1、第二节分子晶体与原子晶体第1课时分子晶体1熟知分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体。2能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。分子晶体的概念和性质1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。(4)几乎所
2、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(1)分子晶体熔、沸点较低，硬度较小。(2)分子晶体不导电。(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律。正误判断(正确的打“”，错误的打“”，并阐释错因或列举反例)。语句描述正误阐释错因或列举反例(1)分子晶体中，一定存在共价键和分子间作用力(2)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(3)干冰晶胞中含有4个CO2分子(4)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大(5)水分子间存在着氢键，故水分子较稳定答案：(1)稀有气体的晶
3、体如氦中无共价键(2)(3)(4)分子晶体熔、沸点的高低取决于分子间作用力的大小(5)水分子的稳定性取决于氧氢键键能的大小，与氢键无关 题组一分子晶体的概念1下列说法中错误的是()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
4、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。 题组二分子晶体的物理性质3(2019贵州思南中学高二月考)医院在进行外科手术时，常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂，已知HgCl2有如下性质： HgCl2晶体熔点较低；HgCl2熔融状态下不导电；HgCl2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl2的叙述中正确的是()AHgCl2晶体属于分子晶体BHgCl2属于离子化合物CHgCl2
5、属于电解质，且属于强电解质DHgCl2属于非电解质解析：选A。由HgCl2的性质可知，HgCl2晶体属于分子晶体，HgCl2属于共价化合物，是弱电解质。4下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是()HClHBrHICON2H2ABC 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，极性越强，熔、沸点越高，故。5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
6、的高解析：选B。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，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；金刚石和晶体硅熔化需破坏共价键，键能：CC键SiSi键，所以金刚石的熔点高于晶体硅。分子晶体熔、沸点高低的判断(1)组成和结构相似、不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越强，熔、沸点越高。如I2Br2Cl2F2，HIHBrHCl。(2)组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)
7、，分子的极性越大，熔、沸点越高。如CH3OHCH3CH3。(3)含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常升高。如H2OH2TeH2SeH2S。(4)对于有机物中的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如CH3CH2CH2CH2CH3(5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加，熔、沸点升高。如C2H6CH4，C2H5ClCH3Cl，CH3COOHHCOOH。典型的分子晶体(冰、干冰)的结构和性质1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)结构：冰晶
8、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)性质：由于氢键具有方向性，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)结构：固态CO2称为干冰，干冰也是分子晶体。CO2分子内存在
9、C=O共价键，分子间存在范德华力，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)性质：干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，熔点却比冰低得多；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。正误判断(正确的打“”，错误的打“”，并阐释错因或列举反例)。语句描述正误阐释错因或列举反例(1)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体(2)冰晶体中每个水分子周围只有12个紧邻的水分子(3)
10、干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华(4)干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子答案：(1)冰晶体中含有氢键，采取非密堆积方式(2)冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子(3)(4)1水分子间可通过氢键彼此结合而形成(H2O)n，在冰中n值为5，即每个水分子被其他4个水分子包围形成变形四面体，如图所示为(H2O)5单元，由无限个这样的四面体通过氢键构成一个庞大的分子晶体，即冰。下列有关叙述正确的是()A1 mol冰中含有4 mol氢键B1 mol冰中含有45 mol氢键C平均每个水分子只含有2个氢键D平均每个水分子只含有个氢键解析：选C。由题图可知，每个水分子(处于四
11、面体的中心)与4个水分子(处于四面体的四个顶点)形成四个氢键，因为每个氢键都是由2个水分子共同形成的，所以平均每个水分子形成的氢键数为42。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。题图中在每个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。3(1)如图为干冰的晶体结构示意图。通过观察分析，有_种取向不同的CO2分子。将CO2分子视作质点，设晶胞边长为a pm，则紧邻的两个CO2分子的距离
12、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CO2分子，两者的距离为面对角线的一半，即a pm。在冰晶体中，水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
13、子的空间利用率较小，密度较小。答案：(1)4a(2)氢键范德华力方向4四面体较小小学习小结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、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。3.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。课后达标检测一、选择题1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
14、化硅为原子晶体，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。2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。3新型小分子团水具有饮用量少、渗透力强、生物利用率高、在人体内储存时间长、排放量少的特点。下列关于小分子团水的说法正确的是()A水分子的化学性质改变B水分子中的氢氧键缩短C水分子间的作用力减小D水分子间结构、物理性质改变解析：选D。小分子团水仍是以分子为基本单位组成的聚集体
15、，所以分子结构并没有改变，分子中的氢氧键并没有缩短，化学性质更不会改变。它改变的是分子间的结构，分子间作用力增强，物理性质改变。4SiCl4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、常压下二者均为液体。5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
16、。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。6(2019哈尔滨高二检测)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、C10
17、H8BPCl3、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。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，与氢键无关。8HF分子晶体、NH3分子晶体与冰的结构极为
18、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，分子之间以分子间作用力相结合，而分子间作
19、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、CaCl2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；SF6中S为6价，不能和氧气反应生成SO2；据图知S原子不是8电
20、子稳定结构。综上所述选D。11如图是某无机化合物的二聚分子，该分子中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Al元素，B为Cl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。12(2019临沂高二检测)AB型化合物形成的晶体
21、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。二、非选择题13(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)。(3)已知AlCl3的熔点为190 (2.202105 Pa)，但它在180 即开始升华。请回答：AlCl3固
22、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：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点。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，若不导电则是共价化合物，若导电则是离子化合物。答案：(1)分子晶体(2)分子晶体(3)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14水分子间存在一种“氢键”的作用(作用
23、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
24、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)2015(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
25、质的叙述不正确的是_(填编号)。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)BD