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    2020版 高中化学 选修 第2册 第3章 第2节 第1课时 分子晶体 教案
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    高中化学第二节 分子晶体与共价晶体第1课时教案

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    这是一份高中化学第二节 分子晶体与共价晶体第1课时教案,共8页。教案主要包含了分子晶体及其结构特点,两种典型的分子晶体的组成和结构,分子晶体的物理性质,O2等内容,欢迎下载使用。

    第1课时 分子晶体








    一、分子晶体及其结构特点


    1.概念


    只含分子的晶体。


    2.粒子间的作用


    分子晶体中相邻的分子间以分子间作用力相互吸引。


    3.常见分子晶体及物质类别


    4.分子晶体的常见堆积方式


    二、两种典型的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氢键,当然也存在范德华力。


    (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每个晶胞中有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。


    三、分子晶体的物理性质


    1.物理特性


    (1)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)一般是绝缘体,熔融状态也不导电。


    (3)溶解性符合“相似相溶规律”。


    2.分子晶体熔、沸点高低的比较规律


    (1)分子晶体中分子间作用力越大,物质熔、沸点越高,反之越低。


    (2)具有氢键的分子晶体,熔、沸点反常高。





    1.判断正误(对的在括号内打“√”,错的在括号内打“×”。)


    (1)分子晶体中只存在分子间作用力(×)


    (2)分子晶体熔化时共价键断裂(×)


    (3)分子晶体中氢键越强,分子越稳定(×)


    (4)分子晶体中一定含有分子间作用力,不一定含有化学键(√)


    2.下列各组物质各自形成晶体,均属于分子晶体的化合物是( )


    A.NH3、P4、C10H8 B.PCl3、CO2、H2SO4


    C.SO2、SiO2、P2O5 D.CCl4、H2O、Na2O2


    B [A中,P4(白磷)为单质,不是化合物;C中,SiO2为共价晶体;D中,Na2O2是离子化合物、离子晶体。]


    3.(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5,该化合物熔点为253 K,沸点为376 K,其固体属于________晶体。


    (2)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物,如ClF3、BrF3,常温下它们都是易挥发的液体。ClF3的熔、沸点比BrF3的________(填“高”或“低”)。


    (3)下图为CO2分子晶体结构的一部分,观察图形。试说明每个CO2分子周围有________个与之紧邻的CO2分子;该结构单元平均占有________个CO2分子。





    [解析] (1)该化合物熔点为253 K,沸点为376 K,熔、沸点较低,所以为分子晶体。(2)组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高,所以ClF3的熔、沸点比BrF3的低。


    [答案] (1) 分子 (2)低 (3)12 4








    观察下图冰和干冰的结构,回答下列问题。





    (1)已知氢键也有方向性,试分析为什么冬季河水总是从水面上开始结冰?


    提示:由于氢键的方向性,使冰晶体中每个水分子与四面体顶角方向的4个分子相互吸引,形成空隙较大的网状晶体,密度比水小,所以结的冰会浮在水面上。


    (2)为什么冰融化为水时,密度增大?


    提示:在冰晶体中,每个分子周围只有4个紧邻的水分子,由于水分子之间的主要作用力是氢键,氢键跟共价键一样具有方向性,即氢键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个相邻水分子相互吸引,这一排列使冰晶体中的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,水分子间的空隙减小,密度反而增大。


    (3)为什么干冰的熔沸点比冰低而密度却比冰大?


    提示:由于冰中除了范德华力外还有氢键作用,破坏分子间作用力较难,所以熔沸点比干冰高。由于水分子间氢键的方向性,导致冰晶体不具有分子密堆积特征,晶体中有相当大的空隙,所以相同状况下冰体积较大。由于CO2分子的相对分子质量>H2O分子的相对分子质量,所以干冰的密度大。


    (4)干冰升华过程中破坏共价键吗?


    提示:干冰升华的过程中破坏分子间作用力,不破坏共价键。





    1.分子晶体的物理性质


    (1)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力,由于分子间作用力很弱,所以分子晶体的熔、沸点一般较低,部分分子晶体易升华(如干冰、碘、红磷、萘等),且硬度较小。


    (2)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或自由电子,因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电,如HI、乙酸等。


    (3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律,即极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性溶剂。


    如:H2O是极性溶剂,SO2、H2S、HBr等都是极性分子,它们在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非极性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非极性溶剂,则Br2、I2等非极性分子易溶于其中,而水则不溶于苯和CCl4中。


    2.分子晶体熔、沸点比较规律


    (1)少数主要以氢键作用形成的分子晶体,比一般的分子晶体的熔、沸点高,如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键,所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。


    (2)组成与结构相似,分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体,随着相对分子质量的增大,物质的熔、沸点逐渐升高。例如,常温下Cl2呈气态,Br2呈液态,而I2呈固态;CO2呈气态,CS2呈液态。


    (3)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体,其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高,如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。


    (4)有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体,相对分子质量相同,一般支链越多,分子间的相互作用力越弱,熔、沸点越低,如熔、沸点:正戊烷>异戊烷>新戊烷。





    1.某化学兴趣小组在学习分子晶体后,查阅了几种氯化物的熔、沸点,记录如下:


    根据这些数据分析,他们认为属于分子晶体的是( )


    A.NaCl、MgCl2、CaCl2B.AlCl3、SiCl4


    C.NaCl、CaCl2 D.全部


    B [由于由分子构成的晶体,分子与分子之间以分子间作用力相互作用,而分子间作用力较小,克服分子间作用力所需能量较低,故分子晶体的熔沸点较低,表中的MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸点很高,不属于分子晶体,AlCl3、SiCl4熔、沸点较低,应为分子晶体,所以B项正确,A、C、D三项错误。]


    2.下列有关冰和干冰的叙述不正确的是( )


    A.干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体


    B.冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子


    C.干冰比冰的熔点低得多,常压下易升华


    D.干冰中只存在范德华力不存在氢键,一个分子周围有12个紧邻的分子


    A [干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力,分子采取密堆积,一个分子周围有12个紧邻的分子;冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键,由于氢键具有方向性和饱和性,故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子,采取非密堆积的方式,空间利用率小,因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力,冰融化需要克服范德华力和氢键,由于氢键作用力比范德华力大,所以干冰比冰的熔点低得多,而且常压下易升华。]





    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、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。


    2依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断,组成分子晶体的粒子是分子,粒子间作用是分子间作用力。


    3依据物质的性质判断,分子晶体的硬度小,熔、沸点低,在熔融状态或固体时均不导电。








    1.下列有关分子晶体的说法中一定正确的是( )


    A.分子内均存在共价键


    B.分子间一定存在范德华力


    C.分子间一定存在氢键


    D.其结构一定为分子密堆积


    B [稀有气体元素组成的分子晶体中,不存在由多个原子组成的分子,而是原子间通过范德华力结合成晶体,所以不存在任何化学键,A错误;分子间作用力包括范德华力和氢键,范德华力存在于所有的分子晶体中,而氢键只存在于含有与电负性较强的N、O、F原子结合的氢原子的分子之间或者分子之内,B正确,C错误;只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式,D错误。]


    2.HF分子晶体、NH3分子晶体与冰的结构极为相似,在HF分子晶体中,与F原子距离最近的HF分子有( )


    A.3个 B.4个 C.5个 D.12个


    B [根据HF分子晶体与冰结构相似可知,每个HF分子周围有4个HF分子与之最近,构成四面体,故B项正确。]


    3.下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列,正确的一组是( )


    A.HF、HCl、HBr、HI


    B.F2、Cl2、Br2、I2


    C.H2O、H2S、H2Se、H2Te


    D.CI4、CBr4、CCl4、CF4


    D [对结构和组成相似的分子晶体,其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高,但HF、H2O分子之间都存在氢键,熔、沸点反常。所以A中应为HF>HI>HBr>HCl;B中应为I2>Br2>Cl2>F2;C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S;只有D正确。]


    4.水分子间可通过一种叫“氢键”的作用(作用力介于化学键与范德华力大小之间)彼此结合而形成(H2O)n,在冰中n值为5。即每个水分子被其他4个水分子包围形成变形四面体,如图所示为(H2O)5单元,由无限个这样的四面体通过氢键构成一个庞大的分子晶体,即冰。下列有关叙述正确的是( )





    A.1 ml冰中含有4 ml氢键


    B.1 ml冰中含有4×5 ml氢键


    C.平均每个水分子只含有2个氢键


    D.平均每个水分子只含有eq \f(5,4)个氢键


    C [由图可知,每个水分子(处于四面体的中心)与4个水分子(处于四面体的四个顶点)形成四个氢键,因为每个氢键都是由2个水分子共同形成的,所以每个水分子形成的氢键数为4×eq \f(1,2)=2。]


    5.(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。


    ①CO2________SO2 ②NH3________PH3 ③O3________O2


    ④Ne________Ar ⑤CH3CH2OH________CH3OH ⑥CO________N2


    (2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.02×105 Pa),但它在180 ℃即开始升华。请回答:


    ①AlCl3固体是________晶体。


    ②设计一个可靠的实验,判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是_______________________________________。


    [解析] (1)各组物质均为分子晶体,根据分子晶体熔、沸点的判断规律,分子间作用力越大,相对分子质量越大,分子极性越大,则晶体的熔、沸点越高,较容易比较六组物质熔、沸点的高低。


    (2)由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物,可测其熔融状态下是否导电,若不导电是共价化合物,导电则是离子化合物。


    [答案] (1)①< ②> ③> ④< ⑤> ⑥>(2)①分子 ②在熔融状态下,试验其是否导电,若不导电是共价化合物,若导电是离子化合物发 展 目 标
    体 系 构 建
    1.借助分子晶体模型认识分子晶体的结构特点。


    2.能够从范德华力、氢键的特征,分析理解分子晶体的物理特性。
    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
    分子间作用力
    堆积方式
    实例
    范德华力
    分子采用密堆积,


    每个分子周围有12个紧邻的分子
    如C60、干冰、I2、O2
    范德华力、氢键
    分子不采用密堆积,


    每个分子周围紧邻的分子少于12个
    如HF、NH3、冰
    探究分子晶体结构与物理性质的关系
    NaCl
    MgCl2
    AlCl3
    SiCl4
    CaCl2
    熔点/℃
    801
    712
    190
    -68
    782
    沸点/℃
    1 465
    1 418
    230
    57
    1 600
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