高中化学《分子晶体》导学案+课后练习题

第二节分子晶体与原子晶体第1课时分子晶体[明确学习目标] 1.了解分子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点。

2.理解分子晶体的晶体类型与性质的关系。

学生自主学习一、分子晶体及其物理性质1．分子晶体的概念及粒子间的相互作用力(1)概念：只含□01分子的晶体称为分子晶体。

(2)粒子间的相互作用力：分子晶体内相邻分子间以□02分子间作用力相互吸引，分子内原子之间以□03共价键结合。

特别提醒：分子晶体熔化时，只破坏分子间作用力不破坏化学键。

2．常见的分子晶体及其物理性质(1)常见的分子晶体①所有□04非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等。

②部分□05非金属单质，如卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、C60、稀有气体等。

③部分□06非金属氧化物，如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。

④几乎所有的□07酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。

⑤绝大多数□08有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。

(2)物理性质：分子晶体熔点较□09低，易升华，硬度较□10小。

二、常见分子晶体的结构特征(1)干冰①每个晶胞中有□014个CO2分子，□0212个原子。

②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为□0312个。

(2)冰①水分子之间的作用力有□04范德华力和氢键，但主要是□05氢键。

②由于□06氢键的方向性，使四面体中心的每个水分子与四面体顶角的□074个相邻的水分子相互吸引。

1．为何分子晶体的熔点低？提示：因为构成晶体的微粒是分子，分子之间以分子间作用力(主要是范德华力)相结合，范德华力远小于化学键的作用。

2．干冰晶胞中拥有的分子数、每个二氧化碳分子等距离紧邻的CO2分子数分别是多少？提示：每个晶胞中有4个CO2分子，每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子有12个。

课堂互动探究一、分子晶体及其物理性质1．分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用2．分子晶体熔点的比较(1)结构相似，分子之间不含氢键而利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔点逐渐升高。

例如，常温下Cl2为气态，Br2为液态，而I2为固态；CO2为气态，而CS2为液态。

(2)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔点高，如CO的熔点比N2的熔点高。

(3)组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体所形成的分子晶体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间相互作用越弱，熔点越低，如熔点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。

(4)少数以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸、糖等物质的熔点较高。

[即时练]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．三氧化硫答案 B2．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答案 B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；SiCl4是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。

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，熔点比CCl4的高。

二、分子晶体的结构特征1．干冰——分子间作用力仅有范德华力下图表示的是CO2晶体晶胞的结构。

由图可知，CO2晶体的晶胞是1个面心立方结构，立方体的每个顶点上有1个CO2分子，6个面心还有6个CO2分子，每个CO2分子周围离该分子距离最近且相等的CO2分子有12个(同层4个，上层4个，下层4个)，每个晶胞从CO2晶体中分享到4个CO2分子，无数个这样的晶胞在空间“无隙并置”形成了CO2晶体。

2．冰——冰中水分子之间的相互作用除范德华力外还有氢键，冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。

如下图所示，由于氢键具有一定的方向性，每个水分子与周围4个水分子结合，4个水分子也按照这样的规律再与其他的水分子结合。

这样，每个水分子中的每个氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的2个氢原子通过共价键结合，因此它们之间的距离较近一些，而与属于其他水分子的另外2个氢原子靠氢键结合在一起，在这种排列中，分子的间距比较大，有很多空隙，比较松散。

因此，液态水变成固态，即水凝固成冰、雪、霜时，密度变小。

3．分子密堆积与分子非密堆积的比较[即时练]3．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有几个氢键()A．2 B．4C．8 D．12答案 A解析每个水分子与4个方向的4个水分子形成4个氢键，每个氢键为2个＝2。

水分子共用，故其氢键个数为4×124．如图为干冰的晶体结构示意图。

(1)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”)。

答案(1)1242 2a(2)氢键范德华力方向4四面体较低小解析观察并分析干冰和冰的晶体结构，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，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22a 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。

本课归纳总结学习效果检测1．分子晶体具有某些特征的本质原因是()A．组成晶体的基本微粒是分子B．熔融时不导电C．基本构成微粒间以分子间作用力相结合D．熔点一般比较低答案 C2．下列关于分子晶体的说法正确的是()A．干冰汽化时，分子内共价键被破坏B．稀有气体元素组成的晶体中存在非极性键C．水汽化时分子间距离增大D．白磷熔化时，分子间氢键被破坏答案 C解析干冰汽化，只是由CO2固体变成CO2气体，改变的是CO2的分子间距离和分子间作用力，与分子内的共价键无关，A错误；稀有气体元素组成的晶体是原子间通过范德华力结合而成，不存在化学键，B错误；白磷中不存在氢键，D错误。

3．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．冰是由氢键和范德华力形成的晶体，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A项，干冰是由分子密堆积形成的晶体，冰晶体中水分子间采取非紧密堆积的方式，错误；B项，冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键，由于氢键具有方向性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，正确；C项，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，正确；D项，干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，分子采取紧密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子，正确。

4.德国和美国科学家首次制出了20个碳原子组成的空气笼状分子C20，该笼状结构是由多个正五边形构成的，请回答：(1)C20分子中共有________个正五边形；共有________条棱边。

C20晶体属于________(填晶体类型)。

(2)固体C60与C20相比较，熔点较高的应为________，理由是________________________________________。

答案(1)1230分子晶体(2)C60结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高解析设C20分子中有x个正五边形，x×5×13＝20，x＝12；C—C键数目为12×5×12＝30，即30条棱边。

课时作业A篇知识对点训练知识点一分子晶体及其物理性质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．NH3、HD、C10H8B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、C60、P2O5D．CCl4、Na2S、H2O2答案 B2．下列各物质所形成的晶体中，属于分子晶体且分子内只含极性共价键的是()A．CO2B．O2C．NH4Cl D．Ar答案 A解析固体CO2(干冰)是分子晶体，分子内只有极性的碳氧共价键。

O2、Ar 的固体都属于分子晶体，但O2中只有非极性共价键，Ar原子间没有共价键。

NH4Cl 由NH＋4和Cl－组成，是离子化合物，不属于分子晶体。

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解析稀有气体分子形成的晶体不存在任何化学键，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，而只有部分分子晶体的分子间存在氢键，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。

4．下列分子晶体中，关于熔点高低的叙述中，正确的是()A．Cl2>I2B．SiCl4<CCl4C．NH3>PH3D．C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3答案 C解析A、B项中分子间无氢键，分子结构相似，相对分子质量大的熔点高；C项属于分子组成和结构相似的情况，但存在氢键的熔点高；D项属于同分异构体，支链少的熔点高。

5．下列有关物质的结构和性质的叙述，错误的是()A．水是一种非常稳定的化合物，这是由于水中存在氢键B．由极性键形成的分子可能是非极性分子C．水和冰中都含有氢键D．分子晶体中一定存在范德华力，可能有共价键答案 A解析水是一种稳定的化合物，是因为O—H键能大；CO2是由极性键形成的非极性分子；稀有气体分子形成的晶体无化学键。

6．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__________。