离子晶体、分子晶体和原子晶体(二)

离子晶体、分子晶体和原子晶体(二)

一、学习目标

 

1．掌握分子间作用力和氢键对物质的物理性质的影响。

2．掌握构成分子晶体的微粒，分子晶体的物理特性。

3．了解物质的“相似相溶”原理。

二、学习过程

 

(一)引入新课

 [复习提问]

1．常温下氟是淡黄绿色的        ；氯是黄绿色的         ；溴是深棕红色的        ；碘是紫黑色的         。卤素单质常温下状态不同的原因是                                                                                                                                                  。

 [新授内容]分子晶体、相似相溶原理

一、知识要点（学生自学完成）

 1.分子间作用力

    (1)分子间作用力_________________；又称范德华力。分子间作用力存在于______________________之间。

    (2)影响因素：

①分子的极性

②组成和结构相似的：

 2.分子晶体

  (1)定义：________________________________

  (2)构成微粒________________________________

  (3)粒子间的作用力：________________________________

  (4)分子晶体一般物质类别________________________________

  (5)分子晶体的物理性质________________________________________________

二、要点点拨

  1.结构对性质的影响：构成分子晶体的粒子是分子，分子间以分子间作用力而结合，而分子之间作用力是一种比较弱的作用。比化学键弱的多。因此造成分子晶体的硬度小，熔、沸点低(与离子晶体相比较)。分子晶体无论是液态时，还是固态时，存在的都是分子，不存在可以导电的粒子(阴、阳离子或电子)，故分子晶体熔融或固态时都不导电，由此性质，可判断晶体为分子晶体。

  2.氢键：对于HF、H₂0、NH₃熔、沸点反常，原因在于三者都是极性分子(极性很强)分子间作用力很大，超出了一般的分子间作用力的范围(实属氢键)。是介于分子间作用力和化学键之间的一种特殊的分子间作用力，因此，它们的熔、沸点反常。

3.空间结构：分子晶体中的分子构成晶体时，一般也有自己的规律，并不象我们所想象的那样任意排列。不同的物质，分子之间的排列方式可能不相同，在中学，我们只了解干冰中C0₂分子的排列方式就可以了。由干冰晶体求一个晶胞中C0₂分子数目的方法同离子晶体。

4.影响分子间作用力的因素：

①分子的极性 

  ②相对分子质量的大小。这里所说的分子的极性，一般指极性特别强的，即第二周期的几种活泼非金属的氢化物：HF、H₂0、NH₃。其他组成和结构相似物质分子间作用力的大小，则要看其相对分子质量的大小。

  相对分子质量大的分子，其中一般存在原子序数比较大的元素，这些元素的原子体积一般比较大。由于每个分子的电子不断运动和原子核的不断振动，经常发生电子云和原子核之间的瞬时相对偏移，从而使原子产生瞬时的极性，并且原子的体积越大，这种相对偏移也越大。因此使分子间产生作用。由于这种现象产生的分子间作用力一般比由于分子本身存在极性产生的作用要弱

三、习题讲练（学生先练，教师再点拨）

    [例1]共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是    (    )

    A.干冰        B.氯化钠

    C.氢氧化钠    D.碘

    [解析]干冰是分子晶体，分于内存在共价键，分子间存在范德华力。NaCl是离子晶体只存在离子键。 NaOH是离子晶体，不仅存在离子键，还存在H—O间共价键。  

    碘也是分子晶体，分子内存在共价键，分子间存在分子间作用力。故只有B符合题意。

    [例2]在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与键能无关的变化规律是(   )

    A.HF、HCI、HBr、HI的热稳定性依次减弱

    B.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减低

    C.F₂、C1₂、Br₂、I₂的熔、沸点逐渐升高

    D.H2S的熔沸点小于H₂O的熔、沸点 

    [解析]HF、HCl、HBr、HI热稳定性依次减弱是它们的共价键键能逐渐减小的原因，与键能有关。NaF、 NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减低是它们的离子键能随离子半径增大逐渐减小的原因。F₂、C1₂、Br₂、I₂为分子晶体。熔、沸点逐渐降低由分子间作用力决定。H₂S与H₂O的熔沸点高低由分子间作用力及分子的极性决定。故选C、D。

    [例3](1)PtCl₂(NH₃)₂成平面立方形结构，它可以形成两种固体。一种为淡黄色，在水中溶解度较小；另一种为黄绿色，在水中溶解度较大。请在空格内分别画出这两种固体分子的几何构型图。

   (1) 淡黄色固体 ,分子构型                           

（1）                （2）

     黄绿色固体,分子构型                              

    (2)试解释：钠的卤化物比相应的硅的卤化物熔点高的多

    [解析]分子对称、无极性、颜色为淡黄色、难溶于水，因为是非极性分子

分子不对称、有极性、颜色为黄绿色能溶于水、因为分子有极性

    (2)钠的卤化物比相应的硅的卤化物的熔点高得多，这与晶体的类型有关。前者是离子晶体而后者为分子晶体，前者靠阴、阳离子相互作用比后者的范德华力大的多。

    [例4]在干冰晶体中每个CO₂分子周围紧邻的 CO₂分子有___________个  在晶体中截取一个最小的正方形；使正方形的四个顶点部落到CO₂分子的中心，则在这个正方形的平面上有___________个C0₂分子。

    [解析]解答此题要求对干冰的晶体模型十分熟悉。以右下角C0₂分子研究对象：与其紧邻的为

 

面心上的3个C0₂分子，而CO₂分子被8个这样的立方体所共有，故有3×8=24。又考虑到面心上的 C0₂被2个这个的立方体共有，故24/2=12个。

    由C0₂晶体模型分析得出，符合题意的最小正方形即模型的角对角面的一半，不难看出有4个C0₂分于。

    [答案]12个    4个   

 

四、总结

1．分子间通过分子作用力相结合的晶体叫分子晶体。构成分子晶体的微粒是分子。分子晶体中，由于分子间作用力较弱，因此，分子晶体一般硬度较小，熔、沸点较低。

2．一般来说，对于组成和结构相似的物质，分子间作用力随着相对分子质量增加而增大，物质的熔点、沸点也升高。例如：F2<Cl2<Br2 <I2 、 CF4<CCl4<CBr4<CCl4、CO2<CS2等。 

3．组成相似的分子，极性分子的熔、沸点大于非极性分子，如：SO2>CO2

 

 

第二讲针对性练习

一、选择题

1.下列物质在变化过程中，只需克服分子间作用力的是    (    )

  A.食盐溶解    B.铁的熔化

  C.干冰升华    D.氯化铵的“升华”

2.下列化学式能真实表示物质分子组成的是(    )

  A.NaOH    B.S0₃

  C.CsCl    D.NaCl

3.最近科学家发现了一种新分子，它具有空心的类似足球的结构，分子式为C₆₀，下列说法正确的是    (    )

  A.C₆₀是一种新型的化合物

  B.C₆₀和石墨都是碳的同素异形体

  C.C₆₀中虽然没有离子键，但固体为离子晶体

  D.C₆₀相对分子质量为720

4.当S0₃晶体熔化或气化时，下述各项中发生变化的是    (    )

  A.分子内化学键    B.分子间距离

  C.分子构型        D.分子间作用力

5.IA族元素的原子与最外层有7个电子的.原子结合，可以形成    (    )

  A.离子晶体

  B.分子晶体

  C.离子晶体，分子晶体都不可能形成

  D.无法确定

6，支持固态氨是分子晶体的事实是

  A.氮原子不能形成阳离子

  B.铵离子不能单独存在

  C.常温下，氨是气态物质

  D.氨极易溶于水

7.下列有关共价化合物的说法：①具有较低的熔、沸点  ②不是电解质  ③固态时是分子晶体  ④都是由分子构成  ⑤液态时不导电，其中一定正确的是

  A.①③④    B.②⑤

  C.①②③④⑤    D.⑤

8.下列分子晶体：

①HCl  ②HBr  ③HI ④CO  ⑤N₂  ⑥H₂熔沸点由高到低的顺序是    (   )

  A.①②③④⑤⑥    B.③②①⑤④⑥

  C.③②①④⑤⑥    D，⑥⑤④③②①

9.下列性质适合于分子晶体的是    (    )

  A.熔点1 070℃，易溶于水，水溶液导电

  B.熔点10.31 ℃，液态不导电、水溶液能导电

  C.能溶于CS2、熔点112.8 ℃，沸点444.6℃

  D.熔点97.81℃，质软、导电、密度0.97 g／cm³

二、填空题

10.有两组关于物质熔点的数据分析以上数据，回答：

 

I组

物质

NaCl

KCl

RbCl

CsCl

熔点

 

 

 

 

 

II组

物质

SiCl₄

GeCl₄

SnCl₄

PbCl₄

熔点

 

 

 

 

 

  (1)有什么规律可循______________________________________

  (2)造成这些规律的主要原因是 __________________________________________

11.已知白磷是由P₄分子形成的分子

  晶体，每个P₄分子是正四面体结

  构。分子中的四个磷原子位于正

  四面体的四个顶点。则P₄分子中

  共有___________个P—P键。

12.磷在空气中充分燃烧后生成结构如图所示的分子。图中圆圈表示原子、实线表示化学键。试回答：

(1)请从图中找出磷原子，并在图上将其涂黑。

(2)形成化合物的化学式为 ________________。

(3)分子内的磷原子排列成______________形。

(4)每个磷原子处于______________中心。

(5)在用实线表示的化学键中，两原子间单线表示

  的是 _________极(填写非极性键或极性键)。

13. 1996年诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家.C60分子是形如球状的多面体(如图),该结构的建立基于以下考虑:

①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键;

②C60分子只含有五边形和六边形;

③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧拉定理:

 

据上所述,可推知C60分子有12个五边形和20个六边形,C60分子所含的双键数为30.

请回答下列问题:

(1)固体C60与金刚石相比较,熔点较高者应是____________,理由是:

_________________________________________________________.

(2)试估计C60跟F2在一定条件下,能否发生反应生成C60F60(填“可能”或“不可能”)_________________________,并简述其理由：

________________________________________________________.

(3)通过计算,确定C60分子所含单键数.

C60分子所含单键数为_______________.

(4)C70分子也已制得,它的分子结构模型可以与C60同样考虑而推知.通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目.

 C70分子中所含五边形数为____________,六边形数为_________.

第2课时练习答案

    一、选择题

    1.A  2.B    3.BD  4.BD  5.AB    6.C    7.D 8.C  9.BC

    二、填空题

    10.(1)I组：随离子健的减弱，熔点降低

    Ⅱ组：随分子量的增大，熔点升高。

    (2)原理：工组为离子晶体  Ⅱ组为分子晶体。

    11.  6个

   

12.（1）

(2)P₄0₁₀   (3)正四面体  

    (4)由原予排列成的正四面体

    (5)极性

    13.解答

(1)  金刚石

金刚石属原子晶体,而固体C60不是,故金刚石熔点较高. 

(答出“金刚石属原子晶体”即给分)

(2)  可能

因C60分子含30个双键,与极活泼的F2发生加成反应即可生成C60F60   

(只要指出"C60含30个双键"即给分,但答“因C60含有双键”不给分)

（3）依题意C60分子形成的化学键 ：

也可由欧拉定理计算键数(即棱边数):60+(12+20)-2=90

C60分子中单键为:90-30=60  (1分)

 (4)设C70分子中五边形数为x,六边形数为y.依题意可得方程组:

解得:五边形数x=12,六边形数y=25

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