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第三章　
晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第二節(jié)　
分子晶體與共價(jià)晶體
第1課時(shí)　
分子晶體
[明確學(xué)習(xí)目標(biāo)]
1．知道分子晶體的概念及典型的分子晶體。
2．認(rèn)識(shí)分子晶體中的微粒及其微粒間的相互作用。
3．借助冰、干冰等模型認(rèn)識(shí)分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及物理性質(zhì)。
[核心素養(yǎng)對接]
1．宏觀辨識(shí)與微觀探析：能辨識(shí)常見的分子晶體，并能從微觀角度分析分子晶體中各構(gòu)成微粒之間的作用和對分子晶體物理性質(zhì)的影響。
2．證據(jù)推理與模型認(rèn)知：能利用分子晶體的通性推斷常見的分子晶體，理解分子晶體，理解分子晶體中微粒的堆積模型，并能利用均攤法對晶胞進(jìn)行分析。
課前篇
·
自主學(xué)習(xí)固基礎(chǔ)
一、概念及微粒間的作用力
[知識(shí)梳理]
1．概念：只含________的晶體稱為分子晶體。
2．粒子間的相互作用力：分子晶體內(nèi)相鄰分子間靠_______________相互吸引，分子內(nèi)原子之間以________結(jié)合。
分子　
分子間作用力　
共價(jià)鍵
二、堆積方式
分子密堆積 分子非密堆積
作用力 只有______________，無______ 有分子間氫鍵，它具有________性
空間特點(diǎn) 每個(gè)分子周圍一般有______個(gè)緊鄰的分子 空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙
舉例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰
范德華力　
氫鍵　
方向　
12
三、常見分子晶體及物質(zhì)類別
物質(zhì)種類 示例
所有____________ H2O、NH3、CH4等
部分____________ 鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等
部分____________ CO2、P4O10、SO2、SO3等
幾乎所有的______ HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
絕大多數(shù)________ 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
非金屬氫化物　
非金屬單質(zhì)　
非金屬氧化物　
酸　
有機(jī)物
四、物理性質(zhì)
一般熔、沸點(diǎn)___________，硬度_________。
較低　
較小
五、兩種典型的分子晶體的組成和結(jié)構(gòu)
1．干冰
(1)每個(gè)晶胞中有____個(gè)CO2分子，____個(gè)原子。
(2)每個(gè)CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子數(shù)為_____個(gè)。
2．冰
(1)水分子之間的作用力有________________，但主要是______。
(2)由于______的方向性，使四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的____個(gè)相鄰的水分子相互吸引。
4　
12　
12　
范德華力和氫鍵　
氫鍵
氫鍵
4
[自我排查]
一、微判斷
(1)冰融化時(shí)，分子中H—O鍵發(fā)生斷裂(　　)
(2)冰融化與干冰升華克服的作用力完全相同(　　)
(3)分子晶體中，分子間作用力越大，對應(yīng)的物質(zhì)越穩(wěn)定(　　)



二、嘗試解答
常溫下，液態(tài)水中水分子在不停地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。0 ℃以下，水凝結(jié)為冰，其中的水分子排列由雜亂無序變得十分有序。
提示：(1)共價(jià)鍵、氫鍵、范德華力
(2)氫鍵和范德華力
(3)共價(jià)鍵
(4)由于在冰的晶體中，水分子之間形成氫鍵，水分子之間以締合分子形式存在，占據(jù)的空間增大，密度減小。
課堂篇
·
重點(diǎn)難點(diǎn)要突破
研習(xí)1 分子晶體的概念
[探究活動(dòng)]
[問題探討]
1．分子晶體中分子內(nèi)一定含有共價(jià)鍵嗎？為什么？
提示：不一定。稀有氣體的分子為單原子分子，不含有任何化學(xué)鍵。
2．影響分子晶體的熔、沸點(diǎn)有哪些因素？
3．影響分子晶體的溶解度有哪些因素？
提示：氫鍵、范德華力、極性。
提示：“相似相溶”原理、氫鍵、化學(xué)反應(yīng)。
[重點(diǎn)講解]
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(shí)都是分子晶體。
2．分子晶體中的粒子及粒子間的相互作用
構(gòu)成分子晶體的微粒是分子，分子晶體中相鄰分子之間靠分子間作用力相互吸引，而分子內(nèi)各原子間通常以共價(jià)鍵結(jié)合。稀有氣體單質(zhì)是由單原子分子構(gòu)成，原子之間不存在共價(jià)鍵，固態(tài)時(shí)屬于分子晶體。
3．典型的分子晶體
(1)所有非金屬氫化物：如水、硫化氫、氨、氯化氫、甲烷等。
(2)部分非金屬單質(zhì)：如鹵素(X2)、氧氣(O2)、硫(S8)、氮?dú)?N2)、白磷(P4)、碳60(C60)等(注意：金剛石、Si等不是分子晶體)。
(3)部分非金屬氧化物：如CO2、P4O6、P4O10、SO2等(SiO2不是分子晶體)。
(4)幾乎所有的酸：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等。
(5)絕大多數(shù)有機(jī)物：如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。
4．物理特性
(1)分子晶體具有較低的熔、沸點(diǎn)和較小的硬度。分子晶體熔化時(shí)需破壞分子間作用力，由于分子間作用力很弱，所以分子晶體的熔、沸點(diǎn)一般較低。部分分子晶體易升華(如干冰、碘、萘等)。
[典例1]　下列有關(guān)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(gè)分子周圍只有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，1個(gè)分子周圍有12個(gè)緊鄰的分子
A
解析：干冰是由分子密堆積形成的晶體，冰中水分子間存在氫鍵，不屬于分子密堆積形成的晶體，故A錯(cuò)誤；冰晶體中每個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰的水分子形成四面體結(jié)構(gòu)，分子間有空隙，故B正確；冰中水分子間存在氫鍵，熔點(diǎn)高，干冰比冰的熔點(diǎn)低得多，常壓下易升華，故C正確；干冰中只存在范德華力，不存在氫鍵，是由分子密堆積形成的晶體，1個(gè)分子周圍有12個(gè)緊鄰的分子，故D正確。
[舉一反三]
下列有關(guān)分子晶體的說法中正確的是(　　)
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)一定為分子密堆積方式
B
解析：稀有氣體分子是單原子分子，分子內(nèi)不存在化學(xué)鍵，A項(xiàng)錯(cuò)誤；范德華力存在于所有分子晶體中，而氫鍵只存在于部分分子晶體內(nèi)，B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；分子間只存在范德華力的分子晶體才采取分子密堆積的方式，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
研習(xí)2 常見分子晶體結(jié)構(gòu)分析
[探究活動(dòng)]
[問題探討]
據(jù)《新科學(xué)》雜志報(bào)道，科研人員在20 ℃、1個(gè)大氣壓和其他一定的實(shí)驗(yàn)條件下，給水施加一個(gè)弱電場，水就可以結(jié)成冰，稱為“熱冰”。如圖是水和“熱冰”微觀結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模擬圖。
1．該實(shí)驗(yàn)說明水分子具有________性，水分子中氧原子的雜化方式為_________。
極　
sp3
2．參照“熱冰”的圖示，以一個(gè)水分子為中心，畫出水分子間最基本的連接方式(用結(jié)構(gòu)式表示)。
[重點(diǎn)講解]
1．分子密堆積
分子密堆積的條件：分子間作用力只有范德華力，無分子間氫鍵。范德華力沒有方向性和飽和性，這類晶體中每個(gè)分子周圍最多有12個(gè)緊鄰的分子，如C60、干冰、I2、O2等。干冰晶胞是一種面心立方結(jié)構(gòu)，在立方體的頂角各有一個(gè)CO2分子，6個(gè)面的中心又各有一個(gè)CO2分子。干冰晶
胞如圖所示，每個(gè)晶胞占有的CO2分子的個(gè)數(shù)為×8＋ ×6＝4。每個(gè)CO2分子周圍等距離且最近的CO2分子有12個(gè)。
干冰晶胞
2．非密堆積
若分子間的主要作用力是氫鍵，由于氫鍵具有方向性，使得晶體中分子的空間利用率降低，留有相當(dāng)大的空隙，這種晶體不具有分子密堆積特征，如HF、NH3、冰。
冰的結(jié)構(gòu)
冰中1個(gè)水分子周圍有4個(gè)水分子
以冰的晶體結(jié)構(gòu)為例：在冰的晶體中，水分子之間的主要作用力是氫鍵。由于氫鍵具有一定的方向性，每個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰的水分子。這樣，每個(gè)O原子周圍都有4個(gè)H原子，其中2個(gè)H原子與O原子以共價(jià)鍵結(jié)合，另外2個(gè)H原子與O原子以氫鍵結(jié)合，使水分子間構(gòu)成四面體骨架結(jié)構(gòu)。
[典例2]　氯化硼的熔點(diǎn)為－107 ℃，沸點(diǎn)為12.5 ℃，在其分子中鍵與鍵之間的夾角為120°，它能水解。有關(guān)敘述正確的是(　　)
A．氯化硼晶體是分子晶體
B．氯化硼液態(tài)時(shí)能導(dǎo)電而固態(tài)時(shí)不能導(dǎo)電
C．氯化硼分子的中心原子采取sp3雜化
D．氯化硼分子屬于極性分子，分子空間結(jié)構(gòu)為三角錐形
A
解析：A對，BCl3的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)均較低，說明BCl3晶體是分子晶體。B錯(cuò)，BCl3晶體是分子晶體，在固態(tài)和熔融態(tài)時(shí)均不能發(fā)生電離，故均不能導(dǎo)電。C錯(cuò)，BCl3分子中B原子的價(jià)電子對數(shù)為3＋×(3－3×1)＝3，B原子采取sp2雜化。D錯(cuò)，BCl3分子為平面三角形，正電中心和負(fù)電中心重合，則BCl3為非極性分子。
已知干冰晶胞屬于面心立方晶胞(如圖)，晶胞中最近的兩個(gè)相鄰CO2分子間距為a pm，阿伏加德羅常數(shù)為NA，下列說法正確的是(　　)
[舉一反三]
干冰晶胞
干冰晶胞
A．晶胞中一個(gè)CO2分子的配位數(shù)是8
B．晶胞的密度表達(dá)式是 g·cm－3
C．一個(gè)晶胞中平均含6個(gè)CO2分子
D．CO2分子的空間結(jié)構(gòu)是直線形，中心C原子的雜化類型是sp3雜化
解析：A錯(cuò)，以頂角CO2分子為研究對象，可得晶胞中一個(gè)CO2分子的配位數(shù)為12。B對，該晶胞中最近的兩個(gè)相鄰CO2分子間距為a pm，即晶胞面心上的CO2分子和其同一面上頂角的CO2之間的距離為a pm，則晶胞棱長＝a pm＝ a×10－10 cm，晶胞體積＝(a×10－10 cm)3，該晶胞中CO2分子個(gè)數(shù)＝8×＋6×＝4，
晶胞密度＝＝ g·cm－3＝g·cm－3。 C錯(cuò)，該晶胞中二氧化碳的分子個(gè)數(shù)＝8×＋6×＝4。D錯(cuò)，CO2分子中C原子采取sp雜化。
演習(xí)篇
·
學(xué)業(yè)測試速達(dá)標(biāo)
1．下列物質(zhì)固態(tài)時(shí)，一定是分子晶體的是(　　)
A．酸性氧化物 B．非金屬單質(zhì)
C．堿性氧化物 D．含氧酸
2．水的沸點(diǎn)為100 ℃，硫化氫的分子結(jié)構(gòu)跟水相似，但它的沸點(diǎn)卻很低，是－60.7 ℃，引起這種差異的主要原因是(　　)
A．范德華力 B．共價(jià)鍵
C．氫鍵 D．相對分子質(zhì)量
D
C
3．干冰熔點(diǎn)很低是由于(　　)
A．CO2是非極性分子
B．CC的鍵能很小
C．CO2化學(xué)性質(zhì)不活潑
D．CO2分子間的作用力較弱
D
4．干冰汽化時(shí)，下列所述內(nèi)容發(fā)生變化的是(　　)
A．分子內(nèi)共價(jià)鍵 B．分子間作用力
C．分子的性質(zhì) D．分子間的氫鍵
B
解析：干冰是分子晶體，分子間存在分子間作用力，不存在氫鍵，汽化時(shí)破壞分子間作用力，分子內(nèi)原子間共價(jià)鍵沒有被破壞，所以分子的性質(zhì)不發(fā)生改變。
5．下列屬于分子晶體的一組物質(zhì)是(　　)
A．CaO、NO、CO B．CCl4、H2O、He
C．CO2、SO2、NaCl D．CH4、O2、Na2O
6．下列關(guān)于分子晶體熔點(diǎn)高低的敘述中，正確的是
(　　)
A．氯氣>碘單質(zhì) B．四氯化硅>四氟化硅
C．NH3正戊烷
B
B
解析：碘常溫下為固體，氯氣為氣體，碘的熔點(diǎn)較高，A錯(cuò)誤；四氯化硅、四氟化硅對應(yīng)的晶體都為分子晶體，四氯化硅的相對分子質(zhì)量大，熔點(diǎn)較高，B正確；氨分子間存在氫鍵，熔點(diǎn)較高，C錯(cuò)誤；同分異構(gòu)體中，含有的支鏈越多，熔點(diǎn)越低，D錯(cuò)誤。
7．自從英國化學(xué)家巴特列(N.Bartlett)首次合成了第一種稀有氣體的化合物XePtF6以來，人們又相繼發(fā)現(xiàn)了氙的一系列化合物，如XeF2、XeF4等。巴特列為開拓稀有氣體化學(xué)作出了歷史性貢獻(xiàn)。
(1)請根據(jù)XeF4的結(jié)構(gòu)示意圖(圖1)判
斷這個(gè)分子是極性分子還是非極性
分子？_____________。
非極性分子
(2)XeF2晶體是一種無色晶體，圖2為它的晶胞結(jié)構(gòu)圖。XeF2晶體屬于哪種類型的晶體？______________________
________________。
分子晶體
解析：(1)XeF4分子中含有Xe—F極性鍵，由于XeF4分子是平面正方形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)對稱，所以XeF4分子為非極性分子。(2)根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，XeF2晶體是由分子構(gòu)成的，所以是分子晶體。
本課結(jié)束
This lesson is over
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