2025春高二化學(xué)選擇性必修2 （配人教版）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

分子晶體第1課時(shí)第二節(jié)分子晶體與共價(jià)晶體學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)認(rèn)識(shí)分子晶體,能描述分子晶體的概念,列舉常見的分子晶體。2.通過(guò)借助冰、干冰等模型認(rèn)識(shí)分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及物理性質(zhì),能從微觀角度分析分子晶體中各構(gòu)成粒子之間的作用和對(duì)分子晶體物理性質(zhì)的影響,能辨析分子晶體中粒子的堆積模型并能用均攤法對(duì)晶胞進(jìn)行分析。3.通過(guò)分子晶體的學(xué)習(xí),能利用分子晶體的通性推斷常見的分子晶體。任務(wù)分項(xiàng)突破『自主梳理』1.分子晶體(1)概念:只含

的晶體稱為分子晶體。在分子晶體中,相鄰分子靠

相互吸引。學(xué)習(xí)任務(wù)1探究分子晶體及其結(jié)構(gòu)分子分子間作用力(2)分子晶體中的粒子及粒子間的相互作用。2.常見的典型分子晶體物質(zhì)類別舉例所有

H2O、H2S、NH3、CH4、HX等部分

X2、O2、H2、S8、N2、P4、C60等部分

CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等稀有氣體氦氣(He)、氖氣(Ne)等幾乎所有的

H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等絕大多數(shù)有機(jī)物苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等非金屬氫化物非金屬單質(zhì)非金屬氧化物酸3.分子晶體的常見堆積方式(1)常見分子晶體的結(jié)構(gòu)分析。代表物質(zhì)干冰冰晶胞晶胞占有分子數(shù)

緊鄰分子數(shù)每個(gè)二氧化碳分子周圍有

個(gè)緊鄰的分子每個(gè)水分子周圍有

個(gè)緊鄰的分子密度(相對(duì)大小)

48124大小(2)分子晶體的常見堆積方式。分子間作用力堆積方式實(shí)例范德華力分子采用

,每個(gè)分子周圍最多有

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、冰密堆積12氫鍵密堆積『互動(dòng)探究』常溫下,液態(tài)水中水分子在不停地做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。0℃以下,水凝結(jié)為冰,其中的水分子排列由雜亂無(wú)序變得十分有序。探究分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)問(wèn)題1:冰晶體中存在著哪幾種粒子間的相互作用?提示:共價(jià)鍵、氫鍵、范德華力。問(wèn)題2:硫化氫和水分子結(jié)構(gòu)相似,但硫化氫晶體中,一個(gè)硫化氫分子周圍有12個(gè)緊鄰分子,而冰中一個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰分子,為什么?提示:硫化氫分子間只存在范德華力,屬于分子密堆積,而冰中水分子間的主要作用力是氫鍵,氫鍵具有方向性,氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個(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。問(wèn)題3:試分析為什么冬季河水結(jié)冰時(shí)冰總是浮在水面上。提示:因?yàn)楸兴肿娱g的作用力主要是氫鍵,氫鍵具有方向性,每個(gè)水分子通過(guò)氧原子的兩個(gè)孤電子對(duì)和兩個(gè)氫原子形成四面體結(jié)構(gòu),沿著四面體的頂點(diǎn)方向與周圍四個(gè)水分子形成氫鍵,造成冰晶體中水分子的空間利用率不高,緊鄰的分子數(shù)減少,形成空隙較大的網(wǎng)狀晶體,密度比液態(tài)水小,所以結(jié)的冰會(huì)浮在水面上。歸納拓展分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.分子晶體的基本構(gòu)成粒子是分子,分子之間普遍存在的作用力是范德華力,個(gè)別晶體中分子間還含氫鍵,如冰中。2.只存在范德華力的晶體,晶體中分子采取密堆積,晶胞中每個(gè)分子周圍一般有12個(gè)分子緊鄰。含有氫鍵的晶體,由于氫鍵的方向性,晶體中分子之間不滿足密堆積,空間利用率不高,留有相當(dāng)大的空隙,所以密度會(huì)減小,但是熔點(diǎn)、沸點(diǎn)往往會(huì)升高,如HF、NH3、冰等。『題組例練』1.下列有關(guān)分子晶體的說(shuō)法一定正確的是(

)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.分子晶體一定采取分子密堆積方式√解析:構(gòu)成粒子若為單原子分子,則不含共價(jià)鍵,如稀有氣體,故A錯(cuò)誤;分子晶體中分子之間一定存在范德華力,故B正確;分子間不一定存在氫鍵,如CO2中不含有氫鍵,故C錯(cuò)誤;分子晶體不一定采用分子密堆積,例如冰,由于氫鍵的作用,每個(gè)水分子周圍只有四個(gè)緊鄰的水分子而形成非密堆積,故D錯(cuò)誤。2.水是生命之源,如圖為冰晶體的結(jié)構(gòu)模型,大球代表氧原子,小球代表氫原子,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(

)A.冰晶體中每個(gè)水分子與另外四個(gè)水分子形成四面體B.冰晶體和干冰晶體之間的作用力一樣C.水分子間通過(guò)H—O形成冰晶體D.冰晶體融化時(shí),水分子之間的空隙增大√解析:由圖可知,冰晶體中每個(gè)水分子與另外四個(gè)水分子形成四面體,A項(xiàng)正確;水分子間通過(guò)氫鍵和范德華力形成冰晶體,而CO2是通過(guò)范德華力形成干冰晶體,B、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤;冰融化后,氫鍵數(shù)目減少,水分子間的空隙減小,體積變小,D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.如圖為干冰的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖。(1)通過(guò)觀察分析,有

種取向不同的CO2。將CO2視作質(zhì)點(diǎn),設(shè)晶胞邊長(zhǎng)為apm,則緊鄰的兩個(gè)CO2的距離為

pm。

4(2)其密度ρ為

(1pm=10-10cm,設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。

學(xué)習(xí)任務(wù)2探究分子晶體的物理性質(zhì)『自主梳理』1.物理性質(zhì)(1)分子晶體的熔點(diǎn)、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。較低較小2.分子晶體熔點(diǎn)、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)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)

,反之

。(2)具有氫鍵的分子晶體,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)

。越大越高越低反常高『互動(dòng)探究』表一幾種分子晶體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)分子晶體熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃CF4-183.6-128CCl4-22.976.7CBr490190.5表二幾種氯化物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)氯化物NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔點(diǎn)/℃802714193-69775沸點(diǎn)/升華)581936探究分子晶體熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高低的比較與應(yīng)用問(wèn)題1:結(jié)合表一中的已知數(shù)據(jù),思考影響三種分子晶體熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高低的因素是什么?提示:結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對(duì)分子質(zhì)量越大,分子間作用力越大,晶體熔點(diǎn)、沸點(diǎn)越高。問(wèn)題2:分析固態(tài)的HF與HCl、丙烷與丁烷的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高低情況。提示:因?yàn)镠F分子晶體中存在氫鍵,所以HF的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高于HCl的;因?yàn)槎⊥榈南鄬?duì)分子質(zhì)量大于丙烷的,所以丙烷的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低于丁烷的。問(wèn)題3:根據(jù)表二中的數(shù)據(jù)信息,你認(rèn)為屬于分子晶體的是哪些物質(zhì)?說(shuō)明判斷的理由。提示:屬于分子晶體的是AlCl3、SiCl4;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,故分子晶體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低,表中的NaCl、MgCl2、CaCl2的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高,很明顯不屬于分子晶體,AlCl3、SiCl4的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低,應(yīng)為分子晶體。問(wèn)題4:含有金屬元素的化合物一定不是分子晶體嗎?提示:不一定,如氯化鋁屬于分子晶體。歸納拓展1.分子晶體熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低的原因分子晶體中分子間的作用力是范德華力或范德華力和氫鍵,因此,分子晶體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低,硬度較小,較易熔化和揮發(fā)。2.分子晶體熔點(diǎn)、沸點(diǎn)的比較(1)組成和結(jié)構(gòu)相似,不含氫鍵的分子晶體,相對(duì)分子質(zhì)量越大,范德華力越強(qiáng),熔點(diǎn)、沸點(diǎn)越高,如I2>Br2>Cl2>F2,HI>HBr>HCl。(2)組成和結(jié)構(gòu)不相似的分子晶體(相對(duì)分子質(zhì)量接近),分子的極性越大,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)越高,如CH3OH>CH3CH3。(3)含有分子間氫鍵的分子晶體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)反常高,如H2O>H2Te>H2Se>H2S。(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,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)升高,如C2H6>CH4,C2H5Cl>CH3Cl,CH3COOH>HCOOH。『題組例練』1.下列關(guān)于分子晶體熔、沸點(diǎn)的比較不正確的是(

)A.Cl2<Br2<I2B.H2O<H2S<H2SeC.CH4<SiH4<GeH4D.CH3CH2CH2CH2CH3>C(CH3)4√解析:相對(duì)分子質(zhì)量Cl2<Br2<I2,則分子間作用力Cl2<Br2<I2,熔、沸點(diǎn)Cl2<Br2<I2,故A正確;相對(duì)分子質(zhì)量H2O<H2S<H2Se,但水分子間存在氫鍵,則熔、沸點(diǎn)H2O>H2Se,故B錯(cuò)誤;相對(duì)分子質(zhì)量CH4<SiH4<GeH4,則分子間作用力CH4<SiH4<GeH4,熔、沸點(diǎn)CH4<SiH4<GeH4,故C正確;CH3CH2CH2CH2CH3和C(CH3)4分子式相同,但C(CH3)4支鏈多于CH3CH2CH2CH2CH3,則熔、沸點(diǎn)CH3CH2CH2CH2CH3>C(CH3)4,故D正確。2.下列性質(zhì)屬于分子晶體的是(

)A.熔點(diǎn)為1070℃,易溶于水,水溶液導(dǎo)電B.熔點(diǎn)為3500℃,不導(dǎo)電,質(zhì)硬,難溶于水和有機(jī)溶劑C.能溶于CS2,熔點(diǎn)為113℃,沸點(diǎn)為445℃D.熔點(diǎn)為97.81℃,質(zhì)軟,導(dǎo)電,密度為0.97g·cm-3√解析:分子晶體由分子構(gòu)成,分子間作用力很弱,具有較低的熔點(diǎn)、沸點(diǎn),硬度小,易揮發(fā)等性質(zhì)。熔點(diǎn)高、質(zhì)硬,不是分子晶體的性質(zhì),故A、B錯(cuò)誤;單質(zhì)硫能溶于CS2,熔點(diǎn)為113℃,沸點(diǎn)為445℃,單質(zhì)硫是分子晶體,故C正確;熔點(diǎn)為97.81℃,質(zhì)軟,導(dǎo)電,密度為0.97g·cm-3,是金屬鈉的物理性質(zhì),金屬鈉不屬于分子晶體,故D錯(cuò)誤。3.(1)比較下列化合物熔點(diǎn)、沸點(diǎn)的高低(填“>”或“<”)。①CO2

SO2。

②NH3

PH3。

③O3

O2。

④Ne

Ar。

⑤CH3CH2OH

CH3OH。

⑥CO

N2。

<>><>>解析:(1)各組物質(zhì)均為分子晶體,根據(jù)分子晶體熔點(diǎn)、沸點(diǎn)的判斷規(guī)律,其相對(duì)分子質(zhì)量越大,分子間作用力越大,分子極性越大,則晶體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)越高,較容易比較六組物質(zhì)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)的高低。(2)已知AlCl3的熔點(diǎn)為190℃(2.02×105Pa),但它在178℃即開始升華。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。①AlCl3固體是

晶體。

分子解析:(2)①由AlCl3的熔點(diǎn)低以及在178℃時(shí)開始升華判斷AlCl3晶體為分子晶體。②設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的實(shí)驗(yàn),判斷AlCl3是離子化合物還是共價(jià)化合物。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是

。

在熔融狀態(tài)下,測(cè)其是否導(dǎo)電,若不導(dǎo)電是共價(jià)化合物,若導(dǎo)電是離子化合物解析:②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)其熔融狀態(tài)下是否導(dǎo)電,若不導(dǎo)電是共價(jià)化合物,導(dǎo)電則是離子化合物。思維建模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、稀有氣體、幾乎所有的酸、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判斷。組成分子晶體的粒子是分子,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)判斷。分子晶體的硬度小,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低,在熔融狀態(tài)和固態(tài)時(shí)均不導(dǎo)電?！褐R(shí)整合提升』學(xué)科素養(yǎng)測(cè)評(píng)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中每個(gè)氮原子均以N—N結(jié)合三個(gè)N而形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu);②N—N的鍵能為193kJ·mol-1。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。(1)N60組成的晶體為

晶體,其熔、沸點(diǎn)比N2的

(填“高”或“低”),原因是