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1、1第二节分子晶体与原子晶体第 1 课时分子晶体目标导航 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。丰知识 聚焦二=檢理二知识 *点援 _ 一、 分子晶体1 ?分子晶体的概念及结构特点(1) 概念：只含分子的晶体称为分子晶体。(2) 构成微粒及作用力构成微粒：分子分子晶体微粒间的作用力：分子间作用力分子内各原子间以共价键结合(3) 微粒堆积方式 若分子间作用力只有范德华力，则分子晶体有分子密堆积特征，即每个分子周围有冬个紧邻的分子。 分子间含有其他作用力，如氢键 , 则每个分子周围紧邻的分子要少于12 个。如冰中每个水分子周围只
2、有4 个紧邻的水分子。2 ?常见的分子晶体(1) 所有非金属氢化物，女口HO NH 、CH 等。部分非金属单质，如卤素(X2)、Q、N2、白磷 (P4)、硫 (S8)等。部分非金属氧化物，女口CQ、P4O0、SQ、SO 等。几乎所有的酸亠如HNQ HSQ 、HPQ、HaSiQs等。(5)绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。【议一议】1 ?所有分子晶体中是否均存在化学键，为什么？答案 绝大多数分子晶体的微粒内部都存在化学键，如Nb、HQ SQ 等分子内部都有共价键，而稀有气体为单原子分子，分子内部无化学键，分子之间以范德华力结合，所以并非分子晶体的分子内部都存在化学键。二、 常见
3、的分子晶体21 . 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土个相邻水分子互相吸引。2 . 干冰(1) 在常压下极易升华。(2) 干冰中的 CO 分子间只存在范德华力而不存在氢键，一个 CQ 分子周围等距紧邻的CQ分子有 12 个。【议一议】2 . 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？(2) 为什么冰融化为水时，密度增大？(3) 为什么干冰的熔沸点比冰低，密度却比冰大？干冰晶体中，每个CQ 分子紧邻的 CO 分子有几个？如何
4、判断？若图乙为干冰的一个晶胞，则此晶胞中CQ 的分子数是多少？答案(1)由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶角的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) 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。(3) 由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，破坏
5、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，晶体中有相当大图乙：干图甲：冰3的空隙，所以相同状况下冰体积较大。由于CQ 分子的相对分子质量H20 分子的相对分子质量，所以干冰的密度大。(4) 每个 CO 分子紧邻 12 个 CO 分子；三个互相垂直的平面上各4 个；此晶胞中CO2分子数为 4。戸难点突破 豊理解?深化二探究_ 一、分子晶体及其判断【例 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() A. NH、HD CoH8 B . PCh、CO、H2SO C. SO 、SQ2、 RQ D . CCI4、NS 、H2O2 答案
6、B解析 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 NazS 是离子晶体，不是分子晶体。规律总结1?分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体叫分子晶体。如：干冰、碘晶体、冰等。构成分子晶体的粒子只有分子。2 ?常见的典型的分子晶体有(1) 所有非金属氢化物，如水、氨、甲烷等；部分非金属单质，如卤素、Q、SB、P4、C60等；部分非金属氧化物，如CO、SO、P4O0等；(4) 几乎所有的酸；(5) 绝大多数有机物的晶体。3 ?两种典型的分子晶胞(1) 干冰型堆积特征：分子密堆积。(2) 冰型 堆积特征：四面体型。变式训练 1 下列晶体由原子直接构成，且属于分
7、子晶体的是() A. 固态氢B . 固态氖C.磷D . 三氧化硫答案 B4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。二、分子晶体的物理性质及应用【例 2】下列物质，按沸点降低顺序排列的一组是（）A. HF、HCI、HBr、HI B. F2、CI2、Br2、I 2 C. H2O H2S、HSe、H2Te D. CI4、CB4、CCI4、CF4 答案 D解析 A、C 中 HF 和 H2O 分子间含有氢键，沸点反常；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。规律总结1. 分子晶体
8、具有熔、沸点较低，硬度较小，固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。2 ?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。变式训练 2 下列有关分子晶体熔点高低的叙述中，正确的是（）A. 氯气碘单质B. 四氯化硅四氟化硅C. NHv PH D. 异戊烷正戊烷答案 B解析 A、B 选项属于无氢键存在，分子结构相似的情况，相对分子质量大的物质熔、沸点高； C 选项属于有氢键存在，分子结构相似的情况，存在氢键的物质熔、沸点高；D选项属于相对分子质量相同的同分异构体，支链多的物质熔、沸点
9、低。丰当堂 过关豊 巩国?应用 ?反愦 _ 1. 下列晶体中，不是分子晶体的是A. 氯化铵 B. 硫酸5C.氦气D.三氧化硫答案 A2. SiCI 4的分子结构与CCI4相似，对其进行的下列推测不正确的是A. SiCI 4晶体是分子晶体B. 常温、常压下SiCI 4是气体C. SiCI 4的分子是由极性键形成的非极性分子D. SiCI 4的熔点高于 CCI4 答案 B解析 由于 SiCI 4具有分子结构，所以一定属于分子晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，在这两种分子中都只有范德华力，SiCI 4的相对分子质量大于CCI4, 所以 SiCI 4的分子间作用力更大一些，熔、沸点
10、更高一些。CCI4的分子是正四面体结构， SiCI 4与它结构相似，因此也应该是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。3. 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，所以B 项正确， C 项错误；只存在范德华
11、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。4. 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：NaCIMgCbAICI 3SiCI 4CaCl2熔点/ c80171219068782沸点/ c1 4651 418230571 600根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是（）6A. NaCI 、MgCb 、CaCb B. AICI 3、SiCI 4 C. NaCI 、CaCb D.全部答案 B7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、NaCI 、CaCL 熔
12、、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AICI 3、分子晶体，所以B 项正确，A C D 三项错误。5. 中学教材上介绍的干冰晶体是一种立方面心结构，如图所示，即每 8 个 CO 构成立方体，且在6 个面的中心又各占据1 个 其中a为立方体棱长 )的CO 有( ) A. 4 个 B. 8 个 C. 12 个D. 6 个答案 C解析 如图在每个CO 周围距离#a 的 CO 即为每个面心上的=12 个。6. Q R X 、Y Z 为前 20 号元素中的五种， Q 的低价氧化物与X 单质分子的电子总数相等，R 与 Q 同族， Y 和 Z 的离子与 Ar 原子的电子层结构相同且Y 的原子序数小于Z。(1)
13、 Q 的最高价氧化物，其固态属于_ 晶体，俗名叫_。(2) R 的氢化物分子的空间构型是 _ ，属于 _ 分子(填“极性”或“非极性”)。(3) X 的常见氢化物的立体构型是 _ ; 它的另一氢化物Xz耳是一种火箭燃料的成分，其电子式是_ 。(4) Q 分别与Y、Z 形成的共价化合物的化学式是_ 和 _ ; Q 与 Y形成的分子的电子式是_ ，属于_ 分子(填“极性”或“非极性”)。答案(1)分子干冰(2)正四面体形非极性沸点较低，表中的MgCl2、SiCI 4熔、沸点较低，应为CO 分子，共有8X (3 X ) CO 分子，在每个CO 周围距离8(4)CSs CCl4 S : : C ： :
14、 S 非极性解析 根据问题 中 Q 和丫、Z 能形成共价化合物，则Y 和 Z 为非金属元素，又由于Y和 Z 的离子与 Ar 原子的电子层结构相同，且Y 的原子序数小于Z, 因此 Y 和 Z 分别为 S和 Cl。根据问题（3）X 的氢化物是一种火箭燃料的成分，因此X 为 N, Q 的低价氧化物与 N2的电子数相同，因此Q 为 C, R 与 Q 又在同族，因此R 为 Si。（1）Q 为 C，其最高价氧化物为CO，为分子晶体，俗名为干冰。R 为 Si，其氢化物为SiH4，因此空间构型是正四面体结构，非极性分子。HNNH I I（3）N 的常见氢化物为NH，空间构型为三角锥形，N2H4的结构式为丨丨
15、，因H ： N ： N ： H+ W + 此其电子式为。C 分别和 S、Cl 形成的共价化合物为CS、CC14，CS 和 CQ 结构相同，都是直线形非E * 极性分子，其结构式为S=C=S ，因此其电子式为?产分层训练解疑 ?纠偏二检测经典基础题1 ?干冰熔点很低是由于（）A. CQ 是非极性分子B. C=Q 键的键能很小C. CQ 化学性质不活泼D. CQ 分子间的作用力较弱答案 D2. 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(3)三角锥形H ： N ： N ：HH 9答案 C解析 非金属单质中的金刚石、非金属氧化物中的SiQ2均为
16、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。3. 下列说法正确的是（）A. 分子晶体都具有分子密堆积的特征B. 分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高1 0C. 分子晶体中，共价键键能越大，分子的熔、沸点越高D. 分子晶体中，分子间作用力越大，分子越稳定答案 B解析含有氢键的分子晶体不具有分子密堆积的特征，如冰, 沸点高低与分子间作用力的大小有关，与化学键的强弱无关, 定性与化学键的强弱有关，与分子间作用力的大小无关，D 错误。4?下列物质在室温下均是分子晶体的是（）A. H2O CH 、HF B. 红磷、硫、碘C. CO、SO、NQ 6. 水的沸点是 100 C,硫化
17、氢的分子结构跟水相似，但它的沸点却很低，是一60.7 C,D.相对分子质量答案 C解析 水分子间可以形成氢键，从而使该物质的熔、沸点升高。7. 已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190 C,则下列结论不正确的是（）A. 氯化铝是电解质A 错误；分子晶体的熔、B 正确， C 错误；分子的稳D. H2SQ、CHCHQH HCHQ 答案 B5. 如图为冰的一种骨架形式，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A. 2 C. 8 答案 A解析 每个水分子与四个方向的1 其氢键个数为4X 2= 2。（ ）B. 4 D. 12 4 个水分子形成氢键，每个氢键为2 个水分子共用，故引起这种差异
18、的主要原因是A. 范德华力B.共价键C. 氢键1 1B. 固态氯化铝是分子晶体C .固态氯化铝是离子晶体1 2D. 氯化铝为非极性分子答案 C&据报道，科研人员应用电子计算机模拟出来类似C60的物质 Nk, 试推测下列有关No的说法正确的是（）A. N6o易溶于水B. N6o是一种分子晶体，有较高的熔点和硬度C. N6o的熔点高于N2D. N6o的稳定性比 2 强答案 C解析 C60是一种单质，属于分子晶体，而No类似于 C60, 所以 No也是单质，属于分子晶体，即具有分子晶体的一些性质，如硬度较小、熔沸点较低。分子晶体相对分子质量越大，熔沸点越高。单质一般是非极性分子，难溶于水这种极性溶剂
19、，因此A、B 项错误，C 项正确。 N2分子以 NN 结合， No分子中只存在N-N, 而 NN 比NN 牢固得多，所以D 项错误。9. _ 下列分子晶体在熔化时，只破坏范德华力的是_ ，既破坏范德华力，又破坏氢键的是 _ 。H O P4（白磷）SQ CQ H2QHF H2NCHCHCOOH C 2讯 答案解析 有氢键的分子晶体，其分子中应含有H- F 键、H O 键、 H- N 键中的任何一个键，在熔化时其中的氢键被破坏。能力提升题10. 水分子间可通过氢键彼此结合而形成（H2O）n, 在冰中n值为 5, 即每个水分子被其他4 个水分子包围形成变形四面体，右图所示为（ H2O）5单元，由无限
20、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（）A. 1 mol 冰中含有 4 mol 氢键1 3B. 1 mol 冰中含有4X 5 mol 氢键C. 平均每个水分子只含有2 个氢键5 D. 平均每个水分子只含有：个氢键1 4答案 C解析 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角）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1 键数为 4X 2 = 2。11. 自从英国化学家巴特列（N.Bartlett ）首次合成了第一种稀有气体的化合物XePtFs以来，人们又相继发现了氙的一系列化合物，如Xe
21、F2、XeF等。巴特列为开拓稀有气体化学作出了历史性贡献。（1）请根据XeR 的结构示意图（下图 1）判断这个分子是极性分子还是非极性分子？XeF2晶体是一种无色晶体，下图2 为它的晶胞结构图。XeFa晶体属于哪种类型的晶体? 。图 1 图 2）答案（1）非极性分子（2）分子晶体解析由其结构示意图可知，XeF4是非极性分子， XeF2是分子晶体。12. （1）比较下列化合物熔沸点的高低（填“”或“V” ）。 CQ _ SQ NH3 _ PH3 Q _ O2 Ne _ Ar CHCHOH _ C3QH CO _ N5 . .（2）已知 AICI 3的熔点为 190 C （2.202 X 10 P
22、a ），但它 180 C即开始升华。请回答: AlCl 3固体是 _ 晶体。F- Fe X F 1 5 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。你设计的实验是答案V V (2) 分子在熔融状态下，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，较容易比较六组物质熔沸点的高低。(2) 由 AICI 3的熔点低以及在180 C时开始升华判断AICI 3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。13.1 .已知A B、C、D 四种分子所含原子的数目
23、依次为1、3、6、6, 且都含有 18 个电子 , B、C 是由两种元素的原子组成，且分子中两种原子的个数比均为1 : 2。D 是一种有毒的有机物。(1) 组成 A 分子的原子的元素符号是_ 。(2) 从 B 分子的立体结构判断，该分子属于_ 分子(填“极性”或“非极性”)。(3) C 分子中都包含_ 个d键， _ 个n键。D 的熔、沸点比C2H 的熔、沸点高，其主要原因是(需指明 D 是何物质)： _ 。n .CO 的结构可表示为CO N2的结构可表示为NN(5)下表是两者的键能数据：(单位： kJ ? mol1)A BA=BABCO357.7798.91 071.9N2154.8418.4
24、941.7结合数据说明CO 比 N2 活泼的原因：_ 。川.Fe、Co Ni 、Cu 等金属能形成配合物与这些金属原子的电子层结构有关。(6)基态 Ni 原子的核外电子排布式为 _ ，基态 Cu 原子的价电子排布式为_ 。Fe(CO) 5常温下呈液态，熔点为20.5 C,沸点为103 C,易溶于非极性溶剂，据此可判断 Fe(CO)5晶体属于 _ (填晶体类型)。答案I .(1)Ar (2)极性(3)5 0 D 是 CHOH 分子之间能形成氢键n .(5)CO 中断裂 1 mol n键需吸收能量273 kJ , N2中断裂 1 mol n键需吸收能量523.3 kJ，所以 CO 分子中的n键比
25、Nk 分子中的n键更容易发生反应1 6川.(6)1s 22s22p63s23p63d84s23d 4s1(7)分子晶体解析(1)18 个电子的单原子分子是氩。(2)B 是由两种元素的3 原子构成的含有18 个电子的分子，则B 是 HbS , 是极性分子。(3)C 是由两种元素的6 原子构成的含有18 个电子3 的分子，原子个数比为1 : 2, 则 C 是 Nabk , N 原子采取 sp 杂化，分子内有5 个b键，无n键。(4)D 是由 6 原子构成的含有18 个电子有毒的有机物，应是甲醇。CHOH 分子之间能形成氢键，因此熔、沸点比C2H6的熔、沸点高。(5)C0 分子中的一个n键的键能=1
26、 071.9 kJ ? mol 798.9 kJ ? mol = 273 kJ ? mol 。Nb 分子内的一个n 键的键能 =941.7 kJ ? mol 418.4 kJ ? mol = 523.3 kJ ? mol ，键能越大越稳定，CO 分子中 的n键比 N2更容易断裂，所以CO 比 N2活泼。(6)基态 Ni 原子的核外电子排布式是1s%22p63s23p63d84s2，基态 Cu 原子的价电子排布式为3d14s1。Fe(CO) 5熔、沸点低，易溶于非极性溶剂，是分子晶体。14. 溴化碘 (IBr)是一种卤素互化物。它有很高的化学活性，有许多性质跟卤素单质很相似。它在常温、常压下是深
27、红色固体，熔点为41 C，沸点为 116 C。固体溴化碘是_ 晶体，含有 _ 键。溴化碘与水反应，生成一种无氧酸和一种含氧酸，反应方程式答案 分子 极性共价IBr + HO=HB +HIO 15. 已知 X、Y 和 Z 三种元素的原子序数之和等于42。X 元素原子的 4p 轨道上有 3 个未成对的电子， Y 元素原子的最外层2p 轨道上有 2 个未成对电子。 X 跟 Y 可形成化合物X2Y3, Z 元素可以形成负一价离子。请回答下列问题：(1) X 元素原子基态时的电子排布式为 _ ，该元素的符号是_ ；(2) Y 元素原子的价层电子排布图为 _ ，该元素的名称是_ ; (3) X 与 Z 可
28、形成化合物X 互该化合物的立体构型为_ ; (4) 已知化合物 X2Y3在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为XZ3，产物还有 ZnSQ 和O,该反应的化学方程式是_ ; (5) 比较 X 的氢化物与同族第二、第三周期元素所形成的氢化物稳定性、沸点高低并说明17理由_ 2 2 6 2 6 10 ,2,3 答案 (1)1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p As (3)三角锥形18(4) As 2Q+ 6Zn+ 6fSQ=2AsHf + 6ZnSQ + 3fO 稳定性： NH PH AsH , 因为键长越短，键能越大，化合物越稳定；沸点：NH AsH PH , NH 可形成分子间氢键，沸点最高，
29、 AsH 相对分子质量比PH 大，分子间作用力大，因而AsH 比 PH 沸点高解析(1)由 X 元素原子 4p 轨道上有 3 个未成对电子可知，X 元素原子基态时电子排布2 2 6 2 6 10 为 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s24p3，为 As 元素；(2)Y 元素原子最外层2p 轨道上有 2 个未成对电子，结合题意可知就为氧元素，则其价2s 2pH 元素。(3) AsH3 与 NH3 结构类似，立体构型应为三角锥形。(4) 结合题干中信息写出反应物和生成物，再根据电子守恒法配平该化学方程式。(5) 其氢化物分别为NH3 PH3 AsH3o其稳定性由化学键决定，键能越大，化合物越稳定；沸点由分子间作用力(含氢键 )决定。层电子排布图为ttAA由 X、Y 和 Z 三种元素的原子序数之和为42 可知 Z 为