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课时学案及答案

第1课时　分 子 晶 体

必备知识·自主学习

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 mol 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 mol 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。