1、第二节第二节 分子晶体与共价晶体分子晶体与共价晶体 第第 1 1 课时课时 分子晶体分子晶体 学业要求 核心素养建构 1.借助分子晶体模型认识分子晶体的结构特点。 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。 知识梳理 一、分子晶体的结构与物质类别 1.分子晶体的结构特点 (1)构成微粒及作用力 分子晶体 构成微粒：分子 微粒间的作用力：分子间作用力 (2)特征性质 分子晶体熔点低，硬度很小，不导电。 (3)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
2、堆积， 每个分子周围紧 邻的分子少于 12 个 如 HF、NH3、冰 微自测 1.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 解析 稀有气体元素组成的分子晶体中，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，所以不存在任何化学键，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 正确， C 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 错误。 答
3、案 B 2.分子晶体与物质的类别 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)等 部分非金属氧化物 CO2、P4O10、SO2、SO3等 几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 绝大多数有机物的晶体 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 微自测 2.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 解析 A 中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C 中，SiO2为共
4、价晶体；D 中，Na2O2 是离子化合物、离子晶体。 答案 B 二、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。 微自测 3.如图为冰晶体的结构模型，大球代表 O，小球代表 H。下列有关说法正确的是 ( ) A.冰晶体中每个水分子与另外 4 个水分子形成四面体 B.冰晶体具有空间网状结构，不是分子晶体 C.水分子间通过 HO 键形成冰晶体 D.冰融化后，水分子之间空隙增大 解析 冰晶体中的水分子是靠氢键结合在一起，氢键不是化学键，而是一种分
5、子 间作用力，故 B、C 两项均错误。H2O 分子形成氢键时沿 O 的 4 个 sp3杂化轨道 的伸展方向形成氢键，每个水分子可以与 4 个水分子形成氢键，从而形成空间四 面体构型，A 项正确。因为冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性，故水分子 靠氢键连接后，分子间空隙变大，因此冰融化成水后，体积减小，水分子之间空 隙减小，D 项错误。 答案 A 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)每个晶胞中有 4 个 CO2分子，12 个原子。 每个 CO2分子周围等距离紧邻的 CO2分子数为 12 个。 微自测 4.干冰熔点很低是由于( ) A.CO2是非极性分子 B
6、.C=O 键的键能很小 C.CO2化学性质不活泼 D.CO2分子间的作用力较弱 解析 干冰熔化时破坏的分子间作用力。 答案 D 探究一、分子晶体及其判断 从微观和宏观结合认识分子晶体 探究素材 1.分子晶体 只含分子的晶体叫分子晶体。如：干冰、碘晶体、冰等。构成分子晶体的粒子只 有分子。 特别提醒 稀有气体分子是单原子分子，稀有气体单质是由原子直接构成的分子 晶体，无化学键，晶体中只有分子间作用力。 2.分子晶体的判断方法 (1)可以根据物质的类别判断晶体是否为分子晶体； (2)可以根据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断是否为分子晶体： 构成分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力；
7、 (3)可以根据晶体的特征性质判断晶体是否为分子晶体： 熔、沸点和硬度：分子晶体的熔、沸点较低，硬度小； 导电性：分子晶体不导电，部分溶于水导电。 探究题目 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 解析 由分子构成的晶体，分子与分子之间靠分子间
8、作用力聚集在一起，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 正确，A、C、D 错误。 答案 B 从微观探析两种典型的分子晶胞模型 探究素材 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.晶体冰中有关氢键的易错点 (1)晶体冰中每个水分子可以与紧邻的 4 个水分子形成氢键(不是 2 个)； 1
9、 mol 水分 子平均形成 2 mol 氢键(不是 4 mol)。 (2)冰、氢氟酸中均有氢键，且 OHO 比 FHF 弱，但水的沸点更高，其原 因是平均每个水分子形成的氢键数比 HF 多。 (3)晶体冰的密度比液态水的小。在冰晶体中，每个分子周围只有 4 个紧邻的水分 子，由于水分子之间的主要作用力是氢键，氢键跟共价键一样具有方向性，即氢 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，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。 当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小， 密度反而增大。 探究题目 2.(1)
10、如图为干冰的晶体结构示意图。 通过观察分析，每个 CO2分子周围紧邻等距离的 CO2分子有_个，有 _种取向不同的 CO2分子。将 CO2分子视作质点，设晶胞边长为 a pm， 则紧邻的两个 CO2分子的距离为_pm。 (2)在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是_，还有_，由于该主 要作用力与共价键一样具有_性，故 1 个水分子周围只有_个紧邻 的水分子，这些水分子位于_的顶点。这种排列方式使冰晶体中水分子的 空间利用率_(填“较高”或“较低”)，故冰的密度比水的密度要 _(填“大”或“小”)。 解析 观察并分析干冰的晶体结构，可知在干冰晶体中，CO2分子排列为面心立 方堆积，顶点为一种取向，
11、三对平行面分别为三种不同取向。离顶点的 CO2分子 最近的是面心的分子，两者的距离为面对角线的一半，即 2 2 a pm。每个 CO2分子 周围紧邻且等距离的 CO2分子共有 12 个。在冰晶体中，水分子间的主要作用力 是氢键，氢键具有方向性，1 个水分子周围只有 4 个紧邻的水分子，使冰晶体中 水分子的空间利用率较低，分子的间距较大，结构中有许多空隙，造成冰的密度 小于水的密度。 答案 (1)12 4 2 2 a (2)氢键 范德华力 方向 4 四面体 较低 小 从分子间作用力和共价键对比提高综合分析能力 探究素材 作用力 作用力大小 意义 化学键 原子间 作用力大 影响化学性质(稳定性等)
12、、 物理性质 分子间作用力 分子之间 作用力小 影响物理性质(熔沸点等) 探究题目 3.判断正误，正确的打“”；错误的打“” 。 (1)分子晶体内只有分子间作用力。( ) (2)分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点越高。( ) (3)分子晶体中分子间氢键越强，分子越稳定。( ) (4)冰晶体融化时水分子中共价键发生断裂。( ) (5)水是一种非常稳定的化合物，这是由于水中存在氢键。( ) (6)由极性键形成的分子可能是非极性分子。( ) (7)水和冰中都含有氢键。( ) (8)分子晶体中一定存在范德华力，可能有共价键。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)
13、 探究二、分子晶体的物理性质及应用 从多角度认知分子晶体的物理性质 探究素材 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
14、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。 探究题目 4.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 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
15、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。 答案 D 从分子组成建构分子晶体熔沸点比较规律 探究素材 分子晶体熔、沸点比较规律 1.少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含 有 HF、HO、HN 等共价键的分子间可以形成氢键，所以 HF、H2O、NH3、 醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。 2.组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着 相对分子质量的增大，物质的熔、沸点逐渐升高。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。 3.相对分子质量相等或相近的极
16、性分子构成的分子晶体，其熔、沸点一般比非极 性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如 CO 的熔、沸点比 N2的熔、沸点高。 4.有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，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。 探究题目 5. 下列有关分子晶体熔点的高低叙述中，正确的是( ) A.Cl2I2 B.SiCl4CCl4 C.PH3NH3 D.C(CH3)4CH3CH2CH2CH2CH3 解析 NH3分子间存在氢键，分子间作用力大，PH3分子间不存在氢键，分子间 作用力弱，NH3的熔点高于 PH3，C 不正确；A、B、D 选项中均
17、无氢键，且固态 时都为分子晶体，物质结构相似，相对分子质量大的熔点高，故 A 不正确，B 正 确； 相对分子质量相同的烷烃的同分异构体， 支链越多， 熔点越低， 故 D 不正确。 答案 B 1.下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是( ) A.固态氢 B.固态氖 C.磷 D.三氧化硫 解析 稀有气体分子都属于单原子分子，因此稀有气体形成的晶体属于分子晶体 且由原子直接构成。其他分子晶体一般由分子构成，如干冰、冰等。 答案 B 2.三氯化铁常温下为固体，熔点 282 ，沸点 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。据此判断三氯化铁晶体是( ) A.金属晶体
18、 B.离子晶体 C.分子晶体 D.共价晶体 解析 分子晶体熔、沸点较低，该物质的熔、沸点较低，所以三氯化铁晶体为分 子晶体。 答案 C 3.SiCl4的分子结构与 CCl4相似，对其进行的下列推测中不正确的是( ) A.SiCl4晶体是分子晶体 B.常温、常压下 SiCl4是气体 C.SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子 D.SiCl4的熔点高于 CCl4 解析 由于 SiCl4具有分子结构，所以属于分子晶体。在常温、常压下 SiCl4是液 体。 CCl4的分子是正四面体结构， SiCl4与 CCl4的结构相似， 也是正四面体结构， 是含极性键的非极性分子。 影响分子晶体熔、 沸点的因素
19、是分子间作用力的大小， 在 SiCl4分子间、CCl4分子间只有范德华力，SiCl4的相对分子质量大于 CCl4的相 对分子质量，所以 SiCl4的分子间作用力比 CCl4的大，熔、沸点比 CCl4的高。 答案 B 4.下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列，正确的一组是( ) A.HF、HCl、HBr、HI B.F2、Cl2、Br2、I2 C.H2O、H2S、H2Se、H2Te D.CI4、CBr4、CCl4、CF4 解析 对结构和组成相似的分子晶体，其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升 高，但 HF、H2O 分子之间都存在氢键，熔、沸点反常。所以 A 中应为 HFHIHBrHCl；B 中应为 I2Br2Cl2F2；C 中应为 H2OH2TeH2SeH2S；只 有 D 正确。 答案 D 5.AB 型的化学式形成的晶体结构情况多种多样。 下列图示的几种结构中最有可能 是分子晶体的是( ) A. B. C. D. 解析 分子晶体中不存在共用，从各图中可以看出不存在共用现象，所以最 有可能是分子晶体。 答案 B