3-2 分子晶體 課件 【新教材】人教版（2019）高中化學選擇性必修二

第三章晶體結構與性質第二節(jié)分子晶體與共價晶體第一課時分子晶體一、分子晶體1.分子晶體的概念

只含分子的晶體叫做分子晶體。如：I2、H2O、NH3、H3PO4、萘等在固態(tài)時都是分子晶體。2.構成分子晶體的微粒

構成分子晶體的微粒是分子，分子晶體中相鄰分子間靠分子間作用力相互吸引，而分子內各原子間通常以共價鍵結合。3.分子晶體中微粒間的作用分子晶體中相鄰的分子間以分子間作用力相互吸引。構成微粒及微粒間的作用力物質種類實例所有非金屬氫化物H2O、NH3、CH4等部分非金屬單質鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分非金屬氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等幾乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4等絕大多數(shù)有機物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等4.分子晶體與物質的類別

①若分子間作用力只有范德華力,則分子晶體有分子密堆積特征,即每個分子周圍有12個緊鄰的分子。②若分子間還含有其他作用力,如氫鍵,則每個分子周圍緊鄰的分子要少于12個。如冰中每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子。5.分子晶體的常見堆積方式①密堆積有分子間氫鍵——氫鍵具有方向性,使晶體中的空間利率不高,留有相當大的空隙.這種晶體不具有分子密堆積特征。如：HF、NH3、冰（每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子）。②非密堆積

只有范德華力，無分子間氫鍵——分子密堆積。這類晶體每個分子周圍一般有12個緊鄰的分子，如：C60、干冰、I2、O2。分子的密堆積氧（O2）的晶體結構碳60的晶胞分子的密堆積（與CO2分子距離最近的CO2分子共有12個）干冰的晶體結構圖冰中１個水分子周圍有４個水分子冰的結構氫鍵具有方向性分子的非密堆積(1)分子晶體具有較低的熔、沸點和較小的硬度。分子晶體熔化時要破壞分子間作用力，由于分子間作用力很弱，所以分子晶體的熔、沸點一般較低，部分分子晶體易升華(如干冰、碘、紅磷、萘等)，且硬度較小。(2)分子晶體不導電。分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下均不存在自由移動的離子或自由電子，因而分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下都不能導電。有些分子晶體的水溶液能導電，如HI、乙酸等。6.分子晶體的特性(3)分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規(guī)律，即極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑。如：H2O是極性溶劑，SO2、H2S、HBr等都是極性分子，它們在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非極性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非極性溶劑，則Br2、I2等非極性分子易溶于其中，而水則不溶于苯和CCl4中。二、兩種典型的分子晶體的組成和結構1．干冰干冰的晶體結構在干冰晶體中，CO2分子在范德華力作用下，以密堆積方式排列成面心立方結構：8個CO2分子分別位于立方體的8個頂點，6個CO2分子位于立方體的6個面心。每個CO2分子周圍，離該分子最近且距離相等的CO2分子共12個，分別分布于3個相互垂直的平面上，每個平面上有4個。（1）干冰中的CO2分子間只存在范德華力，不存在氫鍵。（2）每個晶胞中均攤4個CO2分子,含有12個原子。（3）每個CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子數(shù)為12個。（4）干冰在常壓下極易升華，在工業(yè)上廣泛用作制冷劑。1．冰冰晶體的結構由于水分子中O原子采取sp3雜化，因此成鍵電子對與孤對電子之間有特定的伸展方向，所以分子間氫鍵的形成也有特定的方向和數(shù)目。每個H2O分子只能通過氫鍵與4個H2O直接相鄰排列。每個氧原子周圍都有4個氫原子，其中2個氫原子是通過共價鍵結合，距離較近，另外2個氫原子通過氫鍵結合，距離較遠，因此冰晶體中每個水分子均在氫鍵的作用下形成以它為中心其他4個水分子為頂點的變形四面體結構。①水分子之間的作用力有范德華力、氫鍵,但主要是氫鍵。②由于氫鍵具有方向性,使四面體中心的每個水分子與四面體頂點的4個相鄰的水分子相互吸引。③冰的硬度和干冰相似，而熔點比干冰的熔點高得多。（1）分子晶體熔、沸點的特點三、分子晶體熔沸點的比較分子晶體是分子在分子間作用力的作用下形成的晶體，熔化時，只破壞分子間作用力不破壞化學鍵。分子晶體的熔、沸點的高低是由分子間作用力決定的，而分子間作用力與化學鍵相比是一種較弱的作用，所以分子晶體在熔、沸點上表現(xiàn)出共性，即熔、沸點均較低，有些分子晶體具有易揮發(fā)、升華的性質。（2）分子晶體熔、沸點高低的判斷方法①少數(shù)含氫鍵的分子晶體，比一般的分子晶體的熔點高，如含有H—F、H—O、H—N等共價鍵的分子間可以形成氫鍵，所以HF、H2O、NH3、醇、氨基酸、糖等物質的熔點相對較高。②組成和結構相似，分子之間不含氫鍵而利用范德華力形成的分子晶體，隨著相對分子質量的增大，物質的熔點逐漸升高。例如，常溫下Cl2為氣態(tài)，Br2為液態(tài)，而I2為固態(tài)，CO2為氣態(tài)，CS2為液態(tài)。③相對分子質量相等或相近的極性分子構成的分子晶體，其熔點一般比非極性分子構成的分子晶體的熔、沸點高，如CO的熔、沸點比N2的熔、沸點高。④有機物中組成和結構相似且不存在氫鍵的同分異構體，相對分子質量相同，一般支鏈越多，分子間的相互作用力越弱，熔、沸點越低，如熔、沸點：正戊烷＞異戊烷＞新戊烷。四、分子晶體的判斷方法(1)依據(jù)物質的類別判斷,部分非金屬單質、所有非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機物的晶體都是分子晶體。(2)依據(jù)組成晶體的粒子及粒子間作用判斷,組成分子晶體的粒子是分子，粒子間作用是分子間作用力。(3)依據(jù)物質的性質判斷,分子晶體的硬度小，熔、沸點低，在熔融狀態(tài)或固體時均不導電。觀察下圖冰和干冰的晶體結構,回答下列問題:思考與討論(1)為什么干冰的熔點比冰低而密度卻比冰大?提示:冰中水分子間除了范德華力外還有氫鍵作用,而干冰中CO2分子間只有范德華力,所以冰的熔點比干冰高。由于水分子間形成的氫鍵具有方向性,導致冰晶體不具有分子密堆積特征,晶體中有較大的空隙,所以相同狀況下冰的密度較小。由于干冰中CO2分子采取密堆積方式形成晶體,所以干冰的密度較大。(2)干冰升華過程中破壞共價鍵嗎?提示:干冰升華過程中只破壞范德華力,不破壞共價鍵。1．判斷正誤(對的在括號內打“√”，錯的在括號內打“×”。)(1)分子晶體中只存在分子間作用力

(

)(2)分子晶體熔化時共價鍵斷裂

(

)(3)分子晶體中氫鍵越強，分子越穩(wěn)定

(

)(4)分子晶體中一定含有分子間作用力，不一定含有化學鍵

(

)×××√2．下列各組物質各自形成晶體，均屬于分子晶體的化合物是(

)A．NH3、P4、C10H8

B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、H2O、Na2O2解析:A中，P4(白磷)為單質，不是化合物；C中，SiO2為共價晶體；D中，Na2O2是離子化合物、離子晶體。B

3．下列有關冰和干冰的敘述不正確的是(

)A．干冰和冰都是由分子密堆積形成的晶體B．冰晶體中每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子C．干冰比冰的熔點低得多，常壓下易升華D．干冰中只存在范德華力不存在氫鍵，一個分子周圍有12個緊鄰的分子解析:干冰晶體中CO2分子間作用力只是范德華力，分子采取密堆積，一個分子周圍有12個緊鄰的分子；冰晶體中水分子間除了范德華力之外還存在氫鍵，由于氫鍵具有方向性和飽和性，故每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子，采取非密堆積的方式，空間利用率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德華力，冰融化需要克服范德華力和氫鍵，由于氫鍵作用力比范德華力大，所以干冰比冰的熔點低得多，而且常壓下易升華。A4．下列有關分子晶體的說法中一定正確的是(

)A．分子內均存在共價鍵B．分子間一定存在范德華力C．分子間一定存在氫鍵D．其結構一定為分子密堆積解析:稀有氣體元素組成的分子晶體中，不存在由多個原子組成的分子，而是原子間通過范德華力結合成晶體，所以不存在任何化學鍵，A錯誤；分子間作用力包括范德華力和氫鍵，范德華力存在于所有的分子晶體中，而氫鍵只存在于含有與電負性較強的N、O、F原子結合的氫原子的分子之間或者分子之內，B正確，C錯誤；只存在范德華力的分子晶體才采取分子密堆積的方式，D錯誤。B

5．HF分子晶體、NH3分子晶體與冰的結構極為相似，在HF分子晶體中，與F原子距離最近的HF分子有(

)A．3個B．4個C．5個D．12個解析:根據(jù)HF分子晶體與冰結構相似可知，每個HF分子周圍有4個HF分子與之最近，構成四面體，故B項正確。B

6．下列物質按熔、沸點由高到低順序排列，正確的一組是(

)A．HF、HCl、HBr、HIB．F2、Cl2、Br2、I2C．H2O、H2S、H2Se、H2TeD．CI4、CBr4、CCl4、CF4解析:對結構和組成相似的分子晶體，其熔、沸點隨著相對分子質量的增大而升高，但HF、H2O分子之間都存在氫鍵，熔、沸點反常。所以A中應為HF>HI>HBr>HCl；B中應為I2>Br2>Cl2>F2；C中應為H2O>H2Te>H2Se>H2S；只有D正確。D7.下列各組物質各自形成的晶體中,均屬于分子晶體的化合物是(

)A.NH3、HD、C8H10 B.PCl3、CO2、H2SO4C.SO2、SO3、C60 D.CCl4、Na2S、H2O2解析:A項中HD是單質,不是化合物;C項中C60是單質,不是化合物;D項中Na2S是鹽,不是分子晶體。B8.水的狀態(tài)除了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)外,還有玻璃態(tài)。它是由液態(tài)水急速冷卻到165K時形成的,玻璃態(tài)的水無固定形狀,不存在晶體結構,且密度與普通液態(tài)水的密度相同,有關玻璃態(tài)水的敘述正確的是(

)A.水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài),體積縮小B.玻璃態(tài)水具有固定的熔點C.玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài)D.玻璃態(tài)水是分子晶體解析:由玻璃態(tài)水的密度與普通液態(tài)水的密度相同,可知質量相同時體積相同,A錯誤;玻璃態(tài)的水不是晶體,則無固定的熔點,B錯誤;由水的狀態(tài)除了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)外,還有玻璃態(tài),可知玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài),C正確;玻璃態(tài)的水無固定形狀,不是分子晶體,D錯誤。C9.下列有關冰和干冰的敘述不正確的是(

)A.干冰和冰都是由分子密堆積形成的晶體B.冰晶體中,每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子C.干冰比冰的熔點低得多,常壓下易升華D.干冰中CO2分子間只存在范德華力,不存在氫鍵,一個分子周圍有12個緊鄰的分子A解析:干冰晶體中,CO2分子間作用力只是范德華力,分子采取密堆積,一個分子周圍有12個緊鄰的分子;冰晶體中水分子間除了范德華力之外還存在氫鍵,由于氫鍵具有方向性和飽和性,故每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子,采取非密堆積的方式,空間利用率小,因而密度小。干冰熔化只需克服范德華力,冰融化需要克服范德華力和氫鍵,由于氫鍵作用力比范德華力大,所以干冰比冰的熔點低得多,而且常壓下易升華。10．(1)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物熔點為253K，沸點為376K，其固體屬于________晶體。(2)F2與其他鹵素單質反應可以形成鹵素互化物，如ClF3、BrF3，常溫下它們都是易揮發(fā)的液體。ClF3的熔、沸點比BrF3的________(填“高”或“低”)。(3)下圖為CO2分子晶體結構的一部分，觀察圖形。試說明每個CO2分子周圍有________個與之緊鄰的CO2分子；該結構單元平均占有________個CO2分子。分子低412解析：(1)該化合物熔點為253K，沸點為376K，熔、沸點較低，所以為分子晶體。(2)組成和結構相似