人教版高二化学选修三物质结构与性质第三章 第二节 第1课时分子晶体导学案.docx
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人教版高二化学选修三物质结构与性质第三章第二节第1课时分子晶体导学案
第二节 分子晶体与原子晶体
第1课时 分子晶体
一、分子晶体及其结构特点
1.概念
分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体。
2.微粒间作用
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
4.两种典型分子晶体的组成与结构
(1)干冰
①每个晶胞中有4个CO2分子,12个原子。
②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。
(2)冰
①水分子之间的作用力有范德华力和氢键,但主要是氢键。
②由于氢键的方向性,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。
分子晶体的堆积方式
分子密堆积
分子非密堆积
作用力
只有范德华力,无氢键
有分子间氢键,它具有方向性
空间特点
每个分子周围一般有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
例1
(2018·西安交大附中期末)下列物质中,属于分子晶体的是( )
①二氧化硅 ②碘 ③食盐 ④蔗糖 ⑤磷酸
A.②④⑤B.①②④
C.②③④⑤D.①②③⑤
【考点】 分子晶体的判断
【题点】 根据物质类别判断
答案 A
解析 由常见分子晶体对应的物质类别可知:
碘、蔗糖、磷酸都属于分子晶体。
例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
【考点】 分子晶体的组成与结构分析
【题点】 分子晶体结构的分析
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,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。
二、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。
例3
(2018·成都高二下学期期末)下列关于分子晶体的说法不正确的是( )
A.晶体的构成微粒是分子
B.干燥或熔融时均能导电
C.分子间以分子间作用力相结合
D.熔、沸点一般比较低
答案 B
解析 A项,分子晶体是由分子构成的;B项,干燥或熔融时,分子晶体既不电离也没有自由移动的电子,均不能导电;C项,分子间以分子间作用力相结合;D项,分子晶体的熔、沸点一般比较低。
方法技巧——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
组成分子晶体的微粒是分子,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。
例4
下列物质,按沸点降低顺序排列的一组是( )
A.HF、HCl、HBr、HIB.F2、Cl2、Br2、I2
C.H2O、H2S、H2Se、H2TeD.CI4、CBr4、CCl4、CF4
答案 D
解析 A、C中HF和H2O分子间含有氢键,沸点反常的高;对结构相似的物质,B中沸点随相对分子质量的增加而增大;D中沸点依次降低。
1.正误判断
(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)共价化合物一定属于分子晶体( )
(4)分子晶体的相对分子质量越大,熔、沸点一定越高( )
(5)分子晶体中氢键越强,分子越稳定( )
(6)分子晶体中一定含有分子间作用力,不一定含有化学键( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
2.如果分子间作用力只是范德华力,则该分子晶体将采取密堆积,原因是分子晶体中( )
A.范德华力无方向性和饱和性
B.占据晶格结点的微粒是原子
C.化学键是共价键
D.三者都是
【考点】 分子晶体的组成及结构
【题点】 分子晶体的结构分析
答案 A
解析 分子晶体中分子间以范德华力结合在一起,由于范德华力没有方向性和饱和性,所以分子在堆积成晶体时将采取分子密堆积,A项正确。
3.(2019·乐山高二月考)干冰熔点很低是由于( )
A.CO2是非极性分子
B.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
【考点】 分子晶体的物理性质及比较
【题点】 分子晶体的物理通性
答案 D
解析 干冰熔化时破坏的是分子间作用力。
4.(2018·洛阳期中)如图为冰的一种骨架形式,以此为单位向空间延伸,请问该冰中的每个水分子含有氢键的个数是( )
A.2B.4
C.8D.12
【考点】 分子晶体的组成及结构
【题点】 分子晶体的结构分析
答案 A
解析 每个水分子与四个方向的4个水分子形成氢键,每个氢键为2个水分子共用,故其氢键个数为4×
=2。
5.下列有关分子晶体熔点的高低叙述中,正确的是( )
A.Cl2>I2
B.SiCl4>CCl4
C.PH3>NH3
D.C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3
【考点】 分子晶体的物理性质及比较
【题点】 分子晶体熔、沸点的比较
答案 B
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选项中均无氢键,且固态时都为分子晶体,物质组成结构相似,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。
6.
(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物熔点为253K,沸点为376K,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。
【考点】 分子晶体结构与性质的综合
【题点】 分子晶体结构与性质的综合
答案
(1)分子
(2)低 (3)12 4
解析
(1)该化合物熔点为253K,沸点为376K,熔、沸点较低,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。
题组一 分子晶体的判断
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
【考点】 分子晶体的判断
【题点】 由物质类别判断
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。
2.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/℃
1465
1418
230
57
1600
根据这些数据分析,属于分子晶体的是( )
A.NaCl、MgCl2、CaCl2B.AlCl3、SiCl4
C.NaCl、CaCl2D.全部
【考点】 分子晶体的判断
【题点】 由物质性质判断
答案 B
解析 由分子构成的晶体,分子与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,很明显不属于分子晶体,AlCl3、SiCl4熔、沸点较低,应为分子晶体,B项正确,A、C、D三项错误。
3.(2019·韶关高二检测)已知氯化铝易溶于苯和乙醚,其熔点为190℃,则下列说法不正确的是( )
A.氯化铝是电解质
B.固态氯化铝是分子晶体
C.氯化铝是极性分子
D.氯化铝是非极性分子
【考点】 分子晶体的判断
【题点】 由物质性质判断
答案 C
解析 由“相似相溶”规律可推知AlCl3为非极性分子,故C项错误。
题组二 分子晶体的组成与性质
4.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
【考点】 分子晶体的组成与结构
【题点】 分子晶体的组成分析
答案 B
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项错误;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项正确、C项错误;只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式,D项错误。
5.(2018·广东肇庆高二上学期期末)当SO3晶体熔化时,下述各项中发生变化的是( )
A.化学键
B.硫与氧的原子个数之比
C.分子构型
D.分子间作用力
【考点】 分子晶体的组成与结构
【题点】 分子晶体的组成分析
答案 D
6.下列关于物质熔、沸点高低的比较正确的是( )
A.H2>N2>O2
B.NH3>AsH3>PH3
C.Cl2>Br2>I2
D.C(CH3)4>(CH3)2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3
【考点】 分子晶体的物理性质及比较
【题点】 分子晶体熔、沸点的比较
答案 B
解析 组成和结构相似的分子晶体的熔、沸点随相对分子质量的增大而升高,即熔、沸点:
H2 NH3>AsH3>PH3,B项正确;相对分子质量相同的烷烃,其支链越多,熔、沸点越低,即熔、沸点: C(CH3)4<(CH3)2CHCH2CH3 7.(2019·武汉高二调研)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 【考点】 分子晶体的物理性质及应用 【题点】 分子晶体性质的影响因素 答案 D 解析 C60、I2均为分子晶体,汽化或升华时均克服范德华力;B中乙酸分子可形成氢键,其熔、沸点比甲酸甲酯高。 题组三 分子晶体结构与性质的综合 8.(2019·南京高二检测)分子晶体HF、NH3与冰的结构极为相似,在HF中,与HF分子距离最近的HF分子有( ) A.3个B.4个C.5个D.12个 【考点】 分子晶体的组成及结构 【题点】 分子晶体的结构分析 答案 B 解析 根据HF与冰结构相似可知,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。 9.晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元,C60晶胞结构如下图所示,下列说法正确的是( ) A.C60摩尔质量是720 B.C60与苯互为同素异形体 C.在C60晶胞中有14个C60分子 D.每个C60分子周围与它距离最近且等距离的C60分子有12个 【考点】 分子晶体的组成及结构 【题点】 分子晶体的结构分析 答案 D 10.某研究所合成了一种球形分子,它的分子式为C60Si60,其结构中包含有C60和Si60。 下列对该分子的叙述中正确的是( ) A.形成的晶体属于分子晶体 B.分子中Si60被包裹在C60里面 C.其摩尔质量为2400 D.熔点高、硬度大 【考点】 分子晶体结构与性质的综合 【题点】 分子晶体结构与性质的综合 答案 A 解析 球形分子的分子式为C60Si60,其结构中包含有C60和Si60,该物质的晶体是由C60分子和Si60分子构成的,属于分子晶体,A正确;Si原子的半径大于C原子,所以Si—Si键的键长比C—C键长,分子中Si60包裹着C60,B错误;摩尔质量的单位为g·mol-1,C错误;C60Si60属于分子晶体,熔点低、硬度小,D错误。 11.(2018·江苏启东月考)如图所示是某无机化合物的二聚分子,该分子中A、B两种元素都是第三周期的元素,分子中所有原子的最外层电子都达到8电子稳定结构。 下列说法不正确的是( ) A.该化合物的分子式可能是Al2Cl6 B.该化合物是离子化合物,在熔融状态下能导电 C.该化合物在固态时所形成的晶体是分子晶体 D.该化合物中不存在离子键,也不含有非极性共价键 【考点】 分子晶体结构与性质的综合 【题点】 分子晶体结构与性质的综合 答案 B 解析 将二聚分子变成单分子,得BA3,根据两种元素都处于第三周期,可知BA3可能是PCl3或AlCl3,而在PCl3中所有原子已达稳定结构,不可能形成二聚分子,故只可能是AlCl3,则该化合物的分子式是Al2Cl6,故A正确;该化合物是无机化合物的二聚分子,属于共价化合物,不存在离子键,只有极性共价键,在熔融状态下不能导电,固态时形成的晶体是分子晶体,故B错误,C、D正确。 12.(2018·鞍山一中高二期中)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18.5kJ·mol-1,而常见的冰的熔化热为336J·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) 【考点】 分子晶体结构与性质的综合 【题点】 分子晶体结构与性质的综合 答案 D 解析 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+ ×8+6× =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18.5kJ·mol-1,1mol冰中含有2mol氢键,而常见的冰的熔化热为336J·g-1,也可写为6.05kJ·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。 13. (1)比较下列化合物的熔、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℃,但它在180℃即开始升华。 请回答: ①AlCl3固体是________晶体。 ②设计实验判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物: ________________________________________________________________________。 【考点】 分子晶体的物理性质及应用 【题点】 分子晶体熔、沸点的比较 答案 (1)①< ②> ③> ④< ⑤> ⑥> (2)①分子 ②在熔融状态下,验证其是否导电,若不导电是共价化合物 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,可比较六组物质熔、沸点的高低。 (2)由AlCl3的熔点低以及在180℃时开始升华可判断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,可测其在熔融状态下是否导电,不导电则是共价化合物,导电则是离子化合物。 14.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分子中每个氮原子均以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167kJ·mol-1。 请回答下列问题: (1)N60分子组成的晶体为________晶体,其熔、沸点比N2________(填“高”或“低”),原因是________________________________________________________________________。 (2)1molN60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942kJ·mol-1),表明稳定性N60______(填“>”“<”或“=”)N2。 (3)由 (2)列举N60的用途(举一种): _____________________________________________。 【考点】 分子晶体的组成及结构 【题点】 分子晶体组成的分析 答案 (1)分子 高 N60、N2均形成分子晶体,且N60的相对分子质量大,分子间作用力大,故熔、沸点高 (2)放出 13230 < (3)N60可作高能炸药(其他合理答案也可) 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1molN60中存在N—N键: 1mol×60×3× =90mol。 发生的反应为N60==30N2,故ΔH=90mol×167kJ·mol-1-30mol×942kJ·mol-1=-13230kJ<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。 15. (1)水分子的立体结构是________,水分子能与很多金属离子形成配合物,其原因是在氧原子上有________。 (2)冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图,其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心,实心球所示原子位于立方体内)类似。 每个冰晶胞平均占有________个水分子。 冰晶胞与金刚石晶胞中微粒排列方式相同的原因是____________________。 【考点】 分子晶体结构与性质的综合 【题点】 分子晶体结构与性质的综合 答案 (1)V形(或角形) 孤电子对 (2)8 碳原子与氧原子都为sp3杂化,且氢键和共价键都具有方向性和饱和性(每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键)
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