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同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

第二节　分子晶体与共价晶体 第1课时　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 任务一　认识分子晶体 　　　　　　　　　　　　　　　　 【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？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：分子晶体是由分子组成的。 1．概念及物理性质 概念 只含分子的晶体 粒子间的作用 相邻的分子间靠分子间作用力相互吸引 物理性质 熔、沸点较低，硬度较小 【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。 2．常见的分子晶体 物质类别 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)等 部分非金属氧化物 CO2、P4O6、P4O10、SO2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 【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(×) 提示：稀有气体形成的分子晶体中不存在共价键。 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(×) 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。 提示：根据沸点数据可知，第一组物质属于分子晶体。 问题2：分析第二组物质沸点的变化趋势，其原因是什么？ 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。 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：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 任务二　分子晶体的结构及两种典型的分子晶体 【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，水分子间主要通过氢键形成晶体。由于氢键具有一定的方向性，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，使水分子间构成四面体骨架结构。其结构可用下图表示。 (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。 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分子间只存在范德华力，不存在氢键。 ②每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。 ③每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。 (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 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＝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 学科网（北京）股份有限公司 $$