1、第二节分子晶体与共价晶体基础课时11分子晶体学 习 任 务1结合常见的共价分子的实例，认识物质的构成微粒、微粒间相互作用与物质性质的关系，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2借助分子晶体模型认识分子晶体的结构特点。能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。一、分子晶体及其结构特点1概念只含分子的晶体。2粒子间的作用分子晶体中相邻的分子间以分子间作用力相互吸引。3常见分子晶体及物质类别物质种类实例所有非金属氢化物H2O、NH3、CH4等部分非金属单质卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分非金属氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等几乎所有的酸HNO3、H2
2、SO4、H3PO4、H2SiO3等绝大多数有机物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等4分子晶体的常见堆积方式分子间作用力堆积方式实例范德华力分子采用密堆积，每个分子周围有12个紧邻的分子如C60、干冰、I2、O2范德华力、氢键分子不采用密堆积，每个分子周围紧邻的分子少于12个如HF、NH3、冰(正确的打“”，错误的打“”)(1)分子晶体中只存在分子间作用力。()(2)分子晶体熔化时共价键断裂。()(3)分子晶体中氢键越强，分子越稳定。()(4)分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键。()下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是()ANH3、P4、C10H8 BPCl3、CO2、H2S
3、O4CSO2、SiO2、P2O5 DCCl4、H2O、Na2O2BA选项中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C选项中，SiO2为共价晶体；D选项中，Na2O2是离子化合物属于离子晶体。二、两种典型的分子晶体的组成和结构1冰(1)水分子之间的主要作用力是氢键，当然也存在范德华力。(2)氢键有方向性，它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引。2干冰(1)干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。(2)每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K
4、，沸点为376 K，其固体属于_晶体。(2)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，如ClF3、BrF3，常温下它们都是易挥发的液体。ClF3的熔、沸点比BrF3的_(填“高”或“低”)。(3)下图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。试说明每个CO2分子周围有_个与之紧邻的CO2分子；该结构单元平均占有_个CO2分子。解析(1)该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，熔、沸点较低，所以为分子晶体。(2)组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高，所以ClF3的熔、沸点比BrF3的低。答案(1) 分子(2)低(3)124三、分子晶体的物理性质1物理特性(1)
5、分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。(2)一般是绝缘体，熔融状态不导电。(3)溶解性符合“相似相溶规律”。2分子晶体熔、沸点高低的比较规律(1)分子晶体中分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之越低。(2)具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其作出如下推断，其中正确的是()SiCl4晶体是分子晶体常温、常压下SiCl4是液体SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子SiCl4的熔点高于CCl4A只有B只有C只有D全部D我们熟悉的CCl4在常温下是液体，形成的晶体是分子晶体，而SiCl4的结构与CCl4相似，都是由极性键形成的非极性分
6、子，故SiCl4形成的晶体也是分子晶体，由于相对分子质量SiCl4CCl4，故SiCl4的熔点高于CCl4。探究分子晶体结构与物理性质的关系材料1冰山是极为宝贵的淡水资源，可惜目前人类还没有办法利用它们。冰山产生的速率在北冰洋为每年约2 800亿立方米，在南极为每年约18 000亿立方米。大多数冰山的比重为0.9，因此其质量的6/7在海面以下。冰山露出水面的一角仅仅是整座冰山的1/10。北冰洋的冰山高可达数十米，长可达一二百米，形状多样。南极冰山一般呈平板状，同北冰洋冰山相比，不仅数量多，而且体积巨大。材料2冰的结构和干冰的晶胞如图问题1已知氢键也有方向性，试分析为什么冬季河水总是从水面上开始
7、结冰？提示：由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶角方向的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状晶体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上。问题2为什么冰融化为水时，密度增大？提示：在冰晶体中，每个分子周围只有4个紧邻的水分子，由于水分子之间的主要作用力是氢键，氢键跟共价键一样具有方向性，即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大。问题3为什么干冰的熔沸点比冰低而密度却比冰大？提示：由于冰中除了范德华力外还
8、有氢键作用，破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。由于水分子间氢键的方向性，导致冰晶体不具有分子密堆积特征，冰晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下冰体积较大。由于CO2分子的相对分子质量H2O分子的相对分子质量，所以干冰的密度大。问题4干冰升华过程中破坏共价键吗？提示：干冰升华的过程中破坏分子间作用力，不破坏共价键。1分子晶体的物理性质(1)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华(如干冰、碘、红磷、萘等)，且硬度较小。(2)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的
9、离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。如：H2O是极性溶剂，SO2、H2S、HBr等都是极性分子，它们在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非极性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非极性溶剂，则Br2、I2等非极性分子易溶于其中，而水则不溶于苯和CCl4中。2分子晶体熔、沸点比较规律 (1)少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含有HF、HO、HN等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、
10、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。(2)组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔、沸点逐渐升高。例如，常温下Cl2呈气态，Br2呈液态，而I2呈固态；CO2呈气态，CS2呈液态。(3)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。(4)有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷异戊烷新戊烷。1下列有关分子晶体的说法中，正确的是()A分子晶体中分子间作用力越
11、大，分子越稳定B分子晶体中，共价键越强，键能越大，熔点越高C冰融化时水分子间的共价键发生断裂D在冰的晶体结构中由于氢键的存在，其熔点较高D分子间作用力的大小决定分子的物理性质，而分子的稳定性则取决于化学键的强弱，故A、B项错误；冰融化时克服范德华力和氢键，水分子内的共价键没有断裂，故C项错误；在冰的晶体结构中存在分子间氢键，使其熔点较高，故D项正确。2(1)比较下列物质熔、沸点的高低(填“”或“”)。CO2_SO2NH3_PH3O3_O2Ne_ArCH3CH2OH_CH3OHCO_N2(2)已知AlCl3的熔点为190 (2.202105 Pa)，但它在180 即开始升华。请回答：AlCl3固
12、体是_晶体。设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是_。解析(1)各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔、沸点的判断规律，分子间作用力越大，相对分子质量越大，分子极性越大，存在分子间氢键，则晶体的熔、沸点越高，据此比较六组物质熔、沸点的高低。(2)由AlCl3的熔点低以及在180 时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其熔融状态下是否导电，若不导电是共价化合物，导电则是离子化合物。答案(1)(2)分子在熔融状态下，检测其是否导电，若不导电，则是共价化合物比较分子晶体熔、沸点高低时，首先要判断分子间是否存在氢键。若不
13、存在氢键，再看分子的组成和结构是否相似，若分子的组成和结构相似，则相对分子质量越大，分子晶体的熔、沸点越高。1下列物质呈固态时，一定属于分子晶体的是()A非金属单质B非金属氧化物C含氧酸D金属氧化物C非金属单质中金刚石、晶体硅等均为共价晶体，非金属氧化物中的二氧化硅为共价晶体，大多数金属氧化物不是分子晶体，含氧酸一定为分子晶体。2下列说法正确的是()A冰融化时，分子中HO发生断裂 B共价晶体中，共价键越强，熔点越高C分子晶体中，共价键的键能越大，该分子晶体的熔、沸点越高D分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定B冰为分子晶体，融化时破坏的是范德华力和氢键，A项错误；共价晶体熔点的高低取决于共
14、价键的强弱，共价键越强，熔点越高，B项正确；分子间作用力的大小决定分子晶体熔、沸点的高低，而共价键的键能决定分子晶体的稳定性，C、D项错误。3 干冰和冰是两种常见的分子晶体，下列关于两种晶体的比较正确的是()A晶体的熔点：干冰冰B晶体中的空间利用率：干冰冰C晶体中分子间相互作用力相同D晶体中键的极性和分子的极性相同B冰在0 时是固体，而干冰则变为气体，A项错误；冰的结构中，由于H2O分子间存在氢键及氢键具有方向性，故晶胞中存在空隙，利用率降低，B项正确；冰中的分子间既有氢键又有范德华力，而干冰中的分子间只有范德华力，C项错误；CO2和H2O中均存在极性键，由于分子空间结构不同，CO2是非极性分
15、子，H2O是极性分子，D项错误。4水分子间可通过一种叫“氢键”的作用(作用力介于化学键与范德华力大小之间)彼此结合而形成(H2O)n，在冰中n值为5。即每个水分子被其他4个水分子包围形成变形四面体，如图所示为(H2O)5单元，由无限个这样的四面体通过氢键构成一个庞大的分子晶体，即冰。下列有关叙述正确的是()A1 mol冰中含有4 mol氢键B1 mol冰中含有45 mol氢键C平均每个水分子只含有2个氢键D平均每个水分子只含有个氢键 C由图可知，每个水分子(处于四面体的中心)与4个水分子(处于四面体的四个顶点)形成四个氢键，因为每个氢键都是由2个水分子共同形成的，所以每个水分子形成的氢键数为4
16、2。5水在不同的温度和压强下可以形成多种不同结构的晶体，故冰晶体结构有多种。其中冰的晶体结构如图所示。(1)水分子的空间结构是_形，在酸性溶液中，水分子容易得到一个H，形成水合氢离子(H3O)，应用价层电子对互斥模型推测H3O的空间结构为_。(2)如图冰晶体中每个水分子与周围_个水分子以氢键结合，该晶体中1 mol水形成_mol氢键。(3)实验测得冰中氢键的键能为18.5 kJmol1，而冰的熔化热为5.0 kJmol1，这说明_。解析(1)水分子中O原子的价层电子对数为4，孤电子对数为2，所以水分子的空间结构为V形。H3O中O原子的价层电子对数为4，含有1个孤电子对，故H3O的空间结构为三角锥形。(2)观察题图中晶体结构可知，每个水分子与周围4个水分子以氢键结合，每2个水分子共用1个氢键，故1 mol水可形成4 mol2 mol氢键。 (3)冰中氢键的键能为18.5 kJmol1，而冰的熔化热为5.0 kJmol1，说明冰融化为液态水时只是破坏了一部分氢键，液态水中水分子间仍存在氢键。答案(1)V三角锥形(2)42(3)冰融化为液态水时只破坏了一部分氢键，液态水中水分子间仍存在氢键