第3章 第2节 课时1 分子晶体-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019 单选）

正禾一本通 一轮总复习 多媒体课件 英语（人教版） 第三章 晶体结构与性质 第二节　分子晶体与共价晶体 　第1课时　分子晶体 任务一 认识分子晶体 教材基础·预习 酸 核心能力·探究 任务二 分子晶体的结构及两种典型的分子晶体 教材基础·预习 课下巩固训练(十七)　 分子晶体 学习目标 素养解读 1.能辨识常见的分子晶体，并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。 2．能利用分子晶体的通性推断常见的分子晶体，理解分子晶体中微粒的堆积模型，并能用均摊法对晶胞进行分析 认识C60、干冰等分子晶体的结构及微粒间的作用力，能理解冰、干冰的晶胞模型，能利用理论模型解释或推测物质的组成、结构、性质与变化，发展宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养 【情境诱思】 观查下面的碘晶体、干冰晶体，思考组成分子晶体的微粒是什么？ INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Temp\\ksohtml2680\\wps94.jpg" \* MERGEFORMATINET 提示：分子晶体是由分子组成的。 较低 较小 【提醒】 (1)分子晶体一般是绝缘体，熔融状态也不导电，溶解性一般符合“相似相溶”规律。 (2)分子晶体中分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之越低。 (3)具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。 1．概念及物理性质 概念 只含分子的晶体 粒子间的作用 相邻的分子间靠 相互吸引 物理性质 熔、沸点 ，硬度 分子间作用力 有机物 2．常见的分子晶体 物质类别 实例 所有 H2O、NH3、CH4等 部分 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等 部分 CO2、P4O6、P4O10、SO2等 稀有气体 He、Ne、Ar等 几乎所有的 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 绝大多数 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 非金属氢化物 非金属单质 非金属氧化物 × × 【易错辨析】 1．组成分子晶体的微粒是分子，在分子晶体中一定存在共价键和分子间作用力( ) 2．分子晶体熔化时一定破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键( ) 3．分子晶体熔化或溶于水均不导电( ) 4．分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大( ) × 提示：稀有气体形成的分子晶体中不存在共价键。 √ 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 第二组 第三组 第四组 A：－268.8 F2：－187.0 HF：19.4 H2O：100.0 B：－249.5 Cl2：－33.6 HCl：－84.0 H2S：－60.2 C：－185.8 Br2：58.7 HBr：－67.0 H2Se：－42.0 D：－151.7 I2：184.0 HI：－35.3 H2Te：－1.8 问题1：判断第一组物质的晶体类型是什么。 问题2：分析第二组物质沸点的变化趋势，其原因是什么？ 问题3：分析第三、四组数据，为什么HF、H2O的沸点在本组数据中最高？ 提示：根据沸点数据可知，第一组物质属于分子晶体。 提示：第二组物质沸点逐渐升高，是因为分子间作用力逐渐增大。 提示：HF、H2O中存在氢键。 【要点归纳】 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、绝大多数有机物都是分子晶体。 (2)依据组成晶体的粒子及粒子间作用力判断 组成分子晶体的微粒是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。 (3)依据物质的性质判断 分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固态时均不导电。 2．分子晶体熔、沸点高低的判断 (1)组成与结构相似，且分子之间只存在范德华力的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点越高。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。 (2)具有氢键的分子晶体的熔、沸点反常地高，所以HF 、H2O 、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。如H2O>H2Se>H2S。 (3)组成和结构不相似、相对分子质量相等或相近的分子晶体，分子的极性越大，熔、沸点越高，如CO的熔、沸点比N2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，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。 【典例分析】 【典例1】 (1)OF2的熔、沸点_____(填“高于”或“低于”)Cl2O，原因是______。 (2) Ti的四卤化物熔点如下表所示，TiF4的熔点高于其他三种卤化物的，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，原因是_____________________。 化合物 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 熔点/℃ 377 －24.12 38.3 155 答案：(1)低于　OF2和Cl2O都是分子晶体，结构相似，Cl2O的相对分子质量大，Cl2O的熔、沸点高　(2)TiCl4、TiBr4、TiI4均为分子晶体，结构相似，随相对分子质量的增大分子间作用力增大，熔点逐渐升高 【对点练】 1.下列属于分子晶体性质的是(　　) A．熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 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．熔点为97.81 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm-3 解析：选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；分子晶体在固态时不导电，熔化时也不导电。 2．下列物质，按沸点降低的顺序排列的一组是(　　) A．HF、HCl、HBr、HI B．F2、Cl2、Br2、I2 C．H2O、H2S、H2Se、H2Te D．CI4、CBr4、CCl4、CF4 答案：D 【情境诱思】 硫化氢和水分子结构相似，但硫化氢晶体中，一个硫化氢分子周围有12个紧邻的分子，而冰中一个水分子周围只有4个紧邻的分子，为什么？ 提示：硫化氢晶体中只存在范德华力，属于分子密堆积，而冰中主要作用力是氢键，氢键具有方向性，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。 1．分子晶体的结构特征 分子堆积形式 分子密堆积 分子非密堆积 作用力 范德华力 范德华力和氢键 分子堆积形式 分子密堆积 分子非密堆积 空间特点 每个分子周围最多可以有12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.冰晶体 (1)结构：冰晶体中，水分子间主要通过 形成晶体。由于氢键具有一定的 ，一个水分子与周围四个水分子结合，这四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 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，使水分子间构成四面体骨架结构。其结构可用下图表示。 氢键 方向性 四 (2)性质：由于氢键具有方向性，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。 12 12 3．干冰 (1)结构：固态CO2称为干冰，干冰也是分子晶体。 ①干冰中的CO2分子间只存在 ，不存在 。 ②每个晶胞中有 个CO2分子， 个原子 ③每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为 个。 范德华力 氢键 4 (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；干冰的密度比冰的高。 【开拓思维】 冰融化和干冰升华克服的作用力完全相同吗？ 提示：不完全相同。冰融化克服了范德华力和氢键，而干冰升华只克服了范德华力。 【对点练】 3．下图为冰的一种骨架形式，以此为单位向空间延伸，该冰中的每个水分子有氢键(　　 ) A．2个 B．4个 C．8个 D．12个 答案：A 4．某分子晶体晶胞结构模型如图，下列说法正确的是(　　) A．该晶胞模型为分子密堆积 B．该晶胞中分子的配位数为8 C．分子晶体的晶胞均可用此模型表示 D．该晶体熔、沸点高、硬度大 解析：选A。该分子晶体中以一个分子为中心，周围可以有12个紧邻的分子，为分子密堆积，A正确，B错误；分子晶体晶胞类型很多，还有简单立方堆积等，C错误；分子晶体的熔、沸点低，硬度小，故D错误。 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列分子晶体：①HCl、②HBr、③HI、④CO、⑤N2、⑥H2，熔、沸点由高到低的顺序是( ) A．①②③④⑤⑥ B．③②①⑤④⑥ C．③②①④⑤⑥ D．⑥⑤④③②① 答案：C 2．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．基本构成微粒间以分子间作用力相结合 D．熔点一般比较低 答案：C 3．现代无机化学对硫­氮化合物的研究是最为活跃的领域之一。其中如图是已经合成的最著名的硫­氮化合物的分子结构。下列说法正确的是(　　) A．该物质的分子式为SN B．该物质的分子中既有极性键又有非极性键 C．该物质具有很高的熔、沸点 D．该物质与化合物S2N2互为同素异形体 解析：选B。分子式为S4N4。从分子结构图上可知，分子中存在N—S极性键和S—S非极性键。 4．(2024·山西吕梁高二统考)干冰的晶胞结构如图，晶胞边长为a pm，下列说法错误的是(　　) A．干冰属于分子晶体 B．该晶胞中含有的CO2分子数为4 C．相邻且距离最近的两个CO2分子之间的距离为 eq \f(\r(2)a,2) pm D．该晶胞中，CO2分子周围等距且距离最近的CO2分子数为4 解析：选D。该晶胞中，以某个顶角CO2为例，该CO2分子周围等距且距离最近的CO2分子位于面心处，个数为 eq \f(3×8,2)＝12，D错误。 5．(1)比较下列化合物沸点的高低(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：________________________________________________________。 答案：(1)①< ②> ③> ④< ⑤> ⑥> (2)①分子 ②在熔融状态下，试验AlCl3是否导电，若不导电，是共价化合物，若导电，是离子化合物 【基础达标练】 1．下列关于分子晶体的说法正确的是(　　) A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 B．分子晶体熔化时破坏共价键 C．冰和Br2都是分子晶体 D．稀有气体不能形成分子晶体 解析：选C。分子晶体的稳定性与化学键有关，共价键越强，稳定性越大，而分子间作用力只影响物质的物理性质，A错误；分子晶体熔化时破坏分子间作用力，B错误；冰和Br2都是由分子构成的分子晶体，C正确；稀有气体的构成微粒是分子，能形成分子晶体，故D错误。 2．已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190 ℃，则下列结论不正确的是(　　) A．氯化铝是电解质 B．固态氯化铝是分子晶体 C．固态氯化铝是离子化合物 D．氯化铝为非极性分子 解析：选C。氯化铝溶于水可导电，为电解质， A正确；氯化铝熔点较低，为分子晶体，B正确；氯化铝的熔点低，应为分子晶体，是共价化合物，C错误；氯化铝易溶于有机物，空间结构为平面三角形，为非极性分子，D正确。 3．支持固态氨是分子晶体的事实为(　　) A．氮原子不能形成阳离子 B．铵离子不能单独存在 C．常温下氨是气态物质 D．氨极易溶于水 解析：选C。常温下氨是气态物质，说明NH3的熔点和沸点低，微粒之间的作用力小，所以固态的氨是分子晶体；只有分子晶体在常温下才可能呈气态，反之，常温下呈气态的物质形成的晶体一定属于分子晶体。 4．碘的熔、沸点低，原因是(　　) A．碘的非金属性较弱 B．I—I的键能较小 C．碘晶体属于分子晶体 D．I—I共价键的键长较长 解析：选C。碘单质为双原子分子，属于分子晶体，分子间作用力较弱，其熔、沸点较低，与非金属性、I—I的键能和键长无关，C正确。 5．(2024·浙江衢州高二联考)冰的晶胞结构如图所示。下列相关说法不正确的是(　　) A．硫化氢晶体结构和冰相似 B．冰晶体中，相邻的水分子均以氢键结合 C．晶胞中z方向上的两个氧原子最短距离为d，则冰晶胞中的氢键键长为d D．冰晶体中分子间氢键存在方向性、饱和性，晶体有较大空隙，因此密度比液态水小 解析：选A。硫化氢分子间不存在氢键，冰中水分子间存在氢键，因此两者结构不相似，A错误。 6．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分子周围有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 解析：选B。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；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× eq \f(1,8)＋6× eq \f(1,2)＝4，D错误。 7．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____________。 ③假设碘晶胞中立方体的边长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘晶体的密度为________g·cm-3。(已知I的相对原子质量为127) 解析：(3)一个晶胞中含有的碘分子数为8× eq \f(1,8)＋6× eq \f(1,2)＝4，即含有8个碘原子。一个晶胞的体积为a3 cm3，则碘晶体的密度为 eq \f(1 016,a3NA) g·cm-3。 答案：(1)分子　(2)4　1∶1　(3)①分子　②范德华力　③ eq \f(1 016,a3NA) 【能力提升练】 8．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 解析：选C。①、④、⑤、⑥构成的晶体为一维、二维或三维空间结构，且粒子在空间中通过化学键连接，故它们不可能是分子晶体；而②、③都不能再以化学键与其他原子结合，故可能为分子晶体。 9．在20世纪90年代末期，科学家发现并证明碳有新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C90、C94等另外一些球碳分子。21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家族。下列有关说法错误的是( ) A．熔点比较：C60＜C70＜C90 B．C60、C70、管状碳和洋葱状碳之间的转化属于化学变化 C．C60晶体结构如图所示，每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子有12个 D．C60、C70、管状碳和洋葱状碳都不能与O2发生反应 解析：选D。C60、C70、C90都属于分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，A正确；C60、C70、管状碳和洋葱状碳属于不同物质，它们之间的转化属于化学变化，B正确；C60、C70、管状碳和洋葱状碳属于碳单质，在点燃条件下都能在O2中燃烧，D错误。 10．冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，其晶胞结构如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．冰晶胞内水分子间以共价键结合 B．每个冰晶胞平均含有4个水分子 C．水分子间的氢键具有方向性和饱和性，也是σ键的一种 D．已知冰中氢键的作用力为18.5 kJ·mol-1，而常见的冰的熔化热为336 J·g-1，这说明冰变成水，氢键部分被破坏(假设熔化热全部用于破坏氢键) 解析：选D。冰晶胞内水分子间主要以氢键结合，A项错误；由冰晶胞的结构可知，每个冰晶胞平均占有的分子个数为4＋ eq \f(1,8)×8＋6× eq \f(1,2)＝8，B项错误；水分子间的氢键具有方向性和饱和性，但氢键不属于化学键，C项错误；冰中氢键的作用力为18.5 kJ·mol-1，1 mol冰中含有2 mol氢键，而常见的冰的熔化热为336 J·g-1，也可写为6.05 kJ·mol-1，说明冰变为液态水时只是破坏了一部分氢键，液态水中仍存在氢键，D项正确。 11．正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是(　　) A．正硼酸晶体不属于分子晶体 B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关 C．分子中硼原子最外层为8电子稳定结构 D．含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键 解析：选D。A项，正硼酸晶体属于分子晶体；B项，H3BO3分子的稳定性与分子内部的共价键有关，与分子间氢键无关；C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结构；D项，1个H3BO3分子中含有3个氢键。 12．Xe是第五周期的稀有气体元素，与F形成的XeF2室温下易升华。下列关于XeF2的说法错误的是(　　) A．XeF2中心原子的价层电子对数为5 B．XeF2与I eq \o\al(－,3)空间结构不相同 C．XeF2是分子晶体 D．XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，则该晶胞中有2个XeF2分子 解析：选B。XeF2中心原子的价层电子对数为2＋ eq \f(1,2)(8－2×1)＝2＋3＝5，A正确；根据图中信息得到XeF2空间结构为直线形，I eq \o\al(－,3)空间结构也是直线形，两者空间结构相同，B错误；XeF2室温下易升华，说明XeF2是分子晶体，C正确；XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如题图所示，晶胞棱边夹角均为90°，则该晶胞中有8× eq \f(1,8)＋1＝2个Xe，有8× eq \f(1,4)＋2＝4个F，则晶胞中有2个XeF2分子，D正确。 13．据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60。 已知：①N60中每个氮原子均以N—N键结合三个N原子而形成8电子稳定结构； ②N—N键的键能为167 kJ·mol-1。 请回答下列问题： (1)N60组成的晶体为________晶体，其熔、沸点比N2________(填“高”或“低”)，原因是________________________________________________________。 (2)1 mol N60分解成N2时________(填“吸收”或“放出”)的热量是________kJ(已知N≡N键的键能为942 kJ·mol-1)，表明稳定性N60________(填“>”“<”或“＝”)N2。 (3)由(2)列举N60的一种用途：________________________________。 解析：(1)N60、N2形成的晶体均为分子晶体，因Mr(N60)>Mr(N2)，故N60晶体中分子的范德华力比N2晶体大，N60晶体的熔、沸点比N2晶体高。 (2)因N60中每个氮原子形成三个N—N键，每个N—N键被2个N 原子共用，故1 mol N60中存在N—N键：1 mol×60×3× eq \f(1,2)＝90 mol。发生的反应为N60===30N2，故ΔH＝90 mol×167 kJ·mol-1－30 mol×942 kJ·mol-1＝－13 230 kJ<0，为放热反应，表明稳定性：N2>N60。 (3)由于反应放出大量的热，同时生成大量气体，因此N60可用作高能炸药。 答案：(1)分子　高　N60、N2均形成分子晶体，N60的相对分子质量大，分子间作用力大，故熔、沸点高　(2)放出　13 230　<　(3)作高能炸药(其他合理答案也可) 14．按要求回答下列问题。 (1)在冰的结构中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接。在冰晶体中除氢键外，还存在范德华力(11 kJ·mol-1)。已知冰的升华热是51 kJ·mol-1，则冰晶体中氢键的能量是________kJ·mol-1。 (2)下图是部分卤素单质和XY型卤素互化物的沸点与其相对分子质量的关系。它们的沸点随着相对分子质量的增大而升高，原因是_________________。 试推测ICl的沸点所处的最小范围是________________________________。 解析：(1)1 mol冰中含有2 mol氢键，冰升华既克服氢键，又克服范德华力，所以氢键的能量为 eq \f(51 kJ·mol-1－11 kJ·mol-1,2)＝20 kJ·mol-1。 (2)Cl、Br、I三种元素形成的单质或互化物的相对分子质量为Cl2：71；Br2：160，I2：254，BrCl：115.5；IBr：207。题目所给的ICl的相对分子质量为162.5，介于Br2和IBr之间。 答案：(1)20　(2)相对分子质量越大，分子间作用力越强　介于Br2的沸点和IBr的沸点之间 $$