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第三章　晶体结构与性质
第二节　分子晶体与共价晶体
第1课时　分子晶体
课程标准 核心素养目标
　　1.借助分子晶体模型认识分子晶体的结构特点。
2．能结合实例说明分子晶体中的粒子及其粒子间的相互作用。 　　1.宏观辨识与微观探析：能借助分子晶体模型说明分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用，以及范德华力与氢键对分子晶体结构与性质的影响。
2．证据推理与模型认知：知道分子晶体的结构特点，能借助分子晶体模型说明分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用，建构分子晶体模型，用于分析、解决相关问题。
一、分子晶体及其性质
1．分子晶体及作用力
2．典型的分子晶体
3．分子晶体的物理性质
(1)分子晶体具有较低的熔点和沸点、较小的硬度，其原因是分子之间的分子间作用力较弱。
(2)分子晶体都不导电，熔融状态不导电。
(3)分子晶体的溶解性大多遵循“相似相溶”规律。
二、典型分子晶体的结构及特点
1．冰晶体的结构及性质
(1)冰晶体的结构
在冰晶体中，水分子间存在氢键和____________，每个水分子周围只有__个紧邻的水分子。由于氢键具有_________，故冰晶体中形成以1个水分子为中心，4个水分子为顶角的_________结构单元的空间网状结构(如图所示)。
范德华力
4
方向性
四面体
(2)冰晶体的性质
①冰晶体的密度比液态水小，其原因是冰晶体中水分子未采用密堆积，水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙______，密度反而______，超过4 ℃时，才由于热运动加剧，分子间距离______，密度逐渐______。
②冰晶体的硬度小。
减小
增大
加大
减小
2．干冰晶体的结构及性质
(1)干冰的结构
干冰晶体中，CO2分子采用_________，每个CO2周围等距且紧邻的CO2有____个。
密堆积
12
(2)干冰的性质
①熔、沸点较低(比冰的熔、沸点___得多)，在常压下极易______。
②硬度___、密度___(但比冰的密度高)。
③干冰可用于灭火，用作_________。
低
升华
小
小
制冷剂
◆名师点拨
对于分子晶体的理解
(1)由分子构成的物质在固态时形成分子晶体，这里“分子”指真实存在的小分子、分子聚集体、缔合分子、大分子(高分子)等。
(2)分子晶体的化学式可表示具体的分子组成。
◆拓展延伸
分子密堆积和非密堆积
◆名师点拨
冰晶体中的氢键
(1)冰晶体中，每个水分子都以氢键与周围的4个水分子相结合形成四面体结构单元。
(2)每个水分子与4个水分子形成氢键，每个氢键被2个水分子共用，根据均摊法，每个水分子平均形成2个氢键。
◆名师点拨
干冰的结构及分析
(1)干冰的晶胞是面心立方结构，立方体的每个顶角有1个CO2分子，每个面上有1个CO2分子。
(2)干冰晶体中二氧化碳分子的排列有4种不同取向，即在顶角上有1种， 三套两个平行面心上各有1种。
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定(　　　)
(2)在分子晶体中一定存在共价键和分子间作用力(　　　)
(3)冰和碘晶体都是分子晶体，但分子的堆积方式不同(　　　)
(4)常温下SiF4是气体，因此固态SiF4属于分子晶体(　　　)
×
×
√
√
探究一__分子晶体的结构特点与性质的关系

碘晶体的晶胞(如图所示)是一个长方体，除了长方体的每个顶角处有1个碘分子外，每个面上还有1个碘分子。氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构非常相似，只是晶胞的大小不同。
[问题设计]
(1)分析碘晶胞结构，判断碘分子的排列有几种不同的取向，并予以描述。
提示：2种；处于8个顶角和左、右两个面心的碘分子取向相同，处于上、下、前、后四个面心的碘分子取向相同。
(2)碘晶体中存在哪些粒子间的作用力？试分析碘晶体易升华的原因。
提示：碘晶体中分子间存在分子间作用力，分子内存在共价键；碘晶体是分子晶体，碘分子间存在较弱的分子间作用力，容易被破坏，故I2易发生升华。
(3)判断溴晶体分别溶于四氯化碳和NaOH溶液中破坏的粒子间作用力。
提示：溴晶体溶于四氯化碳破坏分子间作用力，溶于NaOH溶液发生反应，主要破坏共价键。
1．分子晶体的判断方法
(1)依据物质的类别判断
部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。
(2)依据组成晶体的粒子及粒子间作用力判断
组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。
(3)依据物质的性质判断
分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固态时均不导电。
2．分子晶体熔、沸点高低的判断
(1)组成和结构相似，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越强，熔、沸点越高，如熔、沸点：I2＞Br2＞Cl2＞F2，HI＞HBr＞HCl。
(2)组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高，如熔、沸点：CH3OH＞CH3CH3。
(3)含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常升高，如熔、沸点：H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
(5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加，熔、沸点升高，如熔、沸点：C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。
【例1】 某无机化合物的二聚分子结构如图，该分子中A、B两种元素都是第三周期的元素，分子中所有原子最外层都达到8电子稳定结构。下列关于该化合物的说法不正确的是 (　　　)
A．化学式为Al2Cl6
B．不存在离子键和非极性共价键
C．在固态时所形成的晶体是分子晶体
D．在熔融状态下能导电
D
解析：
将二聚分子变成单分子可得，单分子的化学式为BA3，根据两种元素都处于第三周期，可能是PCl3 或AlCl3，而PCl3中所有原子已达稳定结构，形成二聚分子是不可能的，故只可能是AlCl3，该化合物的化学式是Al2Cl6，A正确；该物质属于共价化合物，只存在Cl—Al，固态时形成分子晶体，B、C正确；该化合物在熔融状态下以分子形式存在，不能导电，D错误。
1．胍盐(可由胍与盐酸反应制得，胍的结构简式如图所示)能使蛋白质变性，胍盐在碱性溶液中的水解产物中含有氨和尿素。下列说法不正确的是 (　　　)
A．蛋白质变性属于物理变化
B．胍的水溶液呈碱性
C．HCl分子属于极性分子
D．尿素晶体为分子晶体
A
解析：
蛋白质变性属于化学变化，A错误；胍含有碱性基团氨基，可以和盐酸反应生成胍盐，胍的水溶液呈碱性，B正确；HCl只含极性键，属于极性分子，C正确；尿素是有机分子，属于分子晶体，D正确。
探究二__氢键对分子晶体的结构与性质的影响

常温下，液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0 ℃以下，水凝结成冰，其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。在这种排列中，水分子的间距比较大，类似于蜂巢结构，如图所示。
[问题设计]
(1)冰晶体中存在着哪几种粒子间的作用力？这对冰晶体的结构与性质产生了怎样的影响？
提示：冰晶体中水分子间主要存在氢键(也存在范德华力)，水分子内存在共价键；氢键具有方向性，使得冰晶体中水分子的间距较大，有很多空隙；水凝固成冰时，体积变大，密度变小。
(2)冰晶体中氢键的存在，对水分子的热稳定性是否有影响？为什么？
提示：无影响；水分子间的氢键属于分子间作用力，只影响其物理性质，水分子的稳定性与H—O有关。
1．影响分子晶体中分子堆积方式的因素
2．氢键对分子晶体的结构与性质的影响
【例2】 如图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H。下列说法不正确的是 (　　　)
C
A．冰晶体中每个水分子与另外4个水分子形成四面体
B．冰晶体中水分子通过氢键形成空间网状结构
C．冰晶体中水分子间存在氢键，液态水和水蒸气中不存在氢键
D．冰融化后，水分子之间空隙变小，密度变大
解析：
水分子形成氢键时沿O的4个sp3杂化轨道的伸展方向形成氢键，每个水分子可以与4个水分子形成氢键，从而形成空间四面体构型，A正确；冰晶体中的水分子是靠氢键结合在一起的，B正确；冰和液态水中都存在氢键，水蒸气中水分子之间距离较远，不存在氢键，C错误；冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性，故水分子靠氢键连接后，分子间空隙变大，故冰融化成水后，体积减小，水分子之间空隙减小，密度变大，D正确。
2．下列说法正确的是 (　　　)
A．冰融化时，分子中氢氧键发生断裂
B．HF晶体与冰的结构相似，则HF晶体中与每个HF等距离最近的HF分子有4个
C．分子晶体中共价键键能越大，该分子晶体的熔点和沸点一定也越高
D．分子晶体中分子间作用力越大，该物质越稳定
B
解析：
冰融化时，是物理变化，只破坏分子间作用力，分子中H—O没有发生断裂，A错误；分子晶体受热熔化时，只改变分子间的距离，不需要破坏分子内的共价键，该晶体的熔点、沸点高低与其键能无关，C错误；分子晶体中，物质的稳定性与分子内原子间的共价键有关，与分子间作用力无关，D错误。
3．邻、间、对三种硝基苯酚的结构简式和熔点信息见表。下列说法错误的是 (　　　)
D　
A.电负性大小顺序为O>N>C
B．三种化合物都是分子晶体
C．对硝基苯酚形成分子间氢键，其熔点、沸点较高
D．三种硝基苯酚的化学性质完全相同
解析：
同周期元素从左到右电负性逐渐增大，则O、N、C的电负性大小顺序为O>N>C，A正确；三种化合物的熔点较低，故三种化合物都是分子晶体，B正确；三者相对分子质量相同而熔点差距大，可推断，对硝基苯酚易形成分子间氢键，使熔点、沸点升高，C正确；三种硝基苯酚结构不同，故其化学性质不完全相同，D错误。
1．下列关于分子晶体的说法正确的是 (　　　)
A．分子晶体中的共价键有方向性，而分子间作用力无方向性
B．在分子晶体中一定存在氢键
C．冰和Br2都是分子晶体
D．稀有气体不能形成分子晶体
C　
解析：
分子晶体中的共价键有方向性，且分子间作用力中的氢键也具有方向性，A错误；分子晶体中不一定存在氢键，如甲烷分子间及分子内都不存在氢键，B错误；冰和Br2均由分子构成，均属于分子晶体，C正确；稀有气体构成粒子是单原子分子，可形成分子晶体，D错误。
2．下列物质中属于分子晶体，而且既含σ键又含π键的是 (　　　)
A．NaCN　　 B．CS2
C．H2O2　 D．Cu(OH)2
B　
解析：
NaCN、Cu(OH)2都是离子化合物，不存在分子，故不是分子晶体，A、D错误；CS2为分子晶体，分子中存在硫碳双键，既含有σ键又含π键，B正确；过氧化氢属于分子晶体，结构式为H—O—O—H，分子内只含有σ键，C错误。
3．SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其作出如下推断，其中正确的是 (　　　)
①SiCl4晶体是分子晶体
②常温、常压下，SiCl4是液体
③SiCl4分子是由极性键形成的非极性分子
④SiCl4的熔点高于CCl4的熔点
A．仅① B．仅①②
C．仅②③ D．①②③④
D　
解析：
CCl4在常温下是液体，形成的晶体是分子晶体，SiCl4的结构与CCl4相似，是由极性键形成的非极性分子，故SiCl4形成的晶体也是分子晶体。由于相对分子质量大小为SiCl4>CCl4，则分子间作用力大小为SiCl4>CCl4，故SiCl4的熔点高于CCl4的熔点，CCl4是液体，则常温常压下SiCl4是液体。
4．下列说法正确的是 (　　　)
A．元素第一电离能：N＜O＜F
B．键角：BeCl2＞CCl4＞NH3＞H2O
C．H2O比H2S稳定的原因是H2O分子间存在氢键
D．SiO2熔化和干冰升华克服的作用力相同
B　
解析：
同一周期元素，元素第一电离能随着原子序数增大而呈增大趋势，但第ⅡA族、第ⅤA族元素第一电离能大于其相邻元素，所以第一电离能：F>N>O，A错误；BeCl2中中心原子价层电子对数为2，无孤电子对，故为直线形结构，键角为180°；NH3中中心原子价层电子对数为4，有一个孤电子对，排斥力较小，故为三角锥形结构，键角为107°；H2O中中心原子价层电子对数为4，有2个孤电子对，排斥力较大，故为V形结构，键角为105°；CCl4中中心原子价层电子对数为4，无孤电子对，故为正四面体形，
解析：
键角为109°28′，所以键角的大小顺序为BeCl2＞CCl4＞NH3＞H2O，B正确；水的稳定性是化学性质，因而不是由氢键决定的，是由在分子内部氢氧键的稳定性决定的，C错误；干冰是分子晶体，干冰升华克服的是分子间作用力，SiO2是共价化合物，SiO2熔化克服的是共价键，D错误。
5．足球烯(C60)分子形成的晶体是人们发现的又一种碳的单质形态，其晶胞结构如图所示。
(1)C60与金刚石、石墨等都是碳的__________________。
(2)每个C60晶胞中含有____个C60分子，其晶体类型属于__________。
(3)C60、Si60、N60球形分子的结构相似，其熔点由高到低的顺序为________________，其原因是______________________________________
_______________________________________________________________。
答案：(1)同素异形体　(2)4　分子晶体　(3)Si60＞N60＞C60　Si60、N60、C60都是分子晶体，其相对分子质量逐渐减小，范德华力逐渐减弱，其熔点逐渐降低

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