資源簡介

第二節　分子晶體與共價晶體
課后·訓練提升
基礎鞏固
1.下列關于分子晶體的說法正確的是(　　)。
A.晶體中分子間作用力越大,分子越穩定
B.在分子晶體中一定存在共價鍵
C.冰和Br2都是分子晶體
D.稀有氣體不能形成分子晶體
答案C
解析分子晶體的穩定性與化學鍵有關,共價鍵越強,穩定性越大,而分子間作用力影響物質的熔、沸點,A項錯誤。稀有氣體能形成分子晶體,且不含有共價鍵,B項、D項錯誤。冰和Br2都是由分子構成的分子晶體,C項正確。
2.如果分子間作用力只是范德華力,則該分子晶體將采取密堆積,原因是分子晶體中(　　)。
A.范德華力無方向性和飽和性
B.晶胞中的構成粒子是原子
C.化學鍵是共價鍵
D.三者都是
答案A
解析分子晶體中分子間以范德華力結合在一起,范德華力沒有方向性和飽和性,所以分子在堆積成晶體時將采取分子密堆積,A項正確。
3.干冰熔點很低是由于(　　)。
A.CO2是非極性分子
B.CO的鍵能很小
C.CO2化學性質不活潑
D.CO2分子間的作用力較弱
答案D
解析干冰熔化時破壞的是分子間作用力。
4.下列屬于分子晶體性質的是(　　)。
A.熔點1 070 ℃,易溶于水,水溶液能導電
B.能溶于CS2,熔點112.8 ℃,沸點444.6 ℃
C.熔點1 400 ℃,可作半導體材料,難溶于水
D.熔點97.81 ℃,質軟,導電,密度為0.97 g·cm-3
答案B
解析分子晶體的主要性質有熔、沸點低,硬度小;極性分子易溶于極性溶劑,非極性分子易溶于非極性溶劑;分子晶體不導電,熔融狀態下也不導電。
5.AB型化合物形成的晶體結構多種多樣。如圖所示的幾種結構所表示的物質最有可能是分子晶體的是(　　)。
A.①③ B.②⑤
C.⑤⑥ D.③④⑤⑥
答案B
解析分子晶體中通常兩個或兩個以上的原子形成一個分子,分子中的原子不能被另一個分子共用,即分子中不存在向外擴展或延伸的結構,從各圖中可以看出②⑤不存在共用現象,最有可能是分子晶體。
6.已知干冰晶體的晶胞如圖所示,在每個CO2周圍距離a(其中a為晶胞的棱長)的CO2有(　　)。
A.4個 B.8個
C.12個 D.6個
答案C
解析晶胞中處于頂角的CO2周圍距離a的CO2即面心上的CO2分子,故每個CO2周圍距離a的CO2有3×4=12個。
7.下列關于碳化硅的相關說法不正確的是(　　)。
A.原子半徑C小于Si
B.Si和C以共價鍵結合
C.熔點:金剛石<碳化硅<硅
D.碳化硅、晶體硅、金剛石均屬于共價晶體
答案C
解析同主族元素從上到下原子半徑逐漸增大,因此原子半徑C小于Si,故A項正確;SiC中的Si和C以共價鍵結合,故B項正確;C—C、C—Si、Si—Si鍵長逐漸增大,鍵能逐漸減小,熔點:金剛石>碳化硅>硅,故C項錯誤;碳化硅、晶體硅、金剛石中原子均以共價鍵結合,均屬于共價晶體,故D項正確。
8.目前,世界上已合成了幾百種有機超導體,TCNQ就是其中之一。TCNQ的分子結構如圖所示。下列關于TCNQ的說法中錯誤的是(　　)。
A.分子中所有的氮原子在同一平面內
B.屬于共價晶體
C.分子式為C12H4N4
D.該物質難溶于水
答案B
解析在CC中,C原子采取sp2雜化,在中C原子采取sp雜化,sp2雜化軌道為平面三角形,sp雜化軌道為直線形,故TCNQ分子中所有的原子都在同一平面內,分子中所有的氮原子也都在同一平面內,A項正確;TCNQ是分子,所形成的晶體為分子晶體,B項不正確;由分子結構知其分子式為C12H4N4,C項正確;TCNQ分子的對稱性很好,是非極性分子,難溶于極性溶劑水中,D項正確。
9.二氧化硅晶體具有共價鍵三維骨架結構,其晶體模型如圖所示。下列有關二氧化硅晶體的說法正確的是(　　)。
A.二氧化硅晶體中最小環為十二元環
B.晶體中Si—O—Si鍵角為180°
C.SiO2晶體中,1 mol SiO2含有2 mol Si—O鍵
D.因為原子半徑O答案A
解析二氧化硅晶體中最小環上含有6個硅原子和6個氧原子,共12個原子,即十二元環,A項正確;氧原子通過兩個共價單鍵與硅原子結合呈V形,不是直線形,B項錯誤;SiO2晶體中,1個Si可以與4個O形成Si—O,則1 mol SiO2含有4 mol Si—O,C項錯誤;SiO2晶體和SiC晶體雖然都是共價晶體,但其組成和結構不屬于同一類型,不能只根據原子半徑比較其晶體熔點的高低,D項錯誤。
10.C和Si元素在化學中占有極其重要的地位。
(1)SiC的晶體結構與晶體硅相似,其中C原子的雜化方式為　　　　,粒子間存在的作用力是　　　　　　　　。SiC和晶體Si的熔點高低順序是　　　　　　　　。
(2)C、Si為同一主族的元素,CO2和SiO2的化學式相似,但結構和性質有很大的不同。CO2中C與O原子間形成σ鍵和π鍵,SiO2中Si與O原子間不形成π鍵,試從原子半徑大小的角度分析其原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。SiO2屬于　　　　晶體,干冰屬于　　　　晶體,所以熔點:干冰　　　　(填“>”“<”或“=”)SiO2。
(3)金剛石、晶體硅、二氧化硅、干冰四種晶體的構成粒子分別是　　　　　　　　　　(填“原子”“分子”或“離子”),熔化時克服的粒子間的作用力分別是　
　。
答案(1)sp3　共價鍵　SiC>Si
(2)Si的原子半徑較大,Si、O原子間距離較大,p-p軌道肩并肩重疊程度較小,不能形成π鍵　共價　分子　<
(3)原子、原子、原子、分子　共價鍵、共價鍵、共價鍵、分子間作用力
解析(1)晶體硅中1個硅原子與4個硅原子相連,呈正四面體形結構,所以硅原子采用sp3雜化,SiC的晶體結構與晶體硅相似,故碳原子也采用sp3雜化;因為Si—C的鍵長小于Si—Si,所以熔點:碳化硅>晶體硅。(2)SiO2為共價晶體,干冰為分子晶體,所以熔點:SiO2>干冰。(3)金剛石、晶體硅、二氧化硅均為共價晶體,構成粒子均為原子,熔化時破壞共價鍵;干冰為分子晶體,由分子構成,CO2分子以分子間作用力相結合。
11.氮化硅是一種高溫陶瓷材料,它的硬度大、熔點高、化學性質穩定,工業上曾普遍采用高純硅與純氮在1 300 ℃時反應獲得。
(1)氮化硅晶體屬于　　　　晶體。
(2)已知氮化硅的晶體結構中,原子間都以單鍵相連,且N原子和N原子、Si原子和Si原子不直接相連,同時每個原子都滿足8電子穩定結構,請寫出氮化硅的化學式:
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)現用四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下,加強熱發生反應,可得到較高純度的氮化硅。反應的化學方程式為 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)六方氮化硼在高溫高壓下,可以轉化為立方氮化硼,其結構與金剛石相似,硬度與金剛石相當,晶胞邊長為361.5 pm,立方氮化硼晶胞中含有　　　個氮原子、　　　個硼原子,立方氮化硼的密度是　　　　 g·cm-3(只要求列算式,不必計算出數值,阿伏加德羅常數的值為NA)。
答案(1)共價
(2)Si3N4
(3)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl
(4)4　4　
解析(2)在氮化硅的晶體結構中,原子間都以單鍵相連,且N原子和N原子、Si原子和Si原子不直接相連,同時每個原子都滿足8電子穩定結構,因此氮化硅的化學式為Si3N4。(4)立方氮化硼的結構與金剛石相似,硬度與金剛石相當,在金剛石的一個晶胞中含有C原子的個數:8×+6×+4=8,則在立方氮化硼晶胞中含有4個氮原子、4個硼原子;由于晶胞邊長為361.5 pm,所以立方氮化硼的密度是ρ==
g·cm-3。
能力提升
1.某研究所合成了一種球形分子,它的分子式為C60Si60,其結構中包含C60和Si60。下列對該分子的敘述中正確的是 (　　)。
A.形成的晶體屬于分子晶體
B.分子中Si60被包裹在C60里面
C.C60和Si60之間通過分子間作用力結合
D.熔點高、硬度大
答案A
解析球形分子的分子式為C60Si60,其結構中包含C60和Si60,該物質的晶體屬于分子晶體,A項正確。Si原子的半徑大于C原子,所以Si—Si的鍵長比C—C的鍵長長,分子中Si60包裹著C60,B項錯誤。晶體中C原子與Si原子以共價鍵結合,C項錯誤。C60Si60屬于分子晶體,熔點低、硬度小,D項錯誤。
2.下圖所示是某無機化合物的二聚分子,A、B兩種元素都是第三周期的元素,分子中所有原子的最外層電子都達到8電子穩定結構。下列說法不正確的是(　　)。
A.該化合物的分子式是Al2Cl6
B.該化合物是離子化合物,在熔融狀態下能導電
C.該化合物在固態時所形成的晶體是分子晶體
D.該化合物中不存在離子鍵,也不含有非極性共價鍵
答案B
解析將二聚分子變成單分子,得BA3,根據兩種元素都處于第三周期,可知BA3可能是PCl3或AlCl3,而在PCl3中所有原子已達穩定結構,不可能形成二聚分子,故只可能是AlCl3,則該化合物的分子式是Al2Cl6,故A項正確。該化合物是無機化合物的二聚分子,屬于共價化合物,不存在離子鍵,只有極性共價鍵,在熔融狀態下不能導電,固態時形成的晶體是分子晶體,故B項錯誤,C、D項正確。
3.冰晶胞中水分子的空間排列方式與金剛石晶胞類似,如圖所示。下列有關冰晶胞的說法正確的是(　　)。
金剛石晶胞
A.冰晶胞內水分子間以共價鍵結合
B.每個冰晶胞平均含有4個水分子
C.水分子間的氫鍵具有方向性和飽和性,也是σ鍵的一種
D.實驗測得冰中氫鍵的作用力為18.5 kJ·mol-1,而冰的熔化熱為5.0 kJ·mol-1,這說明冰熔化成水,氫鍵部分被破壞
答案D
解析水分子內存在共價鍵,冰晶胞中水分子間作用力主要是氫鍵, A項錯誤。冰晶胞結構與金剛石相似,可將金剛石晶胞圖中小球皆看成水分子,所以冰晶胞中含有水分子數為4+8×+6×=8, B項錯誤。水分子間的氫鍵具有方向性和飽和性,氫鍵屬于分子間作用力,不屬于化學鍵, C項錯誤。冰中氫鍵的作用力為18.5 kJ·mol-1,而冰的熔化熱為5.0 kJ·mol-1,說明冰熔化為液態水時只是破壞了一部分氫鍵,并且液態水中仍存在氫鍵, D項正確。
4.硫和氟形成的某化合物晶胞如圖所示,下列說法中錯誤的是(　　)。
A.晶胞中含有12個F原子
B.該晶體在熔融狀態下能導電
C.距離中心S原子最近的F原子共有6個
D.該化合物中,S顯+6價
答案B
解析r(S)>r(F),所以小球表示F原子,F原子個數為24×+6=12,故A項正確;分子中含有不帶電荷的S、F原子,S、F形成的晶體為分子晶體,分子晶體在熔融狀態下以分子存在,所以熔融態不導電,故B項錯誤;根據圖知,距離中心S原子最近的F原子有6個,故C項正確;該化合物中F原子個數為24×+6=12、S原子個數為1+8×=2,F、S原子個數之比為12∶2=6∶1,化學式為SF6,F元素為-1價,化合物中各元素化合價的代數和為0,則S元素為+6價,故D項正確。
5.金剛石是由碳原子所形成的正四面體結構向空間無限延伸而得到的具有共價鍵三維骨架結構的共價晶體。在立方體中,若一碳原子位于立方體體心,則與它直接相鄰的四個碳原子位于該立方體互不相鄰的四個頂角上(如下圖中的小立方體)。請問,圖中與小立方體頂角的四個碳原子直接相鄰的碳原子數為多少,它們分別位于大立方體的什么位置(　　)。
A.12,大立方體的12條棱的中點
B.8,大立方體的8個頂角
C.6,大立方體的6個面的中心
D.14,大立方體的8個頂角和6個面的中心
答案A
解析與小立方體頂角的四個碳原子直接相鄰的碳原子分別位于大立方體的12條棱的中點,共12個。如圖所示:
6.氮化鋁(AlN)是一種重要的功能材料,如下面流程圖所示,以三乙基鋁[(C2H5)3Al]和氨為原料,采用溶膠-凝膠法可合成AlN。
請回答下列問題。
(1)基態N原子的電子排布式為　　　　　,H、C、N三種元素的電負性由大到小的順序為　。
(2)中間體分子中采取sp3雜化的原子有　　　。
(3)在C2H6分子中,存在下列作用中的　　　(填序號)。
①σ鍵　②π鍵　③極性鍵　④非極性鍵
(4)AlN的晶體結構與金剛石類似,AlN晶體中Al—N—Al鍵角為　　　　;1個AlN晶胞中含有　　　　個Al原子;若AlN的密度為d g·cm-3,設阿伏加德羅常數的值為NA,則AlN晶胞的棱長為　　　　 cm。
答案(1)1s22s22p3　N>C>H
(2)C、Al、N　(3)①③④　(4)109°28'　4　
解析(4)AlN的晶體結構與金剛石類似,Al與4個N呈正四面體結構,則AlN晶體中Al—N—Al鍵角為109°28';金剛石晶胞結構中含有8個碳原子,而AlN晶體是Al、N交替,1個AlN晶胞中,含有4個Al和4個N,1個AlN晶胞中存在4個AlN;設AlN晶胞棱長為a cm,AlN的密度為d g·cm-3,設阿伏加德羅常數的值為NA,則有d=,a=。
7.有E、Q、T、X、Z五種前四周期元素,原子序數E(1)基態Z原子的核外電子排布式為　　　　　　　　　　　　　　。
(2)Q的簡單氫化物極易溶于T的簡單氫化物,其主要原因有　　　　　　　　　　　。
(3)化合物甲由T、X兩種元素組成,其晶胞如下圖,則甲的化學式為　　　。
(4)化合物乙的晶胞如下圖,乙由E、Q兩種元素組成,其硬度超過金剛石。
①乙的晶體類型為　　　　,其硬度超過金剛石的原因是　　　　　　　　　　　　。
②乙的晶體中E、Q兩種元素原子的雜化方式均為　　　　　　　　。
答案(1)1s22s22p63s23p63d84s2
(2)這兩種氫化物均為極性分子、相互之間能形成氫鍵　(3)KO2
(4)①共價晶體　C—N的鍵長小于C—C的鍵長,C—N的鍵能大于C—C的鍵能　②sp3
解析由題意知,E、Q、T、X、Z五種元素分別為C、N、O、K、Ni。(1)基態Ni原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2。(2)Q的簡單氫化物NH3極易溶于T的簡單氫化物H2O,其主要原因是這兩種氫化物均為極性分子、分子之間能形成氫鍵。(3)由化合物甲的晶胞可知,甲的化學式為KO2。(4)①由化合物乙的晶胞可知,乙的化學式為C3N4,屬于共價晶體,其硬度超過金剛石的原因是C—N的鍵長小于C—C的鍵長,C—N的鍵能大于C—C的鍵能。②C3N4晶體中C、N兩種元素原子的雜化方式均為sp3雜化。(共64張PPT)
第二節　分子晶體與共價晶體
目 標 素 養
1.借助分子晶體、共價晶體模型認識分子晶體、共價晶體的結構特點。發展證據推理與模型認知的化學學科核心素養。
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。發展宏觀辨識與微觀探析的化學學科核心素養。
3.能夠從化學鍵的特征,分析理解共價晶體的物理特性。發展宏觀辨識與微觀探析的化學學科核心素養。
知 識 概 覽
一、分子晶體
1.定義:
只含分子的晶體稱為分子晶體。分子晶體中相鄰的分子間靠　分子間作用力　相互吸引。
2.物理特性:
(1)分子晶體的熔點　低　,硬度　小　。
(2)一般是絕緣體,熔融狀態也不導電。
(3)溶解性通常符合“相似相溶”規律。
3.常見分子晶體及物質類別:
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、P4O6、P4O10、SO2、SO3等
稀有氣體 He、Ne、Ar等
幾乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
絕大多數有機物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
4.分子晶體的常見堆積方式:
分子間作用力 堆積方式 實例
只有范德華力 采用分子密堆積,每個分子周圍最多可以有12個緊鄰的分子 如C60、干冰、I2、O2
范德華力、
氫鍵 由于氫鍵具有方向性,使每個分子周圍的分子數減少 如HF、NH3、冰
5.冰:
冰的結構模型
(1)水分子之間的主要作用力是　氫鍵　,當然也存在
　范德華力　。
(2)　氫鍵　有方向性,它的存在迫使在　四面體中心　的每個水分子與　四面體頂角　方向的　4　個相鄰水分子相互吸引。
微思考1從晶體結構的角度解釋為什么冰的密度比液態水小
提示:冰晶體中水分子的空間利用率不高,留有相當大的空隙,故其密度比液態水的密度小。
微解讀 配位數:即一個分子周圍最鄰近的分子的數目。如冰中,水分子的配位數為4;干冰中,二氧化碳分子的配位數為12。
6.干冰:
干冰的晶胞
(1)干冰中的CO2分子間只存在 范德華力 。
(2)①每個晶胞中有　4　個CO2分子。
②每個CO2分子周圍緊鄰的CO2分子數為　12　個。
微思考2為什么干冰的熔點比冰的熔點低而密度卻比冰的密度大
提示:冰中除了范德華力外還有氫鍵作用,破壞分子間作用力較難,所以冰的熔點比干冰的熔點高。水分子間的氫鍵具有方向性,導致冰晶體不具有分子密堆積特征,晶體中有相當大的空隙,所以相同狀況下冰的體積較大。CO2分子的相對分子質量大于H2O分子的相對分子質量,所以干冰的密度大。
二、共價晶體
1.金剛石。
(1)金剛石晶體中,每個碳原子采取　sp3　雜化,C—C—C夾角為　109°28'　。
(2)每個碳原子以四個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子結合形成共價鍵三維骨架結構。
(3)最小碳環由　6　個碳原子構成。
微思考3以金剛石為例,說明共價晶體的微觀結構與分子晶體有哪些不同
提示:①構成粒子不同,共價晶體中構成粒子是原子,不是分子。②構成粒子間的相互作用不同,共價晶體中存在的是共價鍵,而不是分子間作用力。
2.二氧化硅晶體。
(1)二氧化硅的結構。
二氧化硅是自然界含量最高的固態二元氧化物,有多種結構,最常見的是低溫石英。低溫石英的結構中有頂角相連的
　硅氧四面體　形成螺旋上升的長鏈,這一結構決定了它具有手性。
石英晶體中的硅氧四面體相連構成的螺旋鏈
①Si原子采取　sp3　雜化,正四面體內O—Si—O鍵角為　109°28'　。
②每個Si原子與相鄰的　4　個O原子形成　4　個共價鍵,　Si　原子位于正四面體的中心,　O　原子位于正四面體的頂角。
(2)二氧化硅的用途。
二氧化硅是制造水泥、玻璃、單晶硅、硅光電池、芯片和光導纖維的原料。
3.共價晶體的結構特點。
(1)構成粒子及作用力:
(2)空間結構:整塊晶體有共價鍵　三維骨架　結構,不存在單個的小分子。
4.共價晶體的性質特點。
(1)共價晶體中原子間以較強的共價鍵結合成三維骨架結構,所以共價晶體的硬度 很大 、熔點 很高 。
(2)一般來說,結構相似的共價晶體,原子半徑越　小　,鍵長越　短　,鍵能越　大　,晶體的熔點越　高　。
5.共價晶體與物質的類別。
微判斷(1)具有共價鍵的晶體都是共價晶體。(　　)
(2)一般來說,共價晶體中,共價鍵越強,熔點越高。(　　)
(3)共價晶體的化學式表示其分子組成。(　　)
×
√
×
微訓練 下列關于共價晶體的說法正確的是(　　)。
A.凡是由原子構成的晶體都是共價晶體
B.共價晶體中只存在極性共價鍵,不可能存在其他類型的化學鍵
C.共價晶體中,共價鍵越強,熔點越高
D.二氧化硅晶體的化學式為SiO2,也可以表示其分子式
答案:C
問題探究
常溫下,液態水中水分子在不停地做無規則的運動。0 ℃以下,水凝結成冰,其中水分子排列由雜亂無序變得十分有序。
(1)冰晶體中存在哪幾種粒子間的相互作用
提示:冰晶體中存在共價鍵、氫鍵、范德華力。
(2)冰晶體中粒子間的相互作用對冰晶體的結構與性質產生了怎樣的影響
提示:在冰晶體中水分子之間的主要作用力是氫鍵,氫鍵具有方向性,氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子相互吸引,這一排列使冰晶體中的水分子的空間利用率不高,留有相當大的空隙。當冰剛剛融化為液態水時,熱運動使冰的結構部分解體,水分子間的空隙減小,密度增大。冰中除了范德華力外還有氫鍵作用,破壞分子間氫鍵較難,所以水的熔、沸點較高。
歸納總結
1.分子晶體的物理性質。
(1)分子晶體具有較低的熔點和較小的硬度。分子晶體熔化時要破壞分子間作用力,分子間作用力很弱,所以分子晶體的熔點一般較低,部分分子晶體易升華(如干冰、碘、萘等),且硬度較小。
(2)分子晶體不導電。分子晶體在固態和熔融狀態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和熔融狀態下都不能導電。有些分子晶體的水溶液能導電,如HI、乙酸等。
(3)分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規律,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。
2.分子晶體熔、沸點的比較規律。
(1)少數主要以氫鍵作用形成的分子晶體,比一般的分子晶體的熔、沸點高,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、羧酸等物質的熔、沸點相對較高。
(2)組成與結構相似,分子之間不含氫鍵而只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、沸點逐漸升高。例如,常溫下Cl2呈氣態,Br2呈液態,而I2呈固態;CO2呈氣態,CS2呈液態。
(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、沸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)有機化合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。
典例剖析
【例1】 (1)比較下列化合物的熔、沸點的高低(填“>”或“<”)。
①CO2　　　SO2;②NH3　　　　PH3;
③O3　　　　O2;④Ne　　　　Ar;
⑤CH3CH2OH　　　CH3OH;⑥CO　　　N2。
(2)已知AlCl3的熔點為190 ℃,但它在180 ℃即開始升華。
①請判斷AlCl3固體是　　　　晶體。
②設計實驗驗證你的判斷,寫出你的方案: 　 。
答案:(1)①<　②>　③>　④<　⑤>　⑥>
(2)①分子　 ②將AlCl3熔融,測試其是否導電,若不導電,則是共價化合物
解析:(1)各組物質均為分子晶體,根據分子晶體熔、沸點的判斷規律,可比較六組物質熔、沸點的高低。(2)由AlCl3的熔點低以及在180 ℃時開始升華可判斷AlCl3晶體為分子晶體。若驗證一種化合物是共價化合物還是離子化合物,可測其在熔融狀態下是否導電,不導電則是共價化合物,導電則是離子化合物。
方法技巧 分子晶體的判斷方法: (1)依據物質的類別判斷。 部分非金屬單質、所有非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、稀有氣體、幾乎所有的酸、絕大多數有機物的晶體都是分子晶體。 (2)依據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)依據物質的性質判斷。 分子晶體的硬度小,熔、沸點低,在熔融狀態或固體時均不導電。
學以致用
1.甲烷晶體的晶胞結構如圖所示,下列說法正確的是(　　)。
A.甲烷晶胞中的球只代表1個C原子
B.晶體中1個CH4分子周圍有12個緊鄰的CH4分子
C.甲烷晶體熔化時需克服共價鍵
D.1個CH4晶胞中含有8個CH4分子
答案:B
2.(1)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5,該化合物的熔點為253 K,沸點為376 K,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的液體。ClF3的熔、沸點比BrF3的　　　　(填“高”或“低”)。
答案:(1) 分子　(2)低
解析:(1)該化合物熔點為253 K,沸點為376 K,熔、沸點較低,所以為分子晶體。(2)通常組成和結構相似的分子晶體,相對分子質量越大,范德華力越大,熔、沸點越高,所以ClF3的熔、沸點比BrF3的低。
問題探究
砷化鎵是第二代半導體,熔點為1 238 ℃,具有共價鍵三維骨架結構,性能比硅更優良。砷化鎵半導體材料的一個重要特性就是光電特性。由于它具有直接帶隙以及寬禁帶等結構,它的光發射效率比硅、鍺等半導體材料高,廣泛用于雷達、電子計算機、人造衛星、宇宙飛船等尖端技術中。砷化鎵晶體的晶胞結構如圖所示。
(1)砷化鎵屬于哪一種類型的晶體
提示:共價晶體。
(2)砷化鎵與氮化硼屬于同種晶體類型。則兩種晶體中熔點較高的是哪一種 你的理由是什么
提示:BN　兩者均為共價晶體,B—N的鍵長比Ga—As的鍵長短,B—N的鍵能大。
歸納總結
1.認識金剛石的晶胞。
金剛石晶胞的每個頂角和面心均有1個C原子,晶胞內部有4個C原子,每個金剛石晶胞中含有8個C原子。
(1)每個碳原子都采取sp3雜化,與相鄰的4個碳原子以共價鍵相結合,形成正四面體形結構,鍵角為109°28'。
(2)晶體中最小的碳環由6個碳原子組成,且不在同一平面內,最多有4個碳原子在同一平面。
(3)每個碳形成4個C—C,每個碳原子占有2個C—C,即碳原子數與C—C數之比為1∶2。
(4)每個碳原子被12個六元環共用,1個碳環占有的碳原子數為 。
(5)每個C—C被6個六元環共用。
2.共價晶體熔點高低的比較。
(1)晶體的熔點的高低取決于共價鍵的鍵長和鍵能。鍵長越短,鍵能越大,共價鍵越穩定,物質的熔點越高。
(2)若沒有告知鍵長或鍵能數據時,可比較原子半徑的大小。一般原子半徑越小,鍵長越短,鍵能越大,晶體的熔點就越高。如比較金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點高低。原子半徑: CC—Si>Si—Si,熔點:金剛石>碳化硅>晶體硅。
典例剖析
【例2】 下表是某些共價晶體的熔點和硬度:
下列敘述正確的是(　　)。
A.構成共價晶體的原子種類越多,晶體的熔點越高
B.構成共價晶體的原子間的共價鍵的鍵能越大,晶體的熔點越高
C.構成共價晶體的原子半徑越大,晶體的硬度越大
D.構成共價晶體原子的相對原子質量越小,晶體的硬度越大
答案:B
解析:共價晶體的熔點和硬度等物理性質取決于晶體內的共價鍵和晶體結構,同類型共價晶體,構成共價晶體的原子半徑越小,鍵長越小,鍵能越大,對應共價晶體的熔點越高,硬度越大。原子種類和相對原子質量不能作為判斷共價鍵強弱的依據。
方法指導
比較共價晶體和分子晶體熔點高低的基本思路:

學以致用
3.金剛石是典型的共價晶體。下列關于金剛石的說法中,正確的是(　　)。
A.晶體中不存在獨立的單個分子
B.碳原子采用sp2雜化,相互之間以共價鍵相結合
C.碳原子通過共價鍵結合形成平面網狀結構
D.化學性質穩定,即使在高溫下也不會與氧氣發生反應
答案:A
解析:金剛石是共價晶體,晶體中不存在獨立的單個分子,故A項正確;碳原子采用sp3雜化,相互之間以共價鍵相結合,故B項錯誤;碳原子通過共價鍵結合形成空間網狀結構,故C項錯誤;金剛石化學性質穩定,但在高溫下會與氧氣反應生成二氧化碳,故D項錯誤。
4.已知C3N4晶體很可能具有比金剛石更大的硬度,且原子間以單鍵結合。下列有關C3N4晶體的說法中錯誤的是(　　)。
A.C3N4晶體與金剛石同屬于共價晶體
B.C3N4晶體中C—N的鍵長比金剛石中C—C的鍵長大
C.C3N4晶體中每個碳原子連接4個氮原子,每個氮原子連接3個碳原子
D.C3N4晶體中含有極性共價鍵,不含非極性共價鍵
答案:B
解析:C的原子半徑比N的原子半徑大,C—N的鍵長比C—C的鍵長小, B項錯誤。
1.某化學興趣小組,在學習分子晶體后,查閱了幾種氯化物的熔、沸點,記錄如下:
根據這些數據分析,屬于分子晶體的是(　　)。
A.NaCl、MgCl2、CaCl2 B.AlCl3、SiCl4
C.NaCl、CaCl2 D.只有SiCl4
答案:B
解析:由分子構成的晶體,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、沸點較低,表中的MgCl2、NaCl、CaCl2的熔、沸點較高,不屬于分子晶體,AlCl3、SiCl4的熔、沸點較低,為分子晶體,B項正確,A、C、D三項錯誤。
2.下列有關分子晶體的說法中正確的是(　　)。
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
答案:B
解析:稀有氣體組成的晶體中,不存在由兩個或多個原子構成的分子,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項錯誤。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等原子結合的氫原子的分子間或者分子內,B項正確,C項錯誤。大多數只存在范德華力的分子晶體才采取分子密堆積的方式,D項錯誤。
3.干冰的晶胞結構如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)。

A.干冰能自發地呈現多面體外形
B.1個干冰晶胞中含有4個CO2分子
C.干冰升華時,CO2內的C=O受到破壞
D.CO2分子是含有極性鍵的非極性分子
答案:C
4.下列晶體性質的比較中不正確的是(　　)。
A.熔點:金剛石>碳化硅>晶體硅
B.沸點:NH3>PH3
C.硬度:白磷>冰>二氧化硅
D.熔點:SiI4>SiBr4>SiCl4
答案:C
解析:A項中三種物質都是共價晶體,原子半徑r(C)C—Si>Si—Si,鍵能越大,共價晶體的熔點越高,A項正確。NH3分子間存在氫鍵,使得NH3的沸點大于PH3的沸點,B項正確。二氧化硅是共價晶體,硬度很大,白磷和冰都是分子晶體,硬度較小,C項錯誤。四鹵化硅為分子晶體,它們的組成和結構相似,分子間不存在氫鍵,相對分子質量越大,熔點越高,D項正確。
5.下列有關晶體的說法一定正確的是(　　)。
①共價晶體中只存在非極性共價鍵
②稀有氣體形成的晶體屬于分子晶體
③干冰晶體升華時,分子內共價鍵會發生斷裂
④金屬元素和非金屬元素形成的化合物一定是離子化合物
⑤具有離子鍵的化合物是離子化合物　　
A.①③ B.①④
C.②⑤ D.④⑤
答案:C
解析:①共價晶體中可能含極性共價鍵或者非極性共價鍵或者都含有,不一定只存在非極性共價鍵,故錯誤;②稀有氣體是由單原子構成的分子晶體,故正確;③干冰晶體升華時,克服分子間的作用力,分子內共價鍵不會發生斷裂,故錯誤;④金屬元素和非金屬元素形成的化合物不一定是離子化合物,如氯化鋁是共價化合物,故錯誤;⑤具有離子鍵的化合物是離子化合物,故正確。
6.高壓下,可將CO2轉化為具有類似SiO2結構的共價晶體,下列說法正確的是(　　)。
A.CO2共價晶體的熔點高于SiO2晶體的熔點
B.在一定條件下,CO2分子晶體轉化為CO2共價晶體是物理變化
C.1 mol CO2共價晶體中,含有2 mol C—O
D.將等物質的量的CO2氣體與CO2共價晶體分別與足量NaOH溶液反應,放出熱量相等
答案:A
解析:通常,共價晶體中成鍵原子半徑越小,電負性越大,鍵能越大,熔點越高。CO2共價晶體中碳原子半徑比SiO2共價晶體中硅原子半徑小,且C的電負性比Si的電負性大,所以CO2共價晶體的熔點比SiO2共價晶體的熔點高,A項正確。CO2共價晶體轉化為CO2分子晶體,結構已發生改變,且兩者的性質也有較大差異,故兩者是不同的物質,兩者間的轉化是化學變化,B項錯誤。CO2共價晶體與SiO2晶體結構類似,每個碳原子與4個氧原子通過1個共用電子對連接,所以1 mol CO2共價晶體中,含有4 mol C—O,C項錯誤。等物質的量的CO2分子晶體
和CO2共價晶體所具有的能量不同,所以等物質的量的CO2氣體與CO2共價晶體分別與足量NaOH溶液反應,放出熱量不相等,D項錯誤。
7.現有兩組物質的熔點數據如下表所示:
根據表中數據回答下列問題。
(1)A組屬于　　　　晶體,其熔化時克服的粒子間的作用力是　　　　　　。
(2)B組中HF熔點反常是由于 　　　　　　。
(3)B組晶體不可能具有的性質是　　　　　(填序號)。
①硬度小　②水溶液能導電　
③固體能導電　④液體狀態能導電
答案:(1)共價　共價鍵 (2)HF分子間存在氫鍵 (3)③④
解析:A組熔點很高,應是共價晶體,共價晶體熔化時破壞的是共價鍵;B組是分子晶體,且結構相似,一般是相對分子質量越大,熔點越高;HF的相對分子質量最小但熔點比HCl高,出現反常的原因是HF分子間存在氫鍵,HF熔化時除了破壞范德華力,還要破壞氫鍵,所需能量更多,因而熔點更高。分子晶體在固態和熔融狀態都不導電。

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