第3章 第2节 第1课时 分子晶体-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（人教版2019 单选版）

化学　选择性必修2[RJ] 第二节　分子晶体与共价晶体 第一课时　分子晶体 1.能辨认常见的分子晶体，并能从微观角度分析分子晶体的结构特征。2.借助分子晶体模型说明分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用，以及范德华力与氢键对分子晶体结构与性质的影响，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。 1．分子晶体及其物理特性 只含分子的晶体称为分子晶体。在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。分子晶体有低熔点、硬度很小等特性。 2．典型的分子晶体及其类别 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)、碳60(C60)等 部分非金属氧化物 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 3.分子晶体的结构特征 (1)分子晶体的堆积方式 分子密堆积 分子非密堆积 微粒间作用力 范德华力 范德华力和氢键 空间特点 通常每个分子周围有12个紧邻的分子(见图Ⅰ) 每个分子周围紧邻的分子小于12个，空间利用率不高(见图Ⅱ) 举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰 (2)两种典型的分子晶体的组成和结构 ①冰中水分子之间的主要作用力是氢键，在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键，却跟共价键一样具有方向性(见图Ⅱ)。 ②干冰是CO2的晶体，干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，而熔点却比冰低得多，在常压下极易升华，由于干冰中的CO2分子之间只存在范德华力，不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻分子(见图Ⅲ)，密度比冰的高。干冰在工业上广泛用作制冷剂。 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)非金属氧化物呈固态时，一定属于分子晶体。(　　) (2)分子晶体熔化时一定破坏了范德华力。(　　) (3)干冰晶体升华时，分子内共价键会发生断裂。(　　) (4)分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点越高。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)× 解析：(1)SiO2不是分子晶体。 (3)干冰晶体属于分子晶体，分子之间通过分子间作用力形成晶体，升华时破坏分子间作用力，没有破坏化学键。 (4)分子晶体中，共价键键能大小与熔、沸点高低无关。 2．下列物质中，属于分子晶体的化合物是(　　) A．石英 B．白磷 C．干冰 D．氯化钠 答案：C 解析：白磷和干冰是分子晶体，但白磷是单质。 3．下列有关分子晶体的说法中正确的是(　　) 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．分子晶体均为化合物 答案：B 解析：由稀有气体组成的晶体中，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，而氢键只存在于部分晶体中，B正确，C错误。分子晶体还包括一些单质，如稀有气体，D错误。 4．下列关于CH4和CO2的说法错误的是(　　) A．固态时两者均属于分子晶体 B．CH4分子中含有极性共价键，但是非极性分子 C．CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp D．因为碳氢键键能小于碳氧双键，所以CH4的熔点低于CO2 答案：D 5．如图所示，甲、乙、丙分别表示C60、二氧化碳、碘晶体的晶胞结构模型。 请回答下列问题： (1)C60的熔点为280 ℃，从晶体类型来看，C60属于________晶体。 (2)二氧化碳晶胞中显示出的二氧化碳分子数为14，实际上一个二氧化碳晶胞中含有____个二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ键与π键的个数比为________。 (3)①碘晶体属于________晶体。 ②碘晶体熔化过程中克服的作用力为________。 答案：(1)分子　(2)4　1∶1　 (3)①分子　②分子间作用力 知识点　分子晶体的结构特点和物理性质 1．两种典型分子晶体的结构 物质 晶胞或结构模型 结构特点 干冰 a.相邻分子间只存在范德华力 b．每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子 c．每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子有12个 冰 a.水分子之间的作用力有范德华力和氢键，但主要作用力是氢键 b．由于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个相邻的水分子相互吸引 2.分子晶体的物理性质 (1)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。 (2)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。 (3)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，具体熔、沸点高低比较如下： ①组成和结构相似、不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。如：I2>Br2>Cl2>F2，HI>HBr>HCl。 ②组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量相等或接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高。如：CO>N2。 ③分子间氢键会导致熔、沸点反常升高。如：H2O>H2Te>H2Se>H2S。 ④对于有机物来讲，分子式相同，支链越多，熔、沸点越低。如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3> 。 ⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点升高。如：C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。 [练1]　下列各组物质都属于分子晶体的是(　　) A．碘、二氧化碳、白磷、C60 B．NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硅 C．SO2、金刚石、N2、铜 D．醋酸、甲烷、石墨、氧化钠 答案：A 解析：B项，NaCl和二氧化硅不属于分子晶体；C项，金刚石和铜不属于分子晶体；D项，石墨和氧化钠不属于分子晶体。 [练2]　甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是(　　) A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子 B．晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子 C．甲烷晶体熔化时需克服共价键 D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子 答案：B 解析：题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错误；由甲烷晶胞分析，位于晶胞顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在晶胞的面上，因此每个都被2个晶胞共用，且顶点处的甲烷分子被8个晶胞共用，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×＝12，B正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C错误；甲烷晶胞中甲烷分子的个数为8×＋6×＝4，D错误。 [练3]　比较下列物质的熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。 (1)CO2____SO2。 (2)NH3____PH3。 (3)O3____O2。 (4)Ne____Ar。 (5)CH3CH2OH____CH3OH。 (6)CO____N2。 答案：(1)<　(2)>　(3)>　(4)<　(5)>　(6)> 本课总结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ 对点 分子晶体 分子晶体的判断 分子晶体作用力 分子晶体沸点高低判断 分子晶体的判断 分子间作用力 分子晶体的判断及性质 分子晶体结构、性质及有关计算 题号 9 10 11 12 13 14 难度 ★★ ★★ ★★★ ★★ ★★ ★★★ 对点 分子晶体的判断 分子晶体的判断与有关计算 分子晶体的性质 分子晶体的判断、结构及性质 分子晶体的判断、结构及性质 分子晶体的判断与有关计算 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．分子晶体具有某些特征的本质原因是(　　) A．组成晶体的基本微粒是分子 B．熔融时不导电 C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合 D．熔点一般比较低 答案：C 2．下列物质属于分子晶体，且属于化合物的一组是(　　) A．NH3、HD、CH4 B．PCl3、CO2、H2SO4 C．SO2、O2、P2O5 D．CCl4、Na2S、H2O2 答案：B 3．下列关于分子晶体的说法正确的是(　　) A．干冰升华时，分子内共价键被破坏 B．稀有气体元素组成的晶体中存在非极性键 C．水汽化时分子间距离增大 D．白磷熔化时，分子间氢键被破坏 答案：C 解析：干冰升华只是由CO2固体变成CO2气体，改变的是CO2的分子间距离和分子间作用力，与分子内的共价键无关，A错误；稀有气体元素组成的晶体是原子间通过范德华力结合而成，不存在化学键，B错误；白磷中不存在氢键，D错误。 4．下列关于物质沸点高低的比较正确的是(　　) A．CH4>SiH4>GeH4 B．NH3>AsH3>PH3 C．Cl2>Br2>I2 D．C(CH3)4>(CH3)2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3 答案：B 解析：一般情况下，对于组成和结构相似的分子晶体，分子晶体的沸点随相对分子质量的增大而升高，即沸点：CH4<SiH4<GeH4、Cl2<Br2<I2，A、C错误；氨气分子间存在氢键，沸点较高，即沸点：NH3>AsH3>PH3，B正确；相对分子质量相同的烷烃，其支链越多，沸点越低，即沸点：C(CH3)4<(CH3)2CHCH2CH3<CH3CH2CH2CH2CH3，D错误。 5．某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构类似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是(　　) A．该物质有很高的熔点、很大的硬度 B．该物质形成的晶体属于分子晶体 C．该物质分子中Si60被包裹在C60里面 D．该物质的摩尔质量为2400 答案：B 解析：由分子式及题中信息可知该物质为分子晶体，分子晶体的熔点低、硬度小，A错误，B正确；硅的原子半径比碳大，所以C60Si60的外层为Si60，内层为C60，C错误；它的分子式为C60Si60，所以该物质的相对分子质量＝(12＋28)×60＝2400，摩尔质量为2400 g/mol，D错误。 6．下列说法正确的是(　　) A．范德华力普遍存在于分子之间，如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合 B．H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的 C．冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶4 D．氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大 答案：D 解析：液态水中因分子间氢键的存在使水分子发生缔合，A错误；虽然H2SO4为强电解质，但是硫酸晶体是分子晶体，不能导电，B错误；冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，两个水分子间只能形成一个氢键，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶2，C错误；氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时水分子之间的空隙变大，故其体积会变大，D正确。 7．下列说法中正确的是(　　) A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同 B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近 C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键 D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体 答案：D 解析：A中C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子间可形成氢键，其熔、沸点比甲酸甲酯高；C中HCl溶于水破坏的是共价键。 8．C60分子和C60晶胞示意图如图所示。下列关于C60晶体的说法不正确的是(　　) A．C60晶体可能具有很高的熔、沸点 B．C60晶体可能易溶于四氯化碳中 C．C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240 D．C60晶体中每个C60分子与12个C60分子紧邻 答案：A 解析：C60晶体是分子晶体，不可能具有很高的熔、沸点。 9．AB型物质形成的晶体多种多样。下列图示的几种结构中最有可能是分子晶体的是(　　) A．①②③④ B．②③⑤⑥ C．②③ D．①④⑤⑥ 答案：C 10．自从第一次合成稀有气体元素的化合物XePtF6以来，人们又相继发现了氙的一系列化合物，如XeF2、XeF4等。如图甲为XeF4的结构示意图，图乙为XeF2晶体的晶胞结构图。下列有关说法错误的是(　　) A．XeF4是非极性分子 B．XeF2晶体属于分子晶体 C．一个XeF2晶胞中实际拥有2个XeF2 D．若XeF2晶胞被拉伸为立方体，则XeF2晶体中距离最近的两个XeF2之间的距离为(a为晶胞边长) 答案：D 解析：根据XeF2的晶胞结构可知，立方体体心的XeF2与每个顶角的XeF2之间的距离最近且相等，该距离为体对角线长度的一半，即为，D错误。 11．有四组同一族元素所形成的不同物质，在101 kPa时测定它们的沸点(℃)如下表所示： 第一组 A －268.8 B －249.5 C －185.8 D －151.7 第二组 F2 －187.0 Cl2 －33.6 Br2 58.7 I2 184.0 第三组 HF 19.4 HCl －84.0 HBr －67.0 HI －35.3 第四组 H2O 100.0 H2S －60.2 H2Se －42.0 H2Te －1.8 下列各项判断正确的是(　　) A．第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子中化学键键能最大 B．第三组与第四组相比较，氢化物的稳定性：HBr>H2Se C．第三组物质溶于水后，溶液的酸性：HF>HCl>HBr>HI D．第一组物质是分子晶体，一定含有共价键 答案：B 解析：第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子之间可以形成氢键，A错误；Se和Br同为第四周期元素，Br的非金属性较强，故氢化物的稳定性：HBr>H2Se，B正确；第三组物质溶于水后，HF溶液的酸性最弱，C错误；第一组物质是分子晶体，但分子中不一定含有共价键，如稀有气体中无共价键，D错误。 12．如图是某无机化合物的二聚分子的结构示意图，该分子中A、B两种元素都位于第三周期，分子中所有原子的最外层都达到8个电子的稳定结构。下列说法不正确的是(　　) A．该物质的化学式是Al2Cl6 B．该物质是离子化合物，在熔融状态下能导电 C．该物质在固态时所形成的晶体是分子晶体 D．该物质中不存在离子键 ，也不含有非极性键 答案：B 解析：由A、B元素都位于第三周期，并且所有原子最外层都达到8个电子的稳定结构，可知A为Cl元素，B为Al元素，A正确；因该物质是二聚分子，故其固态时形成分子晶体，该物质是共价化合物，在熔融状态下不导电，B错误，C正确；该物质中不含离子键与非极性键，含极性键，D正确。 二、非选择题 13．回答下列问题： (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，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)如图为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；CO2空间结构为________。 答案：(1)分子　(2)低　(3)12　4　直线形 解析：(2)三氟化氯和三氟化溴是结构相似的分子晶体，三氟化溴的相对分子质量大于三氟化氯，分子间作用力大于三氟化氯，所以沸点高于三氟化氯。 (3)由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点的二氧化碳与位于面心的二氧化碳的距离最近，所以每个二氧化碳周围有12个二氧化碳与之紧邻；晶胞中位于顶点和面心的二氧化碳个数为8×＋6×＝4；二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2、孤电子对数为0，碳原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形。 14．(1)氯化铁常温下为固体，熔点为282 ℃，沸点为315 ℃，在300 ℃以上易升华，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断氯化铁晶体类型为________。 (2)德国和美国科学家研制出了由20个碳原子构成的空心笼状分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成的(如图所示)。C20分子共有________个正五边形，共有________个共价键，C20晶体属于________晶体。 (3)白磷(P4)与C60的晶体类型相同，P4的晶胞结构如图所示(小圆圈表示白磷分子)，已知晶体的密度为ρ g·cm－3，设阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞中含有的P原子的个数为________，该晶胞的边长为________cm(用含NA、ρ的式子表示)。 答案：(1)分子晶体　(2)12　30　分子　(3)16　 解析：(2)根据“由20个碳原子构成的空心笼状分子”可判断该物质一定是分子晶体。根据其结构可知每个碳原子形成3个C—C键，每个共价键被2个碳原子共用，所以含有的共价键数是＝30。因为每个共价键被2个正五边形共用，所以平均每个正五边形含有的共价键数是＝2.5，故C20分子共有正五边形的数目是＝12。 (3)白磷为分子晶体，由白磷的晶胞结构可知，该晶胞中含有的白磷分子的个数为8×＋6×＝4，一个白磷分子中含有4个磷原子，故该晶胞中含有的P原子的个数为4×4＝16，一个白磷晶胞的质量为 g，设白磷晶胞的边长为a cm，则＝ρ×a3，a＝。 9 学科网（北京）股份有限公司 $$