1、第二节分子晶体与共价晶体第1课时分子晶体发 展 目 标体 系 构 建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。一、分子晶体及其结构特点1概念只含分子的晶体。2粒子间的作用分子晶体中相邻的分子间以分子间作用力相互吸引。3常见分子晶体及物质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等绝大多数有机物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等4.分子晶体的常见堆积方式分子
2、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、氢键分子不采用密堆积，每个分子周围紧邻的分子少于12个如HF、NH3、冰二、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。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。三、分子晶体的物理性质1物理特性(1)分子晶体的熔、沸点较低，密度较
3、小，硬度较小，较易熔化和挥发。(2)一般是绝缘体，熔融状态也不导电。(3)溶解性符合“相似相溶规律”。2分子晶体熔、沸点高低的比较规律(1)分子晶体中分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之越低。(2)具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。1判断正误(对的在括号内打“”，错的在括号内打“”。)(1)分子晶体中只存在分子间作用力()(2)分子晶体熔化时共价键断裂()(3)分子晶体中氢键越强，分子越稳定()(4)分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键()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()ANH3、P4、C10H8 BPCl3、CO2、H2SO4CSO2、SiO2、P2
4、O5 DCCl4、H2O、Na2O2BA中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C中，SiO2为共价晶体；D中，Na2O2是离子化合物、离子晶体。3(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为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)下图为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。解析(1)该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，熔、沸点较
5、低，所以为分子晶体。(2)组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高，所以ClF3的熔、沸点比BrF3的低。答案(1) 分子(2)低(3)124探究分子晶体结构与物理性质的关系观察下图冰和干冰的结构，回答下列问题。(1)已知氢键也有方向性，试分析为什么冬季河水总是从水面上开始结冰？提示：由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶角方向的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状晶体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上。(2)为什么冰融化为水时，密度增大？提示：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，
6、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。(3)为什么干冰的熔沸点比冰低而密度却比冰大？提示：由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。由于水分子间氢键的方向性，导致冰晶体不具有分子密堆积特征，晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下冰体积较大。由于CO2分子的相对分子质量H2O分子的相对分子质量，所以干冰的密度大。(4)干冰升华过程中破坏共价键吗？提示：干冰升华的过程中破坏分子
7、间作用力，不破坏共价键。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。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华(如干冰、碘、红磷、萘等)，且硬度较小。(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、C
8、H4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。2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性分子构成的分子晶体，其熔、沸点
9、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。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：NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔点/80171219068782沸点/1 4651 418230571 600根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是()ANaCl、MgCl2、CaCl2BAlCl3、SiCl4CNaCl、CaCl2 D全部B由于由分子构成的晶体，分子与
10、分子之间以分子间作用力相互作用，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，不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，所以B项正确，A、C、D三项错误。2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冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子C干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华D干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子A干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，分子采取密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；冰晶体中水分子间除了范德华力之外
11、还存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力，冰融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。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。1下列有关分子晶体的说法中
12、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B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。2HF分子晶体、NH3分子晶体与冰的结构极为相似，在HF分子晶体中，与F原子距离最近的HF分子有()A3个B4个C5个D12个B根据HF分子晶体与冰结构相
13、似可知，每个HF分子周围有4个HF分子与之最近，构成四面体，故B项正确。3下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列，正确的一组是()AHF、HCl、HBr、HI BF2、Cl2、Br2、I2CH2O、H2S、H2Se、H2TeDCI4、CBr4、CCl4、CF4D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。4水分子间可通过一种叫“氢键”的作用(作用力介于化学键与范德华力大小之间)彼此结合而形成(H2O)n，在冰中n值
14、为5。即每个水分子被其他4个水分子包围形成变形四面体，如图所示为(H2O)5单元，由无限个这样的四面体通过氢键构成一个庞大的分子晶体，即冰。下列有关叙述正确的是()A1 mol冰中含有4 mol氢键B1 mol冰中含有45 mol氢键C平均每个水分子只含有2个氢键D平均每个水分子只含有个氢键 C由图可知，每个水分子(处于四面体的中心)与4个水分子(处于四面体的四个顶点)形成四个氢键，因为每个氢键都是由2个水分子共同形成的，所以每个水分子形成的氢键数为42。5(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“”或“”)。CO2_SO2NH3_PH3O3_O2Ne_ArCH3CH2OH_CH3OHCO_N2
15、(2)已知AlCl3的熔点为190 (2.02105 Pa)，但它在180 即开始升华。请回答：AlCl3固体是_晶体。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。你设计的实验是_。解析(1)各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔、沸点的判断规律，分子间作用力越大，相对分子质量越大，分子极性越大，则晶体的熔、沸点越高，较容易比较六组物质熔、沸点的高低。(2)由AlCl3的熔点低以及在180 时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其熔融状态下是否导电，若不导电是共价化合物，导电则是离子化合物。答案(1)(2)分子在熔融状态下，试验其是否导电，若不导电是共价化合物，若导电是离子化合物
