1、第二节分子晶体与原子晶体第1课时分子晶体1.了解分子晶体的概念及其结构。2进一步理解分子间作用力对物质性质的影响，掌握分子晶体的物理性质及其影响因素。分子晶体的概念和性质学生用书P391分子晶体的概念及粒子间的相互作用力(1)概念只含分子的晶体称为分子晶体。(2)粒子间的相互作用力分子晶体内相邻分子间以分子间作用力相互吸引，分子内原子之间以共价键结合。2常见的分子晶体(1)所有非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、甲烷等。(2)部分非金属单质，如卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、碳60(C60)等。(3)部分非金属氧化物，如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等
2、。(4)几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。(5)绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。3分子晶体的物理性质分子晶体熔、沸点较低，硬度较小。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)分子晶体中，一定存在共价键和分子间作用力。()(2)酸性氧化物都属于分子晶体。()(3)分子晶体熔化时一定会破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键。()(4)有些分子晶体的水溶液能导电。()(5)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大。()(6)因水分子间存在着比分子间作用力更强的作用力氢键，故水分子较稳定。()(7)沸点：H2OH2SH2Se。()答案：
3、(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2(2017哈尔滨测试)下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是()ANH3、P4、C10H8BPCl3、CO2、H2SO4CSO2、SiO2、P2O5DCCl4、H2O、Na2O2解析：选B。A中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C中，SiO2为原子晶体；D中，Na2O2是金属氧化物，不是分子晶体。1分子晶体的物理性质(1)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华(如干冰、碘、红磷、萘等)，且硬度较小。(2)分子晶体不导电。分子晶体在固
4、态和熔融状态下均不存在自由离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。2分子晶体的特例与熔、沸点高低的判断(1)稀有气体稀有气体单质是由原子直接构成的分子晶体，无化学键，晶体中只有分子间作用力。(2)分子晶体熔、沸点高低的判断组成和结构相似、不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。如I2Br2Cl2F2，HIHBrHCl。组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高。如CH3
5、OHCH3CH3。含有分子间氢键的会导致熔、沸点反常升高。如H2OH2TeH2SeH2S。对于有机物中同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点升高。如C2H6CH4，C2H5ClCH3Cl，CH3COOHHCOOH。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，可用范德华力解释的是()AHF、HCl、HBr、HI 的热稳定性依次减弱BF2、Cl2、Br2、I2 的熔、沸点依次升高C金刚石的熔点高于晶体硅DC2H5OH 的沸点比CH3OCH3的高解析F2、Cl2、Br2、I2的相对分子质量依次增大，分子间的范德华力也依次增大
6、，所以其熔、沸点也依次增大，B项符合题意；CH3OCH3 的沸点比C2H5OH的低，是由于C2H5OH分子间形成氢键；HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱，是由于HX(XF、Cl、Br、I)键的键能依次减小；键能：CC键SiSi键，所以金刚石的熔点高于晶体硅。答案B(1)分子晶体由于是通过分子间作用力结合在一起的，所以通常情况下熔、沸点较低，因此，可以通过熔、沸点的高低判断是否是分子晶体。(2)组成相似的物质晶体类型一般也相同，因此同主族元素的化合物在比较时要特别注意这一方法的利用，如CO2和CS2的比较；但也有特例，如CO2和SiO2晶体类型并不相同。分子晶体的概念1下列说法中错误的
7、是()A只含分子的晶体一定是分子晶体B所有的非金属氢化物都属于分子晶体C几乎所有的酸都属于分子晶体D碘升华时破坏了共价键解析：选D。碘升华时，只破坏了分子间的范德华力，分子中的II键未被破坏(升华时I2分子不变)。2下列有关分子晶体的说法中一定正确的是 ()A分子内均存在共价键B分子间一定存在范德华力C分子间一定存在氢键D分子晶体全部为化合物解析：选B。稀有气体元素组成的晶体中，不存在由多个原子组成的分子，分子间通过范德华力结合成晶体，分子内不存在任何化学键，故A项错误；分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于含有与电负性较强的氮、氧、氟原子结合的氢原子的
8、分子之间或者分子之内，故B项正确，C项错误；部分非金属单质也是分子晶体，故D项错误。分子晶体的特性3(2017南昌高二检测)下列性质适合于分子晶体的是()熔点为1 070 ，易溶于水，水溶液导电熔点为10.31 ，液态不导电，水溶液导电能溶于CS2，熔点为112.8 ，沸点为444.6 熔点为97.81 ，质软，导电，密度为0.97 gcm3ABC D解析：选B。分子晶体熔、沸点低，硬度小，不导电，故错误，选B。4下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是()HClHBrHICON2H2A BC D解析：选C。相对分子质量越大，分子间的范德华力越大，分子晶体的熔、沸点越高，相对分子质量接近的分子，
9、极性越强，熔、沸点越高，故。典型的分子晶体(冰、干冰)的结构和性质学生用书P401分子密堆积大多数分子晶体的结构有如下特征：如果分子间作用力只是范德华力，若以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子，分子晶体的这一特征称为分子密堆积。2冰晶体(1)冰晶体的结构：冰晶体中，水分子间主要通过氢键形成晶体。由于氢键具有一定的方向性，一个水分子与周围四个水分子结合，这四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子结合。这样，每个O原子周围都有四个H原子，其中两个H原子与O原子以共价键结合，另外两个H原子与O原子以氢键结合，使水分子间构成四面体骨架结构。其结构可用下图表示。(2)冰晶体的性质：由于氢
10、键具有方向性，冰晶体中水分子未采取密堆积方式，这种堆积方式使冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化成液态水时，水分子间空隙减小，密度反而增大，超过4 时，分子间距离加大，密度渐渐减小。3干冰(1)干冰的结构：固态CO2称为干冰，干冰也是分子晶体。CO2分子内存在C=O共价键，分子间存在分子间作用力，CO2的晶胞呈面心立方体形，立方体的每个顶角有一个CO2分子，每个面上也有一个CO2分子。每个CO2分子与12个CO2分子等距离相邻(在三个互相垂直的平面上各4个或互相平行的三层上，每层上各4个)(如图所示)。(2)干冰的性质：干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，熔点却比冰低得
11、多；在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂；由于干冰中的CO2之间只存在范德华力不存在氢键，密度比冰的高。(2017济宁高二质检)下列有关冰和干冰的叙述不正确的是()A干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体B冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子C干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华D干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子解析：选A。干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，分子采取密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式，空间利用率小，因而密
12、度小。干冰熔化只需克服范德华力，冰融化需要克服范德华力和氢键，由于氢键作用力比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常压下易升华。冰、干冰晶体结构(1)水分子间主要作用力是氢键，具有特殊性。冰的晶体结构如图。冰晶体中，每个水分子与其他4个水分子形成氢键，每个水分子平均形成2个氢键(每个氢键由2个水分子均摊，故42)。(2)干冰晶体的结构代表了分子晶体结构的普遍性，晶体中分子堆积方式为分子密堆积，即以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子。(1)如图为干冰的晶体结构示意图。通过观察分析，每个CO2分子周围紧邻等距离的CO2分子有_个，有_种取向不同的CO2分子。将CO2分子视作质点
13、，设晶胞边长为a pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为_pm。(2)在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是_，还有_，由于其主要作用力与共价键一样具有_性，故1个水分子周围只能有_个紧邻的水分子，这些水分子位于_的顶角。这种排列方式使冰晶体中水分子的空间利用率_(填“较大”或“较小”)，故冰的密度比水的密度要_(填“大”或“小”)。解析观察并分析干冰和冰的晶体结构，可知在干冰晶体中，CO2分子排列为面心立方堆积，顶角为一种取向，三对平行面分别为三种不同取向。离顶角的CO2分子最近的是面心的分子，两者的距离为面对角线的一半，即a pm。每个CO2分子周围紧邻等距离的CO2共有12个。在冰晶体中，水
14、分子间的主要作用力是氢键，氢键具有方向性，1个水分子周围只有4个紧邻的水分子，使冰晶体中水分子的空间利用率小，密度较小。答案(1)124a(2)氢键范德华力方向4四面体较小小冰晶体中的主要作用力是氢键，氢键具有方向性，可形成如图的构架形式，则该晶体中每个水分子有_个氢键。解析：每个水分子与四个方向的4个水分子形成氢键，每个氢键为2个水分子共用，故每个水分子中氢键个数为42。答案：2冰、干冰的结构特征1(2017江西师大附中高二检测)(1)水分子的立体构型是_，水分子能与很多金属离子形成配合物，其原因是在氧原子上有_。(2)冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图所示，其中空心球
15、所示原子位于立方体的顶角或面心，实心球所示原子位于立方体内)类似。每个冰晶胞平均占有_个水分子。冰晶胞与金刚石晶胞中微粒排列方式相同的原因是_。(3)实验测得冰中氢键的键能为18.5 kJmol1，而冰的熔化热为5.0 kJmol1，这说明_。解析：(1)根据水分子的结构可知：水分子中的氧原子只能提供形成配位键所需的孤电子对。(2)晶胞中的每个碳原子相当于一个水分子，晶胞中占有水分子数为8648。因金刚石中每个碳原子与4个碳原子成键，故C、O均为sp3杂化，空间构型相同，晶体中微粒(H2O、C)的排列方式相同。(3)由能量变化可判断氢键只有部分断裂。答案：(1)V形孤电子对(2)8碳原子与氧原
16、子都为sp3杂化，且氢键和共价键都具有方向性和饱和性(每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键)(3)冰融化为液态水时只是破坏了部分氢键，也说明液态水中仍存在氢键2中学教材上介绍的干冰晶体的晶胞是一种面心立方结构，如图所示，即每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2分子，在每个CO2周围距离a(其中a为立方体棱长)的CO2有()A4个B8个C12个 D6个解析：选C。如图在每个CO2周围距离a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有8(3)12个。重难易错提炼1.晶体冰中每个水分子可以与紧邻的4个水分子形成氢键(不是2个)；每个水分子平均形成2个氢键(不是4个)。2.冰晶胞的结构
17、和金刚石的晶胞结构相似，每个晶胞平均拥有8个水分子。晶体中C、O均采用sp3杂化，均与4个其他原子形成四面体结构单元，因此，冰晶胞的结构与金刚石的晶胞结构有一定的相似性。3.冰、氢氟酸中均有氢键，且OHO比FHF弱，但水的沸点更高，其原因是平均每个水分子形成的氢键数比HF多。4.晶体冰的密度比液态水的小。这是因为晶体冰中水分子形成的氢键具有方向性，使得冰晶体中水分子的空间利用率变小。课后达标检测学生用书P79(单独成册)基础巩固1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铵根离子不能单独存在C常温下氨是气态物质D氨极易溶于水解析：选C。分子晶体的熔点和沸点一般比较低，常温下有可能
18、是气态，而其他晶体常温下不可能是气态。注意D不能选 ，因为离子晶体也有可能极易溶于水。2下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是()ANH3、HD、C10H8BPCl3、CO2、H2SO4CSO2、SiO2、P2O5DCCl4、Na2S、H2O2解析：选B。A中HD为单质，不是化合物；C中SiO2不是分子晶体，D中Na2S不是分子晶体。3科学家发现的C60是一种新型分子，它具有空心、类似于足球的结构。最近科学家又发现另一种分子“N60”，它与C60的结构相似，在高温或机械撞击时，其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来。下列关于N60的说法正确的是()AN60是由共价键结合而成的空心球状结
19、构，是一种分子晶体BN60和14N都是氮的同位素CN60与NO2互为同素异形体DN60不可能成为很好的火箭燃料解析：选A。A项，由于C60晶体为分子晶体，而N60结构与之相似，故N60也为分子晶体；B项，同位素是质子数相同中子数不同的同种元素的不同核素，N60是一种分子而非核素；C项，同素异形体是指同种元素形成的不同单质；D项，N60在高温或机械撞击时，其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来，故N60可能成为很好的火箭燃料。4下列物质呈固态时，一定属于分子晶体的是()A非金属单质B非金属氧化物C含氧酸 D金属氧化物解析：选C。非金属单质中金刚石、晶体硅等均为原子晶体，非金属氧化物中的二氧化硅为原子
20、晶体，大多数金属氧化物不是分子晶体，只有含氧酸一定为分子晶体。5SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其进行下列推测，不正确的是()ASiCl4晶体是分子晶体B常温、常压下SiCl4是气体CSiCl4分子是由极性键形成的分子DSiCl4的熔点高于CCl4解析：选B。SiCl4的相对分子质量高于CCl4，熔、沸点应高于CCl4，常温二者均为液体。6下列分子晶体，关于熔、沸点高低的比较中正确的是()ACl2I2 BCCl4CF4CPH3NH3 DCO2H2O解析：选B。A项和B项分别是结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，A项错误，B项正确；C项，NH3分子间存在氢键，晶体的熔、沸点
21、较高，C项错误；D项可结合实际，CO2在常温下是气体，H2O在常温下是液体，H2O的熔、沸点高一些，D项错误。7下列事实与氢键有关的是()A水加热到很高的温度都难以分解BCH4、SiH4、GeH4、SnH4的沸点随相对分子质量的增大而升高CH2O、H2S、H2Se、H2Te 的热稳定性依次减弱D冰的密度比液态水小解析：选D。分子的稳定性取决于分子内部的共价键的强弱，与氢键无关，第A族的氢化物不能形成氢键，其沸点变化规律取决于相对分子质量，也与氢键无关。8HF分子晶体、NH3分子晶体与冰的结构极为相似，在HF分子晶体中，与HF分子距离最近的HF分子有几个()A3 B4C5 D12解析：选B。根据
22、HF分子晶体与冰结构相似可知，每个HF分子周围有4个HF分子与之距离最近，构成四面体，故B项正确。9某化学兴趣小组，在学习了分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：氯化物NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔点/80171219068782沸点/1 4651 418178571 600根据表中数据分析，属于分子晶体的是()ANaCl、MgCl2、CaCl2 BAlCl3、SiCl4CNaCl、CaCl2 D全部解析：选B。分子晶体中，分子与分子之间以分子间作用力相结合，而分子间作用力较弱，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔、沸点较低。表中NaCl、MgCl2、C
23、aCl2的熔、沸点很高，不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4的熔、沸点较低，应为分子晶体，所以B项正确，A、C、D项错误。10(1)Fe(CO)5 常温下呈液态，熔点为20.5 ，沸点为103 ，易溶于非极性溶剂，据此可判断 Fe(CO)5 晶体属于_(填晶体类型)。(2)三氯化铁常温下为固体，熔点为282 ，沸点为315 ，在300 以上易升华，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断三氯化铁晶体类型为_(填晶体类型)。解析：由于分子间作用力很弱，分子晶体汽化或熔融时，只需克服分子间的作用力，不破坏化学键，所以分子晶体一般具有较低的熔点和沸点，较小的硬度，易升华，有较强的挥发性等特
24、点。答案：(1)分子晶体(2)分子晶体11(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“”或“”)。CO2_SO2；NH3_PH3；O3_O2；Ne_Ar。(2)已知AlCl3的熔点为190 (2.202105Pa)，但它在180 即开始升华。请回答：AlCl3固体是_晶体；设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是_。解析：(1)各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔、沸点的判断规律，较容易比较四组物质熔、沸点的高低。(2)由AlCl3的熔点低以及在180 时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其熔融状态下是否导电，若不
25、导电则是共价化合物，若导电则是离子化合物。答案：(1)(2)分子在熔融状态下，检验AlCl3是否导电，若不导电则AlCl3是共价化合物能力提升12六氟化硫分子为正八面体构型(分子结构如图所示)，难溶于水，在高温下仍有良好的绝缘性，在电器工业方面具有广泛用途。下列推测正确的是()ASF6 各原子均达8电子稳定结构BSF6易燃烧生成SO2CSF6分子是含有非极性键的非极性分子DSF6是分子晶体解析：选D。据信息六氟化硫分子为正八面体构型知SF6为分子晶体；据信息六氟化硫分子在高温下仍有良好的绝缘性，说明SF6不易燃；据图知S原子不是8电子稳定结构。综上所述选D。13如图是某无机化合物的二聚分子，该
26、分子中A、B两种元素都是第三周期的元素，分子中所有原子的最外层都达到8电子的稳定结构。下列说法不正确的是()A该化合物的化学式是Al2Cl6B该化合物是离子化合物，在熔融状态下能导电C该化合物在固态时所形成的晶体是分子晶体D该化合物中不存在离子键，也不含有非极性共价键解析：选B。由A、B元素都在第三周期，并且所有原子最外层都达到8电子的稳定结构，可知A为Cl元素，B为Al元素，A正确；因是二聚分子，故其固态时形成分子晶体，B错误，C正确；该化合物中不含离子键，只含极性共价键，D正确。14(2017合肥高二检测)AB型化合物形成的晶体结构多种多样。如图所示的几种结构所表示的物质最有可能是分子晶体
27、的是()A BC D解析：选B。从各图中可以看出都不能再以化学键与其他原子结合，所以最有可能是分子晶体。15(1)德国和美国科学家制出了由20个碳原子构成的空心笼状分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成的(如图所示)。C20分子共有_个正五边形，共有_个共价键，C20晶体属于_晶体。(2)目前科学家拟合成一种“二重结构”的球形物质，即把足球形C60分子容纳在足球形Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合。下列关于这种物质的叙述不正确的是_(填序号)。A该物质是一种新型化合物B该物质是两种单质组成的混合物C该晶体属于分子晶体D该物质具有极高的熔、沸点解析：(1)根据“由20个
28、碳原子构成的空心笼状分子”可判断该物质一定是分子晶体。根据其结构可知每个碳原子形成3个CC键，每个共价键被2个碳原子共用，所以含有的共价键数是30。因为每个共价键被2个正五边形共用，所以平均每个正五边形含有的共价键数是2.5，故C20分子共有12个正五边形。(2)该物质是一种“二重结构”的球形物质，碳原子和硅原子间形成共价键，因此它是一种新型化合物，故A项正确、B项错误；该晶体是由分子构成的，属于分子晶体，熔、沸点较低，故C项正确，D项错误。答案：(1)1230分子(2)BD16水分子间存在一种“氢键”的作用(作用力介于范德华力与化学键之间)，彼此结合而形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个
29、水分子包围形成变形的正四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体。(1)1 mol 冰中有_mol“氢键”。(2)水蒸气中常含有部分(H2O)2，要确定(H2O)2的存在，可采用的方法是_。A把1 L水蒸气冷凝后与足量金属钠反应，测产生氢气的体积B把1 L水蒸气通过浓硫酸后，测浓硫酸增重的质量C该水蒸气冷凝后，测水的 pHD该水蒸气冷凝后，测氢氧原子个数比(3)水分子可电离生成两种含有相同电子数的粒子，其电离方程式为_。已知在相同条件下双氧水的沸点明显高于水的沸点，其可能原因是_。(4)在冰的结构中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接。在冰晶体中除氢键外，还存在范德华力(11 kJ/mol)。已知冰的升华热是 51 kJ/mol，则冰晶体中每个氢键的能量是_kJ/mol。答案：(1)2(2)AB(3)H2OH2OH3OOH双氧水分子之间存在更强烈的氢键作用(4)20
