2018_2019学年高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第3节第2课时分子晶体学案鲁科版选修3.docx

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1、1第 2 课时 分子晶体学习目标定位 1.熟知分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体。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。3.会比较判断晶体类型。一 常见的分子晶体结构1碘晶体晶胞的结构如图所示。回答下列问题：(1)碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的每个顶点上有一个碘分子外，每个面上还有一个碘分子，每个晶胞从碘晶体中分享到 4 个碘分子。(2)氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构非常相似，只是晶胞的大小不同而已。2干冰晶胞结构如图所示，观察分析其结构模型，回答下列问题：(1)构成干冰晶体的结构微粒是 CO2分子，微粒间的相互作用力是范德华力。(2)从结构模型可以看出：

2、干冰晶体是一种面心立方结构 每 8 个 CO2分子构成立方体，在六个面的中心又各占据 1 个 CO2分子。(3)干冰晶体每个 CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的 CO2分子有 12 个。(4)每个晶胞中有 4 个 CO2分子。3冰晶体的结构如下图所示。根据冰晶体的结构，回答下列问题：(1)构成冰晶体的结构微粒是 H2O 分子，微粒间的相互作用力是范德华力、氢键。2(2)在冰晶体中，由于水分子之间存在具有方向性的氢键，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，这样的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，比较松散。(3)在冰晶体中，每个水分

3、子中的每个氧原子周围都有 4 个氢原子，氧原子与其中的两个氢原子通过共价键结合，而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合在一起。归纳总结注意：稀有气体固态时形成分子晶体，微粒之间只存在分子间作用力，分子内不存在化学键。分子晶体熔化、汽化时克服分子间作用力。分子晶体固态、熔融时均不导电。分子间作用力的大小决定分子晶体的物理性质。分子间作用力越大，分子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。活学活用1下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是( )ANH 3、HD、C 10H8 BPCl 3、CO 2、H 2SO4CSO 2、SiO 2、P 2O5 DCCl 4、Na 2S、H 2O2答案 B解

4、析 A 中 HD 是单质，不是化合物；C 中 SiO2为原子晶体，不是分子晶体；D 中 Na2S是离子晶体，不是分子晶体。2下表列举了几种物质的性质，据此判断属于分子晶体的物质是_。物质 性质X 熔点为 10.31，液态不导电，水溶液导电Y 易溶于 CCl4，熔点为 11.2，沸点为 44.8Z 常温下为气态，极易溶于水，溶液 pH7W 常温下为固体，加热变为紫红色蒸汽，遇冷变为紫黑色固体M 熔点为 1170，易溶于水，水溶液导电N 熔点为 97.81，质软，导电，密度为 0.97gcm3答案 X、Y、Z、W3解析 分子晶体熔、沸点一般比较低，硬度较小，固态不导电。M 的熔点高，肯定不是分子晶

5、体；N 是金属钠的性质；其余 X、Y、Z、W 均为分子晶体。理解感悟 分子晶体具有熔、沸点较低，硬度较小，固态、熔融态不导电等物理特性。所有在常温下呈气态的物质、常温下呈液态的物质(除汞外)、易升华的固体物质都属于分子晶体。二 石墨晶体的结构与性质石墨的晶体结构如下图所示：1在石墨晶体中，同层的碳原子以 sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环，伸展成平面网状结构。2在同一平面的碳原子还各剩下一个 p 轨道，并含有一个未成对电子，它们相互重叠。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体的特征。3

6、石墨晶体中网络状的平面结构以范德华力结合形成层状的结构，距离较大，结合力较弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性。归纳总结石墨晶体中碳原子间形成共价键，层与层间的结合力为范德华力。因此，石墨晶体不是原子晶体，也不是金属晶体、分子晶体，而是一种混合晶体。活学活用3在金刚石晶体中，碳原子数与化学键数之比为_。在石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的化学键数为_，该晶体中碳原子数与化学键数之比为_。已知，金刚石晶体与石墨晶体中的碳碳键长( d)相比较， d 石墨 d 金刚石 ，则金刚石的熔点_石墨的熔点(填“” 、 “”或“”)。答案 12 3 23 解析 金刚石晶体中每个碳原子平均拥有的化学

7、键数为 4 2，则碳原子数与化学12键数之比为 12。石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的碳原子数和化学键数分4别为 6 2 和 6 3，其比值为 23。13 125四种晶体类型的比较离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体的组成、结构及性质对比分析如下表：离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体构成晶体的粒子 阴、阳离子 原子 分子金属阳离子和自由电子粒子间的作用 离子键 共价键分子间作用力(有的有氢键)金属键作用力强弱(一般地)较强 很强 弱 较强确定作用力强弱的一般判断方法离子所带电荷总数、离子半径键长(原子半径)组成和结构相似时比较相对分子质量离子半径、离子所带电荷数熔、沸点 较高

8、高 低差别较大(如汞常温下为液态，钨熔点为3410)硬度 硬而脆 大 较小 差别较大导热和导电性不良导体(熔化后或溶于水导电) 不良导体不良导体(部分溶于水发生电离后导电)良导体溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶一般不溶于水，少数与水反应机械加工性 不良 不良 不良 优良延展性 差 差 差 优良当堂检测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，故 A 项错误；分子间作用力包

9、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6N、O、F 原子结合的氢原子的分子之间或者分子之内，所以 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，所以 D 选项也是错误的。2下列有关冰和干冰叙述不正确的是( )A干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体B冰是由范德华力和氢键形成的晶体，每个水分子周围有 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 个紧邻的分子答案 A解析 干冰晶体中 CO2分子间作用力只有范德华力，分子采取密堆积形式，一个分子周围有 12 个紧邻的分子

10、；冰晶体中水分子间除了范德华力还存在氢键，由于氢键具有方向性，每个水分子周围有 4 个紧邻的水分子，采取非紧密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰融化需克服范德华力，冰融化还需要克服氢键，由于氢键比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多。3下列晶体中只存在一种作用力的是( )ACO 2 BNaOH CNH 4Cl DHe答案 D解析 CO 2晶体中存在共价键和范德华力；NaOH 晶体中存在离子键、共价键；NH 4Cl 晶体中存在离子键、共价键、配位键；只有 He 属单原子分子，晶体内部存在的作用力只有范德华力。4水分子间可通过一种叫“氢键”的作用(介于化学键和范德华力大小之间)，彼此结合而

11、形成(H 2O)n。在冰中的 n 值为 5，即每个水分子都被其他 4 个水分子包围形成变形四面体，如图所示为(H 2O)5单元，由无限个这样的四面体通过氢键相互连接成一个庞大的分子晶体，即冰。下列有关叙述中正确的是( )A1mol 冰中有 4mol 氢键B1mol 冰中有 45mol 氢键C平均每个水分子只有 2 个氢键D平均每个水分子只有 5/4 个氢键答案 C解析 由题图我们可以看出每个水分子可以形成 4 个氢键，而一个氢键被两个 H2O 分7子共用，故平均每个水分子含有氢键数 4 2 个。即 1mol 冰中含有 2mol 氢键。125最近发现一种由 M、N 两种原子构成的气态团簇分子，如

12、下图所示。实心球表示N 原子，空心球表示 M 原子，则它的化学式为( )AM 4N4 BMN CM 14N13 DM 4N5答案 C解析 此题是确定晶体的化学式。关键点是该物质为气态团簇分子，故属于分子晶体。与离子晶体、原子晶体不同，它不存在共用与均摊问题，因此该物质的化学式就是其分子式，由 14 个 M 原子和 13 个 N 原子组成，故应选 C。40 分钟课时作业基础过关一、分子晶体的晶胞1下图是冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子有几个氢键( )A2 B4 C8 D12答案 A解析 每个水分子与四个方向的其他 4 个水分子形成氢键，每个氢键为 2 个水分子所共有

13、，因此每个水分子具有的氢键个数为 41/22。2中学教材上介绍的干冰晶体是一种面心立方结构，如图所示，即每 8 个 CO2构成立方体，且在 6 个面的中心又各占据 1 个 CO2分子，在每个 CO2周围距离 a(其中 a 为立方22体棱长)的 CO2有( )A4 个 B8 个 C12 个 D6 个答案 C8解析 在每个 CO2周围距离 a 的 CO2即为每个面心上的 CO2分子，在 X、Y、Z 三个方22向上各有 4 个，所以应为 12 个。3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、C 76、C 90、C 94等另外一些球碳分

14、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：C 60C 70C 90金刚石B已知 C(石墨)= =C(金刚石) H0，则石墨比金刚石稳定CC 60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金刚石、C 60、C 70、管状碳和洋葱状碳都不能与 H2发生加成反应答案 D解析 本题考查碳单质的几种晶体的结构及性质。C 60、C 70、C 90均是分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，金刚石是原子晶体，熔点比分子晶体高得多，A 项正确；石墨转化成金刚石是吸热过程，说明石墨能量低，故石

15、墨比金刚石稳定，B 项正确；由 C60的晶体结构，可知每个 C60分子周围与它最近且等距离的 C60分子有 12 个，C 项正确；C 60的结构中存在碳碳双键，可与 H2发生加成反应，D 项错误。二、分子晶体的结构特征与判断4下列物质属于分子晶体的化合物是( )A石英 B硫酸 C干冰 D食盐答案 C解析 石英为原子晶体；硫酸常温呈液态且为混合物；干冰为分子晶体；食盐为离子晶体。5固体乙醇晶体中不存在的作用力是( )A极性键 B非极性键C离子键 D氢键答案 C解析 固体乙醇晶体是乙醇分子通过分子间作用力结合的，在乙醇分子里有 CC 之间的非极性键，CH、CO、OH 之间的极性键，在分子之间还有

16、O 和 H 原子产生的氢键，没有离子键。96下列物质呈固态时，一定属于分子晶体的是( )A非金属单质 B非金属氧化物C含氧酸 D金属氧化物答案 C解析 非金属单质中的金刚石、非金属氧化物中的 SiO2均为原子晶体；而金属氧化物通常为离子化合物，属离子晶体。故 C 正确。7下列关于晶体的说法正确的是( )A分子晶体内一定存在共价键B分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定C冰熔化时水分子中共价键没有断裂D由非金属元素形成的化合物一定是分子晶体答案 C解析 稀有气体元素形成的单质晶体中，分子内不存在共价键，A 项错误；分子的稳定性强弱只与分子内所含化学键的强弱有关，而与分子间作用力无关，B 项错误；

17、冰熔化时，其分子间作用力被破坏，而共价键没有发生变化，C 项正确；由非金属元素形成的化合物 NH4Cl、SiO 2等不是分子晶体，D 项不正确。8科学家最近又发现了一种新能源“可燃冰” 。它的主要成分是甲烷分子的结晶水合物(CH 4nH2O)。其形成过程是：埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中，厌氧性细菌把有机质分解，最后形成石油和天然气(石油气)，其中许多天然气被包进水分子中，在海底的低温与高压下形成了类似冰的透明晶体，这就是“可燃冰” 。这种“可燃冰”的晶体类型是( )A离子晶体 B分子晶体C原子晶体 D金属晶体答案 B解析 根据题中信息可知，构成该晶体的微粒是分子，又由于该晶体在低温

18、高压条件下才可以以固态形式存在，可推知该晶体的熔、沸点较低，属于分子晶体。9HgCl 2的稀溶液可用作手术刀的消毒剂，已知 HgCl2的熔点是 277，熔融状态的HgCl2不能导电，HgCl 2的稀溶液有弱的导电能力，则下列关于 HgCl2的叙述中正确的是( )HgCl 2属于共价化合物 HgCl 2属于离子化合物 HgCl 2属于非电解质 HgCl 2属于弱电解质A B C D答案 B解析 HgCl 2的熔点低，熔融状态不导电，说明它属于共价化合物，而不是离子化合物；水溶液有弱的导电能力，说明在水溶液中微弱电离，属弱电解质。1010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

19、，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，他们认为属于分子晶体的是( )ANaCl、MgCl 2、CaCl 2BAlCl 3、SiCl 4CNaCl、CaCl 2D全部答案 B解析 由于由分子构成的晶体，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、CaCl 2熔、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AlCl 3、SiCl 4熔、沸点较低，应为分子晶体，所以 B 项正

20、确，A、C、D 三项错误。能力提升11下列有关石墨晶体的说法正确的是( )A由于石墨晶体导电，所以它是金属晶体B由于石墨的熔点很高，所以它是原子晶体C由于石墨质软，所以它是分子晶体D石墨晶体是一种混合晶体答案 D12石墨的片层结构如图所示，试回答：(1)平均_个碳原子构成一个正六边形。(2)石墨晶体每一层内碳原子数与碳碳化学键之比是_。(3)ng 碳原子可构成_个正六边形。答案 (1)2 (2)23 (3)NAn24解析 (1)利用点与面之间的关系，平均每个正六边形需碳原子：61/32(个)。11(2)分析每一个正六边形：所占的碳原子数为 61/32。所占的碳碳键数为 61/23，故答案为 2

21、3。(3)ng 碳原子数为 NA，故答案为 。n12 n/12NA213白磷分子中 PP 键易断开，若一个白磷分子中每个 PP 键均断开插入一个氧原子，则一共可结合_个氧原子，这样得到磷的一种氧化物，其分子式为_。由 C、H、N 三种元素组成的某化合物，其分子内含 4 个氮原子，且 4 个氮原子排成内空的正四面体(同白磷，如下图)，每两个氮原子间都有一个碳原子，且分子内无 CC 和 C=C，则化合物的分子式为_。答案 6 P 4O6 C 6H12N4解析 在白磷分子空间结构图中，分子内共有 6 个 PP 键，由题意，可嵌入 6 个 O 原子，分子式为 P4O6；同理 4 个 N 原子也可构成正

22、四面体，在 NN 之间嵌入 6 个 C 原子，因无 CC 和 C=C，为满足碳 4 价，化合物分子应由 4 个 N 原子和 6 个 CH2组成，故分子式为 C6H12N4。14(1)水分子的立体结构是_，水分子能与 H 形成配位键，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。(3)实验测得冰中氢键的作用能为 18.5kJmol1 ，而冰的熔化热为 5.0kJmol1 ，这说明_。答案 (1)V 形 孤电子对(2)8(3)冰熔化为液态水时只是破坏了

23、一部分氢键，也说明液态水中仍存在氢键12解析 (2)46 8 8。12 18拓展探究15德国和美国科学家首次制出了由 20 个碳原子组成的空心笼分子 C20，该笼状结构是由许多正五边形构成的(如下图所示)。请回答：(1)C20分子中共有_个正五边形，共有_条棱边。C 20晶体属于_。(填晶体类型)(2)科学界拟合成一种“二重构造”的球形分子(C 60Si60)，即把“足球型”的 C60置于“足球型”的 Si60内，并把硅原子与碳原子以共价键结合。合成“二重构造”球形分子C60Si60的化学反应类似于_(填字母)。A由乙烯制聚乙烯B乙酸与乙醇制乙酸乙酯C乙醇制乙醛D乙烯与丙烯合成乙丙树脂答案 (1)12 30 分子晶体(2)AD解析 (1)正五边形 12，棱边 30。2035 2032(2)由于 C60和 Si60相似，所以该反应类似于加聚反应。