高中化學物質結構分子晶體

第二節(jié)分子晶體與原子晶體第1課時分子晶體［學習目標定位］1.熟知分子晶體的概念、結構特點及常見的分子晶體。2?能夠從范德華力、氫鍵的特征，分析理解分子晶體的物理特性。一干冰和冰的晶體結構1?干冰晶胞結構如圖所示，觀察分析其結構模型，回答下列問題：構成干冰晶體的結構微粒是C02分子,微粒間的相互作用力是范德華力。-⑵從結構模型可以看出：干冰晶體是一種面心立方結構——每8個CO?分子構成立方體,在六個面的中心又各占據(jù)1個co?分子。每個co?分子幺塞號石周圍，離該分子最近且距離相等的CO?分子有12個。每個晶胞中有4個r-'1——干冰品胞C02分子。2?冰晶體的結構如下圖所示。根據(jù)冰晶體的結構，回答下列問題：冰晶休的站掏(1)構成冰晶體的結構微粒是H?0分子,微粒間的相互作用力是范德華力、氫鍵。⑵在冰的晶體中，由于水分子之間存在具有方向性的氫鍵，迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子相互吸引，這樣的排列使冰晶體中的水分子的空間利用率不高，留有相當大的空隙。3?干冰和冰的比較晶體分子間作用力結構特點外觀硬度熔點密度干冰范德華力1個分子周圍緊鄰12個分子相似相似(小)干冰比冰低干冰比冰大冰范德華力、氫鍵1個分子周圍緊鄰4個分子［歸納總結］⑴分子間通過分子間作用力相結合形成的晶體叫分子晶體。如：干冰、碘晶體、冰等。構成分子晶體的粒子只有分子。常見的典型的分子晶體有所有非金屬氫化物，如水、氨、甲烷等；部分非金屬單質，如鹵素、02、S8、P4、C60等；部分非金屬氧化物，如CO2、SO3、P4O10等；幾乎所有的酸；絕大多數(shù)有機物的晶體。兩種典型的分子晶胞干冰型堆積特征：分子密堆積；冰型堆積特征：四面體型。［活學活用］1?下列各組物質各自形成晶體，均屬于分子晶體的化合物是()NH3、HD、CioH8PCI3、CO2、H2SO4SO2、SQ2、P2O5CCI4、Na2S、H2O2答案B解析A中HD是單質，不是化合物；C中SiO2為原子晶體，不是分子晶體；D中Na2S是離子晶體，不是分子晶體。水分子間可通過氫鍵彼此結合而形成(H2O)n，在冰中n值為5,即每個水分子被其他4個水分子包圍形成變形四面體，如圖所示為(H2O)5單元，由無限個這樣的四面體通過氫鍵構成一個龐大的分子晶體，即冰。下列有關敘述正確的是()1mol冰中含有4mol氫鍵1mol冰中含有4x5mol氫鍵平均每個水分子只含有2個氫鍵5平均每個水分子只含有4個氫鍵答案C解析由圖可知，每個水分子（處于四面體的中心）與4個水分子（處于四面體的四個頂點）形成四個氫鍵，因為每個氫鍵都是由2個水分子共同形成的，所以每個水分子形成的氫鍵數(shù)為4X1=2。二分子晶體的物理性質1?分子晶體中粒子間是以范德華力或范德華力和氫鍵而形成的晶體，因此，分子晶體的熔、沸點較低，密度較小，硬度較小，較易熔化和揮發(fā)。2?分子晶體熔、沸點高低的比較規(guī)律（1）分子晶體分子間作用力越大，物質熔、沸點越高,反之越低;具有氫鍵的分子晶體，熔、沸點反常高。⑵判斷下列結論的正誤，正確的劃錯誤的劃“X”組成和結構相似的分子晶體，相對分子質量越大，分子間作用力越強，物質的熔、沸點就越高（V）TOC\o"1-5"\h\z組成和結構不相似的物質（相對分子質量相近），分子極性越大，其熔、沸點就越高（V）烴、鹵代烴、醇、醛、羧酸等有機物一般隨分子里碳原子數(shù)的增加，熔、沸點升高（V）組成和結構不相似的物質，不能用相對分子質量大小比較分子間作用力的大?。╒）3?分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)均不存在自由離子，因而不能導電一易溶于水的電解質在水中全部或部分電離而能夠導電，不溶于水的物質或易溶于水的非電解質不能導電。［歸納總結］（1）分子晶體具有熔、沸點較低，硬度較小，固態(tài)不導電等物理特性。所有在常溫下呈氣態(tài)_的物質、常溫下呈液態(tài)的物質（除汞外）、易升華的固體物質都屬于分子晶體。（2）分子間作用力的大小決定分子晶體的物理性質。分子間作用力越大，分子晶體的熔、沸點越高，硬度越大。［活學活用］3?下列物質，按沸點降低順序排列的一組是（）HF、HCl、HBr、HIB.F2、C"、B?I2C.H2O、H2S、H2SeH2TeD.CI4、CB^、CCI4、CF4答案D

B中沸點隨相解析A、C中HF和H2OB中沸點隨相對分子質量的增加而增大；D中沸點依次降低。4?下列性質符合分子晶體特點的是（）熔點1070C,易溶于水，水溶液能導電熔點10.31C，液態(tài)不導電，水溶液能導電能溶于CS2,熔點112.8C,沸點444.6C熔點97.81C，質軟，導電，密度為0.97gcm「3①④B.②③C.①②D.②④答案B解析本題考查分子晶體的性質。分子晶體中分子之間是以分子間作用力相結合的，分子晶體具有低熔點、易升華、硬度小等性質。①熔點高，不是分子晶體的性質；④能導電，不是分子晶體的性質，該處所述是金屬鈉的性質，故選②③。匾學習小第分了||||體具附供1晶休：T冰、I；、筑稲右氣分了||||體具附供1晶休：T冰、I；、筑稲右氣站購特征：荷花分于.符干內慮子之間形當堂檢測下列有關分子晶體的說法中一定正確的是（）分子內均存在共價鍵分子間一定存在范德華力分子間一定存在氫鍵其結構一定為分子密堆積答案B解析稀有氣體元素組成的分子晶體中，不存在由多個原子組成的分子，而是原子間通過范德華力結合成晶體，所以不存在任何化學鍵，故A項錯誤；分子間作用力包括范德華力和氫鍵，范德華力存在于所有的分子晶體中，而氫鍵只存在于含有與電負性較強的N、O、F原子結合的氫原子的分子之間或者分子之內，所以B原子結合的氫原子的分子之間或者分子之內，所以B項正確，C項錯誤；只存在范德華力的分子晶體才采取分子密堆積的方式，所以的分子晶體才采取分子密堆積的方式，所以D選項也是錯誤的。的分子晶體才采取分子密堆積的方式，所以的分子晶體才采取分子密堆積的方式，所以D選項也是錯誤的。2?干冰熔點很低是由于（）CO2是非極性分子C===O鍵的鍵能很小CO2化學性質不活潑CO2分子間的作用力較弱答案D3.SiCl4的分子結構與CC14相似，對其進行的下列推測不正確的是（）SiCl4晶體是分子晶體常溫、常壓下SiCl4是氣體SiCl4的分子是由極性鍵形成的非極性分子SiCl4的熔點高于CCI4答案B解析由于SiCl4具有分子結構，所以一定屬于分子晶體；影響分子晶體熔、沸點的因素是分子間作用力的大小，在這兩種分子中都只有范德華力，SiCl4的相對分子質量大于CCl4，所以SiCl4的分子間作用力更大一些，熔、沸點更高一些；CCl4的分子是正四面體結構，SiCl4與它結構相似，因此也應該是正四面體結構，是含極性鍵的非極性分子。下列物質在室溫下均是分子晶體的是（）H2O、CH4、HF紅磷、硫、碘CO2、SO2、NO2H2SO4、CH3CH2OH、HCHO答案B如圖為冰的一種骨架形式，依此為單位向空間延伸，請問該冰中的每個水TOC\o"1-5"\h\z分子有幾個氫鍵（）2B.4C.8D.12答案A解析每個水分子與四個方向的4個水分子形成氫鍵，每個氫鍵為2個水分子共用，故其氫1鍵個數(shù)為4X2=2。40分鐘課時作業(yè)A.4A.4個B.8個［基礎過關］一、分子晶體及其判斷1?下列有關分子晶體的敘述中，正確的是（）分子內均存在共價鍵分子間一定存在氫鍵晶體結構一定為分子密堆積晶體熔化時一定破壞了范德華力答案D解析稀有氣體分子內無化學鍵，A錯；大多數(shù)分子晶體中分子間不存在氫鍵，B錯；由于氫鍵具有方向性，所以含有氫鍵的分子晶體的結構不是分子密堆積，C錯；分子晶體中分子間一定存在范德華力，可能存在氫鍵，所以分子晶體熔化時一定破壞了范德華力，D正確。下列物質呈固態(tài)時，一定屬于分子晶體的是（）A.非金屬單質B.非金屬氧化物C.含氧酸D.金屬氧化物答案C解析非金屬單質中的金剛石、非金屬氧化物中的SiO2均為原子晶體；而金屬氧化物通常為離子化合物，屬離子晶體。故C正確。某化學興趣小組，在學習分子晶體后，查閱了幾種氯化物的熔、沸點，記錄如下：NaCIMgCl2AICI3SiCl4CaCl2熔點/C801712190—68782沸點/C14651418230571600根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析，屬于分子晶體的是（）A.NaCI、MgCl2、CaCI?B.AlCl3、SiC*C.NaCl、CaCl2D.全部答案B解析由于由分子構成的晶體，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、沸點較低，表中的MgCl2、NaCI、CaCl2熔、沸點很高，很明顯不屬于分子晶體，AICI3、SiCl4熔、沸點較低，應為分子晶體，所以B項正確，A、C、D三項錯誤。二、分子晶體的性質及其應用下列說法正確的是（）

A.分子晶體都具有分子密堆積的特征B?分子晶體中，分子間作用力越大，通常熔點越高C?分子晶體中，共價鍵鍵能越大，分子的熔、沸點越高分子晶體中，分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定答案B解析含有氫鍵的分子晶體不具有分子密堆積的特征，如冰，A錯誤；分子晶體的熔、沸點高低與分子間作用力的大小有關，與化學鍵的強弱無關，B正確，C錯誤；分子的穩(wěn)定性與化學鍵的強弱有關，與分子間作用力的大小無關，D錯誤。5?如圖是某無機化合物的二聚分子，該分子中A、B兩種元素都是第三周期的元素，分子中所有原子的最外層都達到8個電子的穩(wěn)定結構。下列說法不正確的是（）該化合物的化學式是Al2CI6該化合物是離子化合物，在熔融狀態(tài)下能導電C?該化合物在固態(tài)時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鍵答案B解析由A、B元素都在第三周期，并且所有原子最外層都達到8個電子的穩(wěn)定結構，可知A為Cl，B為AI，故A正確；因是二聚分子，故其固態(tài)時形成分子晶體，B錯，C正確；該化合物中不含離子鍵，只含極性共價鍵，D正確。三、冰和干冰的晶體結構HF分子晶體、NH3分子晶體與冰的結構極為相似，在HF分子晶體中，與F原子距離最TOC\o"1-5"\h\z近的HF分子有幾個（）A.3B.4C.5D.12答案B解析根據(jù)HF分子晶體與冰結構相似可知，每個HF分子周圍有4個HF分子與之最近，十代農1個￡5分子構成四面體，故十代農1個￡5分子7?中學教材上介紹的干冰晶體是一種立方面心結構，如圖所示，即每8個CO2構成立方體，且在6個面的中心又各占據(jù)1個CO2分子，在每個CO2周圍距離-^a（其中a為立方體棱長）的CO2有（）

D.6個12D.6個答案C解析如圖在每個CO2周圍距離~22a的CO2即為每個面心上的CO2分子，共有8X（3X1）=12個。［能力提升］8?正硼酸（H3BO3）是一種片層狀結構白色晶體，層內的H3BO3分子通過氫鍵相連（如下圖）。下列有關說法正確的是（）正硼酸晶體屬于原子晶體H3BO3分子的穩(wěn)定性與氫鍵有關C?分子中硼原子最外層為8電子穩(wěn)定結構含1molH3BO3的晶體中有3mol氫鍵答案D解析A項，正硼酸應屬于分子晶體；B項，H3BO3分子穩(wěn)定性與分子內部的共價鍵有關,OHIB—()與分子間的氫鍵無關;C項，分子中的硼原子不符合8電子穩(wěn)定結構;與分子間的氫鍵無關;C項，分子中的硼原子不符合8電子穩(wěn)定結構;D項,11()中的3個氫均形成氫鍵。中的3個氫均形成氫鍵。9?晶胞是晶體結構中可重復出現(xiàn)的最小的結構單元,確的是（）C60晶胞結構如下圖所示，下列說法正C60摩爾質量是720C60與苯互為同素異形體在C60晶胞中有14個C60分子D?每個C60分子周圍與它距離最近等距離的C60分子有12個答案D10?下列分子晶體在熔化時，只破壞范德華力的是(填序號，下同),既破壞范德華力，又破壞氫鍵的是。①H2②O2③卩4(白磷)④SO2⑤CO2⑥出02⑦HF⑧H2N—CH2CH2COOH⑨H3PO4⑩C2H6答案①②③④⑤⑩⑥⑦⑧⑨解析有氫鍵的分子晶體，其分子中應含有H—F鍵、H—O鍵、H—N鍵中的任何一個鍵，在熔化時其中的氫鍵被破壞。據(jù)報道科研人員應用計算機模擬出結構類似C60的物質N60。已知：①N60分子中每個氮原子均以N—N鍵結合三個N原子而形成8電子穩(wěn)定結構；②N—N鍵的鍵能為167kJmol一勺。請回答下列問題：N60分子組成的晶體為晶體，其熔、沸點比N2(填“高”或“低”)，原因是。1molN60分解成N2時吸收或放出的熱量是-1kJ(已知N三N鍵的鍵能為942kJmol)，表明穩(wěn)定性N60(填“>”“<”或“=”)N2。⑶由(2)列舉N60的用途(舉一種)：。答案(1)分子高n60、n2均形成分子晶體，且n60的相對分子質量大，分子間作用力大、故熔、沸點高13230<N60可作高能炸藥(其他答案合理也可)解析(1)N60、N2形成的晶體均為分子晶體，因Mr(N60)>Mr(N2)，故N60晶體中分子的范德華力比N2晶體大，N60晶體的熔、沸點比N2晶體高。因每個氮原子形成三個N—N鍵，每個N—N鍵被2個N原子共用，故1molN60中存在1N—N鍵：1molX60X3X90mol。發(fā)生的反應為N60===30N2，故AH=90X167kJmol-1-30X942kJmol-1=-13230kJmol-1<0，為放熱反應，表明穩(wěn)定性N2>N60。由于反應放出大量的熱同時生成大量氣體，因此N60可用作高能炸藥。(1)水分子的立體結構是，水分子能與很多金屬離子形成配合物，其原因是在氧原子上有。(2)冰晶胞中水分子的空間排列方式與金剛石晶胞(其晶胞結構如圖，其中空心球所示原子位于立方體的頂點或面心，實心球所示原子位于立方體內）類似。每個冰晶胞平均占有個水分子。冰晶胞與金剛石晶胞中微粒排列方式相同的原因是⑶實驗測得冰中氫鍵的作用能為18.5kJmo「1，而冰的熔化熱為5.0kJmo「1,這說明答案（1）V形（或角形）孤電子對（2）8碳原子與氧原子都為sp3