魯科版選修三 第3章 第3節(jié) 第2課 時(shí)分子晶體 學(xué)案.docx

第2課時(shí)分子晶體 學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.熟知分子晶體的概念、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及常見的分子晶體。2.能夠從范德華力、氫鍵的特征，分析理解分子晶體的物理特性。3.會(huì)比較判斷晶體類型。一常見的分子晶體結(jié)構(gòu)1碘晶體晶胞的結(jié)構(gòu)如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)碘晶體的晶胞是一個(gè)長(zhǎng)方體，在它的每個(gè)頂點(diǎn)上有一個(gè)碘分子外，每個(gè)面上還有一個(gè)碘分子，每個(gè)晶胞從碘晶體中分享到4個(gè)碘分子。(2)氯單質(zhì)、溴單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)與碘晶體的結(jié)構(gòu)非常相似，只是晶胞的大小不同而已。2干冰晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，觀察分析其結(jié)構(gòu)模型，回答下列問題：(1)構(gòu)成干冰晶體的結(jié)構(gòu)微粒是co2分子，微粒間的相互作用力是范德華力。(2)從結(jié)構(gòu)模型可以看出：干冰晶體是一種面心立方結(jié)構(gòu)每8個(gè)co2分子構(gòu)成立方體，在六個(gè)面的中心又各占據(jù)1個(gè)co2分子。(3)干冰晶體每個(gè)co2分子周圍，離該分子最近且距離相等的co2分子有12個(gè)。(4)每個(gè)晶胞中有4個(gè)co2分子。3冰晶體的結(jié)構(gòu)如下圖所示。根據(jù)冰晶體的結(jié)構(gòu)，回答下列問題：(1)構(gòu)成冰晶體的結(jié)構(gòu)微粒是h2o分子，微粒間的相互作用力是范德華力、氫鍵。(2)在冰晶體中，由于水分子之間存在具有方向性的氫鍵，迫使在四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰水分子相互吸引，這樣的排列使冰晶體中的水分子的空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙，比較松散。(3)在冰晶體中，每個(gè)水分子中的每個(gè)氧原子周圍都有4個(gè)氫原子，氧原子與其中的兩個(gè)氫原子通過共價(jià)鍵結(jié)合，而與屬于其他水分子的另外兩個(gè)氫原子靠氫鍵結(jié)合在一起。歸納總結(jié)注意：稀有氣體固態(tài)時(shí)形成分子晶體，微粒之間只存在分子間作用力，分子內(nèi)不存在化學(xué)鍵。分子晶體熔化、汽化時(shí)克服分子間作用力。分子晶體固態(tài)、熔融時(shí)均不導(dǎo)電。分子間作用力的大小決定分子晶體的物理性質(zhì)。分子間作用力越大，分子晶體的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大?；顚W(xué)活用1下列各組物質(zhì)各自形成晶體，均屬于分子晶體的化合物是()anh3、hd、c10h8bpcl3、co2、h2so4cso2、sio2、p2o5dccl4、na2s、h2o2答案b解析a中hd是單質(zhì)，不是化合物；c中sio2為原子晶體，不是分子晶體；d中na2s是離子晶體，不是分子晶體。2下表列舉了幾種物質(zhì)的性質(zhì)，據(jù)此判斷屬于分子晶體的物質(zhì)是_。物質(zhì)性質(zhì)x熔點(diǎn)為10.31，液態(tài)不導(dǎo)電，水溶液導(dǎo)電y易溶于ccl4，熔點(diǎn)為11.2，沸點(diǎn)為44.8z常溫下為氣態(tài)，極易溶于水，溶液ph7w常溫下為固體，加熱變?yōu)樽霞t色蒸汽，遇冷變?yōu)樽虾谏腆wm熔點(diǎn)為1170，易溶于水，水溶液導(dǎo)電n熔點(diǎn)為97.81，質(zhì)軟，導(dǎo)電，密度為0.97gcm3答案x、y、z、w解析分子晶體熔、沸點(diǎn)一般比較低，硬度較小，固態(tài)不導(dǎo)電。m的熔點(diǎn)高，肯定不是分子晶體；n是金屬鈉的性質(zhì)；其余x、y、z、w均為分子晶體。理解感悟分子晶體具有熔、沸點(diǎn)較低，硬度較小，固態(tài)、熔融態(tài)不導(dǎo)電等物理特性。所有在常溫下呈氣態(tài)的物質(zhì)、常溫下呈液態(tài)的物質(zhì)(除汞外)、易升華的固體物質(zhì)都屬于分子晶體。二石墨晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)石墨的晶體結(jié)構(gòu)如下圖所示：1在石墨晶體中，同層的碳原子以sp2雜化形成共價(jià)鍵，每一個(gè)碳原子以三個(gè)共價(jià)鍵與另外三個(gè)原子相連。六個(gè)碳原子在同一個(gè)平面上形成了正六邊形的環(huán)，伸展成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2在同一平面的碳原子還各剩下一個(gè)p軌道，并含有一個(gè)未成對(duì)電子，它們相互重疊。電子比較自由，相當(dāng)于金屬中的自由電子，所以石墨能導(dǎo)熱和導(dǎo)電，這正是金屬晶體的特征。3石墨晶體中網(wǎng)絡(luò)狀的平面結(jié)構(gòu)以范德華力結(jié)合形成層狀的結(jié)構(gòu)，距離較大，結(jié)合力較弱，層與層間可以相對(duì)滑動(dòng)，使之具有潤(rùn)滑性。歸納總結(jié)石墨晶體中碳原子間形成共價(jià)鍵，層與層間的結(jié)合力為范德華力。因此，石墨晶體不是原子晶體，也不是金屬晶體、分子晶體，而是一種混合晶體?；顚W(xué)活用3在金剛石晶體中，碳原子數(shù)與化學(xué)鍵數(shù)之比為_。在石墨晶體中，平均每個(gè)最小的碳原子環(huán)所擁有的化學(xué)鍵數(shù)為_，該晶體中碳原子數(shù)與化學(xué)鍵數(shù)之比為_。已知，金剛石晶體與石墨晶體中的碳碳鍵長(zhǎng)(d)相比較，d石墨d金剛石，則金剛石的熔點(diǎn)_石墨的熔點(diǎn)(填“”、“”或“”)。答案12323解析金剛石晶體中每個(gè)碳原子平均擁有的化學(xué)鍵數(shù)為42，則碳原子數(shù)與化學(xué)鍵數(shù)之比為12。石墨晶體中，平均每個(gè)最小的碳原子環(huán)所擁有的碳原子數(shù)和化學(xué)鍵數(shù)分別為62和63，其比值為23。四種晶體類型的比較離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體的組成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)對(duì)比分析如下表：離子晶體原子晶體分子晶體金屬晶體構(gòu)成晶體的粒子陰、陽離子原子分子金屬陽離子和自由電子粒子間的作用離子鍵共價(jià)鍵分子間作用力(有的有氫鍵)金屬鍵作用力強(qiáng)弱(一般地)較強(qiáng)很強(qiáng)弱較強(qiáng)確定作用力強(qiáng)弱的一般判斷方法離子所帶電荷總數(shù)、離子半徑鍵長(zhǎng)(原子半徑)組成和結(jié)構(gòu)相似時(shí)比較相對(duì)分子質(zhì)量離子半徑、離子所帶電荷數(shù)熔、沸點(diǎn)較高高低差別較大(如汞常溫下為液態(tài)，鎢熔點(diǎn)為3410)硬度硬而脆大較小差別較大導(dǎo)熱和導(dǎo)電性不良導(dǎo)體(熔化后或溶于水導(dǎo)電)不良導(dǎo)體不良導(dǎo)體(部分溶于水發(fā)生電離后導(dǎo)電)良導(dǎo)體溶解性多數(shù)易溶一般不溶相似相溶一般不溶于水，少數(shù)與水反應(yīng)機(jī)械加工性不良不良不良優(yōu)良延展性差差差優(yōu)良當(dāng)堂檢測(cè)1下列有關(guān)分子晶體的說法中一定正確的是()a分子內(nèi)均存在共價(jià)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(jié)構(gòu)一定為分子密堆積答案b解析稀有氣體元素組成的分子晶體中，不存在由多個(gè)原子組成的分子，而是原子間通過范德華力結(jié)合成晶體，所以不存在任何化學(xué)鍵，故a項(xiàng)錯(cuò)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(fù)性較強(qiáng)的n、o、f原子結(jié)合的氫原子的分子之間或者分子之內(nèi)，所以b項(xiàng)正確，c項(xiàng)錯(cuò)誤；只存在范德華力的分子晶體才采取分子密堆積的方式，所以d選項(xiàng)也是錯(cuò)誤的。2下列有關(guān)冰和干冰敘述不正確的是()a干冰和冰都是由分子密堆積形成的晶體b冰是由范德華力和氫鍵形成的晶體，每個(gè)水分子周圍有4個(gè)緊鄰的水分子c干冰比冰的熔點(diǎn)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(gè)分子周圍有12個(gè)緊鄰的分子答案a解析干冰晶體中co2分子間作用力只有范德華力，分子采取密堆積形式，一個(gè)分子周圍有12個(gè)緊鄰的分子；冰晶體中水分子間除了范德華力還存在氫鍵，由于氫鍵具有方向性，每個(gè)水分子周圍有4個(gè)緊鄰的水分子，采取非緊密堆積的方式，空間利用率小，因而密度小。干冰融化需克服范德華力，冰融化還需要克服氫鍵，由于氫鍵比范德華力大，所以干冰比冰的熔點(diǎn)低得多。3下列晶體中只存在一種作用力的是()aco2bnaohcnh4cldhe答案d解析co2晶體中存在共價(jià)鍵和范德華力；naoh晶體中存在離子鍵、共價(jià)鍵；nh4cl晶體中存在離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵；只有he屬單原子分子，晶體內(nèi)部存在的作用力只有范德華力。4水分子間可通過一種叫“氫鍵”的作用(介于化學(xué)鍵和范德華力大小之間)，彼此結(jié)合而形成(h2o)n。在冰中的n值為5，即每個(gè)水分子都被其他4個(gè)水分子包圍形成變形四面體，如圖所示為(h2o)5單元，由無限個(gè)這樣的四面體通過氫鍵相互連接成一個(gè)龐大的分子晶體，即冰。下列有關(guān)敘述中正確的是()a1mol冰中有4mol氫鍵b1mol冰中有45mol氫鍵c平均每個(gè)水分子只有2個(gè)氫鍵d平均每個(gè)水分子只有5/4個(gè)氫鍵答案c解析由題圖我們可以看出每個(gè)水分子可以形成4個(gè)氫鍵，而一個(gè)氫鍵被兩個(gè)h2o分子共用，故平均每個(gè)水分子含有氫鍵數(shù)42個(gè)。即1mol冰中含有2mol氫鍵。5最近發(fā)現(xiàn)一種由m、n兩種原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如下圖所示。實(shí)心球表示n原子，空心球表示m原子，則它的化學(xué)式為()am4n4bmn cm14n13dm4n5答案c解析此題是確定晶體的化學(xué)式。關(guān)鍵點(diǎn)是該物質(zhì)為氣態(tài)團(tuán)簇分子，故屬于分子晶體。與離子晶體、原子晶體不同，它不存在共用與均攤問題，因此該物質(zhì)的化學(xué)式就是其分子式，由14個(gè)m原子和13個(gè)n原子組成，故應(yīng)選c。40分鐘課時(shí)作業(yè)基礎(chǔ)過關(guān)一、分子晶體的晶胞1下圖是冰的一種骨架形式，依此為單位向空間延伸，請(qǐng)問該冰中的每個(gè)水分子有幾個(gè)氫鍵()a2b4c8d12答案a解析每個(gè)水分子與四個(gè)方向的其他4個(gè)水分子形成氫鍵，每個(gè)氫鍵為2個(gè)水分子所共有，因此每個(gè)水分子具有的氫鍵個(gè)數(shù)為41/22。2中學(xué)教材上介紹的干冰晶體是一種面心立方結(jié)構(gòu)，如圖所示，即每8個(gè)co2構(gòu)成立方體，且在6個(gè)面的中心又各占據(jù)1個(gè)co2分子，在每個(gè)co2周圍距離a(其中a為立方體棱長(zhǎng))的co2有()a4個(gè)b8個(gè)c12個(gè)d6個(gè)答案c解析在每個(gè)co2周圍距離a的co2即為每個(gè)面心上的co2分子，在x、y、z三個(gè)方向上各有4個(gè)，所以應(yīng)為12個(gè)。3在20世紀(jì)90年代末期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并證明碳有新的單質(zhì)形態(tài)c60存在。后來人們又相繼得到了c70、c76、c90、c94等另外一些球碳分子。21世紀(jì)初，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了管狀碳分子和洋蔥狀碳分子，大大豐富了碳元素單質(zhì)的家族。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是()a熔點(diǎn)比較：c60c70c90金剛石b已知c(石墨)=c(金剛石)h0，則石墨比金剛石穩(wěn)定cc60晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，每個(gè)c60分子周圍與它最近且等距離的c60分子有12個(gè)d金剛石、c60、c70、管狀碳和洋蔥狀碳都不能與h2發(fā)生加成反應(yīng)答案d解析本題考查碳單質(zhì)的幾種晶體的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。c60、c70、c90均是分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔點(diǎn)越高，金剛石是原子晶體，熔點(diǎn)比分子晶體高得多，a項(xiàng)正確；石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是吸熱過程，說明石墨能量低，故石墨比金剛石穩(wěn)定，b項(xiàng)正確；由c60的晶體結(jié)構(gòu)，可知每個(gè)c60分子周圍與它最近且等距離的c60分子有12個(gè)，c項(xiàng)正確；c60的結(jié)構(gòu)中存在碳碳雙鍵，可與h2發(fā)生加成反應(yīng)，d項(xiàng)錯(cuò)誤。二、分子晶體的結(jié)構(gòu)特征與判斷4下列物質(zhì)屬于分子晶體的化合物是()a石英b硫酸c干冰d食鹽答案c解析石英為原子晶體；硫酸常溫呈液態(tài)且為混合物；干冰為分子晶體；食鹽為離子晶體。5固體乙醇晶體中不存在的作用力是()a極性鍵b非極性鍵c離子鍵d氫鍵答案c解析固體乙醇晶體是乙醇分子通過分子間作用力結(jié)合的，在乙醇分子里有cc之間的非極性鍵，ch、co、oh之間的極性鍵，在分子之間還有o和h原子產(chǎn)生的氫鍵，沒有離子鍵。6下列物質(zhì)呈固態(tài)時(shí)，一定屬于分子晶體的是()a非金屬單質(zhì)b非金屬氧化物c含氧酸d金屬氧化物答案c解析非金屬單質(zhì)中的金剛石、非金屬氧化物中的sio2均為原子晶體；而金屬氧化物通常為離子化合物，屬離子晶體。故c正確。7下列關(guān)于晶體的說法正確的是()a分子晶體內(nèi)一定存在共價(jià)鍵b分子晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定c冰熔化時(shí)水分子中共價(jià)鍵沒有斷裂d由非金屬元素形成的化合物一定是分子晶體答案c解析稀有氣體元素形成的單質(zhì)晶體中，分子內(nèi)不存在共價(jià)鍵，a項(xiàng)錯(cuò)誤；分子的穩(wěn)定性強(qiáng)弱只與分子內(nèi)所含化學(xué)鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，而與分子間作用力無關(guān)，b項(xiàng)錯(cuò)誤；冰熔化時(shí)，其分子間作用力被破壞，而共價(jià)鍵沒有發(fā)生變化，c項(xiàng)正確；由非金屬元素形成的化合物nh4cl、sio2等不是分子晶體，d項(xiàng)不正確。8科學(xué)家最近又發(fā)現(xiàn)了一種新能源“可燃冰”。它的主要成分是甲烷分子的結(jié)晶水合物(ch4nh2o)。其形成過程是：埋于海底地層深處的大量有機(jī)質(zhì)在缺氧環(huán)境中，厭氧性細(xì)菌把有機(jī)質(zhì)分解，最后形成石油和天然氣(石油氣)，其中許多天然氣被包進(jìn)水分子中，在海底的低溫與高壓下形成了類似冰的透明晶體，這就是“可燃冰”。這種“可燃冰”的晶體類型是()a離子晶體b分子晶體c原子晶體d金屬晶體答案b解析根據(jù)題中信息可知，構(gòu)成該晶體的微粒是分子，又由于該晶體在低溫高壓條件下才可以以固態(tài)形式存在，可推知該晶體的熔、沸點(diǎn)較低，屬于分子晶體。9hgcl2的稀溶液可用作手術(shù)刀的消毒劑，已知hgcl2的熔點(diǎn)是277，熔融狀態(tài)的hgcl2不能導(dǎo)電，hgcl2的稀溶液有弱的導(dǎo)電能力，則下列關(guān)于hgcl2的敘述中正確的是()hgcl2屬于共價(jià)化合物hgcl2屬于離子化合物hgcl2屬于非電解質(zhì)hgcl2屬于弱電解質(zhì)abcd答案b解析hgcl2的熔點(diǎn)低，熔融狀態(tài)不導(dǎo)電，說明它屬于共價(jià)化合物，而不是離子化合物；水溶液有弱的導(dǎo)電能力，說明在水溶液中微弱電離，屬弱電解質(zhì)。10某化學(xué)興趣小組，在學(xué)習(xí)分子晶體后，查閱了幾種氯化物的熔、沸點(diǎn)，記錄如下：naclmgcl2alcl3sicl4cacl2熔點(diǎn)/80171219068782沸點(diǎn)/14651418230571600根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析，他們認(rèn)為屬于分子晶體的是()anacl、mgcl2、cacl2balcl3、sicl4cnacl、cacl2d全部答案b解析由于由分子構(gòu)成的晶體，分子與分子之間以分子間作用力相互作用，而分子間作用力較小，克服分子間作用力所需能量較低，故分子晶體的熔、沸點(diǎn)較低，表中的mgcl2、nacl、cacl2熔、沸點(diǎn)很高，很明顯不屬于分子晶體，alcl3、sicl4熔、沸點(diǎn)較低，應(yīng)為分子晶體，所以b項(xiàng)正確，a、c、d三項(xiàng)錯(cuò)誤。能力提升11下列有關(guān)石墨晶體的說法正確的是()a由于石墨晶體導(dǎo)電，所以它是金屬晶體b由于石墨的熔點(diǎn)很高，所以它是原子晶體c由于石墨質(zhì)軟，所以它是分子晶體d石墨晶體是一種混合晶體答案d12石墨的片層結(jié)構(gòu)如圖所示，試回答：(1)平均_個(gè)碳原子構(gòu)成一個(gè)正六邊形。(2)石墨晶體每一層內(nèi)碳原子數(shù)與碳碳化學(xué)鍵之比是_。(3)ng碳原子可構(gòu)成_個(gè)正六邊形。答案(1)2(2)23(3)解析(1)利用點(diǎn)與面之間的關(guān)系，平均每個(gè)正六邊形需碳原子：61/32(個(gè))。(2)分析每一個(gè)正六邊形：所占的碳原子數(shù)為61/32。所占的碳碳鍵數(shù)為61/23，故答案為23。(3)ng碳原子數(shù)為na，故答案為。13白磷分子中pp鍵易斷開，若一個(gè)白磷分子中每個(gè)pp鍵均斷開插入一個(gè)氧原子，則一共可結(jié)合_個(gè)氧原子，這樣得到磷的一種氧化物，其分子式為_。由c、h、n三種元素組成的某化合物，其分子內(nèi)含4個(gè)氮原子，且4個(gè)氮原子排成內(nèi)空的正四面體(同白磷，如下圖)，每?jī)蓚€(gè)氮原子間都有一個(gè)碳原子，且分子內(nèi)無cc和c=c，則化合物的分子式為_。答案6p4o6c6h12n4解析在白磷分子空間結(jié)構(gòu)圖中，分子內(nèi)共有6個(gè)pp鍵，由題意，可嵌