第二节 分子晶体与共价晶体
学习目标 重点难点
1.知道分子晶体的结构特点,能借助分子晶体模型说明分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用,以及范德华力与氢键对分子晶体结构与性质的影响。 2.知道共价晶体的结构特点,认识金刚石晶体中碳原子的三维骨架结构,能借助共价晶体模型说明共价晶体中粒子间的相互作用。 3.能结合具体实例,说出分子晶体、共价晶体的粒子间相互作用与其性质(熔点、硬度等)的关系。 重 点 分子晶体、共价晶体的结构特点与性质之间的关系,氢键对分子晶体结构与性质的影响。
难 点 分子晶体、共价晶体的结构特点,氢键对冰的结构和性质的影响。
第1课时 分子晶体
新知探究(一)——分子晶体的性质及物质种类
1.分子晶体的概念
只含分子的晶体称为分子晶体。
2.分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用
3.典型的分子晶体与物质类别
物质类别 实例
所有非金属氢化物 如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等
部分非金属单质 如卤素(X2)、O2、硫(S8)、N2、白磷(P4)、碳60(C60)等
部分非金属氧化物 如CO2、P4O6、P4O10、SO2、SO3等
稀有气体 如He、Ne、Ar等
几乎所有的酸 如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等
绝大多数有机物 如乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
4.分子晶体的物理性质
分子晶体熔、沸点较低,硬度很小,不导电,溶解性一般符合“相似相溶”规律。
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)分子晶体中既存在分子间作用力又一定存在共价键 ( )
(2)分子晶体熔化时可能破坏范德华力或破坏氢键 ( )
(3)分子晶体熔化或溶于水均不导电 ( )
(4)属于分子晶体的物质都不溶于水 ( )
(5)分子晶体中共价键的键能越大,分子晶体的熔、沸点越高 ( )
(6)分子晶体中,分子间作用力越大,对应的物质越稳定 ( )
2.下列属于某分子晶体性质的是 ( )
A.组成晶体的微粒是离子
B.能溶于CS2,熔点为112.8 ℃,沸点为444.6 ℃
C.熔点为1 400 ℃,可作半导体材料,难溶于水
D.熔点高,硬度大
3.硫单质有多种组成形式(如图)。下列有关说法中不正确的是 ( )
A.上述硫单质形成的晶体其熔点一般较低
B.O—H的键能大于S—H的键能,所以沸点:H2O>H2S
C.S4、S6、S8形成的晶体均为分子晶体
D.SO2、H2S与H2O分子的空间结构均为V形
4.硅和卤素单质反应可以得到SiX4,SiX4的熔、沸点如下表:
SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4
熔点/K 183.0 203.2 278.6 393.7
沸点/K 187.2 330.8 427.2 560.7
0 ℃时,SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是 (填化学式),沸点依次升高的原因是
________________________。
|思维建模|
分子晶体的判断方法及熔、沸点高低的比较
(1)分子晶体的判断方法
①依据物质的类别判断。
②依据组成晶体的粒子及粒子间作用力判断。
③依据物质的性质判断。
(2)分子晶体熔、沸点高低的判断
①组成和结构相似的物质(且不含氢键),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。
④对于有机物中的同分异构体,一般支链越多,熔、沸点越低,如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>>。
⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物,一般随分子中碳原子数的增加,熔、沸点升高,如C2H6>CH4,C2H5Cl>CH3Cl,CH3COOH>HCOOH。
新知探究(二)——典型分子晶体的结构特征
1.分子晶体的结构特征
微粒间 作用力 只有分子间作用力 有分子间氢键,具有 性
分子堆 积方式 分子密堆积 分子非密堆积
空间 特点 每个分子周围最多可以有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
2.两种典型的分子晶体的组成和结构
(1)冰的组成及结构
①水分子之间的主要作用力是 ,也存在 。
②由于 的方向性,使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。
(2)干冰的组成及结构
①干冰中的CO2分子间只存在 ,无方向性,晶体结构采用 形式。
②每个晶胞的 和 位置有CO2分子,平均含有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,CO2有4种空间取向。
应用化学
1.水有不同的形态,性质也有所不同,冰浮在水面上,水的密度随温度变化而变化,如图所示。
冰为什么浮在水面上 水的密度为什么会随温度发生如图所示变化
2.干冰的外观很像冰,硬度也跟冰相似,而熔点却比冰的低得多,在常压下极易升华,在工业上广泛用作制冷剂。为什么干冰熔点比冰低得多
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体 ( )
(2)干冰比冰的熔点低很多,常压下易升华 ( )
(3)点燃的镁条能在干冰的小穴中继续燃烧说明CO2分子间范德华力弱,干冰易升华 ( )
(4)干冰晶体中只存在范德华力,一个分子周围有12个紧邻分子 ( )
(5)冰晶体中,每个水分子周围只有4个紧邻的分子,1 mol冰中含有1 mol氢键 ( )
(6)天然气水合物中水分子间主要通过氢键作用连接 ( )
2.在海洋深处的沉积物中含有大量可燃冰,其主要成分是甲烷水合物。甲烷水合物的结构可以看成是甲烷分子装在由水分子形成的“笼子”里。下列说法正确的是 ( )
A.甲烷分子和水分子的VSEPR模型都是正四面体形
B.甲烷分子通过氢键与构成“笼子”的水分子相结合
C.可燃冰属于分子晶体
D.水分子的键角大于甲烷分子的键角
3.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,不属于分子晶体
C.水分子间通过H—O形成冰晶体
D.冰晶体融化时,水分子之间的空隙增大
4.已知碘晶胞结构如图所示,请回答下列问题:
(1)碘晶体属于 晶体。
(2)碘晶体熔化过程中克服的作用力为 。
(3)假设碘晶胞中立方体的棱长为a cm,阿伏加德罗常数的值为NA,则碘单质的密度为 。
第1课时 分子晶体
新知探究(一)
1.(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)×
2.选B 分子晶体的主要性质有熔、沸点低,硬度小,极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性溶剂,固态时和熔化时均不导电。
3.选B S4、S6、S8形成的晶体均为由分子形成的分子晶体,熔点一般比较低,A和C均正确;水分子的沸点高于硫化氢是因为水分子间能形成氢键,硫化氢分子间不能形成氢键,水分子间的作用力强于硫化氢,与键能的大小无关,故B错误;SO2分子中硫原子的价层电子对数为3,孤电子对数为1,分子的空间结构为V形,H2S与H2O分子中的中心原子的价层电子对数都为4,孤电子对数为2,分子的空间结构为V形,故D正确。
4.解析:由题给熔、沸点数据可知,0 ℃时,四氟化硅为气态,四氯化硅为液态,四溴化硅、四碘化硅为固态;分子晶体的沸点取决于分子间作用力的大小,SiX4都是结构相似的分子晶体,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大,则SiX4的沸点依次升高。
答案:SiCl4 SiX4都是结构相似的分子晶体,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大
新知探究(二)
1.方向
2.(1)①氢键 范德华力 ②氢键
(2)①范德华力 分子密堆积 ②顶角 面心
[应用化学]
1.提示:因为冰晶体中存在的氢键有方向性,水分子的空间利用率不高,留有相当大的空隙,其密度自然会比液态水的小,冰浮在水面上。而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,超过4 ℃时,才由于热运动加剧,分子间距离加大,密度渐渐减小。
2.提示:冰中水分子间存在氢键,干冰中CO2分子间只存在范德华力,无氢键,氢键的作用比范德华力强得多,所以干冰熔点比冰低得多。
[题点多维训练]
1.(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)√
2.选C CH4的VSEPR模型为正四面体形,H2O的VSEPR模型是四面体形,A项错误;甲烷分子与构成“笼子”的水分子间不能形成氢键,B项错误;可燃冰属于分子晶体,C项正确;H2O的键角为105°,CH4的键角为109°28',D项错误。
3.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。
4.解析:I2分子之间以分子间作用力结合,所以I2晶体属于分子晶体。观察碘的晶胞结构发现,一个晶胞中含有I2分子的数目为8×+6×=4。一个晶胞的体积为a3 cm3,质量为 g,则碘单质的密度为 g·c。
答案:(1)分子 (2)分子间作用力(范德华力)
(3) g·c(共72张PPT)
分子晶体与共价晶体
第二节
学习目标
1.知道分子晶体的结构特点,能借助分子晶体模型说明分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用,以及范德华力与氢键对分子晶体结构与性质的影响。
2.知道共价晶体的结构特点,认识金刚石晶体中碳原子的三维骨架结构,能借助共价晶体模型说明共价晶体中粒子间的相互作用。
3.能结合具体实例,说出分子晶体、共价晶体的粒子间相互作用与其性质(熔点、硬度等)的关系。
重点难点
重点 分子晶体、共价晶体的结构特点与性质之间的关系,氢键对分子晶体结构与性质的影响。
难点 分子晶体、共价晶体的结构特点,氢键对冰的结构和性质的影响。
分子晶体
第1课时
目录
新知探究（一）
分子晶体的性质及物质种类
新知探究（二）
典型分子晶体的结构特征
课时跟踪检测
分子晶体的性质及物质种类
新知探究(一)
1.分子晶体的概念
只含分子的晶体称为分子晶体。
2.分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用
3.典型的分子晶体与物质类别
物质类别 实例
所有非金属氢化物 如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等
部分非金属单质 如卤素(X2)、O2、硫(S8)、N2、白磷(P4)、
碳60(C60)等
部分非金属氧化物 如CO2、P4O6、P4O10、SO2、SO3等
稀有气体 如He、Ne、Ar等
几乎所有的酸 如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等
绝大多数有机物 如乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
4.分子晶体的物理性质
分子晶体熔、沸点较低,硬度很小,不导电,溶解性一般符合“相似相溶”规律。
题点多维训练
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)分子晶体中既存在分子间作用力又一定存在共价键( )
(2)分子晶体熔化时可能破坏范德华力或破坏氢键( )
(3)分子晶体熔化或溶于水均不导电( )
×
√
×
(4)属于分子晶体的物质都不溶于水( )
(5)分子晶体中共价键的键能越大,分子晶体的熔、沸点越高( )
(6)分子晶体中,分子间作用力越大,对应的物质越稳定( )
×
×
×
2.下列属于某分子晶体性质的是 ( )
A.组成晶体的微粒是离子
B.能溶于CS2,熔点为112.8 ℃,沸点为444.6 ℃
C.熔点为1 400 ℃,可作半导体材料,难溶于水
D.熔点高,硬度大
√
解析:分子晶体的主要性质有熔、沸点低,硬度小,极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性溶剂,固态时和熔化时均不导电。
3.硫单质有多种组成形式(如图)。下列有关说法中不正确的是 ( )
A.上述硫单质形成的晶体其熔点一般较低
B.O—H的键能大于S—H的键能,所以沸点:H2O>H2S
C.S4、S6、S8形成的晶体均为分子晶体
D.SO2、H2S与H2O分子的空间结构均为V形
√
解析:S4、S6、S8形成的晶体均为由分子形成的分子晶体,熔点一般比较低,A和C均正确;水分子的沸点高于硫化氢是因为水分子间能形成氢键,硫化氢分子间不能形成氢键,水分子间的作用力强于硫化氢,与键能的大小无关,故B错误;SO2分子中硫原子的价层电子对数为3,孤电子对数为1,分子的空间结构为V形,H2S与H2O分子中的中心原子的价层电子对数都为4,孤电子对数为2,分子的空间结构为V形,故D正确。
4.硅和卤素单质反应可以得到SiX4,SiX4的熔、沸点如下表:
0 ℃时,SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是 (填化学式),沸点依次升高的原因是__________________________________________
。
SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4
熔点/K 183.0 203.2 278.6 393.7
沸点/K 187.2 330.8 427.2 560.7
SiCl4
SiX4都是结构相似的分子晶体,相对分子质量依
次增大,分子间作用力依次增大
解析:由题给熔、沸点数据可知,0 ℃时,四氟化硅为气态,四氯化硅为液态,四溴化硅、四碘化硅为固态;分子晶体的沸点取决于分子间作用力的大小,SiX4都是结构相似的分子晶体,相对分子质量依次增大,分子间作用力依次增大,则SiX4的沸点依次升高。
|思维建模|
分子晶体的判断方法及熔、沸点高低的比较
(1)分子晶体的判断方法
①依据物质的类别判断。
②依据组成晶体的粒子及粒子间作用力判断。
③依据物质的性质判断。
(2)分子晶体熔、沸点高低的判断
①组成和结构相似的物质(且不含氢键),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。
④对于有机物中的同分异构体,一般支链越多,熔、沸点越低,如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3> >
⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物,一般随分子中碳原子数的增加,熔、沸点升高,如C2H6>CH4,C2H5Cl>CH3Cl,CH3COOH>
HCOOH。
。
新知探究(二)
典型分子晶体的结构特征
1.分子晶体的结构特征
微粒间作用力 只有分子间作用力 有分子间氢键,具有 性
分子堆积方式 分子密堆积 分子非密堆积
空间特点 每个分子周围最多可以有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
方向
2.两种典型的分子晶体的组成和结构
(1)冰的组成及结构
①水分子之间的主要作用力是 ,也存在 。
②由于 的方向性,使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。
氢键
范德华力
氢键
(2)干冰的组成及结构
①干冰中的CO2分子间只存在 ,
无方向性,晶体结构采用 形式。
②每个晶胞的 和 位置有CO2分子,
平均含有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,CO2有4种空间取向。
范德华力
分子密堆积
顶角
面心
应用化学
1.水有不同的形态,性质也有所不同,冰浮在水面上,水的密度随温度变化而变化,如图所示。
冰为什么浮在水面上 水的密度为什么会随温度发生如图所示变化
提示:因为冰晶体中存在的氢键有方向性,水分子的空间利用率不高,留有相当大的空隙,其密度自然会比液态水的小,冰浮在水面上。而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,超过4 ℃时,才由于热运动加剧,分子间距离加大,密度渐渐减小。
2.干冰的外观很像冰,硬度也跟冰相似,而熔点却比冰的低得多,在常压下极易升华,在工业上广泛用作制冷剂。为什么干冰熔点比冰低得多
提示:冰中水分子间存在氢键,干冰中CO2分子间只存在范德华力,无氢键,氢键的作用比范德华力强得多,所以干冰熔点比冰低得多。
题点多维训练
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体( )
(2)干冰比冰的熔点低很多,常压下易升华( )
(3)点燃的镁条能在干冰的小穴中继续燃烧说明CO2分子间范德华力弱,干冰易升华( )
×
√
√
(4)干冰晶体中只存在范德华力,一个分子周围有12个紧邻分子 ( )
(5)冰晶体中,每个水分子周围只有4个紧邻的分子,1 mol冰中含有1 mol氢键( )
(6)天然气水合物中水分子间主要通过氢键作用连接( )
√
×
√
2.在海洋深处的沉积物中含有大量可燃冰,其主要成分是甲烷水合物。甲烷水合物的结构可以看成是甲烷分子装在由水分子形成的“笼子”里。下列说法正确的是 ( )
A.甲烷分子和水分子的VSEPR模型都是正四面体形
B.甲烷分子通过氢键与构成“笼子”的水分子相结合
C.可燃冰属于分子晶体
D.水分子的键角大于甲烷分子的键角
√
解析:CH4的VSEPR模型为正四面体形,H2O的VSEPR模型是四面体形,A项错误;甲烷分子与构成“笼子”的水分子间不能形成氢键,B项错误;可燃冰属于分子晶体,C项正确;H2O的键角为105°,CH4的键角为109°28',D项错误。
3.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,不属于分子晶体
C.水分子间通过H—O形成冰晶体
D.冰晶体融化时,水分子之间的空隙增大
√
解析: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。
4.已知碘晶胞结构如图所示,请回答下列问题:
(1)碘晶体属于 晶体。
解析:I2分子之间以分子间作用力结合,所以I2晶体属于分子晶体。观察碘的晶胞结构发现,一个晶胞中含有I2分子的数目为8×+6×=4。一个晶胞的体积为a3 cm3,质量为 g,则碘单质的密度为 g·c。
分子
(2)碘晶体熔化过程中克服的作用力为 。
解析:I2分子之间以分子间作用力结合,所以I2晶体属于分子晶体。观察碘的晶胞结构发现,一个晶胞中含有I2分子的数目为8×+6×=4。一个晶胞的体积为a3 cm3,质量为 g,则碘单质的密度为 g·c。
分子间作用力(范德华力)
(3)假设碘晶胞中立方体的棱长为a cm,阿伏加德罗常数的值为NA,则碘单质的密度为 。
解析:I2分子之间以分子间作用力结合,所以I2晶体属于分子晶体。观察碘的晶胞结构发现,一个晶胞中含有I2分子的数目为8×+6×=4。一个晶胞的体积为a3 cm3,质量为 g,则碘单质的密度为 g·c。
g·c
课时跟踪检测
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√
1.下列均是分子晶体构成的一组化合物是 ( )
A.H2、CH4、HCl B.CO2、SiO2、H2SO4
C.CaO、CO、NO D.苯和酒精
解析:H2是分子晶体构成的单质,A错误;SiO2不属于分子晶体构成的化合物,B错误;CaO不属于分子晶体构成的化合物,C错误;苯和酒精都属于分子晶体构成的化合物,D正确。
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√
2.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
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解析: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。
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√
3.如果分子间作用力只是范德华力,则该分子晶体将采取密堆积,原因是分子晶体中 ( )
A.范德华力无方向性和饱和性
B.占据晶格结点的微粒是原子
C.化学键是共价键
D.三者都是
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解析:分子晶体中分子间以范德华力结合在一起,由于范德华力没有方向性和饱和性,所以分子在堆积成晶体时将采取分子密堆积。
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√
4.下列说法正确的是 ( )
A.范德华力普遍存在于分子之间,如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合
B.H2SO4为强电解质,硫酸晶体是能导电的
C.冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连,所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为2∶1
D.氢键有饱和性和方向性,所以液态水结成冰时体积会变大
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解析:液态水中因分子间氢键的存在使水分子发生缔合,A不正确;虽然H2SO4为强电解质,但是硫酸晶体是分子晶体,不能导电,B不正确;冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连,两个水分子间只能形成一个氢键,所以冰中H2O分子与氢键数目之比为1∶2,C不正确;氢键有饱和性和方向性,所以液态水结成冰时水分子之间的空隙变大,故其体积会变大,D正确。
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√
5.干冰和冰是两种常见的分子晶体,下列关于两种晶体的比较正确的是 ( )
A.晶体的熔点:干冰>冰
B.晶体中的空间利用率:干冰>冰
C.晶体中分子间相互作用力相同
D.晶体中键的极性和分子的极性相同
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解析:A项,冰在0 ℃时是固体,而干冰则为气体,错误;B项,冰的结构中,由于H2O分子间存在氢键且氢键具有方向性,故晶胞中存在空隙,利用率较低,正确;C项,冰中的分子间既有氢键又有范德华力,而干冰中的分子间只有范德华力,错误;D项,CO2和H2O中均存在极性键,由于分子空间结构不同,CO2是非极性分子,H2O是极性分子,错误。
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6.下列说法中正确的是 ( )
A.C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B.甲酸甲酯和乙酸的分子式相同,它们的熔点相近
C.NaCl和HCl溶于水时,破坏的化学键都是离子键
D.常温下TiCl4是无色透明液体,熔点-23.2 ℃,沸点136.2 ℃,所以TiCl4属于分子晶体
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解析:A项,C60、I2均为分子晶体,汽化或升华时均克服范德华力,错误;B项,乙酸分子可形成氢键,其熔、沸点比甲酸甲酯高,错误;C项,HCl溶于水时破坏共价键,错误。
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√
7.氯化硼的熔点为10.7 ℃,沸点为12.5 ℃。在氯化硼分子中,Cl—B—Cl键角为120°,它可以水解,水解产物之一是氯化氢。下列对氯化硼的叙述中,正确的是 ( )
A.氯化硼不是分子晶体
B.熔化时,氯化硼能导电
C.氯化硼分子是一种极性分子
D.水解方程式:BCl3+3H2O===H3BO3+3HCl
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解析:因为BCl3的熔、沸点较低,故应为分子晶体,分子晶体熔化时不导电,故A、B两项错误;又因Cl—B—Cl的键角为120°,则可确定BCl3为非极性分子,C项错误;氯化硼水解,水解产物之一是氯化氢,D项正确。
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8.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体,有与石墨相似的层状结构。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.正硼酸晶体属于分子晶体
B.H3BO3分子的稳定性与氢键有关
C.分子中硼原子的杂化轨道类型为sp3
D.1 mol H3BO3晶体中含有2 mol氢键
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解析:正硼酸晶体中存在H3BO3分子,且该晶体中存在氢键,说明正硼酸是分子晶体,A正确;分子的稳定性与分子内的B—O、H—O共价键有关,与氢键无关,B错误;B只形成了3个单键,没有孤电子对,所以采取sp2杂化,C错误;根据图示,1个正硼酸分子形成了6个氢键,但每个氢键是2个正硼酸分子共用的,所以平均一个正硼酸分子含3个氢键,则1 mol H3BO3晶体中含有3 mol氢键,D错误。
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9.C60分子和C60晶胞示意图如图所示。下列关于C60晶体的说法不正确的是 ( )
A.C60晶体可能具有很高的熔、沸点
B.C60晶体可能易溶于四氯化碳中
C.C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240
D.C60晶体中每个C60分子与12个C60分子紧邻
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解析:A.构成C60晶体的基本微粒是C60分子,因此C60晶体是分子晶体,不可能具有很高的熔、沸点;B.由于C60是非极性分子,根据“相似相溶”规律,其可能易溶于四氯化碳中;C.每个C60晶胞中含有的C60分子个数为8×+6×=4,因此含有的碳原子数为4×60=240;D.如果以晶胞中一个顶角的C60分子为研究对象,则共用这个顶角的三个面的面心的C60分子与其距离最近且相等,有=12个。
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10.(1)比较下列化合物的熔、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 ℃,但它在180 ℃即开始升华。请回答:
①AlCl3固体是 晶体。
②设计实验判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物:。
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分子
在熔融状态下验证其是否导电,若不导电则是共价化合物
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解析:①由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华可判断AlCl3固体为分子晶体。②要验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物,可测其在熔融状态下是否导电,不导电则是共价化合物,导电则是离子化合物。
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11.(2024·北京房山期中)分子的结构与物质性质之间存在紧密的联系。
(1)如图是部分主族元素氢化物的沸点变化趋势。
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①氢化物a的化学式为 ,其汽化过程中克服的作用力是 。
解析:由元素氢化物的沸点变化规律的图像可知,随着原子序数的递增元素的氢化物的沸点,从上到下是逐渐升高的,符合第ⅣA族元素的性质,结合周期可知,氢化物a为CH4,为分子晶体,存在范德华力,汽化过程中克服的作用力是范德华力;
CH4
范德华力
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②氢化物b、c、d的沸点均高于同族其他元素氢化物的沸点,原因是 。
解析:氢化物b、c、d分别为NH3、HF、H2O,三者均可形成分子间氢键,均高于同族其他元素氢化物的沸点;
氢化物b、c、d均可形成分子间氢键
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③H2O的沸点高于HF,预测可能的原因是_____________________
。
解析:每个H2O可形成2个分子间氢键,每个HF分子可形成1个分子间氢键,分子间氢键越多,沸点越高。
每个H2O可形成2个
分子间氢键,每个HF分子可形成1个分子间氢键
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(2)如图是冰(H2O)和干冰(CO2)的结构模型。
下列事实能解释干冰的密度比冰大的是 (填字母)。
a.冰中氢键存在方向性,晶体有较大空隙,空间利用率低
b.水分子极性强,分子间作用力大
c.二氧化碳分子的质量大于水分子
d.干冰晶胞中二氧化碳分子堆积得更密集
acd
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解析:干冰晶体属于分子密堆积,而冰晶体属于分子非密堆积,分子间的主要作用力是氢键,水分子的空间利用率不高,留有相当大的空隙,并且二氧化碳分子的质量大于水分子,所以干冰的密度比冰大,故a、c、d正确。
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(3)苯胺( )与甲苯( )的相对分子质量接近,但苯胺的熔点(-6.2 ℃)和沸点(184.4 ℃)高于甲苯的熔点(-95.0 ℃)和沸点(110.6 ℃),原因是 。
解析:苯胺与甲苯的相对分子质量接近,但苯胺的熔点(-6.2 ℃)和沸点(184.4 ℃)高于甲苯的熔点(-95.0 ℃)和沸点(110.6 ℃),原因是苯胺分子之间存在氢键。
苯胺分子间存在氢键
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12.据《新科学》杂志报道,科研人员在20 ℃、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。请回答下列问题:
(1)以上信息体现了水分子具有 性,水分子中氧原子的杂化方式为 。
极
sp3杂化
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(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): 。
(3)①固体二氧化碳外形似冰,受热汽化
无液体产生,俗称“干冰”。根据如图干冰的
晶胞结构回答:
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一个晶胞中有 个二氧化碳分子;在一个二氧化碳分子中所含的化学键类型与数目为 。
②在干冰中撒入镁粉,用红热的铁棒引燃后,再盖上另一块干冰,出现的现象为__________________________________________________
, 发生反应的化学方程式是 。
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2个σ键,2个π键
镁粉在干冰中继续燃烧,发出耀眼的白光,并有黑色物质
生成
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高阶思维训练
13．(2024·湖南长沙模拟)稀有气体极不活泼，曾被称为惰性气体，但一定条件下仍能发生某些反应，例如：Xe＋F2―→XeFn(n＝2、4、6)。下列说法错误的是( )
A．Xe的熔点低，与分子间作用力有关
B．沸点：F2C．XeF2的空间结构为V形
D．熔融状态下，XeF4、XeF6均不导电
√
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解析:Xe是分子晶体,其熔点低,与分子间作用力有关,A正确;X2为分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点越高,B正确;根据VSEPR模型可知,价电子对数=2+=5,空间结构应该为三角双锥,孤电子对数为3,3个顶点被孤电子对占据,所以是直线形,C错误;XeF4、XeF6都是分子晶体,熔融状态下不导电,D正确。
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14.(1)水分子的空间结构是 。
(2)水蒸气中常含有部分(H2O)2,要确定(H2O)2的存在,可采用的方法是 。
A.把1 L水蒸气冷凝后与足量金属钠反应,测产生氢气的体积
B.把1 L水蒸气通过浓硫酸后,测浓硫酸增重的质量
C.该水蒸气冷凝后,测水的 pH
D.该水蒸气冷凝后,测氢氧原子个数比
V形
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(3)冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞
(其晶胞结构如图,其中空心球所示原子位于立方体的
顶角或面心,实心球所示原子位于立方体内)类似。
每个冰晶胞平均占有 个水分子。冰晶胞与金刚石晶胞中微粒排列方式相同的原因是___________________________________________
8
碳原子与氧原子都为sp3杂化,
且氢键和共价键都
分子形成氢键,每个
具有方向性和饱和性,每个水分子与相邻的4个水
。
碳原子与相邻的4个碳原子形成共价健
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(4)在冰的结构中,每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接。在冰晶体中除氢键外,还存在范德华力(11 kJ·mol-1)。已知冰的升华热是 51 kJ·mol-1,水蒸气中不再存在氢键。则冰晶体中氢键的能量是___ kJ·mol-1,而冰的熔化热为5.0 kJ·mol-1,假设冰融化后范德华力没发生变化,这说明____________________________________________________
。
20
冰融化为液态水时只是破坏了一部分氢键(液态水中仍存在
部分氢键)
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(5)已知在相同条件下H2O2的沸点明显高于水的沸点,其可能原因是 。
H2O2分子之间存在更强烈的氢键作用课时跟踪检测(十七) 分子晶体
1.下列均是分子晶体构成的一组化合物是 ( )
A.H2、CH4、HCl B.CO2、SiO2、H2SO4
C.CaO、CO、NO D.苯和酒精
2.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
3.如果分子间作用力只是范德华力,则该分子晶体将采取密堆积,原因是分子晶体中 ( )
A.范德华力无方向性和饱和性
B.占据晶格结点的微粒是原子
C.化学键是共价键
D.三者都是
4.下列说法正确的是 ( )
A.范德华力普遍存在于分子之间,如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合
B.H2SO4为强电解质,硫酸晶体是能导电的
C.冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连,所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为2∶1
D.氢键有饱和性和方向性,所以液态水结成冰时体积会变大
5.干冰和冰是两种常见的分子晶体,下列关于两种晶体的比较正确的是 ( )
A.晶体的熔点:干冰>冰
B.晶体中的空间利用率:干冰>冰
C.晶体中分子间相互作用力相同
D.晶体中键的极性和分子的极性相同
6.下列说法中正确的是 ( )
A.C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B.甲酸甲酯和乙酸的分子式相同,它们的熔点相近
C.NaCl和HCl溶于水时,破坏的化学键都是离子键
D.常温下TiCl4是无色透明液体,熔点-23.2 ℃,沸点136.2 ℃,所以TiCl4属于分子晶体
7.氯化硼的熔点为10.7 ℃,沸点为12.5 ℃。在氯化硼分子中,Cl—B—Cl键角为120°,它可以水解,水解产物之一是氯化氢。下列对氯化硼的叙述中,正确的是 ( )
A.氯化硼不是分子晶体
B.熔化时,氯化硼能导电
C.氯化硼分子是一种极性分子
D.水解方程式:BCl3+3H2OH3BO3+3HCl
8.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体,有与石墨相似的层状结构。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.正硼酸晶体属于分子晶体
B.H3BO3分子的稳定性与氢键有关
C.分子中硼原子的杂化轨道类型为sp3
D.1 mol H3BO3晶体中含有2 mol氢键
9.C60分子和C60晶胞示意图如图所示。下列关于C60晶体的说法不正确的是 ( )
A.C60晶体可能具有很高的熔、沸点
B.C60晶体可能易溶于四氯化碳中
C.C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240
D.C60晶体中每个C60分子与12个C60分子紧邻
10.(1)比较下列化合物的熔、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 ℃,但它在180 ℃即开始升华。请回答:
①AlCl3固体是 晶体。
②设计实验判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物: 。
11.(2024·北京房山期中)分子的结构与物质性质之间存在紧密的联系。
(1)如图是部分主族元素氢化物的沸点变化趋势。
①氢化物a的化学式为 ,其汽化过程中克服的作用力是 。
②氢化物b、c、d的沸点均高于同族其他元素氢化物的沸点,原因是 。
③H2O的沸点高于HF,预测可能的原因是 。
(2)如图是冰(H2O)和干冰(CO2)的结构模型。
下列事实能解释干冰的密度比冰大的是 (填字母)。
a.冰中氢键存在方向性,晶体有较大空隙,空间利用率低
b.水分子极性强,分子间作用力大
c.二氧化碳分子的质量大于水分子
d.干冰晶胞中二氧化碳分子堆积得更密集
(3)苯胺()与甲苯()的相对分子质量接近,但苯胺的熔点(-6.2 ℃)和沸点(184.4 ℃)高于甲苯的熔点(-95.0 ℃)和沸点(110.6 ℃),原因是 。
12.据《新科学》杂志报道,科研人员在20 ℃、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。请回答下列问题:
(1)以上信息体现了水分子具有 性,水分子中氧原子的杂化方式为 。
(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): 。
(3)①固体二氧化碳外形似冰,受热汽化无液体产生,俗称“干冰”。根据如图干冰的晶胞结构回答:
一个晶胞中有 个二氧化碳分子;在一个二氧化碳分子中所含的化学键类型与数目为 。
②在干冰中撒入镁粉,用红热的铁棒引燃后,再盖上另一块干冰,出现的现象为 ,
发生反应的化学方程式是 。
高阶思维训练
13.(2024·湖南长沙模拟)稀有气体极不活泼,曾被称为惰性气体,但一定条件下仍能发生某些反应,例如:Xe+F2XeFn(n=2、4、6)。下列说法错误的是 ( )
A.Xe的熔点低,与分子间作用力有关
B.沸点:F2C.XeF2的空间结构为V形
D.熔融状态下,XeF4、XeF6均不导电
14.(1)水分子的空间结构是 。
(2)水蒸气中常含有部分(H2O)2,要确定(H2O)2的存在,可采用的方法是 。
A.把1 L水蒸气冷凝后与足量金属钠反应,测产生氢气的体积
B.把1 L水蒸气通过浓硫酸后,测浓硫酸增重的质量
C.该水蒸气冷凝后,测水的 pH
D.该水蒸气冷凝后,测氢氧原子个数比
(3)冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图,其中空心球所示原子位于立方体的顶角或面心,实心球所示原子位于立方体内)类似。每个冰晶胞平均占有 个水分子。冰晶胞与金刚石晶胞中微粒排列方式相同的原因是 。
(4)在冰的结构中,每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接。在冰晶体中除氢键外,还存在范德华力(11 kJ·mol-1)。已知冰的升华热是 51 kJ·mol-1,水蒸气中不再存在氢键。则冰晶体中氢键的能量是 kJ·mol-1,而冰的熔化热为5.0 kJ·mol-1,假设冰融化后范德华力没发生变化,这说明 。
(5)已知在相同条件下H2O2的沸点明显高于水的沸点,其可能原因是 。
课时跟踪检测(十七)
1.选D H2是分子晶体构成的单质,A错误;SiO2不属于分子晶体构成的化合物,B错误;CaO不属于分子晶体构成的化合物,C错误;苯和酒精都属于分子晶体构成的化合物,D正确。
2.选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。
3.选A 分子晶体中分子间以范德华力结合在一起,由于范德华力没有方向性和饱和性,所以分子在堆积成晶体时将采取分子密堆积。
4.选D 液态水中因分子间氢键的存在使水分子发生缔合,A不正确;虽然H2SO4为强电解质,但是硫酸晶体是分子晶体,不能导电,B不正确;冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连,两个水分子间只能形成一个氢键,所以冰中H2O分子与氢键数目之比为1∶2,C不正确;氢键有饱和性和方向性,所以液态水结成冰时水分子之间的空隙变大,故其体积会变大,D正确。
5.选B A项,冰在0 ℃时是固体,而干冰则为气体,错误;B项,冰的结构中,由于H2O分子间存在氢键且氢键具有方向性,故晶胞中存在空隙,利用率较低,正确;C项,冰中的分子间既有氢键又有范德华力,而干冰中的分子间只有范德华力,错误;D项,CO2和H2O中均存在极性键,由于分子空间结构不同,CO2是非极性分子,H2O是极性分子,错误。
6.选D A项,C60、I2均为分子晶体,汽化或升华时均克服范德华力,错误;B项,乙酸分子可形成氢键,其熔、沸点比甲酸甲酯高,错误;C项,HCl溶于水时破坏共价键,错误。
7.选D 因为BCl3的熔、沸点较低,故应为分子晶体,分子晶体熔化时不导电,故A、B两项错误;又因Cl—B—Cl的键角为120°,则可确定BCl3为非极性分子,C项错误;氯化硼水解,水解产物之一是氯化氢,D项正确。
8.选A 正硼酸晶体中存在H3BO3分子,且该晶体中存在氢键,说明正硼酸是分子晶体,A正确;分子的稳定性与分子内的B—O、H—O共价键有关,与氢键无关,B错误;B只形成了3个单键,没有孤电子对,所以采取sp2杂化,C错误;根据图示,1个正硼酸分子形成了6个氢键,但每个氢键是2个正硼酸分子共用的,所以平均一个正硼酸分子含3个氢键,则1 mol H3BO3晶体中含有3 mol氢键,D错误。
9.选A A.构成C60晶体的基本微粒是C60分子,因此C60晶体是分子晶体,不可能具有很高的熔、沸点;B.由于C60是非极性分子,根据“相似相溶”规律,其可能易溶于四氯化碳中;C.每个C60晶胞中含有的C60分子个数为8×+6×=4,因此含有的碳原子数为4×60=240;D.如果以晶胞中一个顶角的C60分子为研究对象,则共用这个顶角的三个面的面心的C60分子与其距离最近且相等,有=12个。
10.解析:(2)①由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华可判断AlCl3固体为分子晶体。②要验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物,可测其在熔融状态下是否导电,不导电则是共价化合物,导电则是离子化合物。
答案:(1)①< ②> ③> ④< ⑤> ⑥>
(2)①分子 ②在熔融状态下验证其是否导电,若不导电则是共价化合物
11.解析:(1)①由元素氢化物的沸点变化规律的图像可知,随着原子序数的递增元素的氢化物的沸点,从上到下是逐渐升高的,符合第ⅣA族元素的性质,结合周期可知,氢化物a为CH4,为分子晶体,存在范德华力,汽化过程中克服的作用力是范德华力;②氢化物b、c、d分别为NH3、HF、H2O,三者均可形成分子间氢键,均高于同族其他元素氢化物的沸点;③每个H2O可形成2个分子间氢键,每个HF分子可形成1个分子间氢键,分子间氢键越多,沸点越高。(2)干冰晶体属于分子密堆积,而冰晶体属于分子非密堆积,分子间的主要作用力是氢键,水分子的空间利用率不高,留有相当大的空隙,并且二氧化碳分子的质量大于水分子,所以干冰的密度比冰大,故a、c、d正确。(3)苯胺与甲苯的相对分子质量接近,但苯胺的熔点(-6.2 ℃)和沸点(184.4 ℃)高于甲苯的熔点(-95.0 ℃)和沸点(110.6 ℃),原因是苯胺分子之间存在氢键。
答案:(1)①CH4 范德华力 ②氢化物b、c、d均可形成分子间氢键 ③每个H2O可形成2个分子间氢键,每个HF分子可形成1个分子间氢键 (2)acd (3)苯胺分子间存在氢键
12.(1)极 sp3杂化 (2) (3)①4 2个σ键,2个π键 ②镁粉在干冰中继续燃烧,发出耀眼的白光,并有黑色物质生成 2Mg+CO22MgO+C
13.选C Xe是分子晶体,其熔点低,与分子间作用力有关,A正确;X2为分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,沸点越高,B正确;根据VSEPR模型可知,价电子对数=2+=5,空间结构应该为三角双锥,孤电子对数为3,3个顶点被孤电子对占据,所以是直线形,C错误;XeF4、XeF6都是分子晶体,熔融状态下不导电,D正确。
14.(1)V形 (2)AB (3)8 碳原子与氧原子都为sp3杂化,且氢键和共价键都具有方向性和饱和性,每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键,每个碳原子与相邻的4个碳原子形成共价健 (4)20 冰融化为液态水时只是破坏了一部分氢键(液态水中仍存在部分氢键) (5)H2O2分子之间存在更强烈的氢键作用
