化學(xué)（人教版）：選修3第3章第2節(jié)分子晶體與原子晶體

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歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂 第二節(jié)分子晶體與原子晶體 金剛石是一種礦物 早在公元前1000年 人們就發(fā)現(xiàn)金剛石很硬 金剛石 的英文名diamond 就源于阿拉伯語(yǔ) almas 最堅(jiān)硬的 金剛石具有許多優(yōu)良的性質(zhì) 熔點(diǎn)高 3350 不導(dǎo)電 硬度極高 這些性質(zhì)顯然是由金剛石的結(jié)構(gòu)決定的 那么 金剛石具有怎樣的結(jié)構(gòu)呢 水晶是一種古老的寶石 晶體完好時(shí)呈六棱柱鉆頭形 在水晶中 原子是怎樣排列的呢 我們知道 冰容易融化 干冰容易氣化 碘晶體容易升華 那么 這些晶體為什么具有上述特殊性質(zhì)呢 它們的結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢 1 掌握分子晶體 原子晶體的概念及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2 掌握晶體類型與性質(zhì)之間的關(guān)系 3 了解氫鍵對(duì)物質(zhì)物理性質(zhì)的影響 1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 構(gòu)成微粒及微粒間的作用力 2 微粒堆積方式 若分子間只有范德華力 則分子晶體有特征 即每個(gè)分子周圍有個(gè)緊鄰分子 若分子間含有其他作用力 如氫鍵 由于氫鍵具有 使分子不能采取密堆積的方式 則每個(gè)分子周圍緊鄰的分子要少于12個(gè) 如冰中每個(gè)水分子周圍只有個(gè)緊鄰的水分子 分子密堆積 12 方向性 4 2 屬于分子晶體的物質(zhì) 1 所有 如H2O NH3 CH4等 2 部分 如鹵素 X2 O2 N2 白磷 P4 硫 S8 稀有氣體等 3 部分 如CO2 P4O6 P4O10 SO2等 4 幾乎所有的酸 如HNO3 H2SO4 H3PO4 H2SiO3等 5 絕大多數(shù) 如苯 乙醇 非金屬氫化物 非金屬單質(zhì) 非金屬氧化物 有機(jī)物的晶體 分子晶體的特征及影響分子晶體熔沸點(diǎn)的因素 1 分子晶體的特征大多數(shù)分子晶體具有如下結(jié)構(gòu)特征 如果分子間作用力只是范德華力 若以一個(gè)分子為中心 其周圍通?？梢杂?2個(gè)緊鄰的分子 如干冰晶體 如圖a 晶體中含有其他作用力 如氫鍵 時(shí) 分子晶體的分子堆積要少于12個(gè) 如冰中每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰水分子相互吸引構(gòu)成水的晶體 如圖b 2 分子間作用力與分子晶體熔 沸點(diǎn)的關(guān)系 分子晶體的熔 沸點(diǎn)取決于分子間作用力的大小 對(duì)于組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體 隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大 分子間作用力也增大 熔 沸點(diǎn)升高 如I2 Br2 Cl2 F2 O2 N2 組成相似的分子 有極性的比無(wú)極性的分子間作用力大 熔 沸點(diǎn)高 如SO2 CO2 有氫鍵的分子晶體 還要考慮氫鍵的強(qiáng)弱 結(jié)構(gòu)相似的分子晶體 相對(duì)分子質(zhì)量大的其熔 沸點(diǎn)不一定大 例如 H2O與H2S H2O的沸點(diǎn)比H2S高 因?yàn)樗肿娱g有氫鍵 H2S分子中只有范德華力 而氫鍵比范德華力強(qiáng) 1 SiCl4的分子結(jié)構(gòu)與CCl4相似 對(duì)其進(jìn)行的下列推測(cè)不正確的是 A SiCl4晶體是分子晶體B 常溫 常壓下SiCl4是氣體C SiCl4的分子是由極性鍵形成的非極性分子D SiCl4的熔點(diǎn)高于CCl4 解析 由于SiCl4分子結(jié)構(gòu)與CCl4相似 所以一定屬于分子晶體 影響分子晶體熔 沸點(diǎn)的因素是分子間作用力的大小 在這兩種分子之間都只有范德華力 SiCl4的相對(duì)分子質(zhì)量大于CCl4的相對(duì)分子質(zhì)量 所以SiCl4的分子間作用力比CCl4大 熔 沸點(diǎn)應(yīng)該比CCl4高一些 CCl4的分子是正四面體結(jié)構(gòu) SiCl4與它結(jié)構(gòu)相似 因此也應(yīng)該是正四面體結(jié)構(gòu) 是含極性鍵的非極性分子 答案 B 1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 構(gòu)成微粒及微粒間的作用力 2 微粒堆積方式整塊晶體是一個(gè)三維的結(jié)構(gòu) 不存在單個(gè)小分子 是一個(gè) 巨分子 又稱 共價(jià)鍵網(wǎng)狀 共價(jià)晶體 2 屬于原子晶體的物質(zhì) 1 某些 如晶體硼 晶體硅 晶體鍺 金剛石等 2 某些 如碳化硅 SiC 氮化硅 Si3N4 氮化硼 BN 等 3 某些 如二氧化硅 SiO2 等 非金屬單質(zhì) 非金屬化合物 氧化物 分子晶體與原子晶體的比較 2 美國(guó) 科學(xué) 雜志曾報(bào)道 在40GPa的高壓下 用激光加熱到1800K 人們成功制得了原子晶體CO2 下列對(duì)該物質(zhì)的推斷一定不正確的是 A 該原子晶體中含有極性鍵B 該原子晶體易汽化 可用作制冷材料C 該原子晶體有很高的熔點(diǎn) 沸點(diǎn)D 該原子晶體硬度大 可用作耐磨材料 解析 CO2由固態(tài)時(shí)形成的分子晶體變?yōu)樵泳w 其成鍵情況也發(fā)生了變化 由原來(lái)的C O雙鍵變?yōu)镃 O單鍵 但化學(xué)鍵依然為極性共價(jià)鍵 故A項(xiàng)正確 由于晶體類型及分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 物質(zhì)的熔 沸點(diǎn)等性質(zhì)也發(fā)生了變化 CO2原子晶體具有高硬度 高熔 沸點(diǎn)等特點(diǎn) 故C D選項(xiàng)正確 B項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 B 2011 南京高二質(zhì)檢 下列各組晶體物質(zhì)中 化學(xué)鍵類型相同 晶體類型也相同的是 SiO2和SO3 晶體硼和HCl CO2和SO2 晶體硅和金剛石 晶體氖和晶體氮 硫磺和碘A B C D 思路指引 本題考查了化學(xué)鍵的類型與晶體類型的判斷 解題時(shí)應(yīng)注意化學(xué)鍵類型的判斷 屬于分子晶體的有SO3 HCl SO2 CO2 晶體氖 晶體氮 硫磺 碘等 屬于原子晶體的有SiO2 晶體硼 晶體硅 金剛石等 但晶體氖是由稀有氣體分子構(gòu)成 稀有氣體分子間不存在化學(xué)鍵 答案 C 判斷非金屬元素組成的晶體是分子晶體還是原子晶體的方法 1 依據(jù)構(gòu)成晶體的粒子和粒子間的作用判斷 原子晶體的構(gòu)成粒子是原子 質(zhì)點(diǎn)間的作用是共價(jià)鍵 分子晶體的構(gòu)成粒子是分子 質(zhì)點(diǎn)間的作用是范德華力 2 記憶常見的 典型的原子晶體 常見的原子晶體有 某些非金屬單質(zhì)如硼 硅 鍺等 某些非金屬化合物如碳化硅 氮化硼等 某些氧化物如二氧化硅 3 依據(jù)晶體的熔沸點(diǎn)判斷 原子晶體熔 沸點(diǎn)高 常在1000 以上 分子晶體熔 沸點(diǎn)低 常在幾百度以下至很低的溫度 4 依據(jù)導(dǎo)電性判斷 分子晶體為非導(dǎo)體 但部分分子晶體溶于水后能導(dǎo)電 原子晶體多數(shù)為非導(dǎo)體 但晶體硅 晶體鍺是半導(dǎo)體 5 依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷 原子晶體硬度大 分子晶體硬度小且較脆 1 下列性質(zhì)適合于分子晶體的是 熔點(diǎn)1070 易溶于水 水溶液導(dǎo)電 熔點(diǎn)10 31 液態(tài)不導(dǎo)電 水溶液導(dǎo)電 能溶于CS2 熔點(diǎn)112 8 沸點(diǎn)444 6 熔點(diǎn)97 81 質(zhì)軟 導(dǎo)電 密度為0 97g cm 3A B C D 解析 分子晶體的熔點(diǎn)較低 中熔點(diǎn)高 不是分子晶體 是金屬鈉的性質(zhì) 答案 C 下列晶體性質(zhì)的比較中正確的是 雙選 A 熔點(diǎn) 金剛石 碳化硅 晶體硅B 沸點(diǎn) NH3 PH3C 硬度 白磷 冰 二氧化硅D 熔點(diǎn) SiI4 SiBr4 SiCl4 思路指引 本題考查了晶體物理性質(zhì)的影響因素 A項(xiàng)中三種物質(zhì)都是原子晶體 因原子半徑r C r Si 所以鍵長(zhǎng) C C C Si Si Si 故鍵能 C C C Si Si Si 鍵能越大 原子晶體的熔點(diǎn)越高 A項(xiàng)正確 氟化氫 水 氨都是分子晶體 其沸點(diǎn)高低與分子間作用力大小有關(guān) 因?yàn)檫@三種物質(zhì)之間都存在氫鍵 且H2O之間氫鍵最強(qiáng) NH3之間氫鍵最弱 故水的沸點(diǎn)最高 氨的最低 B項(xiàng)錯(cuò)誤 二氧化硅是原子晶體 硬度大 白磷和冰都是分子晶體 硬度較小 C項(xiàng)錯(cuò)誤 鹵化硅為分子晶體 它們的組成和結(jié)構(gòu)相似 分子間不存在氫鍵 故相對(duì)分子質(zhì)量越大 熔點(diǎn)越高 D項(xiàng)正確 答案 AD 分子晶體 原子晶體熔沸點(diǎn)比較 1 不同類型的晶體 原子晶體 分子晶體 2 同一類型的晶體 分子晶體a 分子間作用力越大 物質(zhì)的熔沸點(diǎn)越高 具有氫鍵的分子晶體 熔沸點(diǎn)反常的高 如H2O H2Te H2Se H2S b 組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體 相對(duì)分子質(zhì)量越大 熔沸點(diǎn)越高 如SnH4 GeH4 SiH4 CH4 c 組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì) 相對(duì)分子質(zhì)量接近 分子的極性越大 其熔沸點(diǎn)越高 如CO N2 CH3OH CH3CH3 原子晶體晶體的熔沸點(diǎn)高低取決于共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)和鍵能 鍵長(zhǎng)越短 鍵能越大 共價(jià)鍵越穩(wěn)定 物質(zhì)的熔沸點(diǎn)越高 如熔點(diǎn) 金剛石 碳化硅 晶體硅 2 據(jù)報(bào)道科研人員應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬出結(jié)構(gòu)類似C60的物質(zhì)N60 已知 N60分子中每個(gè)氮原子均以N N鍵結(jié)合三個(gè)N原子而形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu) N N鍵的鍵能為167kJ mol 1 請(qǐng)回答下列問(wèn)題 1 N60分子組成的晶體為 晶體 其熔 沸點(diǎn)比N2 填 高 或 低 原因是 2 1molN60分解成N2時(shí)吸收或放出的熱量是 kJ 已知NN鍵的鍵能為942kJ mol 1 表明穩(wěn)定性N60 填 Mr N2 故N60晶體中分子的范德華力比N2晶體大 N60晶體的熔 沸點(diǎn)比N2晶體高 2 因每個(gè)氮原子形成三個(gè)N N鍵 每個(gè)N N鍵被2個(gè)N原子共用 故1molN60中存在N N鍵 1mol 60 3 90mol 發(fā)生的反應(yīng)為N60 30N2 H 故 H 90 167kJ mol 1 30 942kJ mol 1 13230kJ mol 1N60 3 由于反應(yīng)放出大量的熱同時(shí)生成大量氣體 因此N60可用作高能炸藥 答案 1 分子高N60 N2均形成分子晶體 且N60的相對(duì)分子質(zhì)量大 分子間作用力大 故熔 沸點(diǎn)高 2 13230 3 N60可作高能炸藥 其他答案合理也可 1 下列關(guān)于分子晶體所具有的性質(zhì)的敘述 其中正確的是 A 構(gòu)成晶體的基本微粒是分子B 熔融時(shí)不導(dǎo)電C 晶體內(nèi)微粒間以分子間作用力相結(jié)合 這種作用力很弱D 熔點(diǎn)一般比原子晶體低 解析 分子晶體相對(duì)于其他晶體來(lái)說(shuō) 熔 沸點(diǎn)較低 硬度較小 導(dǎo)致分子晶體具有上述性質(zhì)的本質(zhì)原因是其基本構(gòu)成微粒間的相互作用 范德華力及氫鍵 這種分子間作用力相對(duì)于化學(xué)鍵來(lái)說(shuō)是極其微弱的 答案 C 2 下列晶體中 前者屬于原子晶體 后者屬于分子晶體的是 A 硅晶體 二氧化硅晶體B 足球烯 C60 天然氣水合物C 金剛石 冰D 干冰 碳化硅解析 本題考查物質(zhì)組成與晶體類型的關(guān)系 硅 二氧化硅 碳化硅和金剛石都是原子晶體 冰 干冰 天然氣水合物 C60都是分子晶體 答案 C 3 下列物質(zhì)熔點(diǎn)的比較正確的是 A F2 Cl2 Br2B 金剛石 P4 O2C S HBr 金剛石D I2 CH4 冰解析 A項(xiàng)中F2 Cl2 Br2均是分子晶體 由相對(duì)分子質(zhì)量可知熔點(diǎn) F2 Cl2 Br2 不同類型晶體的熔點(diǎn) 一般是原子晶體的熔點(diǎn)大于分子晶體的熔點(diǎn) 在常溫時(shí)P4為固體 O2為氣體 所以B項(xiàng)正確 同理因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)狀況下HBr CH4是氣態(tài) 冰 I2 S是固態(tài) 所以C D兩項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 B 4 下列說(shuō)法正確的是 A 原子晶體中只存在非極性共價(jià)鍵B 稀有氣體形成的晶體屬于分子晶體C 干冰升華時(shí) 分子內(nèi)共價(jià)鍵會(huì)發(fā)生斷裂D 金屬元素和非金屬元素形成的化合物一定是離子化合物 解析 本題主要考查常見晶體的相關(guān)知識(shí) 單質(zhì)類型為原子晶體 晶體硅 金剛石 的物質(zhì) 只有非極性共價(jià)鍵 而化合物型的晶體 SiO2 中則含有極性共價(jià)鍵 A項(xiàng)不正確 稀有氣體為單原子分子 故B項(xiàng)正確 干冰升華時(shí)破壞的是CO2分子之間的作用力 分子內(nèi)的C O共價(jià)鍵沒有變化 C項(xiàng)不正確 只有活潑金屬與活潑非金屬才能形成離子化合物 而AlCl3等物質(zhì)則為共價(jià)化合物 D項(xiàng)不正確 答案 B 5 有下列物質(zhì) 水晶 冰醋酸 氧化鈣 白磷 晶體氬 氫氧化鈉 鋁 金剛石 過(guò)氧化鈉 碳化鈣 碳化硅 干冰 過(guò)氧化氫 根據(jù)要求填空 1 屬于原子晶體的化合物是 2 直接由原子構(gòu)成的分子晶體是 3 由極性分子構(gòu)成的晶體是 屬于分子晶體的單質(zhì)是 4 在一定條件下 能導(dǎo)電且不發(fā)生化學(xué)變化的是 受熱熔化需克服共價(jià)鍵的是 解析 本題考查對(duì)原子晶體 分子晶體的辨別及晶體內(nèi)作用力類型的分析 屬于原子晶體的有金剛石 碳化硅和水晶 屬于分子晶體的有氬 無(wú)化學(xué)鍵 白磷 非極性分子 干冰 由極性鍵構(gòu)成的非極性分子 過(guò)氧化氫和冰醋酸 由極性鍵和非極性鍵構(gòu)成的極性分子 金屬導(dǎo)電過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)變化 晶體熔化時(shí) 分子晶體只需克服分子間作用力 不破壞化學(xué)鍵 但原子晶體熔化時(shí)需破壞化學(xué)鍵 答案 1 2 3 4 6 2011 武漢調(diào)研 1 如圖所示表示的是CO2分子晶體結(jié)構(gòu)的一部分 觀察此圖 試說(shuō)明每個(gè)CO2分子周圍有 個(gè)與之緊鄰等距的CO2分子 2 試判斷 CO2 CS2 SiO2晶體的沸點(diǎn)由高到低排列的順序是 填寫相應(yīng)物質(zhì)的編號(hào) 解析 以立方體的一個(gè)頂點(diǎn)為研究對(duì)象 補(bǔ)齊平均分?jǐn)偹钠渌?個(gè)同樣的立方體 即8個(gè)立方體并置 找出通過(guò)所選研究對(duì)象的3個(gè)相互垂直的截面 每個(gè)截面上有4個(gè) 總共12個(gè)分子與其距離最近且相等 CO2 CS2 SiO2形成的晶體分別是分子晶體 分子晶體 原子晶體 并且CS2比CO2的相對(duì)分子質(zhì)量大 所以CS2的沸點(diǎn)比CO2的高 答案 1 12 2 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全