17（选必2）分子晶体（导学案1）

skybamboo · 发表于昨天 06:15

第二节　分子晶体与共价晶体
第1课时　分子晶体

发展目标	体系构建
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。

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、H2SO4、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

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)①每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。
②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。
三、分子晶体的物理性质
1．物理特性
(1)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，熔融状态也不导电。
(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。

1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(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       (√)
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、C10H8 　       B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SO2、SiO2、P2O5       D．CCl4、H2O、Na2O2
B　[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。]
3．(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，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)12　4

探究分子晶体结构与物理性质的关系

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。

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H—F、H—O、H—N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，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．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：

	NaCl	MgCl2	AlCl3	SiCl4	CaCl2
熔点/℃	801	712	190	－68	782
沸点/℃	1 465	1 418	230	57	1 600

根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是(　　)
A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4
C．NaCl、CaCl2 D．全部
B　[由于由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间作用力相互作用，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，不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，所以B项正确，A、C、D三项错误。]
2．下列有关冰和干冰的叙述不正确的是(　　)
A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体
B．冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子
C．干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华
D．干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子
A　[干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，分子采取密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力，冰融化需要克服范德华力和氢键，由于氢键作用力比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常压下易升华。]

分子晶体的判断方法
1依据物质的类别判断,部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。
2依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断,组成分子晶体的粒子是分子，粒子间作用是分子间作用力。
3依据物质的性质判断,分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。

1．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
B　[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。]
2．HF分子晶体、NH3分子晶体与冰的结构极为相似，在HF分子晶体中，与F原子距离最近的HF分子有(　　)
A．3个　　　B．4个　　　C．5个　　　D．12个
B　[根据HF分子晶体与冰结构相似可知，每个HF分子周围有4个HF分子与之最近，构成四面体，故B项正确。]
3．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、HI
B．F2、Cl2、Br2、I2
C．H2O、H2S、H2Se、H2Te
D．CI4、CBr4、CCl4、CF4
D　[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HF>HI>HBr>HCl；B中应为I2>Br2>Cl2>F2；C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S；只有D正确。]
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(　　)

A．1 mol冰中含有4 mol氢键
B．1 mol冰中含有4×5 mol氢键
C．平均每个水分子只含有2个氢键
5．(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。
①CO2________SO2　②NH3________PH3　③O3________O2
④Ne________Ar　⑤CH3CH2OH________CH3OH　⑥CO________N2
(2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.02×105 Pa)，但它在180 ℃即开始升华。请回答：
①AlCl3固体是________晶体。
②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，则晶体的熔、沸点越高，较容易比较六组物质熔、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)①<　②>　③>　④<　⑤>　⑥>(2)①分子　②在熔融状态下，试验其是否导电，若不导电是共价化合物，若导电是离子化合物

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[人教版] 17（选必2）分子晶体（导学案1）