1、第2课时 分子晶体学习要求 能借助分子晶体的模型说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。素养目标 通过对分子晶体的模型理解，发展学生“证据推理与模型认知”的核心素养。知 识 梳 理 一、分子晶体的结构与性质 1概念与物理性质 概念 分子间通过结合形成的晶体 构成微粒 微粒间的 作用力 分子间作用力分子 分子间作用力 物理性质(1)分子间以相结合，分子晶体熔化时克服，不破坏共价键，一般具有的熔点、沸点和的硬度，较强的挥发性。(2)组成和结构相似，晶体中不含氢键的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越，熔、沸点越 较弱的分子间作用力分子间作用力较低强高较小2.分子晶体与物质的类别 物质种类 实例 所
2、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3.微粒堆积方式 分子间作用力 堆积方式 实例 范德华力 分子采用 如C60、干冰、I2、O2 范德华力、氢键 分子不采用 如冰 密堆积密堆积二、典型分子晶体的结构分析 1碘晶体(1)碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的各有1个I2分子，每个晶胞中有4个I2分子。(2)I2分子之间以结合。每个顶点和面心上范德华力2干冰晶
3、体(1)干冰晶胞是结构，在它的各有1个CO2分子，每个晶胞中有个CO2分子。(2)每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有个。(3)干冰晶体中分子之间通过相结合，熔化时分子内的化学键。面心立方每个顶点和面心上412范德华力不断裂3冰晶体(1)水分子之间的主要作用力是，当然也存在。(2)氢键有方向性，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。氢键范德华力四面体中心四面体顶角4三、石墨晶体 晶体 模型 结构 特点(1)石墨晶体是结构，在每一层内，每个C原子与其他3个C原子以共价键结合，形成无限的形平面网状结构。每个C原子还有1个未参与杂化的2p轨道并含有1个未成对电子，能形成遍
4、及整个平面的键。(2)C原子采取杂化，CC键之间的夹角为。(3)层与层之间以结合 层状六边大sp2120范德华力晶体 类型 石墨中既含有，又有，同时还有的特性，因此石墨属于晶体 物理 性质 熔点、质软、导电 共价键范德华力金属键混合键型高易自 我 检 测 1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。()(7)水和冰中都
5、含有氢键。()(8)分子晶体中一定存在范德华力，可能有共价键。()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()ANH3、P4、C10H8B.PCl3、CO2、H2SO4 CSO2、SiO2、P2O5D.CCl4、H2O、Na2O2 解析 A中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C中，SiO2为原子晶体；D中，Na2O2是离子化合物、离子晶体。答案 B 学习任务一、四种晶体类型的比较【深度思考】1所有分子晶体中是否均存在化学键？提示 不是。绝大多数分子晶体的微粒内部都存在化学键，如N2、H2O、SO2等分子内部都有共价键，而稀有气体为
6、单原子分子，分子内部无化学键，分子之间以范德华力结合，所以并非所有分子晶体的分子内部都存在化学键。2为什么液态水变为冰时，体积膨胀，密度减小？提示 冰晶体中主要是水分子依靠氢键而形成的，因氢键具有一定的方向性，使水分子间的间距比较大，有很大空隙，比较松散。所以水结成冰后，体积膨胀，密度减小。【名师点拨】1四种晶体类型的结构与性质 类型 项目 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体 构成晶体 的粒子 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子和自由电子 粒子间的作用 离子键 共价键 分子间作用力(范德华力或氢键)金属键 溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少数与水反应 机械加工性 不良
7、不良 不良 优良 延展性 差 差 差 优良 确定作用力强弱的一般判断方法 晶格能 键长(原子半径)组成结构相似时，比较相对分子质量 离子半径、价电子数 熔、沸点 较高 很高 较低 差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410)硬度 略硬而脆 很大 较小 差别较大 导电性 不良导体(熔化后或溶于水导电)不良导体(个别为半导体)不良导体(部分溶于水发生电离后导电)良导体 2.晶体类型的判断方法(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断 原子晶体：原子共价键；分子晶体：分子分子间作用力；离子晶体：离子离子键；金属晶体：金属阳离子和自由电子金属键。(2)依据物质的分类判断 常见的原子晶体单质有金刚
8、石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；分子晶体：大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)；离子晶体：金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类；金属晶体：金属单质与合金。(3)依据晶体的熔点判断 离子晶体的熔点较高，常在数百至1 000余度；原子晶体熔点很高，常在1 000度至几千度；分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点很低。(4)依据导电性判断原子晶体：一般不导电；
9、分子晶体：若不是电解质：固态、液态不导电、溶于水（不反应）不导电若是电解质：固态、液态不导电，溶于水导电离子晶体：固态不导电，熔融或溶于水导电；金属晶体：固态或熔融均导电。(5)依据硬度和机械性能判断原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；离子晶体硬度较大或较硬、脆；金属晶体多数硬度大，但也有较小的，且具有延展性。【关键提醒】并不是所有的分子晶体中都有化学键。如稀有气体晶体的构成微粒是单原子分子，不存在化学键。在分子晶体中，分子内原子间以共价键结合(稀有气体除外)，相邻分子间靠分子间作用力结合。【典例1】下表列举了几种物质的性质，据此判断属于分子晶体的是_。物质 性质 X 熔点为10.31，液态
10、不导电，水溶液导电 Y 易溶于CCl4，熔点为11.2，沸点为44.8 Z 常温下为气态，极易溶于水，溶液pH7 W 常温下为固体，加热变为紫红色蒸气，遇冷变为紫黑色固体 M 熔点为1 170，易溶于水，水溶液导电 N 熔点为97.81，质软，导电，密度为0.97 gcm3 解析 分子晶体熔、沸点一般比较低，硬度较小，固态不导电。所有在常温下呈气态、液态的物质(除汞外)、易升华的固体物质都属于分子晶体。M的熔点高，肯定不是分子晶体；N是金属钠的性质；其余X、Y、Z、W均为分子晶体。答案 X、Y、Z、W【变式训练1】下列数据对应物质的熔点，据此作出下列判断中错误的是()A.铝的化合物的晶体中有离
11、子晶体 B表中只有BCl3和AlCl3是分子晶体 C同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体 D不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 920 801 1 292 190 BCl3 Al2O3 CO2 SiO2 107 2 073 57 1 723 解析 由表可知：AlCl3、BCl3、CO2是共价化合物且形成分子晶体；SiO2是原子晶体；其他是离子晶体。答案 B【变式训练2】碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为_。(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨
12、)中碳原子的杂化形式分别为_、_。(3)C60属于_晶体，石墨属于_晶体。(4)石墨晶体中，层内CC键的键长为142 pm，而金刚石中CC键的键长为154pm。其原因是金刚石中只存在CC间的_共价键，而石墨层内的CC间不仅存在_共价键，还有_键。(5)C60的晶体结构类似于干冰，则每个C60晶胞的质量为_g(用含NA的式子表示，NA为阿伏加德罗常数的值)。(6)金刚石晶胞含有_个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r_a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_(不要求计算结果)。(7)硅晶体的结构跟金刚石相似，1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是_NA个(NA
13、为阿伏加德罗常数的值)靖宸 解析(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素形成的单质，它们的组成相同，结构不同、性质不同，互为同素异形体。(2)金刚石中碳原子与四个碳原子形成 4 个共价单键(即 C 原子采取 sp3 杂化方式)，构成正四面体，石墨中的碳原子采取 sp2 杂化方式，形成平面六元环结构。(3)C60 中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；石墨晶体有共价键、金属键和范德华力，所以石墨属于混合键型晶体。(4)在金刚石中只存在 CC 间的 键；石墨层内的 CC 间不仅存在 键，还存在 键。(5)C60 晶体为面心立方结构，所以每个 C60 晶胞有 4 个 C60 分子，所以一个 C
14、60 晶胞质量41260NAg2 880NAg。(6)由金刚石的晶胞结构可知，晶胞内部有 4 个碳原子，面上有 6 个碳原子，顶点有8 个碳原子，所以金刚石晶胞中碳原子数为 46128188；若碳原子半径为 r，金刚石的边长为 a，根据硬球接触模型，则正方体体对角线长度的14就是 CC 键的键长，34 a2r，所以 r 38 a，碳原子在晶胞中的空间占有率843r3a384338 a 3a3 316。(7)由金刚石的结构模型可知，每个碳原子都与相邻的碳原子形成一个单键，故每个碳原子相当于形成(124)个单键，则 1 mol 硅中可形成 2 mol SiSi 单键。答案(1)同素异形体(2)sp
15、3 sp2(3)分子 混合键型(4)(5)2 880NA (6)8 38 843r3a3 316 (7)2学习任务二、晶体熔、沸点的比较【深度思考】1干冰和碘易升华的原因是什么？乙醇与甲醚的相对分子质量相等，为什么乙醇的沸点高于甲醚？提示 碘和干冰的分子间以较弱的范德华力结合；乙醇分子间存在氢键，分子间作用力强，甲醚分子间不存在氢键，分子间作用力弱，所以乙醇的沸点高于甲醚。2石墨晶体不属于原子晶体，但石墨的熔点为什么高于金刚石？石墨晶体为什么具有导电性？提示 石墨晶体为层状结构，同层内碳原子以共价键结合成平面网状结构，CC键的键长比金刚石中CC键的键长短，键能大，所以石墨的熔、沸点高。石墨晶体
16、中每个C原子未参与杂化的轨道中含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的大 键，由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨沿层的平行方向能导电。3石墨层状结构中，平均每个正六边形占有的C原子数和CC键数各是多少？每一层中碳原子数与CC键数之比为多少？提示 2 3 23 石墨层状结构中每个 C 原子为三个正六边形共有，即对每个六边形贡献13个 C 原子，所以每个正六边形占有 C 原子数目为1362 个。每个 CC 键为 2 个正六边形所共用，所以平均每个正六边形拥有 3 个 CC 键。所以每一层中碳原子数与 CC 键数之比为 23。【名师点拨】1不同类型晶体熔、沸点的比较 一般来说，原子晶体
17、离子晶体分子晶体；金属晶体(除少数外)分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高，如钨、铂等，有的则很低，如汞、铯、镓等。2同种类型晶体熔、沸点的比较(1)原子晶体 一般来说，对结构相似的原子晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。例如：金刚石二氧化硅碳化硅晶体硅。(2)分子晶体 组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如I2Br2Cl2F2；SnH4GeH4SiH4CH4。组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如CON2。同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如正戊烷异戊烷新戊烷。若分子间存在氢键
18、，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如HFHI；NH3PH3；H2OH2Te。(3)离子晶体 一般来说，离子所带的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点就越高。如NaClCsCl；MgOMgCl2。(4)金属晶体 金属阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，其金属键越强，金属熔、沸点越高。如AlMgNa。【关键提醒】(1)某些离子晶体的熔点高于某些原子晶体的熔点。如MgO(2 800)SiO2(1 713)。(2)某些分子晶体的熔点高于某些金属晶体的熔点。如碱金属熔点较低。(3)个别金属的熔点高于某些原子晶体的熔点。如钨(3 410)SiO2(1 713)。(
19、4)合金的熔点一般低于成分金属的熔点。3晶体熔、沸点比较的两个“首先”(1)晶体熔、沸点比较时应先分析晶体类型。(2)分子晶体熔、沸点比较时应先判断分子间是否存在氢键。【典例2】参考下表中物质的熔点，回答有关问题。物质 NaF NaCl NaBr NaI NaCl KCl RbCl CsCl 熔点/995 801 755 651 801 776 715 646 物质 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 SiCl4 GeCl4 SnCl4 PbCl4 熔点/90.4 70.4 5.2 120 70.4 49.5 36.2 15(1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的_
20、有关，随着_的增大，熔点依次降低。(2)硅的卤化物熔点及硅、锗、锡、铅的氯化物的熔点与_有关，随着_的增大，_增大，故熔、沸点依次升高。(3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多，这与_有关，因为一般_比_熔点高。解析 分析表中物质及熔点规律，将物质晶体类型合理分类，由同类晶型熔点变化趋势发现影响物质熔点高低的规律。答案(1)半径 半径(2)相对分子质量 相对分子质量 分子间作用力(3)晶体类型 离子晶体 分子晶体【变式训练3】Mg是第3周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点见下表：氟化物 NaF MgF2 SiF4 熔点/K 1 266 1 534 183(1)解释表中氟化物熔点差异
21、的原因：_ _。_ _。(2)硅 在 一 定 条 件 下 可 以 与 Cl2 反 应 生 成 SiCl4，试 判 断 SiCl4 的 沸 点 比 CCl4 的_(填“高”或“低”)，理由是_ _。解析(1)先比较不同类型晶体的熔点，NaF、MgF2为离子晶体，离子间以离子键结合，离子键作用强，SiF4固态时为分子晶体，分子间以范德华力结合，范德华力较弱，故NaF和MgF2的熔点都高于SiF4。再比较相同类型晶体的熔点。Na的半径比Mg2半径大，Na所带电荷数小于Mg2，所以MgF2的离子键比NaF的离子键强度大，MgF2熔点高于NaF熔点。(2)SiCl4和CCl4组成、结构相似，SiCl4的
22、相对分子质量大于CCl4的相对分子质量，SiCl4的分子间作用力大于CCl4的分子间作用力，故SiCl4的熔点高于CCl4的熔点。答案(1)NaF与MgF2为离子晶体，SiF4为分子晶体，所以NaF与MgF2远比SiF4的熔点要高 因为Mg2的半径小于Na的半径且Mg2所带电荷数多，所以MgF2的离子键强度大于NaF的离子键强度，故MgF2的熔点大于NaF(2)高 SiCl4的相对分子质量比CCl4的大，范德华力大，因此沸点高AC60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 CNaCl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 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。答案 D【变式训练4】下列说法中正确的是()