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 B

2．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．4

C．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4×1

2

4．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)124

2 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

2

2a 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