2019高中化学第三章第二节分子晶体与原子晶体讲义新人教版

2019高中化学第三章第二节分子晶体与原子晶体讲义新人教版

分子晶体与原子晶体1．了解分子晶体和原子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点。2．掌握分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质的关系。3．了解氢键及其对物质性质的影响。细读教材记主干1．共价键是怎样形成的？其作用强度与分子间作用力相比较哪种更大？提示：共价键是通过共用电子对形成的，共价键的强度比分子间作用力要大。2．冰融化与干冰升华克服的作用力不完全相同，干冰升华只克服范德华力，而冰融化除克服范德华力外还克服氢键。3．二氧化硅的结构是怎样的？其熔、沸点高低如何？提示：二氧化硅是原子之间以共价键结合而形成的立体网状结构。其中一个硅原子与四个氧原子相连，一个氧原子与两个硅原子相连。熔、沸点较高。4．在分子晶体中，分子内的原子间以共价键相结合，分子间以分子间作用力相吸引，因此分子晶体熔点较低。5．在原子晶体里，所有原子都以共价键相结合，形成三维的网状结构，因此原子晶体熔点高、硬度大。[新知探究]1．概念及粒子间作用力(1)概念：只含分子的晶体。(2)粒子间的作用力n2．物理性质及物质类别(1)物理性质分子晶体熔、沸点较低、硬度较小。(2)物质类别物质种类举例所有非金属氢化物H2O、NH3、CH4等部分非金属单质O2、N2、P4等部分非金属氧化物CO2、SO2、SO3等几乎所有的酸H2SO4、HNO3、H3PO4等绝大多数有机物乙醇、乙酸、苯等3.晶体结构模型(1)分子间作用力是范德华力晶体中分子堆积方式为分子密堆积，即以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子。如干冰的晶胞结构如图①每个晶胞中有12个原子。②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子有12个。(2)分子间还有其他作用力水分子之间的主要作用力是氢键，在冰的每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。冰的晶体结构如图n[对点演练]1．(2016·宜昌高二检测)已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190℃，则下列结论错误的是(　　)A．氯化铝是电解质B．固体氯化铝是分子晶体C．可用电解熔融氯化铝的办法制取金属铝D．氯化铝为非极性分子解析：选C　根据已知条件可知氯化铝是共价化合物，易溶于苯和乙醚，其熔点为190℃，则说明AlCl3是分子晶体，分子之间通过分子间作用力结合。根据相似相溶原理可知AlCl3是非极性分子，在水中在水分子的作用下电离产生Al3＋、Cl－，所以AlCl3是电解质，在水溶液中能够导电，在熔融状态没有离子不能导电，因此不能通过电解熔融氯化铝的办法制取金属铝，应该通过电解熔融的Al2O3的方法冶炼铝。2．(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“＞”或“＜”)。①CO2________SO2②NH3________PH3③O3________O2④Ne________Ar⑤CH3CH2OH________CH3OH⑥CO________N2(2)已知AlCl3的熔点为190℃(2.202×105Pa)，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，存在分子间氢键，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。n答案：(1)①＜　②＞　③＞　④＜　⑤＞　⑥＞(2)①分子　②在熔融状态下，检测其是否导电，若不导电是共价化合物[新知探究]1．结构特点(1)构成微粒及微粒间的作用力(2)微粒堆积方式整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个小分子，是一个“巨分子”，又称共价晶体。2．物理性质及物质类别(1)物理性质①原子晶体一般熔点高、硬度大。②结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。(2)物质类别类型举例某些非金属单质晶体硼、晶体硅和金刚石等某些非金属化合物金刚砂(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)等3.晶体结构模型——金刚石①在晶体中每个碳原子以4个共价键与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。②晶体中C—C键夹角为109°28′，碳原子采取了sp3杂化。③最小环上有6个碳原子。④晶体中碳原子个数与C—C键数之比为：1∶(4×)＝1∶2。[名师点拨]n1．分子晶体和原子晶体的比较晶体类型原子晶体分子晶体含义相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体只含分子的晶体组成粒子原子分子粒子间作用力共价键分子间作用力熔点很高较低硬度很大较小溶解性一般不溶于各种溶剂部分溶于水导电性不导电，个别为半导体不导电，部分水溶液导电熔化时破坏的作用力破坏共价键破坏分子间作用力举例金刚石、二氧化硅等冰、干冰等2.分子晶体与原子晶体熔、沸点高低比较(1)不同类型的晶体原子晶体＞分子晶体。(2)同一类型的晶体①分子晶体a．分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。b．组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。c．组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高。如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如。n②原子晶体晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。如熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。[对点演练]3．(2016·南昌高二检测)能够解释CO2比SiO2的熔、沸点低的原因是(　　)A．CO2的相对分子质量比SiO2的相对分子质量小B．C—O键能小于Si—O键能C．C的原子半径小于SiD．破坏CO2晶体只需克服分子间作用力，破坏SiO2晶体要破坏Si—O共价键解析：选D　CO2是分子晶体，CO2的熔化与C===O键能没有关系，其熔化只需要克服范德华力(分子间作用力)，SiO2是原子晶体，其熔化要破坏Si－O共价键，共价键的强度远远大于范德华力，故A、B、C错误，D正确。4.二氧化硅晶体是立体的网状结构，其晶体结构模型如图所示，请认真观察该模型后回答下列问题：(1)二氧化硅晶体中最小环上有________个原子，晶体结构中存在以________原子为中心、________原子为顶点的正四面体结构。(2)晶体中每个硅原子为________个最小环共有，每个最小环平均拥有________个硅原子、________个氧原子。(3)晶体中存在的有________。A．共价键　　B．离子键　　C．配位键　　D．范德华力E．氢键解析：二氧化硅晶体中，最小环上有6个硅原子和6个氧原子，并形成以硅原子为中心、氧原子(或硅原子)为顶点的正四面体结构。因为每个硅原子被12个最小环共有，平均每个最小环拥有的硅原子数为6×＝个，由化学式SiO2可知，拥有氧原子数为×2＝1个。原子晶体中只存在共价键，且Si—O键为极性键，不是配位键。答案：(1)12　Si　O(或Si)　(2)12　　1　(3)An1．有关晶体的下列说法中，正确的是(　　)A．晶体中分子间氢键越强，分子越稳定B．原子晶体中共价键越弱，熔点越低C．冰熔化时水分子中共价键发生断裂D．原子晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他类型的化学键解析：选B　氢键的强弱只影响晶体的物理性质，分子的稳定性则取决于分子内化学键的强弱，A项错误；冰熔化时克服分子间作用力和氢键，C项错误；晶体硅中只存在非极性共价键，D项错误。2．(2016·温州高二检测)2015年7月31日，中国获得2022年冬奥会主办权，这将促进中国冰雪运动。以下关于冰的说法正确的是(　　)A．冰与水共存物属于混合物B．冰的密度比水大C．冰与二氧化硅的晶体类型相似D．氢键在冰晶体结构中起关键作用解析：选D　冰水混合物属于纯净物，故A错误；冰中氢键比水多，又因为氢键具有饱和性和方向性，相同质量，冰的体积比水大，则冰的密度比水小，故B错误；冰属于分子晶体，而二氧化硅属于原子晶体，因此结构不同，故B错误；氢键具有饱和性和方向性，使得冰中水分子有4个氢键，故D正确。3．下列说法中正确的是(　　)A．金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成B．AlCl3晶体属于原子晶体C．1molSiO2晶体中含2molSi—O键D．金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应解析：选A　据金刚石结构模型可知，金刚石中的最小碳环为六元环，在高温下可断开C—C键，与O2反应，故A项正确，D项错误；AlCl3是特殊的分子晶体，B项错误；SiO2晶体中有Si—O四面体结构，1molSiO2晶体中含4molSi—O键，C项错误。n4．(2016·黄山高二检测)下列熔、沸点高低的比较不正确的是(　　)A．金刚石＞碳化硅＞晶体硅B．邻羟基苯甲酸＞对羟基苯甲酸C．纯铁＞生铁D．SiO2＞CO2解析：选B　因键长C—C＜C—Si＜Si—Si，则熔点为金刚石＞碳化硅＞晶体硅，故A正确；对羟基苯甲酸易形成分子之间氢键，而邻羟基苯甲酸形成分子内氢键，所以邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低，故B错误；生铁是合金，熔点比组分金属纯铁低，故C正确；SiO2是原子晶体，CO2是分子晶体，故D正确。5．(2016·邯郸高二检测)正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图)。下列有关说法正确的是(　　)A．正硼酸晶体属于原子晶体B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关C．分子中硼原子最外层为8电子稳定结构D．含1molH3BO3的晶体中有3mol氢键解析：选D　正硼酸晶体中存在H3BO3分子，且该晶体中存在氢键，说明硼酸由分子构成，是分子晶体，原子晶体内只有共价键，故A错误；分子的稳定性与分子内的B—O、H—O共价键有关，熔沸点与氢键有关，故B错误；硼原子最外层只有3个电子，与氧原子形成3对共用电子对，因此B原子不是8e－稳定结构，故C错误；1个硼酸分子形成了6个氢键，但每个氢键是2个硼酸分子共用的，所以平均含3个氢键，则含有1molH3BO3的晶体中有3mol氢键，故D正确。6.(1)如图所示为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________个与之紧邻且等距的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。(2)在40GPa高压下，用激光器加热到1800nK时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是________(填字母序号)。A．原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂B．原子晶体干冰有很高的熔点和沸点C．原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料D．原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应E．每摩尔原子晶体干冰含有4molC—O键解析：(1)题给CO2分子晶体的一部分，属面心立方结构。取任一顶点的CO2分子，则与之距离最近且等距的是共用该顶点的三个面面心上的CO2分子，共3个；而该顶点被8个同样晶胞共用，而面心上的分子被2个晶胞共用，这样符合题意的CO2分子有3×8×＝12个；在此结构中，8个CO2分子处于顶点，为8个同样结构共用，6个CO2分子处于面心，为2个同样结构共用。所以，该结构单元平均占有的CO2分子为8×＋6×＝4个。(2)该题应从SiO2的结构和性质来判断。答案：(1)12　4　(2)B、D、E