1、第二节 分子晶体与共价晶体第1课时 分子晶体学业要求 素养对接 1.借助分子晶体模型认识分子晶体的结构特点。2.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。微观探析：分子晶体的结构特点。模型认知：建立分子晶体模型，并利用分子晶体模型进行相关计算。知 识 梳 理 一、分子晶体的结构与物质类别 1.分子晶体的结构特点(1)构成微粒及作用力分子晶体构成微粒：微粒间的作用力：分子分子间作用力(2)堆积方式 分子间作用力 堆积方式 实例 范德华力 分子采用_，每个分子周围有_个紧邻的分子 如C60、干冰、I2、O2 范德华 力、_ 分子不采用_，每个分子周围紧邻的分子少于12个 如HF、NH
2、3、冰 密堆积12氢键密堆积2.分子晶体与物质的类别 物质种类 实例 所有_ H2O、NH3、CH4等 部分_ 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等 部分_ CO2、P4O10、SO2、SO3等 几乎所有的_ HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 绝大多数_ 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 非金属氢化物非金属单质非金属氧化物酸有机物的晶体二、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_，当然也存在_。(2)_ 有 方 向 性，它 的 存 在 迫 使 在 _ 的 每 个 水 分 子 与_方向的_个相邻水分子互相吸引。氢键范德华力氢键四面体中心四面
3、体顶角42.干冰(1)干冰中的CO2分子间只存在_，不存在_。(2)每个晶胞中有_个CO2分子，_个原子。每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为_个。范德华力氢键412121.判断正误，正确的打“”；错误的打“”。(1)分子晶体内只有分子间作用力。()(2)分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点越高。()(3)分子晶体中分子间氢键越强，分子越稳定。()(4)冰晶体融化时水分子中共价键发生断裂。()(5)水是一种非常稳定的化合物，这是由于水中存在氢键。()(6)由极性键形成的分子可能是非极性分子。()自 我 检 测(7)水和冰中都含有氢键。()(8)分子晶体中一定存在范德华力，可能有共价键。
4、()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2.下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是()A.NH3、P4、C10H8B.PCl3、CO2、H2SO4 C.SO2、SiO2、P2O5D.CCl4、H2O、Na2O2 解析 A中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C中，SiO2为共价晶体；D中，Na2O2是离子化合物、离子晶体。答案 B 学习任务一 分子晶体及其判断【合作交流】我们知道水是由H2O组成的，水在液态、固态时H2O排列不规则，只有当水降温成固体H2O的排列才变的有规则。此时，固态的冰我们把它称为分子晶体。请列举判断物质是否为分子晶体的方法？提示(1)可以根据物质
5、的类别判断晶体是否为分子晶体；(2)可以根据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断是否为分子晶体，构成分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力；(3)可以根据晶体的特征性质判断晶体是否为分子晶体：熔、沸点和硬度：分子晶体的熔、沸点较低，硬度小；导电性：分子晶体不导电，部分溶于水导电。【点拨提升】1.分子晶体的定义 分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体叫分子晶体。如：干冰、碘晶体、冰等。构成分子晶体的粒子只有分子。特别提醒 稀有气体单质是由原子直接构成的分子晶体，无化学键，晶体中只有分子间作用力。2.常见的典型的分子晶体(1)所有非金属氢化物，如水、氨、甲烷等；(2)部分非金属单质，如卤
6、素(X2)、O2、S8、P4、C60等；(3)部分非金属氧化物，如CO2、SO3、P4O10等；(4)几乎所有的酸，如HNO3、H2SO4、H3PO4等；(5)绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸等。3.两种典型的分子晶胞(1)干冰型 堆积特征：分子密堆积。(2)冰型 堆积特征：四面体型。4.晶体冰中有关氢键的易错点(1)晶体冰中每个水分子可以与紧邻的4个水分子形成氢键(不是2个)；每个水分子平均形成2个氢键(不是4个)。(2)冰晶胞的结构和金刚石的晶胞结构相似，每个晶胞平均拥有8个水分子。晶体中C、O均采用sp3杂化，均与4个其他原子形成四面体结构单元，因此，冰晶胞的结构与金刚石的晶胞结构
7、有一定的相似性。(3)冰、氢氟酸中均有氢键，且OHO比FHF弱，但水的沸点更高，其原因是平均每个水分子形成的氢键数比HF多。(4)晶体冰的密度比液态水的小。这是因为晶体冰中水分子形成的氢键具有方向性和饱和性，使得冰晶体中水分子的空间利用率变小。【例1】某化学兴趣小组在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是()A.NaCl、MgCl2、CaCl2B.AlCl3、SiCl4 C.NaCl、CaCl2D.全部 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2 熔点/801 712 190 68 782 沸点/1 465 1 418 2
8、30 57 1 600 解析 由分子构成的晶体，分子与分子之间靠分子间作用力聚集在一起，而分子间作用力较小，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔、沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，B正确，A、C、D错误。答案 B 明确表格中的数据及一般离子晶体的熔、沸点大于分子晶体的熔、沸点是解题的关键。【变式训练】1.SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行的下列推测中不正确的是()A.SiCl4晶体是分子晶体 B.常温、常压下SiCl4是气体 C.SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子 D.
9、SiCl4的熔点高于CCl4 解析 由于SiCl4具有分子结构，所以属于分子晶体。在常温、常压下SiCl4是液体。CCl4的分子是正四面体结构，SiCl4与CCl4的结构相似，也是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，在SiCl4分子间、CCl4分子间只有范德华力，SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量，所以SiCl4的分子间作用力比CCl4的大，熔、沸点比CCl4的高。答案 B 2.下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是()A.固态氢 B.固态氖 C.磷 D.三氧化硫 解析 稀有气体分子都属于单原子分子，因此稀有气体形成的晶体属
10、于分子晶体且由原子直接构成。其他分子晶体一般由分子构成，如干冰、冰等。答案 B 3.下列有关分子晶体的说法中一定正确的是()A.分子内均存在共价键B.分子间一定存在范德华力 C.分子间一定存在氢键D.其结构一定为分子密堆积 解析 稀有气体元素组成的分子晶体中，不存在由多个原子组成的分子，而是原子间通过范德华力结合成晶体，所以不存在任何化学键，A错误；分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于含有与电负性较强的N、O、F原子结合的氢原子的分子之间或者分子之内，B正确，C错误；只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，D错误。答案 B 学习任务二 分子晶体
11、的物理性质及应用【合作交流】观察下图冰和干冰的结构，回答下列问题。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。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
12、结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大。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，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。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。【点拨提升】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
13、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
14、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、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，
15、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。【例2】下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列，正确的一组是()A.HF、HCl、HBr、HIB.F2、Cl2、Br2、I2 C.H2O、H2S、H2Se、H2TeD.CI4、CBr4、CCl4、CF4 解析 对结构和组成相似的分子晶体，其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高，但 HF、H2O 分 子 之 间 都 存 在 氢 键，熔、沸 点 反 常。所 以 A 中 应 为HFHIHBrHCl；B中应为I2Br2Cl2F2；C中应为H2OH2TeH2SeH2S；只有D正确。答案 D(1)影响分子晶体物理性质的主要因素是晶体中的分子
16、间作用力(包括范德华力和氢键)。由于分子间作用力比化学键键能小得多，因此分子晶体的熔、沸点较低，硬度也很小。(2)对组成和结构相似、晶体中不含氢键的物质来说，随着相对分子质量的增大，范德华力增大，熔点升高。(3)稀有气体分子是单原子分子，所以由稀有气体形成的晶体是分子晶体。【变式训练】4.下列有关分子晶体熔点的高低叙述中，正确的是()A.Cl2I2B.SiCl4CCl4 C.PH3NH3D.C(CH3)4CH3CH2CH2CH2CH3 解析 NH3分子间存在氢键，分子间作用力大，PH3分子间不存在氢键，分子间作用力弱，NH3的熔点高于PH3，C不正确；A、B、D选项中均无氢键，且固态时都为分子
17、晶体，物质结构相似，相对分子质量大的熔点高，故A不正确，B正确；相对分子质量相同的烷烃的同分异构体，支链越多，熔点越低，故D不正确。答案 B 5.干冰熔点很低是由于()A.CO2是非极性分子 B.C=O键的键能很小 C.CO2化学性质不活泼 D.CO2分子间的作用力较弱 解析 干冰熔化时破坏的分子间作用力。答案 D 6.下列说法中正确的是()A.C60汽化和I2升华克服的作用力不相同 B.甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近 C.NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键 D.常温下TiCl4是无色透明液体，熔点23.2，沸点136.2，所以TiCl4属于分子晶体 解析 A中，C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子可形成氢键，其熔、沸点比甲酸甲酯高；C中HCl溶于水时破坏的共价键。答案 D 7.AB型的化学式形成的晶体结构情况多种多样。下列图示的几种结构中最有可能是分子晶体的是()A.B.C.D.解析 分子晶体中不存在共用，从各图中可以看出不存在共用现象，所以最有可能是分子晶体。答案 B