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高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子晶体与共价晶体第1课时导学案
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子晶体与共价晶体第1课时导学案，共11页。学案主要包含了分子晶体及其结构特点，两种典型分子晶体的组成和结构等内容，欢迎下载使用。
一、分子晶体及其结构特点
1．概念及微粒间的作用力：
(1)概念：只含分子的晶体称为分子晶体。
(2)粒子间的相互作用力：分子晶体内相邻分子间以分子间作用力相互吸引，分子内原子之间以共价键结合。
2．堆积方式：
3.常见分子晶体及物质类别：
4.分子晶体的物理性质
(1)一般熔、沸点较低，硬度较小，易挥发，易升华。原因：分子间作用力较弱。
(2)分子晶体固态和熔融态一般不导电。原因：没有自由移动的带电粒子。但有的在水溶液中能导电，有的不能导电。
(3)溶解性：分子晶体的溶解性一般遵循“相似相溶”原理，即非极性溶质易溶于非极性溶剂，极性溶质易溶于极性溶剂。
(1)分子晶体中只存在分子间作用力吗？
提示：不一定。分子晶体中一定存在分子间作用力，分子内原子间则可能存在共价键，而单原子分子形成的分子晶体则只存在分子间作用力。
(2)分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定吗？
提示：决定分子稳定性大小的因素是化学键的强弱，而分子间作用力大小决定分子晶体熔沸点的高低。
(3)判断下列说法是否正确。
①分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键。( √ )
提示：稀有气体单质是单原子分子，固态时属于分子晶体，分子间只含分子间作用力，不含化学键。
②分子晶体熔化时，既破坏分子间作用力，也有共价键断裂。( × )
提示：分子晶体受热熔化时，只破坏分子间作用力，不破坏共价键。
③冰融化和干冰升华破坏的作用力完全相同。( × )
提示：干冰升华只破坏范德华力，而冰融化除破坏范德华力外，还破坏氢键。
二、两种典型分子晶体的组成和结构
1．冰
(1)水分子之间的主要作用力是范德华力，也存在氢键。
(2)氢键有方向性，它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引。
2．干冰
(1)干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。
(2)①每个晶胞有4个CO2分子，12个原子。
②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。
(情境思考)常温下，液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0 ℃以下，水凝结为冰，其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。
(1)冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用？
提示：共价键、氢键、范德华力。
(2)电解水生成氢气和氧气时破坏的作用力是什么？
提示：共价键。
(3)为什么液态水的密度大于冰的密度？
提示：由于在冰的晶体中，水分子之间形成氢键，水分子之间以缔合分子形式存在，占据的空间增大，密度减小。
关键能力·合作学习
知识点 分子晶体的物理性质
1．分子晶体熔沸点低的原因
分子晶体中粒子间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，因此，分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。
2．分子晶体的熔、沸点比较
(1)分子晶体熔化或汽化都是克服分子间作用力。分子间作用力越大，物质熔化或汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。
(2)比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力(包括范德华力和氢键)的大小。
①组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如O2>N2，HI>HBr>HCl。
②相对分子质量相等或相近时，极性分子的范德华力大，熔、沸点高，如CO>N2。
③能形成氢键的物质，熔、沸点较高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3。
3．分子晶体的导电性
分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由离子，因而不能导电，易溶于水的电解质在水中全部或部分电离而能够导电，不溶于水的物质或易溶于水的非电解质自身不能导电。
【归纳总结】分子晶体的物理特性
(1)分子晶体具有熔、沸点较低，硬度较小，固态不导电等物理特性。所有在常温下呈气态的物质、常温下呈液态的物质(除汞外)、易升华的固体物质都属于分子晶体。
(2)分子间作用力的大小决定分子晶体的物理性质。分子间作用力越大，分子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。
(1)影响分子晶体的熔、沸点有哪些因素？
提示：氢键、范德华力、极性。
(2)影响分子晶体的溶解度有哪些因素？
提示：相似相溶原理、氢键、化学反应。
【典例】下列叙述正确的是( )
A．由分子构成的物质其熔点一般较低
B．分子晶体在熔化时，共价键被破坏
C．分子晶体中分子间作用力越大，其化学性质越稳定
D．物质在溶于水的过程中，化学键一定会被破坏或改变
【思维建模】解答有关分子晶体组成和性质问题的思维流程如下：
【解析】选A。分子晶体熔化时共价键未被破坏，B错；分子晶体的稳定性与共价键有关，C错；物质溶于水化学键不一定被破坏或改变，例如蔗糖溶于水，D错。
【母题追问】(1)分子晶体在熔化时，破坏的作用力是什么？
提示：破坏分子间作用力(氢键、范德华力)。
(2)分子晶体溶于水时，化学键如何变化？
提示：有的溶于水破坏化学键，例如HCl；有的不破坏化学键，例如蔗糖、乙醇。
(1)分子晶体的物理性质由分子间作用力(氢键、范德华力)强弱决定。
(2)分子晶体的化学性质由分子内共价键的强弱(键长、键能)决定。
1．(2021·石家庄高二检测)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
【解析】选C。分子晶体中的共价键有方向性，而分子间作用力中的氢键也有方向性，故A错误；在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，故B错误；冰和Br2均由分子构成，均属于分子晶体，故C正确；稀有气体构成微粒是单原子分子，可形成分子晶体，故D错误。
2．据《新科学》杂志报道，科研人员在20°C、1个大气压和其他一定的实验条件下，给水施加一个弱电场，水就可以结成冰，称为“热冰”。如图是水和“热冰”微观结构的计算机模拟图。
(1)该实验说明水分子具有________性，水分子中氧原子的杂化方式为__________________________________________________________________。
提示：极 sp3。
(2)参照热冰的图示，以一个水分子为中心，画出水分子间最基本的连接方式(用结构式表示)。
提示：
三言两语话重点
1．构成分子晶体的微粒是分子，晶体中相邻分子间存在分子间作用力(HF、NH3、冰中存在氢键)、分子中原子间存在共价键。
2．分子晶体有分子密堆积(如干冰等)和分子非密堆积(如冰等)两种堆积方式。
3．干冰每个晶胞中有4个CO2分子，每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。
4．分子晶体一般熔、沸点较低，硬度较小，熔融时不破坏共价键。
课堂检测·素养达标
1．(2021·烟台高二检测)下列说法正确的是( )
A．分子晶体中一定存在分子间作用力，不一定存在共价键
B．水加热到很高的温度都难以分解与氢键有关
C．CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体
D．HF、HCl、HBr、HI的熔沸点随着相对分子质量的增加依次升高
【解析】选A。分子晶体中一定存在分子间作用力，可能有共价键(如水分子)，可能没有(如稀有气体分子)，A正确；水是一种非常稳定的化合物，属于化学性质的表现，其中含有氢键，会导致沸点较高，和化学性质稳定无关，B错误；CO2晶体是由二氧化碳分子之间通过范德华力结合构成的分子晶体，二氧化硅不属于分子晶体，C错误；同一主族氢化物的相对分子质量越大其熔沸点越高，但含有氢键的氢化物熔沸点最高，HF中含有氢键，其熔沸点最高，D错误。
2．(2020·淄博高二检测)AB型化合物形成的晶体结构多种多样。下图所示的几种结构所表示的物质最有可能是分子晶体的是( )
A．①③ B．②⑤ C．⑤⑥ D．③④⑤⑥
【解析】选B。从各图中可以看出②⑤都不能再以化学键与其他原子结合，所以最有可能是分子晶体。
3．BeCl2熔点较低，易升华，溶于醇和醚，其化学性质与AlCl3相似。由此可推测BeCl2( )
A．熔融态不导电 B．水溶液呈中性
C．熔点比BeBr2高 D．不与氢氧化钠溶液反应
【解析】选A。根据提供信息，可以判断BeCl2为分子晶体。BeCl2在熔融态不导电，A项正确；BeCl2溶液由于Be2＋水解呈酸性，B项错误；BeCl2、BeBr2均为分子晶体，组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，则熔点BeCl2＜BeBr2，C项错误；BeCl2与AlCl3性质相似，由AlCl3也能与NaOH溶液反应可以类推BeCl2能与NaOH溶液反应，D项错误。
4．(2021·长沙高二检测)科学家已获得了极具理论研究意义的N4气体分子。N4分子结构如图所示，下列说法正确的是( )
A．N4分子中只含有共价键
B．由N4分子形成的晶体可能属于离子晶体
C．1 ml N4分子所含共价键数为4NA
D．N4沸点比P4(白磷)高
【解析】选A。同种非金属元素原子间形成的化学键为共价键，故A正确；N4分子中只含有共价键，不可能是离子晶体，故B错误；由N4分子结构可知，一个分子中含有6个共价键，所以1 ml N4分子所含共价键数为6NA，故C错误；N4和P4都是分子晶体，并且结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越强，沸点越高，所以白磷的沸点更高，故D错误。
5．干冰晶体结构如图所示，每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各有1个CO2分子，在每个CO2周围距离为 eq \f(\r(2),2) a(其中a为立方体棱长)的CO2有( )
A．4个 B．8个 C．12个 D．6个
【解析】选C。在每个CO2周围距离为 eq \f(\r(2),2) a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有4×3＝12个。
素养新思维
6．(2021·北京海淀区高二检测)如图为冰晶体的结构模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列有关说法正确的是( )
A．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体
B．冰晶体具有空间网状结构，是共价晶体
C．水分子间通过H—O键形成冰晶体
D．冰晶体融化时，水分子之间的空隙增大
【解析】选A。B项，冰晶体属于分子晶体；C项，水分子间通过分子间作用力形成晶体；D项，冰融化，氢键部分断裂，空隙减小。分子密堆积
分子非密堆积
作用力
只有分子间作用力，无氢键
有分子间氢键，它具有方向性
空间特点
每个分子周围一般有12个紧邻的分子
空间利用率不高，留有相当大的空隙
举例
C60、干冰、I2、O2
HF、NH3、冰
物质种类
实 例
所有非金属氢化物
H2O、NH3、CH4等
部分非金属单质
卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等
部分非金属氧化物
CO2、P4O10、SO2、SO3等
几乎所有的酸
HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数有机物
苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
一、分子晶体及其结构特点
1．概念及微粒间的作用力：
(1)概念：只含分子的晶体称为分子晶体。
(2)粒子间的相互作用力：分子晶体内相邻分子间以分子间作用力相互吸引，分子内原子之间以共价键结合。
2．堆积方式：
3.常见分子晶体及物质类别：
4.分子晶体的物理性质
(1)一般熔、沸点较低，硬度较小，易挥发，易升华。原因：分子间作用力较弱。
(2)分子晶体固态和熔融态一般不导电。原因：没有自由移动的带电粒子。但有的在水溶液中能导电，有的不能导电。
(3)溶解性：分子晶体的溶解性一般遵循“相似相溶”原理，即非极性溶质易溶于非极性溶剂，极性溶质易溶于极性溶剂。
(1)分子晶体中只存在分子间作用力吗？
提示：不一定。分子晶体中一定存在分子间作用力，分子内原子间则可能存在共价键，而单原子分子形成的分子晶体则只存在分子间作用力。
(2)分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定吗？
提示：决定分子稳定性大小的因素是化学键的强弱，而分子间作用力大小决定分子晶体熔沸点的高低。
(3)判断下列说法是否正确。
①分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键。( √ )
提示：稀有气体单质是单原子分子，固态时属于分子晶体，分子间只含分子间作用力，不含化学键。
②分子晶体熔化时，既破坏分子间作用力，也有共价键断裂。( × )
提示：分子晶体受热熔化时，只破坏分子间作用力，不破坏共价键。
③冰融化和干冰升华破坏的作用力完全相同。( × )
提示：干冰升华只破坏范德华力，而冰融化除破坏范德华力外，还破坏氢键。
二、两种典型分子晶体的组成和结构
1．冰
(1)水分子之间的主要作用力是范德华力，也存在氢键。
(2)氢键有方向性，它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引。
2．干冰
(1)干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。
(2)①每个晶胞有4个CO2分子，12个原子。
②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。
(情境思考)常温下，液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0 ℃以下，水凝结为冰，其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。
(1)冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用？
提示：共价键、氢键、范德华力。
(2)电解水生成氢气和氧气时破坏的作用力是什么？
提示：共价键。
(3)为什么液态水的密度大于冰的密度？
提示：由于在冰的晶体中，水分子之间形成氢键，水分子之间以缔合分子形式存在，占据的空间增大，密度减小。
关键能力·合作学习
知识点 分子晶体的物理性质
1．分子晶体熔沸点低的原因
分子晶体中粒子间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，因此，分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。
2．分子晶体的熔、沸点比较
(1)分子晶体熔化或汽化都是克服分子间作用力。分子间作用力越大，物质熔化或汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。
(2)比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力(包括范德华力和氢键)的大小。
①组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如O2>N2，HI>HBr>HCl。
②相对分子质量相等或相近时，极性分子的范德华力大，熔、沸点高，如CO>N2。
③能形成氢键的物质，熔、沸点较高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3。
3．分子晶体的导电性
分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由离子，因而不能导电，易溶于水的电解质在水中全部或部分电离而能够导电，不溶于水的物质或易溶于水的非电解质自身不能导电。
【归纳总结】分子晶体的物理特性
(1)分子晶体具有熔、沸点较低，硬度较小，固态不导电等物理特性。所有在常温下呈气态的物质、常温下呈液态的物质(除汞外)、易升华的固体物质都属于分子晶体。
(2)分子间作用力的大小决定分子晶体的物理性质。分子间作用力越大，分子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。
(1)影响分子晶体的熔、沸点有哪些因素？
提示：氢键、范德华力、极性。
(2)影响分子晶体的溶解度有哪些因素？
提示：相似相溶原理、氢键、化学反应。
【典例】下列叙述正确的是( )
A．由分子构成的物质其熔点一般较低
B．分子晶体在熔化时，共价键被破坏
C．分子晶体中分子间作用力越大，其化学性质越稳定
D．物质在溶于水的过程中，化学键一定会被破坏或改变
【思维建模】解答有关分子晶体组成和性质问题的思维流程如下：
【解析】选A。分子晶体熔化时共价键未被破坏，B错；分子晶体的稳定性与共价键有关，C错；物质溶于水化学键不一定被破坏或改变，例如蔗糖溶于水，D错。
【母题追问】(1)分子晶体在熔化时，破坏的作用力是什么？
提示：破坏分子间作用力(氢键、范德华力)。
(2)分子晶体溶于水时，化学键如何变化？
提示：有的溶于水破坏化学键，例如HCl；有的不破坏化学键，例如蔗糖、乙醇。
(1)分子晶体的物理性质由分子间作用力(氢键、范德华力)强弱决定。
(2)分子晶体的化学性质由分子内共价键的强弱(键长、键能)决定。
1．(2021·石家庄高二检测)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
【解析】选C。分子晶体中的共价键有方向性，而分子间作用力中的氢键也有方向性，故A错误；在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，故B错误；冰和Br2均由分子构成，均属于分子晶体，故C正确；稀有气体构成微粒是单原子分子，可形成分子晶体，故D错误。
2．据《新科学》杂志报道，科研人员在20°C、1个大气压和其他一定的实验条件下，给水施加一个弱电场，水就可以结成冰，称为“热冰”。如图是水和“热冰”微观结构的计算机模拟图。
(1)该实验说明水分子具有________性，水分子中氧原子的杂化方式为__________________________________________________________________。
提示：极 sp3。
(2)参照热冰的图示，以一个水分子为中心，画出水分子间最基本的连接方式(用结构式表示)。
提示：
三言两语话重点
1．构成分子晶体的微粒是分子，晶体中相邻分子间存在分子间作用力(HF、NH3、冰中存在氢键)、分子中原子间存在共价键。
2．分子晶体有分子密堆积(如干冰等)和分子非密堆积(如冰等)两种堆积方式。
3．干冰每个晶胞中有4个CO2分子，每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。
4．分子晶体一般熔、沸点较低，硬度较小，熔融时不破坏共价键。
课堂检测·素养达标
1．(2021·烟台高二检测)下列说法正确的是( )
A．分子晶体中一定存在分子间作用力，不一定存在共价键
B．水加热到很高的温度都难以分解与氢键有关
C．CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体
D．HF、HCl、HBr、HI的熔沸点随着相对分子质量的增加依次升高
【解析】选A。分子晶体中一定存在分子间作用力，可能有共价键(如水分子)，可能没有(如稀有气体分子)，A正确；水是一种非常稳定的化合物，属于化学性质的表现，其中含有氢键，会导致沸点较高，和化学性质稳定无关，B错误；CO2晶体是由二氧化碳分子之间通过范德华力结合构成的分子晶体，二氧化硅不属于分子晶体，C错误；同一主族氢化物的相对分子质量越大其熔沸点越高，但含有氢键的氢化物熔沸点最高，HF中含有氢键，其熔沸点最高，D错误。
2．(2020·淄博高二检测)AB型化合物形成的晶体结构多种多样。下图所示的几种结构所表示的物质最有可能是分子晶体的是( )
A．①③ B．②⑤ C．⑤⑥ D．③④⑤⑥
【解析】选B。从各图中可以看出②⑤都不能再以化学键与其他原子结合，所以最有可能是分子晶体。
3．BeCl2熔点较低，易升华，溶于醇和醚，其化学性质与AlCl3相似。由此可推测BeCl2( )
A．熔融态不导电 B．水溶液呈中性
C．熔点比BeBr2高 D．不与氢氧化钠溶液反应
【解析】选A。根据提供信息，可以判断BeCl2为分子晶体。BeCl2在熔融态不导电，A项正确；BeCl2溶液由于Be2＋水解呈酸性，B项错误；BeCl2、BeBr2均为分子晶体，组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，则熔点BeCl2＜BeBr2，C项错误；BeCl2与AlCl3性质相似，由AlCl3也能与NaOH溶液反应可以类推BeCl2能与NaOH溶液反应，D项错误。
4．(2021·长沙高二检测)科学家已获得了极具理论研究意义的N4气体分子。N4分子结构如图所示，下列说法正确的是( )
A．N4分子中只含有共价键
B．由N4分子形成的晶体可能属于离子晶体
C．1 ml N4分子所含共价键数为4NA
D．N4沸点比P4(白磷)高
【解析】选A。同种非金属元素原子间形成的化学键为共价键，故A正确；N4分子中只含有共价键，不可能是离子晶体，故B错误；由N4分子结构可知，一个分子中含有6个共价键，所以1 ml N4分子所含共价键数为6NA，故C错误；N4和P4都是分子晶体，并且结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越强，沸点越高，所以白磷的沸点更高，故D错误。
5．干冰晶体结构如图所示，每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各有1个CO2分子，在每个CO2周围距离为 eq \f(\r(2),2) a(其中a为立方体棱长)的CO2有( )
A．4个 B．8个 C．12个 D．6个
【解析】选C。在每个CO2周围距离为 eq \f(\r(2),2) a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有4×3＝12个。
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6．(2021·北京海淀区高二检测)如图为冰晶体的结构模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列有关说法正确的是( )
A．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体
B．冰晶体具有空间网状结构，是共价晶体
C．水分子间通过H—O键形成冰晶体
D．冰晶体融化时，水分子之间的空隙增大
【解析】选A。B项，冰晶体属于分子晶体；C项，水分子间通过分子间作用力形成晶体；D项，冰融化，氢键部分断裂，空隙减小。分子密堆积
分子非密堆积
作用力
只有分子间作用力，无氢键
有分子间氢键，它具有方向性
空间特点
每个分子周围一般有12个紧邻的分子
空间利用率不高，留有相当大的空隙
举例
C60、干冰、I2、O2
HF、NH3、冰
物质种类
实 例
所有非金属氢化物
H2O、NH3、CH4等
部分非金属单质
卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等
部分非金属氧化物
CO2、P4O10、SO2、SO3等
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