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第二节分子晶体与原子晶体课程目标素养目标1.知道分子晶体、原子晶体的概念及结构特点。2．能够从晶体的结构特点理解其物理特性。3．了解氢键对冰晶体结构及物质物理性质的影响。1.宏观辨识与微观探析：通过对分子晶体及原子晶体等概念的探讨，认识到结构决定性质，进行内外因辩证关系的教育。2．科学态度与社会责任：通过对可燃冰的了解，认识环境保护和资源合理开发的重要性，培养可持续发展意识和绿色化学观念。01基础自主落实02要点系统认知03检测课堂达标04演练效果检测一、分子晶体1．构成粒子及粒子间的作用力2．晶体中分子堆积方式密堆积只有范德华力，无分子间氢键——分子密堆积。这类晶体每个分子周围一般有12个紧邻的分子，如C60、干冰、I2、O2非密堆积有分子间氢键——氢键具有方向性，使晶体中的空间利用率不高，留有相当大的空隙。这种晶体不具有分子密堆积的特征。如HF、NH3、冰(每个水分子周围只有4个紧邻的水分子)3.属于分子晶体的物质种类(1)所有，如H2O、NH3、CH4等。(2)部分非金属单质，如卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫等。(3)部分，如CO2、P4O10、SO2等。(4)几乎所有的酸，如HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等。(5)绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。4．物理共性：一般地分子晶体熔、沸点，硬度。气态氢化物非金属氧化物较低较小[微思考](1)所有分子晶体中都存在化学键吗？(2)冰融化与干冰升华克服的作用力是否完全相同？[提示](1)不一定，如稀有气体是单原子分子，其晶体中不含化学键。(2)不完全相同，干冰升华只克服范德华力，而冰融化除克服范德华力外还克服氢键。二、原子晶体1．结构特点(1)构成粒子及粒子间的作用力(2)粒子堆积方式整块晶体是一个三维的结构，不存在单个小分子，是一个“巨分子”，又称。共价键网状共价晶体2．属于原子晶体的物质(1)某些，如晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等。(2)某些，如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等。(3)某些氧化物，如二氧化硅(SiO2)等。非金属单质非金属化合物■多维思考·自主预习1．分子晶体具有某些特征的本质原因是()A．组成晶体的基本粒子是分子B．熔融时不导电C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合D．熔点一般比原子晶体低答案：C2．下列物质属于分子晶体的化合物是()A．钠B．硫黄C．干冰D．食盐答案：C3．金刚石是典型的原子晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是()A．晶体中不存在独立的“分子”B．碳原子间以共价键相结合C．是硬度最大的物质之一D．化学性质稳定，不会与氧气发生反应解析：金刚石在高温下能与氧气反应生成二氧化碳。答案：D4．氮化铝(AlN)是一种熔点很高、硬度大、不导电、难溶于水和其他溶剂的晶体，将下列各组物质加热熔化或气化，所克服微粒间作用力与AlN相同的是()A．水晶、金刚石B．食盐、硫酸钾C．碘、硫D．硅、干冰答案：A要点一分子晶体与原子晶体的比较1．分子晶体与原子晶体的比较晶体类型分子晶体原子晶体定义分子间通过分子间作用力结合形成的晶体相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体组成粒子分子原子物质类别多数的非金属单质和共价化合物金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等少数非金属单质及共价化合物晶体类型分子晶体原子晶体粒子间的作用力分子间作用力(氢键、范德华力)共价键(极性键、非极性键)熔化时需克服的作用力较弱的分子间作用力很强的共价键熔、沸点较低很高物理性质硬度较小很大物理导电性固态和熔化时都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电，如HCl固态和熔化时都不导电性质溶解性相似相溶难溶于一般溶剂2.分子晶体及原子晶体的熔沸点比较(1)分子晶体：分子晶体熔化或汽化都是克服分子间作用力。分子间作用力越大，物质熔化或汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力(包括范德华力和氢键)的大小。①组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如O2N2，HIHBrHCl。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CON2。③能形成氢键的物质，熔、沸点较高。如H2OH2TeH2SeH2S，HFHCl，NH3PH3。(2)原子晶体：原子晶体熔化时破坏的是化学键，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高，硬度越大。(3)熔、沸点：原子晶体分子晶体。[典例1]有下列物质：①水晶，②冰醋酸，③氧化钙，④白磷，⑤晶体氩，⑥氢氧化铝，⑦铝，⑧金刚石，⑨过氧化钠，⑩碳化钙，⑪碳化硅，⑫干冰，⑬过氧化氢。根据要求填空。(1)属于原子晶体的化合物是________。(2)直接由原子构成的分子晶体是________。(3)由极性分子构成的晶体是________，属于分子晶体的单质是________。(4)在一定条件下，能导电且不发生化学变化的是________，受热熔化后化学键不发生变化的是________，受热熔化需克服共价键的是________。[解析]本题考查的是原子晶体、分子晶体的辨别及晶体内作用力类型的分析。属于原子晶体的有金刚石、碳化硅和水晶；属于分子晶体的有氩(无化学键)、白磷(非极性分子)、干冰(由极性键构成的非极性分子)、过氧化氢和冰醋酸(由极性键和非极性键构成的极性分子)；金属导电过程不发生化学变化；晶体熔化时，分子晶体只需克服分子间作用力，不破坏化学键，而原子晶体熔化需破坏共价键。[答案](1)①⑪(2)⑤(3)②⑬④⑤(4)⑦②④⑤⑫⑬①⑧⑪[拓展探究](1)分析⑫干冰晶体中每个CO2分子紧邻几个CO2分子？一个干冰晶胞中含几个CO2分子？(2)分析⑧金刚石晶体中键角均为多少？每个碳原子周围有几个碳原子，这几个碳原子构成什么样的几何形状？在此晶体中，构成最小碳环需要几个碳原子？提示：(1)每个CO2分子紧邻12个CO2分子，一个干冰晶胞中含4个CO2分子。(2)键角为109°28′，每个碳原子周围有4个碳原子，这5个碳原子构成正四面体形。在晶体中构成最小的碳环需要6个碳原子。[题组训练]1．根据下表中给出的有关数据，判断下列说法中错误的是()AlCl3SiCl4晶体硼金刚石晶体硅熔点/℃190－682300＞35501410沸点/℃17857255048272355A.SiCl4是分子晶体B．晶体硼是原子晶体C．AlCl3是分子晶体，加热能升华D．金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键弱解析：SiCl4、AlCl3的熔沸点低，都是分子晶体，AlCl3的沸点低于其熔点，即在未熔化的温度下它就能汽化，故AlCl3加热能升华，A、C正确；单质硼的熔沸点高，所以晶体硼是原子晶体，B正确；C原子的半径比Si原子的半径小，金刚石中的C—C键键长比晶体硅中的Si—Si键键长短，金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键强，D错误。答案：D2．下列有关物质的熔点高低顺序正确的是()A．HFHClHBrB．金刚石碳化硅晶体硅C．I2SiO2D．H2OH2S，SO2SeO2解析：HCl、HBr；SO2、SeO2均为组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，熔点越高。HF、H2O分子中均存在氢键，所以熔点出现“反常”现象。金刚石、碳化硅和晶体硅中，共价键键长：C—C键C—Si键Si—Si键共价键键能：C—C键C—Si键Si—Si键共价键键长越短，键能越大，则原子晶体的熔点越高。所以三者的熔点由高到低的顺序是金刚石、碳化硅、晶体硅。答案：D3．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是()①SiO2和SO3②金刚石和白磷③CO2和SO2④晶体硅和金刚石⑤晶体氖和晶体氮⑥硫黄和单质碘A．①②③B．④⑤⑥C．③④⑥D．①③⑤解析：本题考查了化学键的类型与晶体类型的判断，解题时应注意化学键类型的判断。属于分子晶体的有SO3、CO2、SO2、白磷、晶体氖、晶体氮、硫黄和单质碘。属于原子晶体的有SiO2、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子组成，晶体中不存在化学键。答案：C练后反思：对分子晶体和原子晶体的认识误区1原子晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”，没有小分子存在；而分子晶体中存在真实的分子。2原子晶体的化学式不表示实际组成，只表示组成原子的个数比，如SiO2只是表示晶体中Si与O的原子个数比为1∶2。而分子晶体的化学式表示真实的组成。3由原子构成的晶体不一定是原子晶体，如稀有气体组成的晶体属于分子晶体。要点二典型晶体的结构与性质1．分子晶体(1)干冰：每个CO2分子紧邻12个CO2分子(同层4个，上层4个，下层4个)，一个干冰晶胞中含有4个二氧化碳分子。(2)冰：每个水分子通过氢键与周围4个水分子相连，平均一个水分子形成2个氢键。2．原子晶体(1)金刚石：①每个碳原子都以sp3杂化，以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体型结构。键长相等，键角为109°28′。②这些正四面体向空间发展，构成空间网状结构。③最小的碳环为6元环，且6个碳不在同一平面上。(2)二氧化硅：①每个硅原子都以sp3杂化，以4个共价单键与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，向空间扩展，构成空间网状结构，硅、氧原子个数比为1∶2。②晶体中最小的环为6个硅原子、6个氧原子的12元环。[典例2]图A所示的转化关系中(具体反应条件略)，a、b、c和d分别为四种短周期元素的常见单质，其余均为它们的化合物，i的溶液为常见的酸。a的一种同素异形体的晶胞如图B所示。图A图B回答下列问题：(1)图B对应的物质名称是________，其晶胞中的原子数为________，晶体的类型为________。(2)d中元素的原子核外电子排布式为________。(3)图A中由两种元素组成的物质中，沸点最高的是________，原因是______________，该物质的分子构型为________，中心原子的杂化轨道类型为________。(4)图A中的双原子分子中，极性最大的分子是________。(5)k的分子式为________，中心原子的杂化轨道类型为________，属于________，(填“极性”或“非极性”)分子。[解析]由图B晶胞可知a单质中一个a原子与另外4个a原子相连，形成正四面体结构，一个晶胞中含有8个a原子，所以a为碳原子，晶胞为原子晶体金刚石的晶胞；a与H2O反应生成b单质为H2，f为CO；H2与c单质反应生成H2O，c为O2、g为CO2；H2与单质d反应的生成物溶于水形成常见的酸，可知d为Cl2、i为HCl，k中含有C、O、Cl三种元素，分子式为COCl2。(3)判断物质的熔沸点高低，一般先考虑晶体类型，再分析是否形成氢键；H2O中的氧原子形成2个σ键，孤电子对数为2，sp3杂化有2对孤电子对，为V形分子。(4)双原子分子中H、Cl的电负性差值最大，电子对的偏移最多。(5)COCl2中碳原子形成3个σ键，无孤电子对，sp2杂化，其构型为平面三角形，三个化学键不完全相同，且分子不对称，为极性分子。[答案](1)金刚石8原子晶体(2)1s22s22p63s23p5(3)H2O分子间形成氢键V形(或角形)sp3(4)HCl(5)COCl2sp2极性[题组训练]1．在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C—C键间的夹角是()A．6个120°B．5个108°C．4个109°28′D．6个109°28′解析：根据金刚石的结构特点可知最小环上碳原子数为6个，任意两个C—C键间夹角为109°28′。答案：D2．下列有关物质的结构和性质的叙述错误的是()A．水是一种非常稳定的化合物，这是由于水中存在氢键B．由极性键形成的分子可能是非极性分子C．水和冰中都含有氢键D．分子晶体中一定存在范德华力，可能有共价键解析：A项H2O中，O具有很强的得电子能力，因此与H形成的共价键很稳定，