2010-2011學(xué)年高中化學(xué) 第三章 第二節(jié) 分子晶體與原子晶體同步學(xué)案 新人教版選修3

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1、第二節(jié)分子晶體與原子晶體一、分子晶體1分子晶體的熔、沸點取決于分子間作用力的大小。對于組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，隨相對分子質(zhì)量的增大，分子間作用力也增大，熔、沸點升高，如I2Br2Cl2F2，O2N2。組成相似的分子，有極性的比無極性的分子間作用力大，熔、沸點高，如SO2CO2。有氫鍵的分子晶體，還要考慮氫鍵的強弱。2結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量大的其熔、沸點不一定大。例如：H2O與H2S，H2O的沸點比H2S高，因為水分子間有氫鍵，H2S分子中只有范德華力，而氫鍵比范德華力強。二、原子晶體1原子晶體熔、沸點高低原子晶體的熔、沸點取決于共價鍵的鍵長和鍵能，鍵能越大，鍵長越短，共價鍵越強，熔

2、、沸點越高，如金剛石金剛砂晶體硅。有時鍵能的大小、鍵長的長短是可直接通過形成共價鍵的非金屬原子所屬元素的電負(fù)性來判斷的。2分子晶體熔化時，一般只破壞分子間作用力，原子晶體熔化時要破壞化學(xué)鍵。3分子晶體與原子晶體的比較晶體類型分子晶體原子晶體定義分子間通過分子間作用力形成的晶體相鄰原子間通過共價鍵結(jié)合而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體基本微粒分子原子物質(zhì)類別多數(shù)的非金屬單質(zhì)和共價化合物金剛石、碳化硅(SiC)、晶體硅、二氧化硅等少數(shù)非金屬單質(zhì)及共價化合物物理性質(zhì)硬度和密度較小，熔、沸點較低硬度和密度大，熔、沸點高決定熔、沸點高低的因素范德華力(或氫鍵)的強弱共價鍵的強弱導(dǎo)電性某些溶于水能導(dǎo)電均不導(dǎo)電晶體

3、硅(Si)和金剛砂(SiC)都是與金剛石相似的原子晶體，請根據(jù)下表中數(shù)據(jù)，分析其熔點、硬度的大小與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。晶體鍵能/kJmol1鍵長/pm熔點/摩氏硬度金剛石(CC)348154390010金剛砂(CSi)30118427009.5晶體硅(SiSi)22623414106.5解析在原子晶體里，所有原子都以共價鍵相互結(jié)合，整塊晶體是一個三維的共價鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。所以，影響原子晶體的熔點、硬度的主要因素就是共價鍵的鍵能大小，鍵能越大，原子晶體的熔點、硬度越高，而共價鍵的鍵能又與鍵長相關(guān)，一般來說，鍵長越短，鍵能越大，鍵長越長，鍵能越小。答案鍵長越短，鍵能越大，熔點越高，硬度越大；反之，鍵長越

4、長，鍵能越小，熔點越低，硬度越小。原子晶體物理性質(zhì)的差異主要是由共價鍵鍵能的不同造成的，鍵能越大，熔、沸點越高，硬度越大。而鍵能又與鍵長有關(guān)，鍵長可由成鍵原子半徑的相對大小得出。一般來說，成鍵原子的半徑之和越大，鍵長越長，鍵能越小。SiCl4的分子結(jié)構(gòu)與CCl4相似，對其作出如下推測不正確的是()ASiCl4晶體是分子晶體B常溫、常壓下SiCl4是氣體CSiCl4的分子是由極性鍵形成的非極性分子DSiCl4熔點高于CCl4解析由于SiCl4具有分子結(jié)構(gòu)，所以一定屬于分子晶體。影響分子晶體熔、沸點的因素是分子間作用力的大小，在這兩種分子中都只有范德華力，SiCl4的相對分子質(zhì)量大于CCl4的相對

5、分子質(zhì)量，所以SiCl4的分子間作用力和熔、沸點應(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影響分子晶體物理性質(zhì)的主要因素是存在于晶體中的分子間作用力(包括范德華力和氫鍵)。由于分子間作用力比化學(xué)鍵鍵能小得多，因此分子晶體的熔、沸點較低，硬度也很小。1怎樣從原子結(jié)構(gòu)的角度理解金剛石、硅和鍺的熔點和硬度依次下降？提示從碳到鍺，核電荷數(shù)增大，電子層數(shù)增多，原子半徑依次增大，CC鍵、SiSi鍵、GeGe鍵的鍵長依次增大，鍵長越短，共價鍵越牢固，而熔化時破壞的是共價鍵，因此鍵的穩(wěn)定性是CC鍵SiSi鍵GeGe鍵，所

6、以金剛石、硅、鍺的熔點和硬度依次下降。2“具有共價鍵的晶體叫做原子晶體。”這種說法對嗎？為什么？提示不對。如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共價鍵，而它們都是分子晶體；如金剛石、晶體Si、SiC、SiO2中都有共價鍵，它們都是原子晶體；只有相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體才是原子晶體。1分子原子2分子原子3.原子晶體分子晶體微粒原子分子微粒間作用力共價鍵分子間作用力4.這種錯誤說法的根源在于沒有明確構(gòu)成原子晶體的微粒是原子。5屬于原子晶體的是：金剛石、石英、金剛砂屬于分子晶體的是：干冰、冰、硫黃、C60、碘、白磷、苯甲酸、稀有氣體的晶體、氧的晶體、氮的晶體6略。

7、712個1下列說法正確的是()A原子晶體中只存在非極性共價鍵B稀有氣體形成的晶體屬于分子晶體C干冰升華時，分子內(nèi)共價鍵會發(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答案B解析本題主要考查常見晶體的相關(guān)知識。單質(zhì)類型為原子晶體(晶體硅、金剛石)的物質(zhì)，只有非極性共價鍵，而化合物型的晶體(SiO2)中則含有極性共價鍵，A不正確；稀有氣體為單原子分子，故B正確；干冰升華時破壞的是CO2分子之間的作用力，分子內(nèi)的CO共價鍵沒有變化，C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)則為共價化合物，D不正確。2水的沸點為100，硫化氫的分子結(jié)構(gòu)跟水相似，但它的沸點卻很

8、低，是60.7，引起這種差異的主要原因是()A范德華力 B共價鍵 C氫鍵 D相對分子質(zhì)量答案C解析水分子間可以形成氫鍵。H原子與電負(fù)性大的原子(如N、O、F)形成氫鍵，而使其熔、沸點升高，表現(xiàn)出不同于同一主族元素組成的結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)的特性。3金剛石是典型的原子晶體，下列關(guān)于金剛石的說法中錯誤的是()A晶體中不存在獨立的“分子”B碳原子間以共價鍵相結(jié)合C是硬度最大的物質(zhì)之一D化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也不會與氧氣發(fā)生反應(yīng)答案D解析在金剛石中，碳原子以共價鍵結(jié)合成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在具有有限固定組成的分子。由于碳的原子半徑比較小，碳與碳之間的共價鍵鍵能高，所以金剛石的硬度很大，因此A、B、C選項是

9、正確的；但是由于金剛石是碳的單質(zhì)，可以在空氣或氧氣中燃燒生成CO2分子，故D選項的說法是錯誤的。4我國的激光技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位，據(jù)報道，有科學(xué)家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松，與此同時再用射頻電火花噴射氮氣，此時碳、氮原子結(jié)合成碳氮化合物薄膜。據(jù)稱，這種化合物可能比金剛石更堅硬。其原因可能是()A碳、氮原子構(gòu)成平面結(jié)構(gòu)的晶體 B碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵更短C氮原子電子數(shù)比碳原子電子數(shù)多 D碳、氮的單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)均不活潑答案B解析由“這種化合物可能比金剛石更堅硬”可知該晶體應(yīng)該是一種原子晶體，原子晶體是一種空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而不是平面結(jié)構(gòu)，所以A選項是錯誤的；由于氮原子的半徑比碳原子的半

10、徑要小，所以二者所形成的共價鍵的鍵長要比碳碳鍵的鍵長短，所以該晶體的熔、沸點和硬度應(yīng)該比金剛石更高，因此B選項是正確的；而原子的電子數(shù)和單質(zhì)的活潑性一般不會影響到所形成的晶體的硬度等，所以C、D選項也是錯誤的。5下列物質(zhì)固態(tài)時熔點的比較正確的是()AF2Cl2Br2 B金剛石P4O2CSHBr金剛石 DI2CH4冰答案B解析A項中F2、Cl2、Br2均是分子晶體，由“組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，熔點越高”可知熔點：F2Cl2I2 BSiCl4CCl4 CNH3CH3(CH2)2CH3答案B解析A、B選項屬于無氫鍵存在的分子結(jié)構(gòu)相似的情況，相對分子質(zhì)量大的熔、沸點高；C選項屬于有

11、氫鍵存在的分子結(jié)構(gòu)相似的情況，存在氫鍵的熔、沸點高；D選項屬于相對分子質(zhì)量相同，但分子結(jié)構(gòu)不同的情況，支鏈多的熔、沸點低。2氮化硼(BN)是一種新型結(jié)構(gòu)材料，具有超硬、耐磨、耐高溫等優(yōu)良特性，下列各組物質(zhì)熔化時，所克服的微粒間作用與氮化硼熔化時克服的微粒間作用都相同的是()A硝酸鈉和金剛石 B晶體硅和水晶C冰和干冰 D苯和萘答案B解析由題意知BN、SiO2和晶體Si均為原子晶體，熔化時同種晶體類型克服的微粒間作用力相同。3二氧化硅晶體是立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。其晶體模型如下圖所示。請認(rèn)真觀察該晶體模型后回答以下問題：二氧化硅的晶胞結(jié)構(gòu)(1)二氧化硅晶體中最小環(huán)為_元環(huán)。(2)每個硅原子為_個最小環(huán)共有

12、。(3)每個最小環(huán)平均擁有_個硅原子、_個氧原子。答案(1)12(2)12(3)1解析如將金剛石晶體中的碳原子換成硅原子，則可得到晶體硅。與金剛石晶體相比，晶體硅中原子半徑較大，SiSi鍵的鍵長較長。如在每個SiSi鍵中插入一個氧原子，則可得到SiO2晶體，即圖所示的晶體結(jié)構(gòu)。利用金剛石結(jié)構(gòu)所得結(jié)論，二氧化硅晶體中的最小環(huán)應(yīng)為12元環(huán)(6個氧原子和6個硅原子交替成環(huán))；同理，每個硅原子為12個最小環(huán)共有；每個最小環(huán)平均擁有61/121/2個硅原子和61/61個氧原子。4分子晶體中一定有共價鍵嗎？分子晶體熔化時破壞共價鍵嗎？答案不一定，如稀有氣體晶體中只有分子間作用力而無化學(xué)鍵。分子晶體熔化時只

13、破壞分子間作用力，不破壞共價鍵。5二氧化硅和二氧化碳的熔、沸點為何相差很大？答案SiO2為原子晶體，CO2為分子晶體，熔化時破壞的分別是為共價鍵和分子間作用力，故SiO2熔、沸點高，而CO2熔、沸點低。1下列敘述不正確的是()A由分子構(gòu)成的物質(zhì)其熔點一般較低B分子晶體在熔化時，共價鍵沒有被破壞C分子晶體中一定存在共價鍵D分子晶體中分子間作用力越大，其化學(xué)性質(zhì)越穩(wěn)定答案CD解析由分子構(gòu)成的物質(zhì)，即分子晶體中存在兩種作用力，一種是分子內(nèi)部原子與原子間存在的共價鍵(稀有氣體除外)，另一種是分子與分子間的作用力，當(dāng)分子晶體熔化或汽化時，破壞的是分子間作用力而不是共價鍵，其溶于水時破壞的不一定是共價鍵，

14、例如乙醇。2下列物質(zhì)中，屬于原子晶體的化合物是()A水晶 B晶體硅 C金剛石 D干冰答案A解析晶體硅、金剛石是原子晶體，但不是化合物；干冰為分子晶體。3在40 GPa高壓下，用激光器加熱到1 800 K時，人們成功制得原子晶體干冰，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與SiO2原子晶體相似，下列說法正確的是()A原子晶體干冰易汽化，可用作制冷劑B原子晶體干冰有很高的熔點和沸點C原子晶體干冰的硬度小，不能用作耐磨材料D1 mol原子晶體干冰中含2 mol CO鍵答案B解析已制得原子晶體干冰，所以應(yīng)具有原子晶體的性質(zhì)，熔、沸點高，硬度大。所以B正確。4有關(guān)晶體的敘述中正確的是()A在SiO2晶體中，由Si、O構(gòu)成的最小單

15、元環(huán)中共有8個電子B在12 g金剛石中，含CC共價鍵鍵數(shù)為4NAC干冰晶體熔化只需克服分子間作用力D金屬晶體是由金屬原子直接構(gòu)成的答案C解析金剛石中每個C原子平均擁有2個CC共價鍵，12 g 金剛石中，CC鍵數(shù)應(yīng)為2NA；金屬晶體是由金屬離子和自由電子形成的。5下列物質(zhì)的晶體中，不存在分子的是()A二氧化硅 B二氧化硫 C二氧化碳 D二硫化碳答案A解析在SiO2、SO2、CO2、CS2中，只有SiO2屬于原子晶體，不存在分子。6干冰汽化時，下列所述內(nèi)容發(fā)生變化的是()A分子內(nèi)共價鍵 B分子間作用力C分子間的距離 D分子內(nèi)共價鍵的鍵長答案BC解析分子晶體汽化時，只是分子間距離變大了，從而引起分子

16、間作用力也發(fā)生變化，而分子本身并沒有變化。7CH4、NH3、H2O、HF的熔、沸點由大到小的關(guān)系是()ACH4、NH3、H2O、HF BH2O、HF、NH3、CH4CHF、CH4、NH3、H2O DHF、H2O、CH4、NH3答案B解析由于HF、H2O、NH3中存在氫鍵，故其熔、沸點比CH4高。8.六氟化硫分子為正八面體構(gòu)型(分子結(jié)構(gòu)如圖)，難溶于水，在高溫下仍有良好的絕緣性，在電器工業(yè)方面具有廣泛用途。下列推測正確的是()ASF6各原子均達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)BSF6易燃燒生成SO2CSF6分子是含有極性鍵的非極性分子DSF6是原子晶體答案C解析據(jù)信息六氟化硫分子為正八面體構(gòu)型知SF6為分子晶體，

17、而非原子晶體；據(jù)信息六氟化硫分子在高溫下仍有良好的絕緣性，說明SF6不易燃；據(jù)圖示知S原子不是8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。綜上所述選C。9氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1 300反應(yīng)獲得。(1)氮化硅屬于_晶體(填晶體類型)。(2)已知氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中，原子間都以單鍵相連，且N原子和N原子、Si原子和Si原子不直接相連，同時每個原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。請寫出氮化硅的化學(xué)式：_。(3)現(xiàn)用四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下，加強熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅。反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。答案(1)原子(2)Si3N4(3)3SiCl42N26H2Si3

18、N412HCl解析由于氮化硅硬度大、熔點高，所以應(yīng)屬于原子晶體；第(2)問可根據(jù)化合價S、輕松解出答案。10.(1)上圖為干冰的晶胞結(jié)構(gòu)，觀察圖形，確定在干冰中每個CO2分子周圍有個與之緊鄰且等距離的CO2分子。在干冰中撒入鎂粉，用紅熱的鐵棒引燃后，再蓋上另一塊干冰，出現(xiàn)的現(xiàn)象為，反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。(1) 下列三種晶體CO2，CS2，SiO2的熔點由高到低的順序是_(用序號填空)，其原因是_。答案(1)12鎂粉在干冰中繼續(xù)燃燒，發(fā)出耀眼的白光，并有黑色物質(zhì)生成2MgCO22MgOC(2)SiO2是原子晶體，CO2、CS2是分子晶體，所以SiO2熔點最高；CO2和CS2組成和結(jié)構(gòu)相似，且CS

19、2的相對分子質(zhì)量大于CO2的相對分子質(zhì)量，所以CS2的熔點高于CO2解析(1)以晶胞中的任意一個頂點為坐標(biāo)原點，以通過該頂點的三條棱邊為坐標(biāo)軸建立起一個三維直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)原點的周圍可以無隙并置8個晶胞，這樣在每一個坐標(biāo)軸上都可以看到有兩個與坐標(biāo)原點上的CO2分子等距離的CO2分子，但是這些CO2分子與坐標(biāo)原點上的CO2分子的距離并不是最近的，其最近的CO2分子應(yīng)該是每一個晶胞的面心上的，共有12個這樣的CO2分子。(2)一般來說，原子晶體的熔點高于分子晶體的熔點，因為原子晶體熔化時要破壞共價鍵，而分子晶體熔化時只是克服分子間作用力，分子間作用力比共價鍵弱得多。如果同為分子晶體，當(dāng)分子的組成

20、和結(jié)構(gòu)相似時，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，熔、沸點越高。11下圖表示一些晶體中的某些結(jié)構(gòu)，它們分別是NaCl、CsCl、干冰、金剛石、石墨結(jié)構(gòu)中的某一種的某一部分。(1)其中代表金剛石的是(填編號字母，下同)，其中每個碳原子與_個碳原子最接近且距離相等。金剛石屬于_晶體。(2)其中代表石墨的是_，其中每個正六邊形占有碳原子數(shù)平均為_個。(3)其中代表NaCl的是_，每個Na周圍與它最接近且距離相等的Na有_個。(4)代表CsCl的是_，它屬于_晶體，每個Cs與_個Cl緊鄰。(5)代表干冰的是_，它屬于_晶體，每個CO2分子與_個CO2分子緊鄰。答案(1)D4原子(2)E2(3)A12(

21、4)C離子8(5)B分子12解析根據(jù)不同物質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)特點來辨別圖形所代表的物質(zhì)。NaCl晶體是簡單立方單元，每個Na與6個Cl緊鄰，每個Cl又與6個Na緊鄰，但觀察Na與距離最近且等距離的Na數(shù)時要拋開Cl，從空間結(jié)構(gòu)上看是12個Na，即x、y、z軸面上各有4個Na。CsCl晶體由Cs、Cl分別構(gòu)成立方結(jié)構(gòu)，但Cs組成立方體的中心有1個Cl，Cl組成的立方體中心又鑲?cè)?個Cs，可稱為“體心立方”結(jié)構(gòu)。Cl緊鄰8個Cs，Cs緊鄰8個Cl。干冰也是立方體結(jié)構(gòu)，但在立方體每個正方形面的中央都有另一個CO2分子也組成立方結(jié)構(gòu)，彼此相互套入面的中心。每個CO2分子在三維空間里，x、y、z三個面各緊鄰4個CO2分子，共12個CO2分子。金剛石的基本單元是正四面體。每個碳原子緊鄰4個其他碳原子。石墨的片層由正六邊形結(jié)構(gòu)組成，每個碳原子緊鄰另外3個碳原子，每個碳原子為三個六邊形共用，即每個六邊形占有1個碳原子的各1/3，所以大的結(jié)構(gòu)中每個六邊形占有的碳原子數(shù)是62個。