PAGE7-第1課時(shí)分子晶體[明確學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解分子晶體的晶體結(jié)構(gòu)模型及其性質(zhì)的一般特點(diǎn)。2.理解分子晶體的晶體類型與性質(zhì)的關(guān)系。學(xué)生自主學(xué)習(xí)一、分子晶體及其物理性質(zhì)1．分子晶體的概念及粒子間的相互作用力(1)概念：只含eq\o(□,\s\up3(01))分子的晶體稱為分子晶體。(2)粒子間的相互作用力：分子晶體內(nèi)相鄰分子間以eq\o(□,\s\up3(02))分子間作用力相互吸引，分子內(nèi)原子之間以eq\o(□,\s\up3(03))共價(jià)鍵結(jié)合。特殊提示：分子晶體熔化時(shí)，只破壞分子間作用力不破壞化學(xué)鍵。2．常見的分子晶體及其物理性質(zhì)(1)常見的分子晶體①全部eq\o(□,\s\up3(04))非金屬氫化物，如水、硫化氫、氨、氯化氫、甲烷等。②部分eq\o(□,\s\up3(05))非金屬單質(zhì)，如鹵素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、C60、稀有氣體等。③部分eq\o(□,\s\up3(06))非金屬氧化物，如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。④幾乎全部的eq\o(□,\s\up3(07))酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。⑤絕大多數(shù)eq\o(□,\s\up3(08))有機(jī)物的晶體，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。(2)物理性質(zhì)：分子晶體熔點(diǎn)較eq\o(□,\s\up3(09))低，易升華，硬度較eq\o(□,\s\up3(10))小。二、常見分子晶體的結(jié)構(gòu)特征(1)干冰①每個(gè)晶胞中有eq\o(□,\s\up3(01))4個(gè)CO2分子，eq\o(□,\s\up3(02))12個(gè)原子。②每個(gè)CO2分子四周等距離緊鄰的CO2分子數(shù)為eq\o(□,\s\up3(03))12個(gè)。(2)冰①水分子之間的作用力有eq\o(□,\s\up3(04))范德華力和氫鍵，但主要是eq\o(□,\s\up3(05))氫鍵。②由于eq\o(□,\s\up3(06))氫鍵的方向性，使四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角的eq\o(□,\s\up3(07))4個(gè)相鄰的水分子相互吸引。1．為何分子晶體的熔點(diǎn)低？提示：因?yàn)闃?gòu)成晶體的微粒是分子，分子之間以分子間作用力(主要是范德華力)相結(jié)合，范德華力遠(yuǎn)小于化學(xué)鍵的作用。2．干冰晶胞中擁有的分子數(shù)、每個(gè)二氧化碳分子等距離緊鄰的CO2分子數(shù)分別是多少？提示：每個(gè)晶胞中有4個(gè)CO2分子，每個(gè)CO2分子四周等距離緊鄰的CO2分子有12個(gè)。課堂互動(dòng)探究一、分子晶體及其物理性質(zhì)1．分子晶體中的粒子及粒子間的相互作用2．分子晶體熔點(diǎn)的比較(1)結(jié)構(gòu)相像，分子之間不含氫鍵而利用范德華力形成的分子晶體，隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大，物質(zhì)的熔點(diǎn)漸漸上升。例如，常溫下Cl2為氣態(tài)，Br2為液態(tài)，而I2為固態(tài)；CO2為氣態(tài)，而CS2為液態(tài)。(2)相對(duì)分子質(zhì)量相等或相近的極性分子構(gòu)成的分子晶體，其熔點(diǎn)一般比非極性分子構(gòu)成的分子晶體的熔點(diǎn)高，如CO的熔點(diǎn)比N2的熔點(diǎn)高。(3)組成和結(jié)構(gòu)相像且不存在氫鍵的同分異構(gòu)體所形成的分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量相同，一般支鏈越多，分子間相互作用越弱，熔點(diǎn)越低，如熔點(diǎn)：正戊烷＞異戊烷＞新戊烷。(4)少數(shù)以氫鍵作用形成的分子晶體，比一般的分子晶體的熔點(diǎn)高，如含有H—F、H—O、H—N等共價(jià)鍵的分子間可以形成氫鍵，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸、糖等物質(zhì)的熔點(diǎn)較高。[即時(shí)練]1．下列晶體由原子干脆構(gòu)成，且屬于分子晶體的是()A．固態(tài)氫 B．固態(tài)氖C．磷 D．三氧化硫答案B2．SiCl4的分子結(jié)構(gòu)與CCl4相像，對(duì)其進(jìn)行的下列推想中不正確的是()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答案B解析由于SiCl4具有分子結(jié)構(gòu)，所以屬于分子晶體；在常溫、常壓下SiCl4是液體；SiCl4是正四面體結(jié)構(gòu)，是含極性鍵的非極性分子。在SiCl4分子間、CCl4分子間只有范德華力，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的大，熔點(diǎn)比CCl4的高。二、分子晶體的結(jié)構(gòu)特征1．干冰——分子間作用力僅有范德華力下圖表示的是CO2晶體晶胞的結(jié)構(gòu)。由圖可知，CO2晶體的晶胞是1個(gè)面心立方結(jié)構(gòu)，立方體的每個(gè)頂點(diǎn)上有1個(gè)CO2分子，6個(gè)面心還有6個(gè)CO2分子，每個(gè)CO2分子四周離該分子距離最近且相等的CO2分子有12個(gè)(同層4個(gè)，上層4個(gè)，下層4個(gè))，每個(gè)晶胞從CO2晶體中共享到4個(gè)CO2分子，多數(shù)個(gè)這樣的晶胞在空間“無隙并置”形成了CO2晶體。2．冰——冰中水分子之間的相互作用除范德華力外還有氫鍵，冰晶體主要是水分子依靠氫鍵而形成的。如下圖所示，由于氫鍵具有肯定的方向性，每個(gè)水分子與四周4個(gè)水分子結(jié)合，4個(gè)水分子也根據(jù)這樣的規(guī)律再與其他的水分子結(jié)合。這樣，每個(gè)水分子中的每個(gè)氧原子四周都有4個(gè)氫原子，氧原子與其中的2個(gè)氫原子通過共價(jià)鍵結(jié)合，因此它們之間的距離較近一些，而與屬于其他水分子的另外2個(gè)氫原子靠氫鍵結(jié)合在一起，在這種排列中，分子的間距比較大，有很多空隙，比較松散。因此，液態(tài)水變成固態(tài)，即水凝固成冰、雪、霜時(shí)，密度變小。3．分子密積累與分子非密積累的比較[即時(shí)練]3．如圖為冰的一種骨架形式，以此為單位向空間延長(zhǎng)，請(qǐng)問該冰中的每個(gè)水分子有幾個(gè)氫鍵()A．2 B．4C．8 D．12答案A解析每個(gè)水分子與4個(gè)方向的4個(gè)水分子形成4個(gè)氫鍵，每個(gè)氫鍵為2個(gè)水分子共用，故其氫鍵個(gè)數(shù)為4×eq\f(1,2)＝2。4．如圖為干冰的晶體結(jié)構(gòu)示意圖。(1)通過視察分析，每個(gè)CO2分子四周緊鄰等距離的CO2分子有__________個(gè)，有________種取向不同的CO2分子。將CO2分子視作質(zhì)點(diǎn)，設(shè)晶胞邊長(zhǎng)為apm，則緊鄰的兩個(gè)CO2分子的距離為________pm。(2)在冰晶體中，水分子之間的主要作用力是________，還有________，由于該主要作用力與共價(jià)鍵一樣具有________性，故1個(gè)水分子四周只有________個(gè)緊鄰的水分子，這些水分子位于________的頂點(diǎn)。這種排列方式使冰晶體中水分子的空間利用率________(填“較高”或“較低”)，故冰的密度比水的密度要________(填“大”或“小”)。答案(1)124eq\f(\r(2),2)a(2)氫鍵范德華力方向4四面體較低小解析視察并分析干冰和冰的晶體結(jié)構(gòu)，可知在干冰晶體中，CO2分子排列為面心立方積累，頂點(diǎn)為一種取向，三對(duì)平行面分別為三種不同取向。離頂點(diǎn)的CO2分子最近的是面心的分子，兩者的距離為面對(duì)角線的一半，即eq\f(\r(2),2)apm。每個(gè)CO2分子四周緊鄰且等距離的CO2分子共有12個(gè)。在冰晶體中，水分子間的主要作用力是氫鍵，氫鍵具有方向性，1個(gè)水分子四周只有4個(gè)緊鄰的水分子，使冰晶體中水分子的空間利用率較低，分子的間距較大，結(jié)構(gòu)中有很多空隙，造成冰的密度小于水的密度。本課歸納總結(jié)學(xué)習(xí)效果檢測(cè)1．分子晶體具有某些特征的本質(zhì)緣由是()A．組成晶體的基本微粒是分子B．熔融時(shí)不導(dǎo)電C．基本構(gòu)成微粒間以分子間作用力相結(jié)合D．熔點(diǎn)一般比較低答案C2．下列關(guān)于分子晶體的說法正確的是()A．干冰汽化時(shí)，分子內(nèi)共價(jià)鍵被破壞B．稀有氣體元素組成的晶體中存在非極性鍵C．水汽化時(shí)分子間距離增大D．白磷熔化時(shí)，分子間氫鍵被破壞答案C解析干冰汽化，只是由CO2固體變成CO2氣體，變更的是CO2的分子間距離和分子間作用力，與分子內(nèi)的共價(jià)鍵無關(guān)，A錯(cuò)誤；稀有氣體元素組成的晶體是原子間通過范德華力結(jié)合而成，不存在化學(xué)鍵，B錯(cuò)誤；白磷中不存在氫鍵，D錯(cuò)誤。3．下列有關(guān)冰和干冰的敘述不正確的是()A．干冰和冰都是由分子密積累形成的晶體B．冰是由氫鍵和范德華力形成的晶體，每個(gè)水分子四周有4個(gè)緊鄰的水分子C．干冰比冰的熔點(diǎn)低得多，常壓下易升華D．干冰中只存在范德華力不存在氫鍵，一個(gè)分子四周有12個(gè)緊鄰的分子答案A解析A項(xiàng)，干冰是由分子密積累形成的晶體，冰晶體中水分子間實(shí)行非緊密積累的方式，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，冰晶體中水分子間除了范德華力之外還存在氫鍵，由于氫鍵具有方向性，故每個(gè)水分子四周只有4個(gè)緊鄰的水分子，正確；C項(xiàng)，干冰熔化只需克服范德華力，冰溶化須要克服范德華力和氫鍵，由于氫鍵作用力比范德華力大，所以干冰比冰的熔點(diǎn)低得多，而且常壓下易升華，正確；D項(xiàng)，干冰晶體中CO2分子間作用力只是范德華力，分子實(shí)行緊密積累，一個(gè)分子四周有12個(gè)緊鄰的分子，正確。4.德國(guó)和美國(guó)科學(xué)家首次制出了20個(gè)碳原子組成的空氣籠狀分子C20，該籠狀結(jié)構(gòu)是由多個(gè)正五邊形構(gòu)成的，請(qǐng)回答：(1)C20分子中共有________個(gè)正五邊形；共有________條棱邊。C20晶體屬于________(填晶體類型)。(2