3.2.1 分子晶体 导学案 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

分子晶体 学习目标　1.知道分子晶体的概念及典型的分子晶体,认识分子晶体中的微粒种类及其微粒间的相互作用。2.借助冰、干冰等模型,能从微观角度分析分子晶体中各构成微粒之间的作用和对分子晶体物理性质的影响。 一、分子晶体的概念和性质 (一)知识梳理 1.概念 只含　　　　的晶体称为分子晶体。  2.物理性质 　　　　物理性质　　　　　　　原因 3.粒子间的相互作用 4.常见的分子晶体 物质种类 实例 所有　　　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　　  CO2、P4O10、SO2、SO3等 稀有气体 He、Ne、Ar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 (二)互动探究 碳单质及含碳化合物是一个庞大的家族。C60分子及CH4、C60晶胞示意图如下: 【问题讨论】 问题1　甲烷、C60的晶体类型相同吗? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题2　分子晶体溶于水时,化学键如何变化? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题3　查阅文献可知氯化铝的化学式为AlCl3,熔点306 ℃、沸点315 ℃,能升华,为共价化合物;熔融的氯化铝不易导电。根据这些性质,氯化铝属于什么晶体? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【探究归纳】 1.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。 2.分子晶体的熔、沸点 (1)分子晶体熔沸点低的原因 分子晶体中粒子间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体,因此,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)分子晶体的熔、沸点的判断 ①分子晶体熔化或气化都是克服分子间作用力。分子间作用力越大,物质熔化或气化时需要的能量就越多,物质的熔、沸点就越高。 ②比较分子晶体的熔、沸点高低,实际上就是比较分子间作用力(包括范德华力和氢键)的大小。具体分析如下: a.组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高。如O2>N2,HI>HBr>HCl。 b.相对分子质量相等或相近时,极性分子的范德华力大,熔、沸点高,如CO>N2。 c.能形成氢键的物质,熔、沸点较高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S,HF>HCl,NH3>PH3。 3.分子晶体的导电性 分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由离子,因而不能导电。易溶于水的电解质(如HCl、醋酸等)在水中全部或部分电离而能够导电,不溶于水的物质或易溶于水的非电解质自身不能导电。 1.下列各组物质形成的晶体,均属于分子晶体的化合物是 (　　) A.NH3、HD、C10H18 B.PCl3、CO2、H2SO4 C.SO2、C60、P2O5 D.CCl4、Na2S、H2O2 2.医院在进行外科手术时,常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂,已知HgCl2有如下性质:①HgCl2晶体熔点较低;②HgCl2熔融状态下不导电;③HgCl2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl2的叙述中正确的是 (　　) A.HgCl2晶体属于分子晶体 B.HgCl2属于离子化合物 C.HgCl2属于电解质,且属于强电解质 D.HgCl2属于非电解质 3.下列属于某分子晶体性质的是 (　　) A.组成晶体的微粒是离子 B.能溶于CS2,熔点为112.8 ℃,沸点为444.6 ℃ C.熔点为1 400 ℃,可作半导体材料,难溶于水 D.熔点高,硬度大 二、典型的分子晶体的结构和性质 (一)知识梳理 1.分子晶体的堆积方式 项目 分子密堆积 分子非密堆积 作用力 只有　　　　　　,无　　　　  有分子间氢键,它具有　　　　性  空间特点 每个分子周围一般有　　　个紧邻的分子  空间利用率不高,留有相当大的空隙 举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰 2.两种典型分子晶体 (1)冰晶体 ①结构:冰晶体中,水分子间主要通过　　　　形成晶体。由于　　　　　　具有一定的方向性,一个水分子与周围　　　　　　个水分子结合,这　　　　个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子结合。这样,每个O原子周围都有四个H原子,其中两个H原子与O原子以共价键结合,另外两个H原子与O原子以氢键结合,使水分子间构成　　　　　　骨架结构。其结构可用下图表示。  ②性质:由于氢键具有　　　　,冰晶体中水分子未采取密堆积方式,这种堆积方式使冰晶体中水分子的空间利用率不高,留有相当大的空隙。当冰刚刚融化成液态水时,水分子间的空隙减小,密度反而增大,超过4 ℃时,分子间距离加大,密度逐渐减小。  (2)干冰 ①结构:固态CO2称为干冰,干冰也是分子晶体。CO2分子内存在C==O共价键,分子间存在范德华力,CO2的晶胞呈　　　　立方体形,立方体的每个顶角有一个CO2分子,每个面上也有一个CO2分子。每个CO2分子与　　　　个CO2分子等距离相邻(在三个互相垂直的平面上各4个或互相平行的三层上,每层上各4个)(如图所示)。  ②性质:干冰的外观很像冰,硬度也跟冰相似,熔点却比冰低得多,在常压下极易升华,在工业上广泛用作制冷剂;由于干冰中的CO2之间只存在　　　　不存在氢键,密度比冰的　　　　。  (二)问题探究 问题1　以冰中一个水分子为中心,画出水分子间最基本的连接方式(用结构式表示)。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题2　为什么液态水变为冰时,体积膨胀,密度减小? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题4　为什么干冰的密度比冰大?为什么冰的熔点比干冰高? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【探究归纳】　分子晶体的结构特点 (1)分子晶体的基本构成微粒是分子,分子之间普遍存在的作用力是范德华力,个别晶体中分子间还含氢键,如冰中。 (2)只存在范德华力的晶体,晶体中分子采取密堆积,晶胞中每一个分子周围一般有12个分子紧邻。含有氢键的晶体,由于氢键的方向性,晶体中分子之间不满足密堆积,空间利用率不高,留有相当大的空隙,所以密度会减小,但是熔、沸点往往会升高,如HF、NH3、冰等。 1.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.冰中存在氢键,每个水分子周围有4个紧邻的水分子 C.干冰比冰的熔点低,常压下易升华 D.干冰中只存在范德华力不存在氢键 2.如图是甲烷晶体的晶胞结构,图中每个小球代表一个甲烷分子(甲烷分子分别位于立方体的顶角和面心),下列有关该晶体的说法正确的是 (　　) A.该晶体与HI的晶体类型不同 B.该晶体熔化时只需要破坏共价键 C.SiH4分子的稳定性强于甲烷 D.每个顶角上的甲烷分子与之距离最近且等距的甲烷分子有12个 3.碘的晶胞结构示意图如图,下列说法正确的是 (　　) A.碘晶体熔化时需克服共价键 B.1个碘晶胞中含有4个碘分子 C.晶体中碘分子的排列有3种不同取向 D.碘晶体中每个I2周围等距且紧邻的I2有6个 分子晶体 一、 (一)1.分子　2.较低　较小　没有自由移动的带电粒子　非极性　极性　3.分子　分子间作用力　4.非金属　氧化物 (二) 问题1　相同,都是分子晶体。 问题2　有的溶于水破坏化学键,例如HCl;有的不破坏化学键,例如蔗糖、乙醇。 问题3　分子晶体。 对点训练 1.B　[分子晶体的构成微粒为分子,分子内部以共价键结合。HD属于分子晶体,但为单质,故A错误;PCl3、CO2、H2SO4均属于分子晶体,且为化合物,故B正确;C60属于分子晶体,但为单质,故C错误;Na2S中含有离子键,不属于分子晶体,故D错误。] 2.A　[由HgCl2的性质可知,HgCl2晶体属于分子晶体,属于共价化合物,是弱电解质。] 3.B　[分子晶体的主要性质有熔、沸点低,硬度小,极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性溶剂,固态时和熔化时均不导电。] 二、 (一)1.分子间作用力　氢键　方向　12　2.(1)①氢键　氢键　四　四　四面体　②方向性　(2)①面心　12　②范德华力　高 (二) 问题1 问题2　冰晶体中主要是水分子依靠氢键而形成的,因氢键具有一定的方向性,使水分子间的间距比较大,有很大空隙,比较松散。所以水结成冰后,体积膨胀,密度减小。 问题3　分子晶体的状态变化过程中破坏分子间作用力,不破坏共价键。 问题4　①干冰中的CO2之间只有范德华力,一个CO2周围有12个紧邻的CO2,分子采取密堆积方式排列,且相对分子质量:CO2>H2O,故干冰的密度比冰的大。②冰中水分子间的作用力除范德华力外,还有更强的氢键。 对点训练 1.A　[干冰是由分子密堆积形成的晶体,冰晶体中水分子间采取非密堆积的方式,A错误;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,故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子,B正确;干冰熔化只需克服范德华力,冰熔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正确;干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力,不存在氢键也不能形成氢键,D正确。] 2.D　[甲烷、HI晶体均属于分子晶体,A项错误;甲烷晶体属于分子晶体,熔化时只需要破坏分子间作用力,不需要破坏共价键,B项错误;C的非金属性比Si强,所以SiH4分子的稳定性弱于甲烷,C项错误;根据晶胞的结构可知,以晶胞中顶角上的甲烷分子为研究对象,与它距离最近且等距的甲烷分子分布在立方体的3个面心上,每个顶角上的甲烷分子被8个立方体共用,每个面心上的甲烷分子被2个立方体共用,所以每个甲烷分子周围与它距离最近且等距的甲烷分子有=12个,D项正确。] 3.B　[碘晶体为分子晶体,熔化时需克服分子间作用力,故A错误;1个碘晶胞中8个碘分子位于顶角,6个位于面心,则含有8×=4个碘分子,故B正确;由图可知, 晶体中碘分子的排列有2种不同取向,故C错误;碘晶体中每个I2周围等距且紧邻的I2位于面心,有12个,故D错误。] 学科网（北京）股份有限公司 $$