高中化学第三章晶体结构与性质第二节第1课时分子晶体同步练习新人教版选修32 7页

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分子间作用力相互吸引，分子内原子之间以共价键结合。‎ 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所有非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等。‎ ‎②部分非金属单质，如卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、C60、稀有气体等。‎ ‎③部分非金属氧化物，如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。‎ ‎④几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。‎ ‎⑤绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。‎ ‎(2)物理性质：分子晶体熔点较低，易升华，硬度较小。‎ 二、常见分子晶体的结构特征 ‎(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 - 7 -‎ ‎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，使四面体中心的每个水分子与四面体顶角的4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 - 7 -‎ ‎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。‎ - 7 -‎ ‎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(　　)‎ - 7 -‎ 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个水分子共用，故其氢键个数为4×＝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)12　4　a　‎ ‎(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a pm。每个CO2分子周围紧邻且等距离的CO2‎ - 7 -‎ 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　C ‎2．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 - 7 -‎ 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)12　30　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×＝20，x＝12；C—C键数目为12×5×＝30，即30条棱边。‎ - 7 -‎