2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第三章第二節(jié)分子晶體與原子晶體第1課時(shí)分子晶體教案新人教版選修3

PAGEPAGE12第1課時(shí)分子晶體[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：能辨識(shí)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(duì)分子晶體物理性質(zhì)的影響。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：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，并能利用均攤法對(duì)晶胞進(jìn)行分析。一、分子晶體及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1．概念分子間通過分子間作用力相結(jié)合形成的晶體。2．微粒間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4.兩種典型分子晶體的組成與結(jié)構(gòu)(1)干冰①每個(gè)晶胞中有4個(gè)CO2分子，12個(gè)原子。②每個(gè)CO2分子四周等距離緊鄰的CO2分子數(shù)為12個(gè)。(2)冰①水分子之間的作用力有范德華力和氫鍵，但主要是氫鍵。②由于氫鍵的方向性，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)相鄰的水分子相互吸引。分子晶體的積累方式分子密積累分子非密積累作用力只有范德華力，無(wú)氫鍵有分子間氫鍵，它具有方向性空間特點(diǎn)每個(gè)分子四周一般有12個(gè)緊鄰的分子空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙舉例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰例1(2024·西安交大附中期末)下列物質(zhì)中，屬于分子晶體的是()①二氧化硅②碘③食鹽④蔗糖⑤磷酸A．②④⑤ B．①②④C．②③④⑤ D．①②③⑤【考點(diǎn)】分子晶體的推斷【題點(diǎn)】依據(jù)物質(zhì)類別推斷答案A解析由常見分子晶體對(duì)應(yīng)的物質(zhì)類別可知：碘、蔗糖、磷酸都屬于分子晶體。例2甲烷晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A．甲烷晶胞中的球只代表1個(gè)C原子B．晶體中1個(gè)CH4分子有12個(gè)緊鄰的CH4分子C．甲烷晶體熔化時(shí)需克服共價(jià)鍵D．1個(gè)CH4晶胞中含有8個(gè)CH4分子【考點(diǎn)】分子晶體的組成與結(jié)構(gòu)分析【題點(diǎn)】分子晶體結(jié)構(gòu)的分析答案B解析題圖所示的甲烷晶胞中的球代表的是1個(gè)甲烷分子，并不是1個(gè)C原子，A錯(cuò)誤；由甲烷晶胞分析，位于晶胞頂點(diǎn)的某一個(gè)甲烷分子與其距離最近的甲烷分子有3個(gè)，而這3個(gè)甲烷分子在晶胞的面上，因此每個(gè)都被2個(gè)晶胞共用，故與1個(gè)甲烷分子緊鄰的甲烷分子數(shù)目為3×8×eq\f(1,2)＝12，B正確；甲烷晶體是分子晶體，熔化時(shí)克服范德華力，C錯(cuò)誤；甲烷晶胞中甲烷分子的個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，D錯(cuò)誤。二、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)也不導(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。例3(2024·成都高二下學(xué)期期末)下列關(guān)于分子晶體的說(shuō)法不正確的是()A．晶體的構(gòu)成微粒是分子B．干燥或熔融時(shí)均能導(dǎo)電C．分子間以分子間作用力相結(jié)合D．熔、沸點(diǎn)一般比較低答案B解析A項(xiàng)，分子晶體是由分子構(gòu)成的；B項(xiàng)，干燥或熔融時(shí)，分子晶體既不電離也沒有自由移動(dòng)的電子，均不能導(dǎo)電；C項(xiàng)，分子間以分子間作用力相結(jié)合；D項(xiàng)，分子晶體的熔、沸點(diǎn)一般比較低。方法技巧——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推斷組成分子晶體的微粒是分子，粒子間作用是分子間作用力。(3)依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)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(shí)均不導(dǎo)電。例4下列物質(zhì)，按沸點(diǎn)降低依次排列的一組是()A．HF、HCl、HBr、HI B．F2、Cl2、Br2、I2C．H2O、H2S、H2Se、H2Te D．CI4、CBr4、CCl4、CF4答案D解析A、C中HF和H2O分子間含有氫鍵，沸點(diǎn)反常的高；對(duì)結(jié)構(gòu)相像的物質(zhì)，B中沸點(diǎn)隨相對(duì)分子質(zhì)量的增加而增大；D中沸點(diǎn)依次降低。1．正誤推斷(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)共價(jià)化合物肯定屬于分子晶體()(4)分子晶體的相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔、沸點(diǎn)肯定越高()(5)分子晶體中氫鍵越強(qiáng)，分子越穩(wěn)定()(6)分子晶體中肯定含有分子間作用力，不肯定含有化學(xué)鍵()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√2．假如分子間作用力只是范德華力，則該分子晶體將實(shí)行密積累，緣由是分子晶體中()A．范德華力無(wú)方向性和飽和性B．占據(jù)晶格結(jié)點(diǎn)的微粒是原子C．化學(xué)鍵是共價(jià)鍵D．三者都是【考點(diǎn)】分子晶體的組成及結(jié)構(gòu)【題點(diǎn)】分子晶體的結(jié)構(gòu)分析答案A解析分子晶體中分子間以范德華力結(jié)合在一起，由于范德華力沒有方向性和飽和性，所以分子在積累成晶體時(shí)將實(shí)行分子密積累，A項(xiàng)正確。3．(2024·樂山高二月考)干冰熔點(diǎn)很低是由于()A．CO2是非極性分子B．CO鍵的鍵能很小C．CO2化學(xué)性質(zhì)不活潑D．CO2分子間的作用力較弱【考點(diǎn)】分子晶體的物理性質(zhì)及比較【題點(diǎn)】分子晶體的物理通性答案D解析干冰熔化時(shí)破壞的是分子間作用力。4．(2024·洛陽(yáng)期中)如圖為冰的一種骨架形式，以此為單位向空間延長(zhǎng)，請(qǐng)問該冰中的每個(gè)水分子含有氫鍵的個(gè)數(shù)是()A．2 B．4C．8 D．12【考點(diǎn)】分子晶體的組成及結(jié)構(gòu)【題點(diǎn)】分子晶體的結(jié)構(gòu)分析答案A解析每個(gè)水分子與四個(gè)方向的4個(gè)水分子形成氫鍵，每個(gè)氫鍵為2個(gè)水分子共用，故其氫鍵個(gè)數(shù)為4×eq\f(1,2)＝2。5．下列有關(guān)分子晶體熔點(diǎn)的凹凸敘述中，正確的是()A．Cl2＞I2B．SiCl4＞CCl4C．PH3＞NH3D．C(CH3)4＞CH3CH2CH2CH2CH3【考點(diǎn)】分子晶體的物理性質(zhì)及比較【題點(diǎn)】分子晶體熔、沸點(diǎn)的比較答案B解析NH3分子間存在氫鍵，分子間作用力大，PH3分子間不存在氫鍵，分子間作用力弱，NH3的熔點(diǎn)高于PH3，C不正確；A、B選項(xiàng)中均無(wú)氫鍵，且固態(tài)時(shí)都為分子晶體，物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)相像，相對(duì)分子質(zhì)量大的熔點(diǎn)高，故A不正確，B正確；相對(duì)分子質(zhì)量相同的烷烴的同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔點(diǎn)越低，故D不正確。6．(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”)。(3)下圖為CO2分子晶體結(jié)構(gòu)的一部分，視察圖形。試說(shuō)明每個(gè)CO2分子四周有________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?！究键c(diǎn)】分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合【題點(diǎn)】分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合答案(1)分子(2)低(3)124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)相像的分子晶體，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。題組一分子晶體的推斷1．下列各組物質(zhì)都屬于分子晶體的是()A．碘、二氧化碳、白磷、C60B．NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硅C．SO2、金剛石、N2、銅D．醋酸、甲烷、石墨、氧化鈉【考點(diǎn)】分子晶體的推斷【題點(diǎn)】由物質(zhì)類別推斷答案A解析B項(xiàng)，NaCl和二氧化硅不屬于分子晶體；C項(xiàng)，金剛石和銅不屬于分子晶體；D項(xiàng)，石墨和氧化鈉不屬于分子晶體。2．某化學(xué)愛好小組，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)/℃801712190－68782沸點(diǎn)/℃14651418230571600依據(jù)這些數(shù)據(jù)分析，屬于分子晶體的是()A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4C．NaCl、CaCl2 D．全部【考點(diǎn)】分子晶體的推斷【題點(diǎn)】由物質(zhì)性質(zhì)推斷答案B解析由分子構(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，很明顯不屬于分子晶體，AlCl3、SiCl4熔、沸點(diǎn)較低，應(yīng)為分子晶體，B項(xiàng)正確，A、C、D三項(xiàng)錯(cuò)誤。3．(2024·韶關(guān)高二檢測(cè))已知氯化鋁易溶于苯和乙醚，其熔點(diǎn)為190℃，則下列說(shuō)法不正確的是()A．氯化鋁是電解質(zhì)B．固態(tài)氯化鋁是分子晶體C．氯化鋁是極性分子D．氯化鋁是非極性分子【考點(diǎn)】分子晶體的推斷【題點(diǎn)】由物質(zhì)性質(zhì)推斷答案C解析由“相像相溶”規(guī)律可推知AlCl3為非極性分子，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。題組二分子晶體的組成與性質(zhì)4．下列有關(guān)分子晶體的說(shuō)法中肯定正確的是()A．分子內(nèi)均存在共價(jià)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【考點(diǎn)】分子晶體的組成與結(jié)構(gòu)【題點(diǎn)】分子晶體的組成分析答案B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，而是原子間通過范德華力結(jié)合成晶體，所以不存在任何化學(xué)鍵，A項(xiàng)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(cuò)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(cuò)誤。5．(2024·廣東肇慶高二上學(xué)期期末)當(dāng)SO3晶體熔化時(shí)，下述各項(xiàng)中發(fā)生改變的是()A．化學(xué)鍵B．硫與氧的原子個(gè)數(shù)之比C．分子構(gòu)型D．分子間作用力【考點(diǎn)】分子晶體的組成與結(jié)構(gòu)【題點(diǎn)】分子晶體的組成分析答案D6．下列關(guān)于物質(zhì)熔、沸點(diǎn)凹凸的比較正確的是()A．H2>N2>O2B．NH3>AsH3>PH3C．Cl2>Br2>I2D．C(CH3)4>(CH3)2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3【考點(diǎn)】分子晶體的物理性質(zhì)及比較【題點(diǎn)】分子晶體熔、沸點(diǎn)的比較答案B解析組成和結(jié)構(gòu)相像的分子晶體的熔、沸點(diǎn)隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大而上升，即熔、沸點(diǎn)：H2<N2<O2、Cl2<Br2<I2，A、C項(xiàng)錯(cuò)誤；氨中含有氫鍵，熔、沸點(diǎn)反常高，即熔、沸點(diǎn)：NH3>AsH3>PH3，B項(xiàng)正確；相對(duì)分子質(zhì)量相同的烷烴，其支鏈越多，熔、沸點(diǎn)越低，即熔、沸點(diǎn)：C(CH3)4<(CH3)2CHCH2CH3<CH3CH2CH2CH2CH3，D項(xiàng)錯(cuò)誤。7．(2024·武漢高二調(diào)研)下列說(shuō)法中正確的是()A．C60汽化和I2升華克服的作用力不相同B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它們的熔點(diǎn)相近C．NaCl和HCl溶于水時(shí)，破壞的化學(xué)鍵都是離子鍵D．常溫下TiCl4是無(wú)色透亮液體，熔點(diǎn)－23.2℃，沸點(diǎn)136.2℃，所以TiCl4屬于分子晶體【考點(diǎn)】分子晶體的物理性質(zhì)及應(yīng)用【題點(diǎn)】分子晶體性質(zhì)的影響因素答案D解析C60、I2均為分子晶體，汽化或升華時(shí)均克服范德華力；B中乙酸分子可形成氫鍵，其熔、沸點(diǎn)比甲酸甲酯高。題組三分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合8．(2024·南京高二檢測(cè))分子晶體HF、NH3與冰的結(jié)構(gòu)極為相像，在HF中，與HF分子距離最近的HF分子有()A．3個(gè)B．4個(gè)C．5個(gè)D．12個(gè)【考點(diǎn)】分子晶體的組成及結(jié)構(gòu)【題點(diǎn)】分子晶體的結(jié)構(gòu)分析答案B解析依據(jù)HF與冰結(jié)構(gòu)相像可知，每個(gè)HF分子四周有4個(gè)HF分子與之最近，構(gòu)成四面體，故B項(xiàng)正確。9．晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中可重復(fù)出現(xiàn)的最小的結(jié)構(gòu)單元，C60晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A．C60摩爾質(zhì)量是720B．C60與苯互為同素異形體C．在C60晶胞中有14個(gè)C60分子D．每個(gè)C60分子四周與它距離最近且等距離的C60分子有12個(gè)【考點(diǎn)】分子晶體的組成及結(jié)構(gòu)【題點(diǎn)】分子晶體的結(jié)構(gòu)分析答案D10．某探討所合成了一種球形分子，它的分子式為C60Si60，其結(jié)構(gòu)中包含有C60和Si60。下列對(duì)該分子的敘述中正確的是()A．形成的晶體屬于分子晶體B．分子中Si60被包袱在C60里面C．其摩爾質(zhì)量為2400D．熔點(diǎn)高、硬度大【考點(diǎn)】分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合【題點(diǎn)】分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合答案A解析球形分子的分子式為C60Si60，其結(jié)構(gòu)中包含有C60和Si60，該物質(zhì)的晶體是由C60分子和Si60分子構(gòu)成的，屬于分子晶體，A正確；Si原子的半徑大于C原子，所以Si—Si鍵的鍵長(zhǎng)比C—C鍵長(zhǎng)，分子中Si60包袱著C60，B錯(cuò)誤；摩爾質(zhì)量的單位為g·mol－1，C錯(cuò)誤；C60Si60屬于分子晶體，熔點(diǎn)低、硬度小，D錯(cuò)誤。11．(2024·江蘇啟東月考)如圖所示是某無(wú)機(jī)化合物的二聚分子，該分子中A、B兩種元素都是第三周期的元素，分子中全部原子的最外層電子都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。下列說(shuō)法不正確的是()A．該化合物的分子式可能是Al2Cl6B．該化合物是離子化合物，在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電C．該化合物在固態(tài)時(shí)所形成的晶體是分子晶體D．該化合物中不存在離子鍵，也不含有非極性共價(jià)鍵【考點(diǎn)】分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合【題點(diǎn)】分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合答案B解析將二聚分子變成單分子，得BA3，依據(jù)兩種元素都處于第三周期，可知BA3可能是PCl3或AlCl3，而在PCl3中全部原子已達(dá)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不行能形成二聚分子，故只可能是AlCl3，則該化合物的分子式是Al2Cl6，故A正確；該化合物是無(wú)機(jī)化合物的二聚分子，屬于共價(jià)化合物，不存在離子鍵，只有極性共價(jià)鍵，在熔融狀態(tài)下不能導(dǎo)電，固態(tài)時(shí)形成的晶體是分子晶體，故B錯(cuò)誤，C、D正確。12.(2024·鞍山一中高二期中)冰晶胞中水分子的空間排列方式與金剛石晶胞類似，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．冰晶胞內(nèi)水分子間以共價(jià)鍵結(jié)合B．每個(gè)冰晶胞平均含有4個(gè)水分子C．水分子間的氫鍵具有方向性和飽和性，也是σ鍵的一種D．已知冰中氫鍵的作用力為18.5kJ·mol－1，而常見的冰的熔化熱為336J·g－1，這說(shuō)明冰變成水，氫鍵部分被破壞(假設(shè)熔化熱全部用于破壞氫鍵)【考點(diǎn)】分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合【題點(diǎn)】分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合答案D解析冰晶胞內(nèi)水分子間主要以氫鍵結(jié)合，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由冰晶胞的結(jié)構(gòu)可知，每個(gè)冰晶胞平均占有的分子個(gè)數(shù)為4＋eq\f(1,8)×8＋6×eq\f(1,2)＝8，B項(xiàng)錯(cuò)誤；水分子間的氫鍵具有方向性和飽和性，但氫鍵不屬于化學(xué)鍵，C項(xiàng)錯(cuò)誤；冰中氫鍵的作用力為18.5kJ·mol－1,1mol冰中含有2mol氫鍵，而常見的冰的熔化熱為336J·g－1，也可寫為6.05kJ·mol－1，說(shuō)明冰變?yōu)橐簯B(tài)水時(shí)只是破壞了一部分氫鍵，液態(tài)水中仍存在氫鍵，D項(xiàng)正確。13．(1)比較下列化合物的熔、沸點(diǎn)的凹凸(填“＞”或“＜”)。①CO2______SO2；②NH3______PH3；③O3______O2；④Ne________Ar；⑤CH3CH2OH________CH3OH；⑥CO______N2。(2)已知AlCl3的熔點(diǎn)為190℃，但它在180℃即起先升華。請(qǐng)回答：①AlCl3固體是________晶體。②設(shè)計(jì)試驗(yàn)推斷氯化鋁是離子化合物還是共價(jià)化合物：________________________________________________________________________?！究键c(diǎn)】分子晶體的物理性質(zhì)及應(yīng)用【題點(diǎn)】分子晶體熔、沸點(diǎn)的比較答案(1)①＜②＞③＞④＜⑤＞⑥＞(2)①分子②在熔融狀態(tài)下，驗(yàn)證其是否導(dǎo)電，若不導(dǎo)電是共價(jià)化合物解析(1)各組物質(zhì)均為分子晶體，依據(jù)分子晶體熔、沸點(diǎn)的推斷規(guī)律，可比較六組物質(zhì)熔、沸點(diǎn)的凹凸。(2)由AlCl3的熔點(diǎn)低以及在180℃時(shí)起先升華可推斷AlCl3晶體為分子晶體。若驗(yàn)證一種化合物是共價(jià)化合物還是離子化合物，可測(cè)其在熔融狀態(tài)下是否導(dǎo)電，不導(dǎo)電則是共價(jià)化合物，導(dǎo)電則是離子化合物。14．據(jù)報(bào)道科研人員應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬出結(jié)構(gòu)類似C60的物質(zhì)N60。已知：①N60分子中每個(gè)氮原子均以N—N鍵結(jié)合三個(gè)N原子而形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；②N—N鍵的鍵能為167kJ·mol－1。請(qǐng)回答下列問題：(1)N60分子組成的晶體為________晶體，其熔、沸點(diǎn)比N2________(填“高”或“低”)，緣由是________________________________________________________________________。(2)1molN60分解成N2時(shí)________(填“汲取”或“放出”)的熱量是______kJ(已知N≡N鍵的鍵能為942kJ·mol－1)，表明穩(wěn)定性N60______(填“>”“<”或