《分子晶體》參考課件

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)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

相互吸引。分子間作用力基礎(chǔ)知識(shí)填充非金屬氧化物非金屬氫化物非金屬單質(zhì)有機(jī)物酸物質(zhì)種類實(shí)例所有____________H2O、NH3、CH4等部分____________鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分____________CO2、P4O10、SO2、SO3等幾乎所有的______HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等絕大多數(shù)________苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等3．常見(jiàn)分子晶體及物質(zhì)類別氫鍵密堆積12密堆積分子間作用力堆積方式實(shí)例范德華力分子采用

，每個(gè)分子周圍有

個(gè)緊鄰的分子如C60、干冰、I2、O2范德華力、_____

分子不采用

，每個(gè)分子周圍緊鄰的分子少于12個(gè)如HF、NH3、冰4.分子晶體的常見(jiàn)堆積方式(1)水分子之間的主要作用力是

，當(dāng)然也存在

。(2)

有方向性，它的存在迫使在__________

的每個(gè)水分子與

方向的

__個(gè)相鄰水分子互相吸引。二、兩種典型的分子晶體的組成和結(jié)構(gòu)1．冰

四面體中心氫鍵范德華力4四面體頂角氫鍵4范德華力氫鍵1212(1)干冰中的CO2分子間只存在

，不存在

。(2)①每個(gè)晶胞中有

個(gè)CO2分子，

個(gè)原子。②每個(gè)CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子數(shù)為

個(gè)。2．干冰

較低較小三、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)

，密度

，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”。越高反常高越大越低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

，物質(zhì)熔、沸點(diǎn)

，反之

。(2)具有氫鍵的分子晶體，熔、沸點(diǎn)

?！痢獭痢?．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()預(yù)習(xí)效果驗(yàn)收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、Na2O2解析

[A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。]B3．(1)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物熔點(diǎn)為253K，沸點(diǎn)為376K，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”)。分子低(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。

12

4[解析]

(1)該化合物熔點(diǎn)為253K，沸點(diǎn)為376K，熔、沸點(diǎn)較低，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。觀察下圖冰和干冰的結(jié)構(gòu)，回答下列問(wèn)題。重難點(diǎn)1探究分子晶體結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)的關(guān)系(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，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、CH4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H—F、H—O、H—N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)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。

NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔點(diǎn)/℃801712190－68782沸點(diǎn)/℃146514182305716001．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：根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析，他們認(rèn)為屬于分子晶體的是(

)A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4C．NaCl、CaCl2 D．全部B對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練解析

[由于由分子構(gòu)成的晶體，分子與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解析

[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(

)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隨堂演練解析

[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。]2．HF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(

)A．3個(gè)B．4個(gè)C．5個(gè)D．12個(gè)解析

[根據(jù)HF分子晶體與冰結(jié)構(gòu)相似可知，每個(gè)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。]B3．下列物質(zhì)按熔、沸點(diǎn)由高到低順序排列，正確的一組是(

)A．HF、HCl、HBr、HIB．F2、Cl2、Br2、I2C．H2O、H2S、H2Se、H2TeD．CI4、CBr4、CCl4、CF4D解析

[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HF>HI>HBr>HCl；B中應(yīng)為I2>Br2>Cl2>F2；C中應(yīng)為H2O>H2Te>H2Se>H2S；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)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(

)CA．1mol冰中含有4mol氫鍵B．1mol冰中含有4×5mol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)水分子只含有個(gè)氫鍵

解析

[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