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1.知道分子晶體的概念及典型的分子晶體,認識分子晶體中的微粒種類及其微粒間的相互作用。2.借助冰、干冰等模型,能從微觀角度分析分子晶體中各構成微粒之間的作用和對分子晶體物理性質的影響。學習目標一、分子晶體的概念和性質二、常見分子晶體結構模型及分析目錄CONTENTS課后鞏固訓練一、分子晶體的概念和性質知能通關1.概念只含____________的晶體稱為分子晶體。

分子2.粒子間的相互作用分子分子間作用力3.常見的分子晶體非金屬物質種類

實例所有________氫化物

H2O、NH3、CH4等部分非金屬單質鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分非金屬________CO2、P4O10、SO2、SO3等稀有氣體He、Ne、Ar等幾乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等絕大多數(shù)有機物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等氧化物下列物質是由分子構成的純凈物的是________。

①NaH

②金剛石

③水晶

④C60

⑤濃H2SO4⑥冰醋酸

⑦BeCl2小題對點過④⑥⑦4.物理性質(1)分子晶體熔、沸點________________,硬度________。

(2)分子晶體不導電。(3)分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規(guī)律。較低很小(1)分子晶體熔點較低的原因是什么?____________________________________________________________________________________________________。

(2)分子晶體溶于水時,化學鍵如何變化?________________________________________________________________。

(3)查閱文獻可知氯化鋁的化學式為AlCl3,熔點306

℃、沸點315

℃,能升華,為共價化合物;熔融的氯化鋁不易導電。根據(jù)這些性質,氯化鋁屬于________晶體。

小題對點過分子晶體熔化時破壞分子間作用力(氫鍵、范德華力),由于分子間作用力較弱,所以分子晶體熔點較低

有的溶于水破壞化學鍵,如HCl,有的不破壞化學鍵,如蔗糖、乙醇分子(4)下列說法的正確的是________。

①組成分子晶體的微粒是分子,在分子晶體中一定存在共價鍵和分子間的作用力②分子晶體熔化時一定破壞范德華力,有些分子晶體還會破壞氫鍵③分子晶體熔化或溶于水均不導電④分子晶體的熔、沸點越高,分子晶體中共價鍵的鍵能越大②分子晶體的判斷方法(1)依據(jù)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(shù)有機物的晶體都是分子晶體。(2)依據(jù)組成晶體的粒子及粒子間作用判斷,組成分子晶體的粒子是分子,粒子間作用是分子間作用力的是分子晶體。(3)依據(jù)物質的性質判斷,分子晶體的硬度小,熔、沸點低,在熔融狀態(tài)或固體時均不導電。1.下列各組物質形成的晶體,均屬于分子晶體的化合物是(

)A.NH3、HD、C10H18 B.PCl3、CO2、H2SO4C.SO2、C60、P2O5 D.CCl4、Na2S、H2O2解析分子晶體的構成微粒為分子,分子內部以共價鍵結合。HD屬于分子晶體,但為單質,故A錯誤;PCl3、CO2、H2SO4均屬于分子晶體,且為化合物,故B正確;C60屬于分子晶體,但為單質,故C錯誤;Na2S中含有離子鍵,不屬于分子晶體,故D錯誤。

B2.醫(yī)院在進行外科手術時,常用HgCl2稀溶液作為手術刀的消毒劑,已知HgCl2有如下性質:①HgCl2晶體熔點較低;②HgCl2熔融狀態(tài)下不導電;③HgCl2在水溶液中可發(fā)生微弱電離。下列關于HgCl2的敘述中正確的是(

)A.HgCl2晶體屬于分子晶體B.HgCl2屬于離子化合物C.HgCl2屬于電解質,且屬于強電解質D.HgCl2屬于非電解質解析由HgCl2的性質可知,HgCl2晶體屬于分子晶體,屬于共價化合物,是弱電解質。

A3.下列屬于某分子晶體性質的是(

)A.組成晶體的微粒是離子B.能溶于CS2,熔點為112.8℃,沸點為444.6℃C.熔點為1400℃,可作半導體材料,難溶于水D.熔點高,硬度大解析分子晶體的主要性質有熔、沸點低,硬度小,極性分子易溶于極性溶劑,非極性分子易溶于非極性溶劑,固態(tài)時和熔化時均不導電。

B4.(2025·淄博高二檢測)(1)CO能與金屬Fe形成化合物Fe(CO)5,該化合物熔點為253K,沸點為376K,其固體屬于__________晶體。

(2)F2與其他鹵素單質反應可以形成鹵素互化物,如ClF3、BrF3,常溫下它們都是易揮發(fā)的液體。ClF3的熔、沸點比BrF3的________(填“高”或“低”)。

分子低解析(1)由化合物熔點為253

K,沸點為376

K可知,其熔、沸點較低,所以為分子晶體。(2)組成和結構相似的分子晶體,相對分子質量越大,范德華力越大,熔、沸點越高,所以ClF3的熔、沸點比BrF3的低。

二、常見分子晶體結構模型及分析知能通關1.分子晶體的堆積方式分子間作用力項目分子密堆積分子非密堆積作用力只有________________________,

無_______________________有分子間氫鍵,它具有________性

空間特點每個分子周圍一般有________個緊鄰的分子

空間利用率不高,留有相當大的空隙舉例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰氫鍵方向12(1)分子密堆積的幾何原理是什么?為什么每個分子周圍有12個緊鄰的分子?小題對點過_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

①平面排列:假設分子為等徑小球,在一個平面上,每個分子周圍有6個緊鄰分子,形成六邊形排列;②立體排列:在立體空間中,每個平面上下各有3個分子,形成三角形排列。因此每個分子在空間中有12個緊鄰分子

(2)怎樣理解氫鍵的方向性?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

氫鍵的方向性是指Y原子與X—H形成氫鍵時,盡可能使氫鍵的方向與X—H鍵軸在同一條直線上,這樣可以使X與Y的距離最遠,兩原子電子云間的斥力最小,從而形成的氫鍵更強,體系更穩(wěn)定2.兩種典型的分子晶體的組成和結構(1)冰①水分子之間的主要作用力是______________,當然也有____________。

②由于________的方向性,使四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的________個相鄰水分子相互吸引。

③空間利用率不高,其密度比液態(tài)水的________。

(2)干冰①每個晶胞中有____________個CO2分子,________個原子。

②每個CO2分子周圍等距離且緊鄰的CO2分子數(shù)為________。

③空間利用率高,其密度比冰的________________________。

氫鍵范德華力氫鍵4小41212高(1)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。①冰晶體中存在著哪幾種微粒間的相互作用?_______________________________________________。

②冰融化成水時破壞的作用力是什么?_______________________________________________。

共價鍵、氫鍵、范德華力小題對點過氫鍵和范德華力(2)冬季河水結冰后,冰塊往往浮在水面,為什么冰的密度比水小呢?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(3)①為什么干冰的密度比冰大?___________________________________________________________________________________________________________。

②為什么冰的熔點比干冰的熔點高得多?_______________________________________________。

在冰的晶體中存在分子間氫鍵,每個水分子周圍有4個緊鄰的水分子,彼此之間形成四面體形。這一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,密度減小

由于干冰中的CO2之間只存在范德華力,一個分子周圍有12個緊鄰的分子,分子密堆積,密度比冰的大

水分子間存在分子間氫鍵,CO2之間只存在范德華力3.分子晶體的結構特點(1)分子晶體的基本構成微粒是分子,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,晶胞中每一個分子周圍一般有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、沸點往往會升高,如HF、NH3、冰等。1.下列有關冰和干冰的敘述不正確的是(

)A.干冰和冰都是由分子密堆積形成的晶體B.冰中存在氫鍵,每個水分子周圍有4個緊鄰的水分子C.干冰比冰的熔點低,常壓下易升華D.干冰中只存在范德華力不存在氫鍵A解析干冰是由分子密堆積形成的晶體,冰晶體中水分子間采取非密堆積的方式,A錯誤;冰晶體中水分子間除了范德華力之外還存在氫鍵,由于氫鍵具有方向性,故每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子,B正確;干冰熔化只需克服范德華力,冰熔化需要克服范德華力和氫鍵,由于氫鍵作用力比范德華力大,所以干冰比冰的熔點低得多,而且常壓下易升華,C正確;干冰晶體中CO2分子間作用力只是范德華力,不存在氫鍵也不能形成氫鍵,D正確。2.如圖是甲烷晶體的晶胞結構,圖中每個小球代表一個甲烷分子(甲烷分子分別位于立方體的頂角和面心),下列有關該晶體的說法正確的是(

)A.該晶體與HI的晶體類型不同B.該晶體熔化時只需要破壞共價鍵C.SiH4分子的穩(wěn)定性強于甲烷D.每個頂角上的甲烷分子與之距離最近且等距的甲烷分子有12個D

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分子。將CO2分子視作質點,設晶胞邊長為apm,則緊鄰的兩個CO2分子的距離為________pm。

(2)其密度為____________________________g·cm-3

(1pm=10-10cm)。

4

解析(1)頂角一種取向,三對平行面分別為三種取向,所以共有4種取向。兩個緊鄰CO2分子的距離為面對角線長的一半。

課后鞏固訓練A級

合格過關練選擇題只有1個選項符合題意題組一

分子晶體的概念和性質1.下列有關分子晶體的說法中一定正確的是(

)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.其結構一定為分子密堆積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,A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,B正確,C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,D錯誤。

2.下列物質按熔、沸點由高到低順序排列,正確的一組是(

)A.HF、HCl、HBr、HI B.F2、Cl2、Br2、I2C.H2O、H2S、H2Se、H2Te D.CI4、CBr4、CCl4、CF4解析對結構和組成相似的分子晶體,其熔、沸點隨著相對分子質量的增大而升高,但HF、H2O分子之間都存在氫鍵,熔、沸點反常。所以A中應為HF>HI>HBr>HCl;B中應為I2>Br2>Cl2>F2;C中應為H2O>H2Te>H2Se>H2S;只有D正確。

D3.下列性質適合于分子晶體的是(

)

C4.六氟化硫分子為正八面體構型(分子結構如圖所示),難溶于水,在高溫下仍有良好的絕緣性,在電器工業(yè)方面具有廣泛用途。下列推測正確的是(

)A.SF6中各原子均達到8電子穩(wěn)定結構B.SF6易燃燒生成SO2C.SF6分子是含有極性鍵的非極性分子D.SF6不是分子晶體解析由圖可知,SF6中氟原子滿足8電子結構,而硫原子為12電子結構,故A錯誤;SF6中硫元素的化合價為+6價,不能被氧化,則SF6不能燃燒生成SO2,故B錯誤;SF6分子結構對稱,分子中含有極性鍵,為非極性分子,故C正確;SF6屬于分子,為分子晶體,故D錯誤。

C題組二

分子晶體的結構5.下列說法正確的是(

)A解析A.同主族元素,從上到下原子半徑依次增大、非金屬性依次減弱、電負性依次減小,則最簡單氫化物中鍵長C—H<Si—H,鍵能C—H>Si—H,則共價鍵C—H>Si—H,最簡單氫化物分子中共價鍵越強,氫化物越穩(wěn)定,所以甲烷比硅烷穩(wěn)定,故A正確;B.三氯甲烷分子中碳原子為飽和碳原子,分子中只含有σ鍵,不含有π鍵,故B錯誤;C.分子晶體的構成微粒為分子,分子的分子間作用力越大,熔點和沸點越高,故C錯誤;D.三氧化硫分子中硫原子的價層電子對數(shù)為3,原子的雜化方式為sp2雜化;三聚三氧化硫分子中硫原子形成4個鍵,雜化方式為sp3雜化,所以兩種形式中硫原子的雜化軌道類型不同,故D錯誤。6.干冰晶體的晶胞如圖1所示,形狀是邊長為anm的立方體,沿AB連線方向的投影圖如圖2所示。下列說法錯誤的是(

)

D

7.已知晶體X2的立方晶胞三視圖如下圖所示,晶胞體心位置無微粒占據(jù)。X2的摩爾質量為Mg·mol-1,其晶胞參數(shù)為acm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。下列說法錯誤的是(

)

D

8.正硼酸(H3BO3)是一種片層狀結構的白色晶體,有與石墨相似的層狀結構。層內的H3BO3分子通過氫鍵相連(如圖)。下列有關說法正確的是(

)A.正硼酸晶體屬于分子晶體B.H3BO3分子的穩(wěn)定性與氫鍵有關C.分子中硼原子雜化軌道的類型為sp3D.1molH3BO3晶體中含有6mol氫鍵A解析A.正硼酸晶體中存在H3BO3分子,且該晶體中存在氫鍵,說明硼酸由分子構成,是分子晶體,A正確;B.分子的穩(wěn)定性與分子內的B—O、H—O共價鍵有關,熔沸點與氫鍵有關,B錯誤;C.B只形成了3個單鍵,沒有孤電子對,所以采取sp2雜化,C錯誤;D.1個硼酸分子形成了6個氫鍵,但每個氫鍵是2個硼酸分子共用的,所以平均含3個氫鍵,則含有1

mol

H3BO3的晶體中有3

mol氫鍵,D錯誤。9.據(jù)《新科學》雜志報道,科研人員在20℃、1個大氣壓和其他一定的實驗條件下,給水施加一個弱電場,水就可以結成冰,稱為“熱冰”。如圖是水和“熱冰”微觀結構的計算機模擬圖。(1)以上信息體現(xiàn)了水分子具有________性,水分子中氧原子的雜化方式為__________________________。

(2)參照熱冰的圖示,以一個水分子為中心,畫出水分子間最基本的連接方式(用結構式表示):__________________。

極sp3雜化(3)①固體二氧化碳外形似冰,受熱氣化無液體產生,俗稱“干冰”。干冰的晶胞結構如圖所示。

一個晶胞中有________個二氧化碳分子;在一個二氧化碳分子中所含的化學鍵類型與數(shù)目為_________________________。

②取兩塊大小相同的干冰,在一塊干冰中央挖一個小穴,撒入鎂粉,用紅熱的鐵棒引燃后,再蓋上另一塊干冰,出現(xiàn)的現(xiàn)象為_____________________________________________________,

發(fā)生反應的化學方程式是_______________