1、第二节 分子晶体与原子晶体第 1 课时 分子晶体目标定位 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。一、干冰和冰的晶体结构1干冰晶胞结构如图所示，观察分析其结构模型，回答下列问题：(1)构成干冰晶体的结构微粒是 CO2 分子，微粒间的相互作用力是 范德华力。(2)从结构模型可以看出：干冰晶体是一种面心立方结构 每 8 个 CO2 分子构成立方体，在六个面的中心又各占据 1 个 CO2 分子。每个 CO2 分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2 分子有 12 个。每个晶胞中有 4 个 CO2 分子。2冰晶体的结构如下图所示。
2、根据冰晶体的结构，回答下列问题：(1)构成冰晶体的结构微粒是 H2O 分子，微粒间的相互作用力是范德华力、氢键。(2)在冰的晶体中，由于水分子之间存在具有方向性的氢键，迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的 4 个相邻水分子相互吸引，这样的排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。3干冰和冰的比较晶体 分子间作用力 结构特点 外观 硬度 熔点 密度干冰 范德华力1 个分子周围紧邻 12 个分子冰范德华力、氢键1 个分子周围紧邻 4 个分子相似 相似(小)干冰比冰低干冰比冰大分子晶体的理解(1)分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体叫分子晶体。如：干冰、碘晶体、冰等。构成
3、分子晶体的粒子只有分子。(2)常见的典型的分子晶体有所有非金属氢化物，如水、氨、甲烷等；部分非金属单质，如卤素、O 2、S8、P4、C60 等；部分非金属氧化物，如 CO2、SO3、P4O10 等；几乎所有的酸；绝大多数有机物的晶体。(3)两种典型的分子晶胞干冰型 堆积特征：分子密堆 积；冰型 堆积特征：四面体型。1下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是( )ANH 3、HD、C 10H8 BPCl 3、CO 2、H 2SO4CSO 2、SiO 2、P 2O5 DCCl 4、Na 2S、H 2O2答案 B解析 A 中 HD 是单质，不是化合物；C 中 SiO2为原子晶体，不是分子晶
4、体；D 中 Na2S 是离子晶体，不是分子晶体。2水分子间可通过氢键彼此结合而形成(H 2O)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(H 2O)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54答案 C解析 由图可知，每个水分子 (处于四面体的中心)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，所以每个
5、水分子形成的氢键数为4 2。12二、分子晶体的物理性质1分子晶体中粒子间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，因此，分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。2分子晶体熔、沸点高低的比较规律(1)分子晶体分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之 越低；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。(2)判断下列结论的正误，正确的打“” ，错误的打“”组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，物质的熔、沸点就越高()组成和结构不相似的物质(相对分子质量相近) ，分子极性越大，其熔、沸点就越高 ()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
6、升高()组成和结构不相似的物质，不能用相对分子质量大小比较分子间作用力的大小()3分子晶体在固态和熔融状态均不存在自由离子，因而不能导电，易溶于水的电解质在水中全部或部分电离而能够导电，不溶于水的物质或易溶于水的非电解质不能导电。分子晶体的物理特性(1)分子晶体具有熔、沸点 较低， 硬度较小，固态不导电等物理特性。所有在常温下呈气态的物质、常温下呈液态的物质(除汞外)、易升华的固体物质都属于分子晶体。(2)分子间作用力的大小决定分子晶体的物理性质。分子间作用力越大，分子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。3下列物质，按沸点降低顺序排列的一组是( )AHF 、 HCl、 HBr、HI BF 2、Cl
7、2、Br 2、I 2CH 2O、H 2S、 H2Se、H 2Te DCI 4、CBr 4、CCl 4、CF 4答案 D解析 A、C 中 HF 和 H2O 分子间含有氢键，沸点反常；对结构相似的物质，B 中沸点随相对分子质量的增加而增大；D 中沸点依次降低。4下列性质符合分子晶体特点的是( )熔点 1 070 ，易溶于水，水溶液能导电熔点 10.31 ，液态不导电，水溶液能导电能溶于 CS2，熔点 112.8 ，沸点 444.6 熔点 97.81 ，质软，导电，密度为 0.97 gcm3A B C D答案 B解析 本题考查分子晶体的性质。分子晶体中分子之 间是以分子 间作用力相结合的，分子晶体具
8、有低熔点、易升华、硬度小等性质。熔点高，不是分子晶体的性质；能导电，不是分子晶体的性质，该处所述是金属 钠的性质，故 选。1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其结构一定为分子密堆积答案 B解析 稀有气体元素组成的分子晶体中，不存在由多个原子 组成的分子，而是原子 间通过范德华力结合成晶体，所以不存在任何化学键， 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 N、O、F 原子结合的氢原子的分子之间或者分子之内， B 项正确、C 项错误；只存在范德华力的分
9、子晶体才采取分子密堆积的方式，D 选项错误。2干冰熔点很低是由于( )ACO 2 是非极性分子BC= =O 键的键能很小CCO 2 化学性质不活泼DCO 2 分子间的作用力较弱答案 D3SiCl 4 的分子结构与 CCl4 相似，对其进行的下列推测不正确的是( )ASiCl 4 晶体是分子晶体B常温、常压下 SiCl4 是气体CSiCl 4 的分子是由极性键形成的非极性分子DSiCl 4 的熔点高于 CCl4答案 B解析 由于 SiCl4 具有分子结构，所以一定属于分子晶体；影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，在这两种分子中都只有范德 华力， SiCl4 的相对分子质量大于 CCl
10、4，所以SiCl4 的分子 间作用力更大一些，熔、沸点更高一些； CCl4 的分子是正四面体 结构， SiCl4 与它结构相似，因此也应该是正四面体 结构，是含极性 键的非极性分子。4如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子有几个氢键( )A2 B4 C8 D12答案 A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，故其 氢键个数为 4 2。125(1)CO 能与金属 Fe 形成 Fe(CO)5，该化合物熔点为 253 K，沸点为 376 K，其固体属于_晶体。(2)F2 与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，例如 ClF3、Br
11、F 3 等。已知反应 Cl2(g)3F 2(g)=2ClF3(g) H313 kJmol1 ，F F 键的键能为 159 kJmol1 ，ClCl 键的键能为 242 kJmol1 ，则 ClF3 中 ClF 键的平均键能为_kJmol 1 。ClF 3 的熔、沸点比BrF3 的_( 填“高”或“低”)。答案 (1) 分子 (2)172 低解析 (1)该化合物熔点为 253 K，沸点 为 376 K，熔、沸点较低，所以为分子晶体。(2) 根据焓变的含 义可得：242 kJmol1 3159 kJmol1 6E ClF 313 kJmol1 ，解得ClF 键的平均键能 EClF 172 kJmo
12、l1 ；组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，所以 ClF3 的熔、沸点比 BrF3 的低。基础过关题组一 分子晶体及其判断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金属氧化物答案 C解析 非金属单质中的金刚石、非金属氧化物中的 SiO2 均为原子晶体；而金属氧化物通常为离子化合物，属离子晶体。2由解放军总装备部军事医学院研究所研制的小分子团水，解决了医务人员工作时的如厕难题。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。一次饮用 125 mL 小分子团水，可维持人体 6 小时正常需水量。
13、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、物理性质改变答案 D解析 小分子团水仍是以分子为基本单位组成的聚集体，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。3某化学兴趣小组，在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2熔点 / 801 712 190 68 782沸点 / 1 465 1 418 230 57 1 600根据这些数据分析，属于分子晶体的是( )AN
14、aCl、MgCl 2、CaCl 2 BAlCl 3、SiCl 4CNaCl、CaCl 2 D全部答案 B解析 由于由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间 作用力相互作用，而分子 间作用力较小，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，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2 熔、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AlCl 3、SiCl4 熔、沸点较低，应为分子晶体，B 项正确，A、C 、D 三项错误。题组二 分子晶体的性质及其应用4下列说法正确的是( )A分子晶体都具有分子密堆积的特征B分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高C分子晶体中，共价键键能越大，分子的熔、沸点越高D分
15、子晶体中，分子间作用力越大，分子越稳定答案 B解析 含有氢键的分子晶体不具有分子密堆积的特征，如冰，A 错误；分子晶体的熔、沸点高低与分子间作用力的大小有关，与化学 键的强弱无关， B 正确，C 错误；分子的稳定性与化学键的强弱有关，与分子间作用力的大小无关，D 错误。5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 个电子的稳定结构。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答案 B解析
16、由 A、B 元素都在第三周期，并且所有原子最外 层都达到 8 个电子的稳定结构，可知A 为 Cl 元素，B 为 Al 元素，故 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。题组三 冰和干冰的晶体结构6HF 分子晶体、NH 3 分子晶体与冰的结构极为相似，在 HF 分子晶体中，与 F 原子距离最近的 HF 分子有几个( )A3 B4 C5 D12答案 B解析 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 分子与之最近，构成四面体，故 B 项正确。7.中学教材上介绍的干冰晶体是一种立方面心结
17、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)22的 CO2 有( )A4 个 B8 个C12 个 D6 个答案 C解析 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 )22 1212 个。能力提升8正硼酸(H 3BO3)是一种片层状结构白色晶体，层内的 H3BO3 分子通过氢键相连(如下图)。下列有关说法正确的是 ( )A正硼酸晶体属于原子晶体BH 3BO3 分子的稳定性与氢键有关C分子中硼原子符合 8 电子稳定结构D含 1 mol H3B
18、O3 的晶体中有 3 mol 氢键答案 D解析 A 项，正硼酸属于分子晶体；B 项， H3BO3 分子稳定性与分子内部的共价键有关，与分子间的氢键无关；C 项，分子中的硼原子不符合 8 电子稳定结构；D 项， 中的 3 个氢均形成氢键。9晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C 60 晶胞结构如下图所示，下列说法正确的是( )AC 60 摩尔质量是 720BC 60 与苯互为同素异形体C在 C60 晶胞中有 14 个 C60 分子D每个 C60 分子周围与它距离最近等距离的 C60 分子有 12 个答案 D10下列分子晶体在熔化时，只破坏范德华力的是_(填序号，下同)，既破坏范德华力，又
19、破坏氢键的是_ 。H 2 O 2 P 4(白磷) SO 2 CO 2 H 2O2 HF H 2NCH2CH2COOH H 3PO4 C 2H6答案 解析 有氢键的分子晶体，其分子中 应含有 HF 键、HO 键、HN 键中的任意一个键，在熔化时其中的氢键被破坏。11据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似 C60 的物质 N60。已知：N 60 分子中每个氮原子均以 NN 键结合三个 N 原子而形成 8 电子稳定结构；NN 键的键能为 167 kJmol1 。请回答下列问题：(1)N60 分子组成的晶体为 _晶体，其熔、沸点比 N2_(填“高”或“低”)，原因是_。(2)1 mol N60 分解成
20、 N2 时吸收或放出的热量是_kJ(已知 NN 键的键能为 942 kJmol1 )，表明稳定性 N60_(填“” “Mr(N2)，故 N60 晶体中分子的范德华力比 N2 晶体大，N 60 晶体的熔、沸点比 N2 晶体高。(2)因每个氮原子形成三个 NN 键，每个 NN 键被 2 个 N 原子共用，故 1 mol N60 中存在NN 键：1 mol603 90 mol。发生的反应为 N60=30N2，故 H90167 12kJmol1 30942 kJmol 1 13 230 kJmol 1 N60。(3)由于反应放出大量的热同时生成大量气体，因此 N60 可用作高能炸药。12(1)水分子的
21、立体结构是_，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，其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心，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作用能为 18.5 kJmol1 ，而冰的熔化热为 5.0 kJmol1 ，这说明_。答案 (1)V 形 (或角形) 孤电子对 (2)8 碳原子与氧原子都为 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)冰熔化为液态水时只是破坏了
22、一部分氢键，也说明液态水中仍存在氢键13卤素互化物是指不同卤素原子之间以共价键结合形成的化合物，XX 型卤素互化物与卤素单质结构相似、性质相近。试回答下列问题：(1)如图是部分卤素单质和 XX型卤素互化物的熔点与其相对分子质量的关系图。它们的熔点随着相对分子质量的增大而升高，其原因是_。(2)卤素互化物可发生的反应：H2OBrCl =HBrOHClKBrBrCl =KClBr 2写出 KI 与 IBr 反应的化学方程式： _。若要验证反应能否发生，请你设计一个简单的实验：_。(3)试推测 ICl 的熔点所处的最小范围_。答案 (1)相对分子质量越大，分子间的作用力越强(2)KIIBr= =KB
23、rI 2 向反应物混合液中滴加几滴淀粉溶液，若变蓝，证明能反应，否则不能反应(3)介于 Br2 的熔点和 IBr 的熔点之间解析 (1)卤素单质及 XX型卤素互化物都是双原子分子，组成和结构相似，其相 对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。(2)主要考查学生运用信息、模拟信息的能力，KI IBr= =KBrI 2。欲验证反应能否发生，实际 上是证明是否有 I2 生成，检验 I2 生成的方法是向混合物中滴加几滴淀粉溶液，若变蓝，则反应能发生，否则，反应不能发生。(3)依据图像给出的信息，随着相对分子质量的增加，熔点逐渐升高，计算 ICl 的相对分子质量，最小范围介于 Br2 和 IBr 的熔点之 间。
