新教材適用2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第3章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第2節(jié)分子晶體與共價晶體第1課時分子晶體學(xué)案新人教版選擇性必修2

其次節(jié)分子晶體與共價晶體第1課時分子晶體核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)1．能辨識常見的分子晶體，并能從微觀角度分析分子晶體中各構(gòu)成微粒之間的作用和對分子晶體物理性質(zhì)的影響。2．能利用分子晶體的通性推斷常見的分子晶體，理解分子晶體中微粒的積累模型，并能用均攤法對晶胞進(jìn)行分析。一、分子晶體的概念和性質(zhì)1．分子晶體的概念只含_分子__的晶體稱為分子晶體，在分子晶體中，相鄰分子靠_分子間作用力__相互吸引。2．分子晶體中的粒子及粒子間的相互作用3．常見分子晶體及物質(zhì)類別物質(zhì)種類實(shí)例全部非金屬氫化物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等幾乎全部的酸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)不導(dǎo)電。③溶解性符合“相像相溶”規(guī)律。(2)分子晶體熔、沸點(diǎn)凹凸的比較規(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。正誤推斷1.組成分子晶體的微粒是分子，在分子晶體中肯定存在共價鍵和分子間作用力。(×)2．分子晶體熔化時肯定破壞范德華力，有些分子晶體還會破壞氫鍵。(√)3．分子晶體熔化或溶于水均不導(dǎo)電。(×)4．分子晶體的熔、沸點(diǎn)越高，分子晶體中共價鍵的鍵能越大。(×)深度思索1.分子晶體熔點(diǎn)較低的緣由是什么？提示：分子晶體熔化時要破壞分子間作用力，由于分子間作用力很弱，所以分子晶體一般熔沸點(diǎn)都較低。2．分子晶體及其熔融態(tài)時能否導(dǎo)電？為什么？提示：不能。因?yàn)榉肿泳w在固態(tài)和熔融狀態(tài)均不存在自由電子，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)不能導(dǎo)電。3．影響分子晶體溶解度的因素有哪些？提示：“相像相溶”規(guī)律、氫鍵、化學(xué)反應(yīng)等。應(yīng)用體驗(yàn)1.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(B)A．NH3、HD、C10H8 B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、Na2S、H2O2解析：該組物質(zhì)均屬于分子晶體，NH3、C10H8屬于化合物，HD屬于單質(zhì)，A不符合題意；該組物質(zhì)均是屬于分子晶體的化合物，B符合題意；SO2、P2O5是屬于分子晶體的化合物，SiO2是屬于共價晶體的化合物，C不符合題意；CCl4、H2O2是屬于分子晶體的化合物，Na2S是屬于離子晶體的化合物，D不符合題意。故選B。2．下列敘述與范德華力無關(guān)的是(B)A．氣體物質(zhì)加壓或降溫時能凝聚或凝固B．白磷易自燃C．干冰易升華D．S8的熔、沸點(diǎn)較低解析：氣體物質(zhì)加壓或降溫時能凝聚或凝固，克服了分子間的范德華力，A不符合題意；白磷易自燃，是其著火點(diǎn)較低，與范德華力無關(guān)，B符合題意；干冰易升華，是二氧化碳分子間的范德華力較弱，C不符合題意；S8是分子晶體，其熔、沸點(diǎn)較低，是由于其分子間的范德華力較弱，D不符合題意。故選B。3．單質(zhì)碘的熔、沸點(diǎn)較低，其緣由是(C)A．碘的非金屬性較弱B．碘分子中鍵能較小C．固態(tài)碘單質(zhì)中碘分子間以范德華力結(jié)合D．I—I共價鍵的鍵長較長解析：碘單質(zhì)是分子晶體，碘分子間以范德華力結(jié)合，影響分子晶體熔沸點(diǎn)的是范德華力，范德華力較弱，故單質(zhì)碘的熔、沸點(diǎn)較低，C符合題意。故選C。4．下列有關(guān)分子晶體的說法中肯定正確的是(B)A．分子內(nèi)均存在共價鍵B．分子間肯定存在范德華力C．分子間肯定存在氫鍵D．其結(jié)構(gòu)肯定為分子密積累解析：稀有氣體元素組成的分子晶體中，不存在由多個原子組成的分子，而是原子間通過范德華力結(jié)合成晶體，所以分子內(nèi)不存在任何化學(xué)鍵，A項(xiàng)錯誤；分子間作用力包括范德華力和氫鍵，范德華力存在于全部的分子晶體中，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項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯誤；只存在范德華力的分子晶體才實(shí)行分子密積累的方式，D項(xiàng)錯誤。(1)分子晶體的推斷方法①依據(jù)物質(zhì)的類別推斷部分非金屬單質(zhì)、全部非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎全部的酸、絕大多數(shù)有機(jī)物都是分子晶體。②依據(jù)組成晶體的粒子及粒子間作用力推斷組成分子晶體的微粒是分子，粒子間的作用力是分子間作用力。③依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)推斷分子晶體的硬度小，熔、沸點(diǎn)低，在熔融狀態(tài)或固體時均不導(dǎo)電。(2)分子晶體熔、沸點(diǎn)凹凸的推斷①組成和結(jié)構(gòu)相像，不含氫鍵的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高，如I2>Br2>Cl2>F2，HI>HBr>HCl。②組成和結(jié)構(gòu)不相像的分子晶體(相對分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，熔、沸點(diǎn)越高，如CH3OH>CH3CH3。③含有分子間氫鍵的分子晶體的熔、沸點(diǎn)反常上升，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。④對于有機(jī)物中的同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔、沸點(diǎn)越低，如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>。⑤烴、鹵代烴、醇、醛、羧酸等有機(jī)物一般隨分子中碳原子數(shù)的增加，熔、沸點(diǎn)上升，如C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。二、典型的分子晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1．分子晶體的結(jié)構(gòu)特征分子密積累分子非密積累微粒間作用力_范德華力___范德華力和氫鍵__空間特點(diǎn)通常每個分子四周有12個緊鄰的分子每個分子四周緊鄰的分子小于12個，空間利用率不高舉例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰2.兩種典型的分子晶體的組成和結(jié)構(gòu)(1)干冰①每個晶胞中有_4__個CO2分子，_12__個原子。②每個CO2分子四周等距離且緊鄰的CO2分子數(shù)為_12__。(2)冰①水分子之間主要的作用力是_氫鍵__，當(dāng)然也有_范德華力__。②由于_氫鍵__的方向性，使四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的_4__個相鄰水分子相互吸引。正誤推斷1.干冰和冰都是由分子密積累形成的晶體。(×)2．干冰比冰的熔點(diǎn)低許多，常壓下易升華。(√)3．干冰晶體中只存在范德華力不存在氫鍵，一個分子四周有12個緊鄰分子。(√)4．冰晶體中，每個水分子四周只有4個緊鄰的分子，1mol冰中含有1mol氫鍵。(×)深度思索1.常溫下，液態(tài)水中水分子在不停地做無規(guī)則的運(yùn)動。0℃以下，水凝聚為冰，其中的水分子排列由雜亂無序變得非常有序。(1)冰晶體中存在著哪幾種微粒間的相互作用？提示：共價鍵、氫鍵、范德華力。(2)冰溶化成水時破壞的作用力是什么？提示：氫鍵和范德華力。(3)為什么液態(tài)水的密度大于冰的密度？提示：由于在冰的晶體中，水分子之間形成氫鍵，水分子之間以締合分子形式存在，占據(jù)的空間增大，密度減小。2．硫化氫和水分子結(jié)構(gòu)相像，但硫化氫晶體中，一個硫化氫分子四周有12個緊鄰分子，而冰中一個水分子四周只有4個緊鄰分子，為什么？提示：硫化氫晶體中只存在范德華力，屬于分子密積累，而冰中主要作用力是氫鍵，氫鍵具有方向性，氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子相互吸引。應(yīng)用體驗(yàn)1.北京2024年冬奧會采納CO2臨界直冷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“水立方”變?yōu)椤氨⒎健?。干冰晶胞如圖所示。下列說法錯誤的是(A)A．冰、干冰晶體類型不同B．“水立方”變?yōu)椤氨⒎健?，密度減小C．用干冰制冷比用氟利昂制冷環(huán)保D．1個干冰晶胞的質(zhì)量約為eq\f(176,6.02×1023)g解析：冰、干冰都屬于分子晶體，A項(xiàng)錯誤；在冰晶體中，每個水分子四周只有四個緊鄰的水分子，由于水分子之間的主要作用力為氫鍵，而氫鍵具有飽和性和方向性，所以氫鍵的存在使四面體中心的水分子與四面體頂角方向的4個緊鄰水分子相互作用，這一排列使冰晶體中水分子的空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙，使得冰的密度比液態(tài)水的小，故“水立方”變?yōu)椤氨⒎健?，密度減小，B項(xiàng)正確；氟利昂排放到大氣中會破壞O3層，干冰不能破壞O3層，氟利昂的溫室效應(yīng)是二氧化碳的3400～15000倍，故用干冰制冷比用氟利昂制冷環(huán)保，C項(xiàng)正確；由干冰的晶胞可知，1個晶胞中含CO2的個數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，則1個干冰晶胞的質(zhì)量約為eq\f(4×44,6.02×1023)g＝eq\f(176,6.02×1023)g，D項(xiàng)正確。故選A。2．下列有關(guān)冰和干冰的敘述不正確的是(A)A．干冰和冰都是由分子密積累形成的晶體B．冰中存在氫鍵，每個水分子四周有4個緊鄰的水分子C．干冰比冰的熔點(diǎn)低，常壓下易升華D．干冰中只存在范德華力不存在氫鍵解析：干冰是分子密積累形成的晶體，冰晶體中水分子間實(shí)行非緊密積累的方式，不都是分子密積累形成的晶體，A錯誤；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，故每個水分子四周只有4個緊鄰的水分子，B正確；干冰熔化只需克服范德華力，冰熔化須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，C正確；干冰晶體中CO2分子間作用力只是范德華力，不存在氫鍵也不能形成氫鍵，D正確。故選A。1．下列有關(guān)分子晶體的說法中，正確的是(D)A．分子晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定B．分子晶體中，共價鍵越強(qiáng)，鍵能越大，熔點(diǎn)越高C．冰溶化時水分子間的共價鍵發(fā)生斷裂D．在冰的晶體結(jié)構(gòu)中由于氫鍵的存在，其熔點(diǎn)較高解析：分子間作用力的大小確定分子的物理性質(zhì)，而分子的穩(wěn)定性則取決于化學(xué)鍵的強(qiáng)弱，故A項(xiàng)錯誤；共價鍵是化學(xué)鍵，共價鍵的強(qiáng)弱與物質(zhì)的熔點(diǎn)無關(guān)，故B項(xiàng)錯誤；冰溶化時克服范德華力和氫鍵，水分子內(nèi)的共價鍵沒有斷裂，故C項(xiàng)錯誤；在冰的晶體結(jié)構(gòu)中存在分子間氫鍵，使其熔點(diǎn)較高，故D項(xiàng)正確。故選D。2．下列有關(guān)分子晶體的敘述正確的是(D)A．分子內(nèi)均存在共價鍵B．分子晶體的熔點(diǎn)較高C．分子晶體中肯定存在氫鍵D．分子晶體熔化時肯定破壞了范德華力解析：稀有氣體分子內(nèi)無化學(xué)鍵，A項(xiàng)錯誤；分子晶體有低熔點(diǎn)的特性，B項(xiàng)錯誤；分子晶體中不肯定存在氫鍵，如CO2晶體，C項(xiàng)錯誤；分子晶體中分子間肯定存在范德華力，可能存在氫鍵，所以分子晶體熔化時肯定破壞了范德華力，D項(xiàng)正確。故選D。3．干冰和冰是兩種常見的分子晶體，下列關(guān)于兩種晶體的比較正確的是(B)A．晶體的熔點(diǎn)：干冰>冰B．晶體中的空間利用率：干冰>冰C．晶體中分子間相互作用力相同D．晶體中鍵的極性和分子的極性相同解析：冰在0℃時是固體，而干冰則變?yōu)闅怏w，A項(xiàng)錯誤；冰的結(jié)構(gòu)中，由于H2O分子間存在氫鍵及氫鍵具有方向性，故晶胞中存在空隙，利用率降低，B項(xiàng)正確；冰中的分子間既有氫鍵又有范德華力，而干冰中的分子間只有范德華力，C項(xiàng)錯誤；CO2和H2O中均存在極性鍵，由于分子空間結(jié)構(gòu)不同，CO2是非極性分子，H2O是極性分子，D項(xiàng)錯誤。故選B。4．下列說法正確的是(D)A．范德華力普遍存在于分子之間，如液態(tài)水中因范德華力的存在使水分子發(fā)生締合B．H2SO4為強(qiáng)電解質(zhì)，硫酸晶體是能導(dǎo)電的C．冰中1個H2O分子可通過氫鍵與4個水分子相連，所以冰中H2O分子與氫鍵的數(shù)目之比為14D．氫鍵有飽和性和方向性，所以液態(tài)水結(jié)成冰時體積會變大解析：液態(tài)水中因分子間氫鍵的存在使水分子發(fā)生締合，A錯誤；雖然H2SO4為強(qiáng)電解質(zhì)，但是硫酸晶體是分子晶體，不能導(dǎo)電，B錯誤；冰中1個H2O分子可通過氫鍵與4個水分子相連，2個水分子間只能形成1個氫鍵，所以冰中H2O分子與氫鍵數(shù)目之比為12，C錯誤；氫鍵有飽和性和方向性，所以液態(tài)水結(jié)成冰時，水分子之間的空隙變大，故其體積會變大，D正確。5．如圖所示為冰的一種骨架形式，依此為單位向空間延長，那么該冰中的每個水分子含有氫鍵的個數(shù)為(C)A．12 B．3C．2 D．8解析：由圖可知，中心水分子與四周四個水分子形成四個氫鍵，每個氫鍵為兩個水分子共有，則每個水分子含有氫鍵的個數(shù)為4×eq\f(1,2)＝2，故選C。6．如圖所示，甲、乙、丙分別表示C60、二氧化碳、碘晶體的晶胞結(jié)構(gòu)模型。請回答下列問題：(1)C60的熔點(diǎn)為280℃，從晶體類型來看，C60屬于分子晶體。(2)二氧化碳晶胞中顯示出的二氧化碳分子數(shù)為14，事實(shí)上一個二氧化碳晶胞中含有4個二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ鍵與π鍵的個數(shù)比為11。(3)①碘晶體屬于分子晶體。②碘晶體熔化過程中克服的作用力為_分子間作用力__。③假設(shè)碘晶胞中長方體的長、寬、高分別為acm、bcm、ccm，碘的摩爾質(zhì)量為127g·mol－1，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則碘晶體的密度為eq\f(1016,abcNA)g·cm－3。解析：(1)C60有固定的組成，不屬于空