2025春高二化學選擇性必修2 （配人教版）第三章 晶體結構與性質 第二節(jié) 分子晶體與共價晶體 第1課時 分子晶體

分子晶體第1課時第二節(jié)分子晶體與共價晶體學習目標1.通過認識分子晶體,能描述分子晶體的概念,列舉常見的分子晶體。2.通過借助冰、干冰等模型認識分子晶體的結構特點及物理性質,能從微觀角度分析分子晶體中各構成粒子之間的作用和對分子晶體物理性質的影響,能辨析分子晶體中粒子的堆積模型并能用均攤法對晶胞進行分析。3.通過分子晶體的學習,能利用分子晶體的通性推斷常見的分子晶體。任務分項突破『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。學習任務1探究分子晶體及其結構分子分子間作用力(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等絕大多數有機物苯、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)常見分子晶體的結構分析。代表物質干冰冰晶胞晶胞占有分子數

緊鄰分子數每個二氧化碳分子周圍有

個緊鄰的分子每個水分子周圍有

個緊鄰的分子密度(相對大小)

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例范德華力分子采用

,每個分子周圍最多有

個緊鄰的分子如C60、干冰、I2、O2范德華力、

分子不采用

,每個分子周圍緊鄰的分子少于12個如HF、NH3、冰密堆積12氫鍵密堆積『互動探究』常溫下,液態(tài)水中水分子在不停地做無規(guī)則的運動。0℃以下,水凝結為冰,其中的水分子排列由雜亂無序變得十分有序。探究分子晶體的結構特點問題1:冰晶體中存在著哪幾種粒子間的相互作用?提示:共價鍵、氫鍵、范德華力。問題2:硫化氫和水分子結構相似,但硫化氫晶體中,一個硫化氫分子周圍有12個緊鄰分子,而冰中一個水分子周圍只有4個緊鄰分子,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水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子相互吸引。問題3:試分析為什么冬季河水結冰時冰總是浮在水面上。提示:因為冰中水分子間的作用力主要是氫鍵,氫鍵具有方向性,每個水分子通過氧原子的兩個孤電子對和兩個氫原子形成四面體結構,沿著四面體的頂點方向與周圍四個水分子形成氫鍵,造成冰晶體中水分子的空間利用率不高,緊鄰的分子數減少,形成空隙較大的網狀晶體,密度比液態(tài)水小,所以結的冰會浮在水面上。歸納拓展分子晶體的結構特點1.分子晶體的基本構成粒子是分子,分子之間普遍存在的作用力是范德華力,個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,晶胞中每個分子周圍一般有12個分子緊鄰。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,留有相當大的空隙,所以密度會減小,但是熔點、沸點往往會升高,如HF、NH3、冰等。『題組例練』1.下列有關分子晶體的說法一定正確的是(

)A.分子內均存在共價鍵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:構成粒子若為單原子分子,則不含共價鍵,如稀有氣體,故A錯誤;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,每個水分子周圍只有四個緊鄰的水分子而形成非密堆積,故D錯誤。2.水是生命之源,如圖為冰晶體的結構模型,大球代表氧原子,小球代表氫原子,下列有關說法正確的是(

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

種取向不同的CO2。將CO2視作質點,設晶胞邊長為apm,則緊鄰的兩個CO2的距離為

pm。

4(2)其密度ρ為

(1pm=10-10cm,設NA為阿伏加德羅常數的值)。

學習任務2探究分子晶體的物理性質『自主梳理』1.物理性質(1)分子晶體的熔點、沸點

,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、沸點高低的比較規(guī)律(1)分子晶體中分子間作用力

,物質熔點、沸點

,反之

。(2)具有氫鍵的分子晶體,熔點、沸點

。越大越高越低反常高『互動探究』表一幾種分子晶體的熔點、沸點分子晶體熔點/℃沸點/℃CF4-183.6-128CCl4-22.976.7CBr490190.5表二幾種氯化物的熔點、沸點氯化物NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔點/℃802714193-69775沸點/升華)581936探究分子晶體熔點、沸點高低的比較與應用問題1:結合表一中的已知數據,思考影響三種分子晶體熔點、沸點高低的因素是什么?提示:結構相似的分子晶體,相對分子質量越大,分子間作用力越大,晶體熔點、沸點越高。問題2:分析固態(tài)的HF與HCl、丙烷與丁烷的熔點、沸點高低情況。提示:因為HF分子晶體中存在氫鍵,所以HF的熔點、沸點高于HCl的;因為丁烷的相對分子質量大于丙烷的,所以丙烷的熔點、沸點低于丁烷的。問題3:根據表二中的數據信息,你認為屬于分子晶體的是哪些物質?說明判斷的理由。提示:屬于分子晶體的是AlCl3、SiCl4;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,故分子晶體的熔點、沸點較低,表中的NaCl、MgCl2、CaCl2的熔點、沸點較高,很明顯不屬于分子晶體,AlCl3、SiCl4的熔點、沸點較低,應為分子晶體。問題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、沸點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、沸點較低,硬度較小,較易熔化和揮發(fā)。2.分子晶體熔點、沸點的比較(1)組成和結構相似,不含氫鍵的分子晶體,相對分子質量越大,范德華力越強,熔點、沸點越高,如I2>Br2>Cl2>F2,HI>HBr>HCl。(2)組成和結構不相似的分子晶體(相對分子質量接近),分子的極性越大,熔點、沸點越高,如CH3OH>CH3CH3。(3)含有分子間氫鍵的分子晶體的熔點、沸點反常高,如H2O>H2Te>H2Se>H2S。(5)烴、鹵代烴、醇、醛、羧酸等有機物一般隨分子中碳原子數的增加,熔點、沸點升高,如C2H6>CH4,C2H5Cl>CH3Cl,CH3COOH>HCOOH?！侯}組例練』1.下列關于分子晶體熔、沸點的比較不正確的是(

)A.Cl2<Br2<I2B.H2O<H2S<H2SeC.CH4<SiH4<GeH4D.CH3CH2CH2CH2CH3>C(CH3)4√解析:相對分子質量Cl2<Br2<I2,則分子間作用力Cl2<Br2<I2,熔、沸點Cl2<Br2<I2,故A正確;相對分子質量H2O<H2S<H2Se,但水分子間存在氫鍵,則熔、沸點H2O>H2Se,故B錯誤;相對分子質量CH4<SiH4<GeH4,則分子間作用力CH4<SiH4<GeH4,熔、沸點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CH3CH2CH2CH2CH3>C(CH3)4,故D正確。2.下列性質屬于分子晶體的是(

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

SO2。

②NH3

PH3。

③O3

O2。

④Ne

Ar。

⑤CH3CH2OH

CH3OH。

⑥CO

N2。

<>><>>解析:(1)各組物質均為分子晶體,根據分子晶體熔點、沸點的判斷規(guī)律,其相對分子質量越大,分子間作用力越大,分子極性越大,則晶體的熔點、沸點越高,較容易比較六組物質熔點、沸點的高低。(2)已知AlCl3的熔點為190℃(2.02×105Pa),但它在178℃即開始升華。請回答下列問題。①AlCl3固體是

晶體。

分子解析:(2)①由AlCl3的熔點低以及在178℃時開始升華判斷AlCl3晶體為分子晶體。②設計一個可靠的實驗,判斷AlCl3是離子化合物還是共價化合物。設計的實驗是

。

在熔融狀態(tài)下,測其是否導電,若不導電是共價化合物,若導電是離子化合物解析:②若驗證一種化合物是共價化合物還是離子化合物,可測其熔融狀態(tài)下是否導電,若不導電是共價化合物,導電則是離子化合物。思維建模分子晶體的判斷方法(1)依據物質的類別判斷。部分非金屬單質、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、絕大多數有機物都是分子晶體。(2)依據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)依據物質的性質判斷。分子晶體的硬度小,熔點、沸點低,在熔融狀態(tài)和固態(tài)時均不導電?！褐R整合提升』學科素養(yǎng)測評據報道,科研人員應用計算機模擬出結構類似C60的物質N60。已知:①N60中每個氮原子均以N—N結合三個N而形成8電子穩(wěn)定結構;②N—N的鍵能為193kJ·mol-1。請回答下列問題。(1)N60組成的晶體為

晶體,其熔、沸點比N2的

(填“高”或“低”),原因是