10.31℃,液態(tài)不導(dǎo)電,水溶液能導(dǎo)電C．熔點(diǎn)3570℃,難溶于水,熔化時(shí)不導(dǎo)電D．熔點(diǎn)97.81℃質(zhì)軟、導(dǎo)電、密度0.97g/cm3【變式3-2】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()A．NH3、P4、C10H8 B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、H2O、Na2O21．下列說法中，錯(cuò)誤的是A．只含分子的晶體一定是分子晶體B．碘晶體升華時(shí)破壞了共價(jià)鍵C．幾乎所有的酸都屬于分子晶體D．稀有氣體中只含原子，但稀有氣體的晶體屬于分子晶體2．下列物質(zhì)屬于分子晶體的是①冰；②二氧化硅；③碘；④銅；⑤固態(tài)的氬A．僅①③ B．僅②③⑤ C．僅⑤ D．僅①③⑤3．第28屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)提供的資料顯示，海底蘊(yùn)藏著大量的天然氣水合物，俗稱“可燃冰”?！翱扇急笔且环N晶體，晶體中平均每46個(gè)分子構(gòu)建成8個(gè)籠，每個(gè)籠可容納1個(gè)分子或1個(gè)游離的分子。若晶體中每8個(gè)籠有6個(gè)容納了分子，另外2個(gè)籠被游離分子填充，則“可燃冰”的平均組成可表示為A． B． C． D．4．甲烷晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法正確的是

A．甲烷晶胞中的球只代表1個(gè)C原子B．1個(gè)晶胞中含有8個(gè)分子C．甲烷晶體熔化時(shí)需克服共價(jià)鍵D．晶體中1個(gè)分子周圍有12個(gè)緊鄰的分子5．氦晶體的升華能是0.105kJ·mol-1，而冰的升華能則為46.9kJ·mol-1.能解釋這一事實(shí)的敘述是①氦原子間僅存在范德華力②冰中有氫鍵③氦原子之間的化學(xué)鍵很弱④水分子之間的共價(jià)鍵強(qiáng)A．①② B．②③ C．①④ D．③④6．下列關(guān)于分子晶體的說法正確的是A．晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定B．在分子晶體中一定存在共價(jià)鍵C．冰和Br2都是分子晶體D．稀有氣體不能形成分子晶體7．下列說法中正確的是（）A．冰融化時(shí)，分子中H—O鍵發(fā)生斷裂B．共價(jià)晶體中，共價(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高C．分子晶體中，共價(jià)鍵鍵能越大，該分子晶體的熔、沸點(diǎn)一定越高D．分子晶體中，分子間作用力越大，該物質(zhì)越穩(wěn)定8.如圖所示，甲、乙、丙分別表示C、二氧化碳、碘晶體的晶胞結(jié)構(gòu)模型。請(qǐng)回答下列問題：（1）C60的熔點(diǎn)為280℃，從晶體類型來看，C60屬____________晶體。（2）二氧化碳晶胞中顯示出的二氧化碳分子數(shù)為14，實(shí)際上一個(gè)二氧化碳晶胞中含有____________個(gè)二氧化碳分子，二氧化碳分子中鍵與鍵的個(gè)數(shù)比為____________。（3）①碘晶體屬于____________晶體。②碘晶體熔化過程中克服的作用力為____________。③假設(shè)碘晶胞中長(zhǎng)方體的長(zhǎng)、寬、高分別為acm、bcm、ccm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則碘晶體的密度為____________g·cm-3。1．我國(guó)力爭(zhēng)于2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。與重整是利用的研究熱點(diǎn)之一。下列關(guān)于和說法正確的是A．CO2中C原子采用sp2雜化B．鍵角大于鍵角C．分子中含有極性共價(jià)鍵，是極性分子D．干冰中每個(gè)分子周圍緊鄰12個(gè)分子2．某分子晶體結(jié)構(gòu)模型如圖，下列說法正確的是A．該模型可以表示CO2的分子模型B．圖中每個(gè)線段代表化學(xué)鍵C．表示的是含有非極性共價(jià)鍵的分子D．空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，熔沸點(diǎn)高3．水是生命之源，水的狀態(tài)除了氣、液、固之外，還有玻璃態(tài)。玻璃態(tài)水是由液態(tài)水急速冷卻到-108℃時(shí)形成的一種無定形狀態(tài)，其密度與普通液態(tài)水的密度相同，有關(guān)玻璃態(tài)水的敘述正確的是A．玻璃態(tài)水中也存在范德華力與氫鍵B．玻璃態(tài)水是分子晶體C．玻璃態(tài)中水分子間距離比普通液態(tài)水中分子間距離大D．玻璃態(tài)水中氧原子為雜化4．磷元素有白磷、紅磷等單質(zhì)，白磷()分子結(jié)構(gòu)及晶胞如下圖所示，白磷和紅磷轉(zhuǎn)化的熱化學(xué)方程式為(白磷，s)=(紅磷，s)

；下列說法正確的是

A．分子中的P-P-P鍵角為109°28＇B．白磷和紅磷互為同位素C．白磷晶體中1個(gè)分子周圍有8個(gè)緊鄰的分子D．白磷和紅磷在中充分燃燒生成等量(s)，白磷放出的熱量更多5．某課題組發(fā)現(xiàn)水團(tuán)簇最少需要21個(gè)水分子才能實(shí)現(xiàn)溶劑化，即1個(gè)水分子周圍至少需要20個(gè)水分子，才能將其“溶解”(“溶解”時(shí)，水團(tuán)簇須形成四面體)。下列敘述正確的是

A．中水分子之間的作用力主要是范德華力B．和互為同系物C．加熱變?yōu)檫€破壞了極性鍵D．晶體屬于分子晶體6．下列說法中正確的是A．冰融化時(shí)，分子中H—O發(fā)生斷裂B．分子晶體熔融時(shí)化學(xué)鍵不被破壞C．分子晶體中，一定存在分子間作用力和共價(jià)鍵D．分子晶體中，分子間作用力越大，該物質(zhì)越穩(wěn)定7．我國(guó)疾控中心利用尿素()制備出了兩種低溫消毒劑：三聚氰酸()和二氯異氰尿酸鈉()。已知：尿素分子中所有原子共平面。下列說法錯(cuò)誤的是A．尿素分子中鍵角與鍵角基本相等B．三聚氰酸晶體屬于分子晶體C．基態(tài)N原子的電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有5種D．二氯異氰尿酸鈉中元素的電負(fù)性：N>O>Na8．(1)水分子間存在一種“氫鍵”(介于范德華力與化學(xué)鍵之間)的作用，彼此結(jié)合而形成(H2O)n。在冰中每個(gè)水分子被4個(gè)水分子包圍形成變形的正四面體，通過氫鍵相互連接成龐大的分子晶體，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖(1)表示：①1mol冰中有______mol氫鍵。②在冰的結(jié)構(gòu)中，每個(gè)水分子與相鄰的4個(gè)水分子以氫鍵相連接。在冰晶體中除氫鍵外，還存在范德華力(11kJ·mol－1)。已知冰的升華熱是51kJ·mol－1，則冰晶體中氫鍵的能量是________kJ·mol－1。③氨氣極易溶于水的原