3.2.1 分子晶体（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版2019）

第二节　分子晶体与共价晶体 第1课时　分子晶体 目标导航 [知识导图] [课程标准] 1.借助分子晶体模型认识晶体的结构特点。 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。 知识点1　分子晶体与物质类别 1．构成微粒及粒子间的作用力 2．典型的分子晶体与物质类别 物质种类 实例 (1)所有__非金属氢化物__ 如H2O、NH3、CH4等 (2)部分__非金属单质__ 如卤素(X2)、O2、N2、硫(S8)、白磷(P4)、碳60(C60)、稀有气体等 (3)部分__非金属氧化物__ 如CO2、SO2、SO3、P2O5、P4O10等 (4)几乎所有的__酸__ 如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等 (5)绝大多数__有机物__ 如乙醇、乙酸、乙酸乙酯 3.分子晶体的特征性质 分子晶体熔点__低__、硬度很__小__。 4．分子晶体的堆积方式 分子间 作用力 堆积方式 实例 范德华力 分子采用__密堆积__，每个分子周围最多有__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 知识点2　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。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)分子晶体中，分子内存在化学键，分子间靠分子间作用力结合。(　×　) (2)分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键。(　√　) (3)分子晶体熔化时一定会破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键。(　√　) (4)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大。(　×　) (5)因水分子间存在着比范德华力更强的作用力——氢键，故水分子较稳定。(　×　) 名师提醒 (1)稀有气体为单原子分子，也属于分子晶体，不存在化学键。 (2)某些分子晶体的分子间存在氢键。 (3)氢键是一种较强的分子间作用力，影响物质的熔、沸点。分子的稳定性与分子内共价键的强弱有关。 探究点1　分子晶体及其判断 1．为什么冬季河水总是从水面上开始结冰？ 由于氢键的方向性，使冰晶体中四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个水分子相互吸引，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。 1．两种典型的分子晶胞 (1)干冰型：由于范德华力无方向性和饱和性，所以堆积特征为分子密堆积。 (2)冰型：由于氢键有方向性和饱和性，不能采用密堆积方式，其堆积特征为四面体型。 2．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。 【例题1】 在常温、常压下呈气态的化合物，降温使其固化得到的晶体属于(　　) A．分子晶体 B.共价晶体 C．离子晶体 D.何种晶体无法判断 思维导引：分子晶体的熔、沸点相对较低，通常状况下其状态为气态或液态。 答案　A 解析　常温、常压下呈气态的化合物说明其沸点较低，固化时得到分子晶体。 【变式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 答案　B 解析　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，很明显不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，B项正确，A、C、D项错误。 探究点2　分子晶体的性质 2．CO2的相对分子质量比H2O大，为什么干冰的熔、沸点比冰低？ 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。 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。影响分子晶体物理性质的主要因素是晶体中的分子间作用力(包括范德华力和氢键)。由于分子间作用力比化学键键能小得多，因此分子晶体的熔、沸点较低，硬度也很小。 (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、沸点高低的比较方法 【例题2】 (1)比较下列分子晶体熔、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____________________________________。 思维导引：根据物质的性质特点，结合分子间作用力和氢键解答相关问题。 解析　(1)分子间存在氢键、相对分子质量越大、分子极性越大的分子晶体，其熔、沸点越高。(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 【变式2】 SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其作出如下推断，其中正确的是(　　) ①SiCl4晶体是分子晶体　②常温、常压下SiCl4是液体　③SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子　④SiCl4的熔点高于CCl4 A．只有① B.只有①② C．只有②③ D.全部 答案　D 解析　CCl4在常温下是液体，形成的晶体是分子晶体，而SiCl4的结构与CCl4相似，都是由极性键形成的非极性分子，故SiCl4形成的晶体也是分子晶体，由于相对分子质量SiCl4>CCl4，故SiCl4的熔点高于CCl4。故选D项。 1．(分子晶体的判断)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 答案　B 解析　A项，P4(白磷)为单质，不是化合物，不符合题意；C项，SiO2不是分子晶体，不符合题意；D项，Na2O2是离子化合物，不是分子晶体，不符合题意。 2．(分子晶体的组成与结构)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 答案　B 解析　稀有气体元素组成的分子晶体，是原子间通过范德华力结合成的晶体，不存在任何化学键，A项错误；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项正确，C项错误；只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，D项错误。 3．(两种典型的分子晶胞模型)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 答案　A 解析　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，A项错误，B项正确；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，C项正确；干冰晶体中CO2分子间作用力只有范德华力，分子采取密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子，D项正确。 4．(分子晶体的性质)下列两组命题中，Ⅱ组中命题正确，且能用Ⅰ组中的命题加以解释的是(　　) 选项 Ⅰ组 Ⅱ组 A 相对分子量HCl＞HF 沸点：HCl高于HF B 键能：H—O＞H—S 沸点：H2O高于H2S C 分子间作用力：H2O＞H2S 稳定性：H2O强于H2S D 相对分子质量：HI＞HCl 沸点：HI高于HCl A.A B.B C.C D.D 答案　D 解析　由于相对分子质量：HCl＞HF，所以范德华力：HCl＞HF，但HF分子间存在氢键，而HCl分子间不存在氢键，所以沸点：HCl低于HF，A项错误；由于原子半径：O<S，键长：H—O<H—S，所以键能：H—O>H—S，但沸点与共价键的键能无关，H2O分子间存在氢键，所以沸点：H2O高于H2S，Ⅰ组命题不能解释Ⅱ组命题，B项错误；由于相对分子质量：H2S>H2O，所以范德华力：H2S>H2O，但H2O分子间存在氢键，所以分子间作用力：H2O>H2S，由于键能H—O>H—S，所以稳定性：H2O强于H2S，分子的稳定性与分子间作用力无关，Ⅰ组命题不能解释Ⅱ组命题，C项错误；由于相对分子质量：HI＞HCl，所以范德华力：HI＞HCl，所以沸点：HI＞HCl，D项正确。 5．(综合应用)(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为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，例如ClF3、BrF3等。已知反应Cl2(g)＋3F2(g)===2ClF3(g)　ΔH＝－313 kJ·mol－1，F—F键的键能为159 kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为242 kJ·mol－1，则ClF3中Cl—F键的平均键能为________ kJ·mol－1。ClF3的熔、沸点比BrF3的________(填“高”或“低”)。 (3)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)。 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)据焓变的含义可得242 kJ/mol＋3×159 kJ/mol－6×ECl－F＝－313 kJ/mol，解得Cl—F键的平均键能ECl－F＝172 kJ/mol；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，所以ClF3的熔、沸点比BrF3的低。(3)C60晶体结构类似于干冰，所以每个C60晶胞有4个C60分子(面心3个，顶角1个)，所以一个C60晶胞质量＝ g＝ g。 答案　(1)分子　(2)172　低　(3) 学科网（北京）股份有限公司 $$