離子晶體、分子晶體和原子晶體(二)

一、學習目標

1.掌握分子間作用力和氫鍵對物質的物理性質的影響。

2.掌握構成分子晶體的微粒，分子晶體的物理特性。

3.了解物質的“相似相溶”原理。

二、學習過程

(一)引入新課

 [復習提問]

1.常溫下氟是淡黃綠色的        ；氯是黃綠色的         ；溴是深棕紅色的        ；碘是紫黑色的         。鹵素單質常溫下狀態不同的原因是                                                                                                                                                  。

 [新授內容]分子晶體、相似相溶原理

一、知識要點（學生自學完成）

 1.分子間作用力

    (1)分子間作用力_________________；又稱范德華力。分子間作用力存在于______________________之間。

    (2)影響因素：

①分子的極性

②組成和結構相似的：

 2.分子晶體

  (1)定義：________________________________

  (2)構成微粒________________________________

  (3)粒子間的作用力：________________________________

  (4)分子晶體一般物質類別________________________________

  (5)分子晶體的物理性質________________________________________________

二、要點點撥

  1.結構對性質的影響：構成分子晶體的粒子是分子，分子間以分子間作用力而結合，而分子之間作用力是一種比較弱的作用。比化學鍵弱的多。因此造成分子晶體的硬度小，熔、沸點低(與離子晶體相比較)。分子晶體無論是液態時，還是固態時，存在的都是分子，不存在可以導電的粒子(陰、陽離子或電子)，故分子晶體熔融或固態時都不導電，由此性質，可判斷晶體為分子晶體。

  2.氫鍵：對于HF、H₂0、NH₃熔、沸點反常，原因在于三者都是極性分子(極性很強)分子間作用力很大，超出了一般的分子間作用力的范圍(實屬氫鍵)。是介于分子間作用力和化學鍵之間的一種特殊的分子間作用力，因此，它們的熔、沸點反常。

3.空間結構：分子晶體中的分子構成晶體時，一般也有自己的規律，并不象我們所想象的那樣任意排列。不同的物質，分子之間的排列方式可能不相同，在中學，我們只了解干冰中C0₂分子的排列方式就可以了。由干冰晶體求一個晶胞中C0₂分子數目的方法同離子晶體。

4.影響分子間作用力的因素：

①分子的極性 

  ②相對分子質量的大小。這里所說的分子的極性，一般指極性特別強的，即第二周期的幾種活潑非金屬的氫化物：HF、H₂0、NH₃。其他組成和結構相似物質分子間作用力的大小，則要看其相對分子質量的大小。

  相對分子質量大的分子，其中一般存在原子序數比較大的元素，這些元素的原子體積一般比較大。由于每個分子的電子不斷運動和原子核的不斷振動，經常發生電子云和原子核之間的瞬時相對偏移，從而使原子產生瞬時的極性，并且原子的體積越大，這種相對偏移也越大。因此使分子間產生作用。由于這種現象產生的分子間作用力一般比由于分子本身存在極性產生的作用要弱

三、習題講練（學生先練，教師再點撥）

    [例1]共價鍵、離子鍵和范德華力是構成物質粒子間的不同作用方式，下列物質中，只含有上述一種作用的是    (    )

    A.干冰        B.氯化鈉

    C.氫氧化鈉    D.碘

    [解析]干冰是分子晶體，分于內存在共價鍵，分子間存在范德華力。NaCl是離子晶體只存在離子鍵。 NaOH是離子晶體，不僅存在離子鍵，還存在H—O間共價鍵。  

    碘也是分子晶體，分子內存在共價鍵，分子間存在分子間作用力。故只有B符合題意。

    [例2]在解釋下列物質性質的變化規律與物質結構間的因果關系時，與鍵能無關的變化規律是(   )

    A.HF、HCI、HBr、HI的熱穩定性依次減弱

    B.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔點依次減低

    C.F₂、C1₂、Br₂、I₂的熔、沸點逐漸升高

    D.H2S的熔沸點小于H₂O的熔、沸點 

    [解析]HF、HCl、HBr、HI熱穩定性依次減弱是它們的共價鍵鍵能逐漸減小的原因，與鍵能有關。NaF、 NaCl、NaBr、NaI的熔點依次減低是它們的離子鍵能隨離子半徑增大逐漸減小的原因。F₂、C1₂、Br₂、I₂為分子晶體。熔、沸點逐漸降低由分子間作用力決定。H₂S與H₂O的熔沸點高低由分子間作用力及分子的極性決定。故選C、D。

    [例3](1)PtCl₂(NH₃)₂成平面立方形結構，它可以形成兩種固體。一種為淡黃色，在水中溶解度較小；另一種為黃綠色，在水中溶解度較大。請在空格內分別畫出這兩種固體分子的幾何構型圖。

   (1) 淡黃色固體 ,分子構型                           

（1）                （2）

     黃綠色固體,分子構型                              

    (2)試解釋：鈉的鹵化物比相應的硅的鹵化物熔點高的多

    [解析]分子對稱、無極性、顏色為淡黃色、難溶于水，因為是非極性分子

分子不對稱、有極性、顏色為黃綠色能溶于水、因為分子有極性

    (2)鈉的鹵化物比相應的硅的鹵化物的熔點高得多，這與晶體的類型有關。前者是離子晶體而后者為分子晶體，前者靠陰、陽離子相互作用比后者的范德華力大的多。

    [例4]在干冰晶體中每個CO₂分子周圍緊鄰的 CO₂分子有___________個  在晶體中截取一個最小的正方形；使正方形的四個頂點部落到CO₂分子的中心，則在這個正方形的平面上有___________個C0₂分子。

    [解析]解答此題要求對干冰的晶體模型十分熟悉。以右下角C0₂分子研究對象：與其緊鄰的為

面心上的3個C0₂分子，而CO₂分子被8個這樣的立方體所共有，故有3×8=24。又考慮到面心上的 C0₂被2個這個的立方體共有，故24/2=12個。

    由C0₂晶體模型分析得出，符合題意的最小正方形即模型的角對角面的一半，不難看出有4個C0₂分于。

    [答案]12個    4個   

四、總結

1.分子間通過分子作用力相結合的晶體叫分子晶體。構成分子晶體的微粒是分子。分子晶體中，由于分子間作用力較弱，因此，分子晶體一般硬度較小，熔、沸點較低。

2.一般來說，對于組成和結構相似的物質，分子間作用力隨著相對分子質量增加而增大，物質的熔點、沸點也升高。例如：F2<Cl2<Br2 <I2 、 CF4<CCl4<CBr4<CCl4、CO2<CS2等。 

3.組成相似的分子，極性分子的熔、沸點大于非極性分子，如：SO2>CO2

第二講針對性練習

一、選擇題

1.下列物質在變化過程中，只需克服分子間作用力的是    (    )

  A.食鹽溶解    B.鐵的熔化

  C.干冰升華    D.氯化銨的“升華”

2.下列化學式能真實表示物質分子組成的是(    )

  A.NaOH    B.S0₃

  C.CsCl    D.NaCl

3.最近科學家發現了一種新分子，它具有空心的類似足球的結構，分子式為C₆₀，下列說法正確的是    (    )

  A.C₆₀是一種新型的化合物

  B.C₆₀和石墨都是碳的同素異形體

  C.C₆₀中雖然沒有離子鍵，但固體為離子晶體

  D.C₆₀相對分子質量為720

4.當S0₃晶體熔化或氣化時，下述各項中發生變化的是    (    )

  A.分子內化學鍵    B.分子間距離

  C.分子構型        D.分子間作用力

5.IA族元素的原子與最外層有7個電子的原子結合，可以形成    (    )

  A.離子晶體

  B.分子晶體

  C.離子晶體，分子晶體都不可能形成

  D.無法確定

6，支持固態氨是分子晶體的事實是

  A.氮原子不能形成陽離子

  B.銨離子不能單獨存在

  C.常溫下，氨是氣態物質

  D.氨極易溶于水

7.下列有關共價化合物的說法：①具有較低的熔、沸點  ②不是電解質  ③固態時是分子晶體  ④都是由分子構成  ⑤液態時不導電，其中一定正確的是

  A.①③④    B.②⑤

  C.①②③④⑤    D.⑤

8.下列分子晶體：

①HCl  ②HBr  ③HI ④CO  ⑤N₂  ⑥H₂熔沸點由高到低的順序是    (   )

  A.①②③④⑤⑥    B.③②①⑤④⑥

  C.③②①④⑤⑥    D，⑥⑤④③②①

9.下列性質適合于分子晶體的是    (    )

  A.熔點1 070℃，易溶于水，水溶液導電

  B.熔點10.31 ℃，液態不導電、水溶液能導電

  C.能溶于CS2、熔點112.8 ℃，沸點444.6℃

  D.熔點97.81℃，質軟、導電、密度0.97 g/cm³

二、填空題

10.有兩組關于物質熔點的數據分析以上數據，回答：

  (1)有什么規律可循______________________________________

  (2)造成這些規律的主要原因是 __________________________________________

11.已知白磷是由P₄分子形成的分子

  晶體，每個P₄分子是正四面體結

  構。分子中的四個磷原子位于正

  四面體的四個頂點。則P₄分子中

  共有___________個P—P鍵。

12.磷在空氣中充分燃燒后生成結構如圖所示的分子。圖中圓圈表示原子、實線表示化學鍵。試回答：

(1)請從圖中找出磷原子，并在圖上將其涂黑。

(2)形成化合物的化學式為 ________________。

(3)分子內的磷原子排列成______________形。

(4)每個磷原子處于______________中心。

(5)在用實線表示的化學鍵中，兩原子間單線表示

  的是 _________極(填寫非極性鍵或極性鍵)。

13. 1996年諾貝化學獎授予對發現C60有重大貢獻的三位科學家.C60分子是形如球狀的多面體(如圖),該結構的建立基于以下考慮:

①C60分子中每個碳原子只跟相鄰的3個碳原子形成化學鍵;

②C60分子只含有五邊形和六邊形;

③多面體的頂點數、面數和棱邊數的關系,遵循歐拉定理:

據上所述,可推知C60分子有12個五邊形和20個六邊形,C60分子所含的雙鍵數為30.

請回答下列問題:

(1)固體C60與金剛石相比較,熔點較高者應是____________,理由是:

_________________________________________________________.

(2)試估計C60跟F2在一定條件下,能否發生反應生成C60F60(填“可能”或“不可能”)_________________________,并簡述其理由：

________________________________________________________.

(3)通過計算,確定C60分子所含單鍵數.

C60分子所含單鍵數為_______________.

(4)C70分子也已制得,它的分子結構模型可以與C60同樣考慮而推知.通過計算確定C70分子中五邊形和六邊形的數目.

 C70分子中所含五邊形數為____________,六邊形數為_________.

第2課時練習答案

    一、選擇題

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

    二、填空題

    10.(1)I組：隨離子健的減弱，熔點降低

    Ⅱ組：隨分子量的增大，熔點升高。

    (2)原理：工組為離子晶體  Ⅱ組為分子晶體。

    11.  6個

12.（1）

(2)P₄0₁₀   (3)正四面體  

    (4)由原予排列成的正四面體

    (5)極性

    13.解答

(1)  金剛石

金剛石屬原子晶體,而固體C60不是,故金剛石熔點較高. 

(答出“金剛石屬原子晶體”即給分)

(2)  可能

因C60分子含30個雙鍵,與極活潑的F2發生加成反應即可生成C60F60   

(只要指出"C60含30個雙鍵"即給分,但答“因C60含有雙鍵”不給分)

（3）依題意C60分子形成的化學鍵 ：

也可由歐拉定理計算鍵數(即棱邊數):60+(12+20)-2=90

C60分子中單鍵為:90-30=60  (1分)

 (4)設C70分子中五邊形數為x,六邊形數為y.依題意可得方程組: