人教版高中化学选择性必修2第三章晶体结构与性质第二节第1课时分子晶体学案
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| 名称 | 人教版高中化学选择性必修2第三章晶体结构与性质第二节第1课时分子晶体学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 810.3KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-03-10 17:34:57 | ||
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文档简介
第二节 分子晶体与共价晶体
第1课时 分子晶体
[课程标准] 1.能结合实例描述分子晶体中微粒排列的周期性规律。 2.知道分子晶体中物质的聚集状态会影响物质的性质。 3.能借助冰、干冰等模型认识分子晶体中的微粒特点及其微粒间的相互作用。
任务一 分子晶体
表一 几种分子晶体的熔点、沸点
分子晶体 熔点/℃ 沸点/℃
CF4 －183.6 －128
CCl4 －22.9 76.7
CBr4 90 190.5
表二 几种氯化物的熔点、沸点
氯化物 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔点/℃ 801 712 190 －68 782
沸点/℃ 1 413 1 418 178 (升华) 57 1 600
问题1：结合表一中的已知数据，思考影响三种分子晶体熔点、沸点高低的因素是什么？
问题2：分析固态的HF与HCl、丙烷与丁烷的熔点、沸点高低情况。
问题3：根据表二中的数据信息，你认为属于分子晶体的是哪些物质？说明判断的理由。
问题4：含有金属元素的化合物一定不是分子晶体吗？
提示：问题1：结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，晶体熔点、沸点越高。
问题2：因为HF分子晶体中存在氢键，所以HF的熔点、沸点大于HCl的；因为丁烷的相对分子质量大于丙烷的，所以丙烷的熔点、沸点小于丁烷的。
问题3：属于分子晶体的是AlCl3、SiCl4；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，故分子晶体的熔点、沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2的熔点、沸点较高，很明显不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4的熔点、沸点较低，应为分子晶体。
问题4：不一定，如氯化铝，属于分子晶体。
1．分子晶体的结构特点
(1)构成微粒及微粒间的作用力
(2)特征性质
分子晶体熔点低，硬度很小，不导电。
2．常见的典型分子晶体
(1)所有非金属氢化物，如H2O、NH3、CH4、HX(卤化氢)等。
(2)部分非金属单质，如X2(卤素单质)、O2、H2、S8、P4、C60等。
(3)部分非金属氧化物，如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。
(4)几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。
(5)绝大多数有机物，如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。
(6)稀有气体。
3．分子晶体的物理性质
(1)分子晶体熔、沸点较低，硬度很小。
(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。
1．正误判断，错误的说明原因。
(1)分子晶体中一定存在共价键。
答案：错误，分子晶体中不一定存在共价键，如He、Ne、Ar等稀有气体形成的分子晶体中只存在分子间作用力，不存在任何化学键。
(2)稀有气体的组成微粒是原子，属于共价晶体，不存在分子间作用力。
答案：错误，稀有气体的晶体属于分子晶体，存在分子间作用力。
(3)分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定。
答案：错误，分子晶体的稳定性与共价键的强弱有关，与分子间作用力的大小无关。
(4)分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定越高。
答案：错误，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力的大小有关，与共价键的强弱无关。
2．(1)下列关于CH4和CO2的说法正确的是________(填字母)。
a．固态CO2属于分子晶体
b．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2
c．CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp
(2)ClF3的熔、沸点比BrF3的________(填“高”或“低”)。
答案：(1)ac (2)低
解析：(1)固态CO2由CO2分子构成，为分子晶体，a正确；固态CH4、固态CO2均为分子晶体，熔点由分子间作用力强弱决定，与键能大小无关，b错误；CH4中C的杂化类型为sp3，CO2中C的杂化类型为sp，c正确。
(2)ClF3和BrF3是组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。
任务二 两种典型的分子晶体
常温下，液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0 ℃以下，水凝结为冰，其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。
问题1：冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用？
问题2：冰融化成水时破坏的作用力是什么？
问题3：电解水生成氢气和氧气时破坏的作用力是什么？
问题4：为什么干冰的熔点比冰低而密度却比冰大？
问题5：硫化氢和水分子结构相似，但硫化氢晶体中，一个硫化氢分子周围有12个紧邻分子，而冰中一个水分子周围只有4个紧邻分子，这是为什么？
提示：问题1：共价键、氢键、范德华力。
问题2：氢键和范德华力。
问题3：共价键。
问题4：冰中水分子间除了范德华力外还有氢键作用，而干冰中CO2分子间只有范德华力，所以冰的熔点比干冰高。由于水分子间形成的氢键具有方向性，导致冰晶体不具有分子密堆积特征，晶体中有较大的空隙，所以冰的密度较小。干冰中CO2分子采取密堆积方式形成晶体，所以干冰的密度较大。
问题5：冰晶体中水分子间存在氢键，由于氢键具有方向性，这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，因此，冰中1个水分子周围只有4个紧邻分子，而硫化氢分子之间没有氢键，只有范德华力，范德华力无饱和性与方向性，能够形成分子密堆积，因此，一个硫化氢分子周围有12个紧邻分子。
1．分子晶体的常见堆积方式
分子间作用力 堆积方式 实例
范德华力 分子采用密堆积，每个分子周围有12个紧邻的分子 如C60、干冰、I2、O2
范德华力、氢键 分子不采用密堆积，每个分子周围紧邻的分子少于12个 如HF、NH3、冰
2.两种典型的分子晶体
(1)冰(分子非密堆积形式)
①冰中水分子之间的相互作用力除范德华力外还有氢键，冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。
③氢键的方向性→1个水分子与周围4个水分子相结合→水分子间的氢键H—O…H较长→分子间距离增大并在水分子间留有空隙→冰的密度比液态水的小。
当冰刚刚融化为液态水时冰的结构部分解体→水分子间的空隙减小→密度反而增大。
超过4 ℃时分子间距离加大→密度渐渐减小。
④为什么水在4 ℃时的密度最大？
氢键的存在迫使在四面体中心的水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一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，其密度比液态水小。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大。超过4 ℃时，由于热运动加剧，分子间距离加大，密度逐渐减小，所以4 ℃时水的密度最大。
(2)干冰(分子密堆积形式)
①分子间作用力为范德华力。
②CO2的晶胞类型为面心立方结构。
④每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个(同层、上层、下层各4个)。
⑤无数个CO2晶胞在空间“无隙并置”形成CO2晶体。
1．正误判断，错误的说明原因。
(1)冰晶体融化时水分子中共价键发生断裂。
答案：错误，冰晶体融化时断裂的是范德华力和氢键。
(2)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体。
答案：错误，干冰是由分子密堆积形成的晶体，冰里面存在着氢键，具有方向性和饱和性，所以冰不是由分子密堆积形成的晶体。
(3)干冰比冰的熔点低很多，常压下易升华。
答案：正确。
(4)干冰晶体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：正确。
2．如图所示，甲、乙、丙分别表示C、二氧化碳、碘晶体的晶胞结构模型。
请回答下列问题：
(1)C60的熔点为280 ℃，从晶体类型来看，C60属____________晶体。
(2)二氧化碳晶胞中显示出的二氧化碳分子数为14，实际上一个二氧化碳晶胞中含有____________个二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ键与π键的个数比为____________。
(3)①碘晶体属于____________晶体。
②碘晶体熔化过程中克服的作用力为____________。
③假设碘晶胞中长方体的长、宽、高分别为a cm、b cm、c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘晶体的密度为____________ g·cm－3。
答案：(1)分子 (2)4 1∶1 (3)①分子 ②分子间作用力 ③
解析：(1)C60有固定的组成，不属于空间网状结构，熔、沸点远低于金刚石的熔、沸点，应为分子晶体；
(2)二氧化碳的晶胞中，二氧化碳分子分布于晶胞的顶点和面心位置，则晶胞中含有二氧化碳的分子数为8×＋6×＝4，二氧化碳的分子结构为O===C===O，每个分子中含有2个σ键和2个π键，所以σ键与π键的个数比为1∶1；
(3)观察碘晶胞不难发现，一个晶胞中含有碘分子数为8×＋6×＝4，即含有8个碘原子。一个晶胞的体积为abc cm3，其质量为 g，则碘晶体的密度为 g·cm－3。
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．碘晶体升华时破坏了共价键
C．几乎所有的酸都属于分子晶体
D．稀有气体中只含原子，但稀有气体的晶体属于分子晶体
答案：B
解析：A.分子晶体是分子通过相邻分子间的作用力形成的，只含分子的晶体一定是分子晶体，故A正确；B.碘晶体属于分子晶体，升华时破坏了分子间作用力，故B错误；C.几乎所有的酸都是由分子构成的，故几乎所有的酸都属于分子晶体，故C正确；D.稀有气体是由原子直接构成的，只含原子，但稀有气体的晶体属于分子晶体，故D正确。故选B。
2．下列叙述正确的是( )
A．由分子构成的物质其熔点一般较低
B．分子晶体在熔化时，共价键被破坏
C．分子晶体中分子间作用力越大，其化学性质越稳定
D．物质在溶于水的过程中，化学键一定会被破坏或改变
答案：A
解析：分子晶体熔化时共价键未被破坏，B错误；分子晶体的稳定性与共价键有关，C错误；物质溶于水，化学键不一定被破坏或改变，例如蔗糖溶于水，D错误。
3．下列说法正确的是( )
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
答案：D
解析：A中C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子间可形成氢键，其熔点比甲酸甲酯高；C中HCl溶于水破坏的是共价键。
4．(1)水分子间存在一种“氢键”(介于范德华力与化学键之间)的作用，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，其结构示意图如图(1)表示：
①1 mol冰中有________ mol 氢键。
②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－1)。已知冰的升华热是51 kJ·mol－1，则冰晶体中氢键的能量是________kJ ·mol－1。
③氨气极易溶于水的原因之一也与氢键有关。请判断NH3溶于水后，形成的NH3·H2O的合理结构是__________[填图(2)中的字母]。
(2)图(3)折线c可以表达出第________族元素氢化物的沸点的变化规律。两位同学对某主族元素氢化物的沸点的变化趋势画出了两条折线a和b，你认为正确的是：________(填“a”或“b”)；部分有机物的熔、沸点见下表：
烃 CH4 CH3CH3 CH3(CH2)2CH3
沸点/℃ －164 －88.6 －0.5
硝基 苯酚
熔点/℃ 45 96 114
由这些数据你能得出的结论是：______________________，______________________(至少写2条)。
答案：(1)①2 ②20 ③b (2)ⅣA b 有机物相对分子质量越大，分子间作用力越强，故沸点越高 当有机物能形成分子内氢键时，分子间作用力减弱，熔点变低(或当分子间能形成氢键时，分子间作用力增强，熔点升高)
解析：(1)①根据冰的结构示意图，每个H2O分子通过氢键与4个H2O分子结合，平均每个H2O分子含有氢键数目为4×＝2个，故1 mol冰中含2 mol氢键；
②冰的升华热是51 kJ/mol，水分子间还存在范德华力(11 kJ/mol)，1 mol水中含有2 mol氢键，升华热＝范德华力＋氢键，所以冰晶体中氢键的“键能”是20 kJ/mol；
③NH3溶于水后，形成的NH3·H2O中，NH3·H2O的电离方程式为NH3·H2ONH＋OH－，可知结构中含有铵根和氢氧根的基本结构，NH3·H2O的合理结构是b；
(2)折线a和b都有沸点先小后大，则开始物质的沸点高，与氢键有关，而a中原子序数大的氢化物沸点高于含氢键的物质，与事实不符，故a错误，b正确；只有c曲线中的物质间没有氢键，则c为碳族元素氢化物，即折线c可以表达出第ⅣA族元素氢化物的沸点的变化规律；根据表中所给的物质可以看出：有机物的相对分子质量越大、分子间作用力越强，沸点越高，并且当有机物能形成分子内氢键时，分子间作用力减弱，熔点变低；当分子间能形成氢键时，分子间作用力增强，熔点升高。
课时测评17 分子晶体
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
题点一 分子晶体的结构和组成
1．下列有关说法正确的是( )
A. 分子晶体中只存在范德华力
B．分子晶体熔化时共价键断裂
C．分子晶体中氢键越强，分子越稳定
D．分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键
答案：D
解析：A.分子晶体中除存在分子间作用力，还可能存在氢键，故A错误；B.分子晶体熔化时破坏范德华力或氢键，故B错误；C.分子稳定性与共价键的键能有关，键能越大分子越稳定，故C错误；D.稀有气体只有分子间作用力，无化学键，故D正确；故选D。
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( )
A．NH3、P4、C10H8 B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、H2O、Na2O2
答案：B
解析：A中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C中，SiO2不是分子晶体；D中，Na2O2是离子化合物。
3．下列说法正确的是( )
A．冰融化时，分子中H—O键发生了断裂
B．分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定
C．分子晶体中，分子间作用力越强，晶体的熔点就越高
D．分子晶体中，共价键越强，晶体的熔点就越高
答案：C
解析：冰融化时发生物理变化，不破坏化学键，分子中H—O键不发生断裂，A错误；分子晶体中，分子间作用力越大，对应物质的熔、沸点越高，而分子的稳定性与分子内化学键强弱有关，与分子之间的作用力大小无关，B错误；分子晶体中分子间作用力越强，熔点越高，共价键越强，则分子越稳定，C正确，D错误；故选C。
题点二 常见的分子晶体
4．某课题点发现水团簇最少需要21个水分子才能实现溶剂化，即1个水分子周围至少需要20个水分子，才能将其“溶解”(“溶解”时，水团簇须形成四面体)。下列叙述正确的是( )
A．中水分子之间的作用力主要是范德华力
B．和互为同系物
C．加热变为还破坏了极性键
D．晶体属于分子晶体
答案：D
解析：A.(H2O)21中水分子之间的作用力主要是氢键，故A错误；B.同系物是指结构相似，组成上相差一个或若干个CH2基团的物质，故B错误；C.加热变为破坏的是氢键，没有破坏极性键，故C错误；D.是由多个水分子形成的分子晶体，故D正确；故答案为D。
5. 干冰(固态二氧化碳)在－78 ℃时可直接升华为气体，其晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是( )
A．每个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子
B．每个晶胞中含有4个CO2分子
C．干冰晶体不是分子晶体
D．干冰升华时需克服分子间作用力
答案：C
解析：A项，干冰晶体为分子密堆积，二氧化碳的配位数为12，即每个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子，故A正确；B项，CO2分子在晶胞的顶点和面心，顶点上的CO2分子被8个晶胞共有，面心上的CO2分子被2个晶胞共有，所以每个晶胞中含有8×＋6×＝4个CO2分子，故B正确；C项，干冰晶体是由CO2分子通过分子间作用力结合而成的，为分子晶体，故C错误；D项，干冰晶体是由CO2分子通过分子间作用力结合而成的，升华时需克服分子间作用力，故D正确；故选C。
6．下列有关冰和干冰的叙述中不正确的是( )
A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体
B．冰是由氢键形成的晶体，每个水分子周围有4个紧邻的水分子
C．干冰的熔点比冰的熔点低得多，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
答案：A
解析：A.干冰是由分子密堆积形成的晶体，冰晶体中水分子间采用非紧密堆积的方式形成晶体，A错误；B.冰晶体中水分子间除了范德华力之外还有氢键，由于氢键具有方向性，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，B正确；C.干冰熔化时只克服范德华力，而冰熔化需要克服范德华力和氢键，氢键的能量比范德华力大得多，所以干冰的熔点比冰的熔点低得多，且常压下易升华，C正确；D.干冰晶体中CO2分子间只存在范德华力，分子采用紧密堆积方式，一个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子，D正确；故选A。
题点三 分子晶体的性质与应用
7．有四组同一族元素所形成的不同物质，在101 kPa时测定它们的沸点(℃)如下表所示：
第一组 A －268.8 B －249.5 C －185.8 D －151.7
第二组 F2 －187.0 Cl2 －33.6 Br2 58.7 I2 184.0
第三组 HF 19.4 HCl －84.0 HBr －67.0 HI －35.3
第四组 H2O 100.0 H2S －60.2 H2Se －42.0 H2Te －1.8
下列各项判断正确的是( )
A．第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子中化学键键能最大
B．第三组与第四组相比较，化合物的稳定性：HBr>H2Se
C．第三组物质溶于水后，溶液的酸性：HF>HCl>HBr>HI
D．第一组物质是分子晶体，一定含有共价键
答案：B
解析：第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子之间可以形成氢键，A错误；Se和Br同为第四周期元素，Br的非金属性较强，故氢化物的稳定性HBr>H2Se，B正确；第三组物质溶于水后，HF溶液的酸性最弱，C错误；第一组物质是分子晶体，但分子中不一定含有共价键，如稀有气体分子中无共价键，D错误。
8．C60分子和C60晶胞示意图如图所示。下列关于C60晶体的说法中不正确的是( )
A．C60晶体可能具有很高的熔、沸点
B．C60晶体可能易溶于四氯化碳中
C．C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240
D．C60晶体中每个C60分子与12个C60分子紧邻
答案：A
解析：构成C60晶体的基本微粒是C60分子，因此C60晶体是分子晶体，不可能具有很高的熔、沸点，A错误；由于C60是非极性分子，根据“相似相溶”原理，其可能易溶于四氯化碳中，B正确；每个C60的晶胞中含有的C60分子个数为8×＋6×＝4，因此含有的碳原子数为4×60＝240，C正确；如果以晶胞中一个顶点的C60分子为研究对象，则共用这个顶点的三个面的面心的C60分子与其距离最近且相等，有×8＝12个，D正确。
9．我国科学家研制出一种催化剂，能在室温下高效催化空气中甲醛的氧化，其反应如下：HCHO＋O2CO2＋H2O。下列有关说法正确的是( )
A．干冰晶体中，一个CO2分子周围紧邻的CO2分子有6个
B．沸点：干冰＜冰；密度：干冰＜冰
C．每转移0.4×6.02×1023个电子，消耗2.24 L O2
D．HCHO和H2O形成分子间氢键是HCHO易溶于水的重要原因
答案：D
解析：A.干冰晶体中，以顶点上的CO2分子为例，每个CO2分子周围距离最近的CO2分子分布在皆经过这个顶点的各个面的面心上，这样的面共有12个，所以一个CO2 分子周围有12个CO2分子紧邻，故A错误；B.冰分子间含有氢键，干冰分子之间只存在范德华力，氢键比范德华力强，故晶体的沸点：冰＞干冰，水分子间存在氢键，且氢键有方向性，导致水分子形成冰时存在较大的空隙，密度比水小，干冰分子之间只存在范德华力，形成的分子晶体是密堆积，密度比水大，所以密度：干冰＞冰，故B错误；C.未指明标准状况，无法计算气体体积，故C错误；D.氧元素电负性很强，甲醛中氧元素与水可以形成氢键，所以HCHO易溶于水，故D正确；故选D。
10. 甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( )
A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子
B．晶体中1个CH4分子有8个紧邻的CH4分子
C．甲烷晶体熔化时需克服共价键
D．1个CH4晶胞中含有4个CH4分子
答案：D
解析：题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错误；由甲烷晶胞可知，位于晶胞顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在晶胞的面上，因此每个都被2个晶胞共用，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×＝12，B错误；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C错误；甲烷晶胞中甲烷分子的个数为8×＋6×＝4，D正确。
11． 在干冰晶体中每个CO2分子周围紧邻的 CO2分子有__________个，在晶体中截取一个最小的正方形；使正方形的四个顶点都落到CO2分子的中心，则在这个正方形的平面上有__________个CO2分子。
答案：12 4
解析：以右下角CO2分子为研究对象：与其紧邻的为面心上的3个CO2分子，而CO2分子被8个这样的立方体所共有，故有3×8＝24个。又考虑到面心上的 CO2被2个这样的立方体共有，故＝12个。由CO2晶体模型分析得出，符合题意的最小正方形即模型的对角面的一半，不难看出有4个CO2分子。
12．(1)比较下列物质熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。
①CO2________SO2；②NH3________PH3；
③O3________O2；④Ne________Ar；
⑤CH3CH2OH________CH3OH；
⑥CO________N2。
(2)已知AlCl3的熔点为190 ℃，但它在180 ℃即开始升华。请回答：
①AlCl3固体是________晶体。
②设计实验判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物：________________________________。
答案：(1)①＜ ②＞ ③＞ ④＜ ⑤＞ ⑥＞
(2)①分子 ②在熔融状态下，验证其是否导电，若不导电则是共价化合物，导电则是离子化合物
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，可比较六组物质熔、沸点的高低。(2)①由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华可判断AlCl3固体为分子晶体。②要验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其在熔融状态下是否导电，不导电则是共价化合物，导电则是离子化合物。
13．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)2。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体。
(1)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____________________(填字母)。
A．标准状况下把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．标准状况下把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pH
D．该水蒸气冷凝后，测氢氧原子个数比
(2)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____________________________________________________________________。
答案：(1)AB (2)H2O＋H2O??H3O＋＋OH－ 双氧水分子之间存在更强烈的氢键作用
解析：(1)A项，该物质也能与金属钠反应产生氢气，1 L水蒸气冷凝后与足量金属钠反应，若混有该物质，由于(H2O)2也能生成氢气，且一分子(H2O)2生成1分子氢气，所以产生氢气体积多，正确；B项，该物质也能被浓硫酸吸收，若1 L水蒸气通过浓硫酸后，由于相对H2O而言，(H2O)2的相对分子质量大，所以分子数目相同时，浓硫酸增重的质量大，说明存在该物质，正确；C项，该物质的pH也等于7，无论该物质是否存在，pH都等于7，错误；D项，该物质的分子中氢氧原子个数比仍为2∶1，无论是否存在，氢氧原子个数比不变，错误。(2)双氧水的相对分子质量比水的相对分子质量稍大，但题中强调双氧水的沸点明显高于水，因此可判断双氧水分子之间存在着更为强烈的氢键作用。
14．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：①N60分子中每个氮原子均以N—N结合三个N原子而形成8电子稳定结构；
②N—N键的键能为167 kJ·mol－1。
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N2时________(填“吸收”或“放出”)的热量是________ kJ(已知N≡N键的键能为942 kJ·mol－1)，表明稳定性N60________(填“＞”、“＜”或“＝”)N2。
(3)由(2)列举N60的用途(举一种)：________________________________________。
答案：(1)分子 高 N60、N2均形成分子晶体，且N60的相对分子质量大，分子间作用力大，故熔、沸点高 (2)放出 13 230 ＜ (3)N60可作高能炸药(其他合理答案也可)
解析：(1)N60、N2形成的晶体均为分子晶体，因Mr(N60)＞Mr(N2)，故N60晶体中分子间的范德华力比N2晶体大，N60晶体的熔、沸点比N2晶体高。(2)因N60中每个氮原子形成三个N—N键，每个N—N键被2个N原子共用，故1 mol N60中存在N—N键：1 mol×60×3×＝90 mol。发生的反应为N60===30N2，故ΔH＝90 mol×167 kJ·mol－1－30 mol×942 kJ·mol－1＝－13 230 kJ＜0，为放热反应，表明稳定性：N2＞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。
15．(1)在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是__________，还有__________，由于该主要作用力与共价键一样具有__________性，故1个水分子周围只有__________个紧邻的水分子，这些水分子位于__________的顶点。这种排列方式使冰晶体中水分子的空间利用率__________(填“较高”或“较低”)，故冰的密度比水的密度要__________(填“大”或“小”)。
(2)现有甲、乙、丙(如图)三种晶体的晶胞(甲中x处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中心)，可推知：甲晶胞中x与y的个数比是__________，乙晶胞中a与b的个数比是__________，丙晶胞中有__________个c离子，有__________个d离子。
答案：(1)氢键 范德华力 方向 4 四面体 较低 小
(2)4∶3 1∶1 4 4
解析：(1)由于O的电负性较强，水形成冰晶体是通过氢键作用的，水分子间还有范德华力，氢键和共价键一样都具有方向性和饱和性，每个水分子可与周围4个水分子以氢键结合，这些水分子位于四面体的顶点，采取非紧密堆积的方式，空间利用率小，密度小。(2)根据题中各晶胞结构图结合均摊法可知，甲图中每个晶胞中含有的x原子数为1，y原子数为6×＝，所以x∶y＝4∶3；乙图中每个晶胞中含有的a原子数为1，b原子数为8×＝1，所以a∶b＝1∶1；丙图中每个晶胞中含有的c离子数为1＋12×＝4，d离子数为8×＋6×＝4。
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第1课时 分子晶体
[课程标准] 1.能结合实例描述分子晶体中微粒排列的周期性规律。 2.知道分子晶体中物质的聚集状态会影响物质的性质。 3.能借助冰、干冰等模型认识分子晶体中的微粒特点及其微粒间的相互作用。
任务一 分子晶体
表一 几种分子晶体的熔点、沸点
分子晶体 熔点/℃ 沸点/℃
CF4 －183.6 －128
CCl4 －22.9 76.7
CBr4 90 190.5
表二 几种氯化物的熔点、沸点
氯化物 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔点/℃ 801 712 190 －68 782
沸点/℃ 1 413 1 418 178 (升华) 57 1 600
问题1：结合表一中的已知数据，思考影响三种分子晶体熔点、沸点高低的因素是什么？
问题2：分析固态的HF与HCl、丙烷与丁烷的熔点、沸点高低情况。
问题3：根据表二中的数据信息，你认为属于分子晶体的是哪些物质？说明判断的理由。
问题4：含有金属元素的化合物一定不是分子晶体吗？
提示：问题1：结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，晶体熔点、沸点越高。
问题2：因为HF分子晶体中存在氢键，所以HF的熔点、沸点大于HCl的；因为丁烷的相对分子质量大于丙烷的，所以丙烷的熔点、沸点小于丁烷的。
问题3：属于分子晶体的是AlCl3、SiCl4；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，故分子晶体的熔点、沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2的熔点、沸点较高，很明显不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4的熔点、沸点较低，应为分子晶体。
问题4：不一定，如氯化铝，属于分子晶体。
1．分子晶体的结构特点
(1)构成微粒及微粒间的作用力
(2)特征性质
分子晶体熔点低，硬度很小，不导电。
2．常见的典型分子晶体
(1)所有非金属氢化物，如H2O、NH3、CH4、HX(卤化氢)等。
(2)部分非金属单质，如X2(卤素单质)、O2、H2、S8、P4、C60等。
(3)部分非金属氧化物，如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。
(4)几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。
(5)绝大多数有机物，如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。
(6)稀有气体。
3．分子晶体的物理性质
(1)分子晶体熔、沸点较低，硬度很小。
(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。
1．正误判断，错误的说明原因。
(1)分子晶体中一定存在共价键。
答案：错误，分子晶体中不一定存在共价键，如He、Ne、Ar等稀有气体形成的分子晶体中只存在分子间作用力，不存在任何化学键。
(2)稀有气体的组成微粒是原子，属于共价晶体，不存在分子间作用力。
答案：错误，稀有气体的晶体属于分子晶体，存在分子间作用力。
(3)分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定。
答案：错误，分子晶体的稳定性与共价键的强弱有关，与分子间作用力的大小无关。
(4)分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定越高。
答案：错误，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力的大小有关，与共价键的强弱无关。
2．(1)下列关于CH4和CO2的说法正确的是________(填字母)。
a．固态CO2属于分子晶体
b．因为碳氢键键能小于碳氧键，所以CH4熔点低于CO2
c．CH4和CO2分子中碳原子的杂化类型分别是sp3和sp
(2)ClF3的熔、沸点比BrF3的________(填“高”或“低”)。
答案：(1)ac (2)低
解析：(1)固态CO2由CO2分子构成，为分子晶体，a正确；固态CH4、固态CO2均为分子晶体，熔点由分子间作用力强弱决定，与键能大小无关，b错误；CH4中C的杂化类型为sp3，CO2中C的杂化类型为sp，c正确。
(2)ClF3和BrF3是组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。
任务二 两种典型的分子晶体
常温下，液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0 ℃以下，水凝结为冰，其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。
问题1：冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用？
问题2：冰融化成水时破坏的作用力是什么？
问题3：电解水生成氢气和氧气时破坏的作用力是什么？
问题4：为什么干冰的熔点比冰低而密度却比冰大？
问题5：硫化氢和水分子结构相似，但硫化氢晶体中，一个硫化氢分子周围有12个紧邻分子，而冰中一个水分子周围只有4个紧邻分子，这是为什么？
提示：问题1：共价键、氢键、范德华力。
问题2：氢键和范德华力。
问题3：共价键。
问题4：冰中水分子间除了范德华力外还有氢键作用，而干冰中CO2分子间只有范德华力，所以冰的熔点比干冰高。由于水分子间形成的氢键具有方向性，导致冰晶体不具有分子密堆积特征，晶体中有较大的空隙，所以冰的密度较小。干冰中CO2分子采取密堆积方式形成晶体，所以干冰的密度较大。
问题5：冰晶体中水分子间存在氢键，由于氢键具有方向性，这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，因此，冰中1个水分子周围只有4个紧邻分子，而硫化氢分子之间没有氢键，只有范德华力，范德华力无饱和性与方向性，能够形成分子密堆积，因此，一个硫化氢分子周围有12个紧邻分子。
1．分子晶体的常见堆积方式
分子间作用力 堆积方式 实例
范德华力 分子采用密堆积，每个分子周围有12个紧邻的分子 如C60、干冰、I2、O2
范德华力、氢键 分子不采用密堆积，每个分子周围紧邻的分子少于12个 如HF、NH3、冰
2.两种典型的分子晶体
(1)冰(分子非密堆积形式)
①冰中水分子之间的相互作用力除范德华力外还有氢键，冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。
③氢键的方向性→1个水分子与周围4个水分子相结合→水分子间的氢键H—O…H较长→分子间距离增大并在水分子间留有空隙→冰的密度比液态水的小。
当冰刚刚融化为液态水时冰的结构部分解体→水分子间的空隙减小→密度反而增大。
超过4 ℃时分子间距离加大→密度渐渐减小。
④为什么水在4 ℃时的密度最大？
氢键的存在迫使在四面体中心的水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一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，其密度比液态水小。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大。超过4 ℃时，由于热运动加剧，分子间距离加大，密度逐渐减小，所以4 ℃时水的密度最大。
(2)干冰(分子密堆积形式)
①分子间作用力为范德华力。
②CO2的晶胞类型为面心立方结构。
④每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个(同层、上层、下层各4个)。
⑤无数个CO2晶胞在空间“无隙并置”形成CO2晶体。
1．正误判断，错误的说明原因。
(1)冰晶体融化时水分子中共价键发生断裂。
答案：错误，冰晶体融化时断裂的是范德华力和氢键。
(2)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体。
答案：错误，干冰是由分子密堆积形成的晶体，冰里面存在着氢键，具有方向性和饱和性，所以冰不是由分子密堆积形成的晶体。
(3)干冰比冰的熔点低很多，常压下易升华。
答案：正确。
(4)干冰晶体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：正确。
2．如图所示，甲、乙、丙分别表示C、二氧化碳、碘晶体的晶胞结构模型。
请回答下列问题：
(1)C60的熔点为280 ℃，从晶体类型来看，C60属____________晶体。
(2)二氧化碳晶胞中显示出的二氧化碳分子数为14，实际上一个二氧化碳晶胞中含有____________个二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ键与π键的个数比为____________。
(3)①碘晶体属于____________晶体。
②碘晶体熔化过程中克服的作用力为____________。
③假设碘晶胞中长方体的长、宽、高分别为a cm、b cm、c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘晶体的密度为____________ g·cm－3。
答案：(1)分子 (2)4 1∶1 (3)①分子 ②分子间作用力 ③
解析：(1)C60有固定的组成，不属于空间网状结构，熔、沸点远低于金刚石的熔、沸点，应为分子晶体；
(2)二氧化碳的晶胞中，二氧化碳分子分布于晶胞的顶点和面心位置，则晶胞中含有二氧化碳的分子数为8×＋6×＝4，二氧化碳的分子结构为O===C===O，每个分子中含有2个σ键和2个π键，所以σ键与π键的个数比为1∶1；
(3)观察碘晶胞不难发现，一个晶胞中含有碘分子数为8×＋6×＝4，即含有8个碘原子。一个晶胞的体积为abc cm3，其质量为 g，则碘晶体的密度为 g·cm－3。
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．碘晶体升华时破坏了共价键
C．几乎所有的酸都属于分子晶体
D．稀有气体中只含原子，但稀有气体的晶体属于分子晶体
答案：B
解析：A.分子晶体是分子通过相邻分子间的作用力形成的，只含分子的晶体一定是分子晶体，故A正确；B.碘晶体属于分子晶体，升华时破坏了分子间作用力，故B错误；C.几乎所有的酸都是由分子构成的，故几乎所有的酸都属于分子晶体，故C正确；D.稀有气体是由原子直接构成的，只含原子，但稀有气体的晶体属于分子晶体，故D正确。故选B。
2．下列叙述正确的是( )
A．由分子构成的物质其熔点一般较低
B．分子晶体在熔化时，共价键被破坏
C．分子晶体中分子间作用力越大，其化学性质越稳定
D．物质在溶于水的过程中，化学键一定会被破坏或改变
答案：A
解析：分子晶体熔化时共价键未被破坏，B错误；分子晶体的稳定性与共价键有关，C错误；物质溶于水，化学键不一定被破坏或改变，例如蔗糖溶于水，D错误。
3．下列说法正确的是( )
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
答案：D
解析：A中C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子间可形成氢键，其熔点比甲酸甲酯高；C中HCl溶于水破坏的是共价键。
4．(1)水分子间存在一种“氢键”(介于范德华力与化学键之间)的作用，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，其结构示意图如图(1)表示：
①1 mol冰中有________ mol 氢键。
②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－1)。已知冰的升华热是51 kJ·mol－1，则冰晶体中氢键的能量是________kJ ·mol－1。
③氨气极易溶于水的原因之一也与氢键有关。请判断NH3溶于水后，形成的NH3·H2O的合理结构是__________[填图(2)中的字母]。
(2)图(3)折线c可以表达出第________族元素氢化物的沸点的变化规律。两位同学对某主族元素氢化物的沸点的变化趋势画出了两条折线a和b，你认为正确的是：________(填“a”或“b”)；部分有机物的熔、沸点见下表：
烃 CH4 CH3CH3 CH3(CH2)2CH3
沸点/℃ －164 －88.6 －0.5
硝基 苯酚
熔点/℃ 45 96 114
由这些数据你能得出的结论是：______________________，______________________(至少写2条)。
答案：(1)①2 ②20 ③b (2)ⅣA b 有机物相对分子质量越大，分子间作用力越强，故沸点越高 当有机物能形成分子内氢键时，分子间作用力减弱，熔点变低(或当分子间能形成氢键时，分子间作用力增强，熔点升高)
解析：(1)①根据冰的结构示意图，每个H2O分子通过氢键与4个H2O分子结合，平均每个H2O分子含有氢键数目为4×＝2个，故1 mol冰中含2 mol氢键；
②冰的升华热是51 kJ/mol，水分子间还存在范德华力(11 kJ/mol)，1 mol水中含有2 mol氢键，升华热＝范德华力＋氢键，所以冰晶体中氢键的“键能”是20 kJ/mol；
③NH3溶于水后，形成的NH3·H2O中，NH3·H2O的电离方程式为NH3·H2ONH＋OH－，可知结构中含有铵根和氢氧根的基本结构，NH3·H2O的合理结构是b；
(2)折线a和b都有沸点先小后大，则开始物质的沸点高，与氢键有关，而a中原子序数大的氢化物沸点高于含氢键的物质，与事实不符，故a错误，b正确；只有c曲线中的物质间没有氢键，则c为碳族元素氢化物，即折线c可以表达出第ⅣA族元素氢化物的沸点的变化规律；根据表中所给的物质可以看出：有机物的相对分子质量越大、分子间作用力越强，沸点越高，并且当有机物能形成分子内氢键时，分子间作用力减弱，熔点变低；当分子间能形成氢键时，分子间作用力增强，熔点升高。
课时测评17 分子晶体
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
题点一 分子晶体的结构和组成
1．下列有关说法正确的是( )
A. 分子晶体中只存在范德华力
B．分子晶体熔化时共价键断裂
C．分子晶体中氢键越强，分子越稳定
D．分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键
答案：D
解析：A.分子晶体中除存在分子间作用力，还可能存在氢键，故A错误；B.分子晶体熔化时破坏范德华力或氢键，故B错误；C.分子稳定性与共价键的键能有关，键能越大分子越稳定，故C错误；D.稀有气体只有分子间作用力，无化学键，故D正确；故选D。
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( )
A．NH3、P4、C10H8 B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、H2O、Na2O2
答案：B
解析：A中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C中，SiO2不是分子晶体；D中，Na2O2是离子化合物。
3．下列说法正确的是( )
A．冰融化时，分子中H—O键发生了断裂
B．分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定
C．分子晶体中，分子间作用力越强，晶体的熔点就越高
D．分子晶体中，共价键越强，晶体的熔点就越高
答案：C
解析：冰融化时发生物理变化，不破坏化学键，分子中H—O键不发生断裂，A错误；分子晶体中，分子间作用力越大，对应物质的熔、沸点越高，而分子的稳定性与分子内化学键强弱有关，与分子之间的作用力大小无关，B错误；分子晶体中分子间作用力越强，熔点越高，共价键越强，则分子越稳定，C正确，D错误；故选C。
题点二 常见的分子晶体
4．某课题点发现水团簇最少需要21个水分子才能实现溶剂化，即1个水分子周围至少需要20个水分子，才能将其“溶解”(“溶解”时，水团簇须形成四面体)。下列叙述正确的是( )
A．中水分子之间的作用力主要是范德华力
B．和互为同系物
C．加热变为还破坏了极性键
D．晶体属于分子晶体
答案：D
解析：A.(H2O)21中水分子之间的作用力主要是氢键，故A错误；B.同系物是指结构相似，组成上相差一个或若干个CH2基团的物质，故B错误；C.加热变为破坏的是氢键，没有破坏极性键，故C错误；D.是由多个水分子形成的分子晶体，故D正确；故答案为D。
5. 干冰(固态二氧化碳)在－78 ℃时可直接升华为气体，其晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是( )
A．每个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子
B．每个晶胞中含有4个CO2分子
C．干冰晶体不是分子晶体
D．干冰升华时需克服分子间作用力
答案：C
解析：A项，干冰晶体为分子密堆积，二氧化碳的配位数为12，即每个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子，故A正确；B项，CO2分子在晶胞的顶点和面心，顶点上的CO2分子被8个晶胞共有，面心上的CO2分子被2个晶胞共有，所以每个晶胞中含有8×＋6×＝4个CO2分子，故B正确；C项，干冰晶体是由CO2分子通过分子间作用力结合而成的，为分子晶体，故C错误；D项，干冰晶体是由CO2分子通过分子间作用力结合而成的，升华时需克服分子间作用力，故D正确；故选C。
6．下列有关冰和干冰的叙述中不正确的是( )
A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体
B．冰是由氢键形成的晶体，每个水分子周围有4个紧邻的水分子
C．干冰的熔点比冰的熔点低得多，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
答案：A
解析：A.干冰是由分子密堆积形成的晶体，冰晶体中水分子间采用非紧密堆积的方式形成晶体，A错误；B.冰晶体中水分子间除了范德华力之外还有氢键，由于氢键具有方向性，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，B正确；C.干冰熔化时只克服范德华力，而冰熔化需要克服范德华力和氢键，氢键的能量比范德华力大得多，所以干冰的熔点比冰的熔点低得多，且常压下易升华，C正确；D.干冰晶体中CO2分子间只存在范德华力，分子采用紧密堆积方式，一个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子，D正确；故选A。
题点三 分子晶体的性质与应用
7．有四组同一族元素所形成的不同物质，在101 kPa时测定它们的沸点(℃)如下表所示：
第一组 A －268.8 B －249.5 C －185.8 D －151.7
第二组 F2 －187.0 Cl2 －33.6 Br2 58.7 I2 184.0
第三组 HF 19.4 HCl －84.0 HBr －67.0 HI －35.3
第四组 H2O 100.0 H2S －60.2 H2Se －42.0 H2Te －1.8
下列各项判断正确的是( )
A．第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子中化学键键能最大
B．第三组与第四组相比较，化合物的稳定性：HBr>H2Se
C．第三组物质溶于水后，溶液的酸性：HF>HCl>HBr>HI
D．第一组物质是分子晶体，一定含有共价键
答案：B
解析：第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子之间可以形成氢键，A错误；Se和Br同为第四周期元素，Br的非金属性较强，故氢化物的稳定性HBr>H2Se，B正确；第三组物质溶于水后，HF溶液的酸性最弱，C错误；第一组物质是分子晶体，但分子中不一定含有共价键，如稀有气体分子中无共价键，D错误。
8．C60分子和C60晶胞示意图如图所示。下列关于C60晶体的说法中不正确的是( )
A．C60晶体可能具有很高的熔、沸点
B．C60晶体可能易溶于四氯化碳中
C．C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240
D．C60晶体中每个C60分子与12个C60分子紧邻
答案：A
解析：构成C60晶体的基本微粒是C60分子，因此C60晶体是分子晶体，不可能具有很高的熔、沸点，A错误；由于C60是非极性分子，根据“相似相溶”原理，其可能易溶于四氯化碳中，B正确；每个C60的晶胞中含有的C60分子个数为8×＋6×＝4，因此含有的碳原子数为4×60＝240，C正确；如果以晶胞中一个顶点的C60分子为研究对象，则共用这个顶点的三个面的面心的C60分子与其距离最近且相等，有×8＝12个，D正确。
9．我国科学家研制出一种催化剂，能在室温下高效催化空气中甲醛的氧化，其反应如下：HCHO＋O2CO2＋H2O。下列有关说法正确的是( )
A．干冰晶体中，一个CO2分子周围紧邻的CO2分子有6个
B．沸点：干冰＜冰；密度：干冰＜冰
C．每转移0.4×6.02×1023个电子，消耗2.24 L O2
D．HCHO和H2O形成分子间氢键是HCHO易溶于水的重要原因
答案：D
解析：A.干冰晶体中，以顶点上的CO2分子为例，每个CO2分子周围距离最近的CO2分子分布在皆经过这个顶点的各个面的面心上，这样的面共有12个，所以一个CO2 分子周围有12个CO2分子紧邻，故A错误；B.冰分子间含有氢键，干冰分子之间只存在范德华力，氢键比范德华力强，故晶体的沸点：冰＞干冰，水分子间存在氢键，且氢键有方向性，导致水分子形成冰时存在较大的空隙，密度比水小，干冰分子之间只存在范德华力，形成的分子晶体是密堆积，密度比水大，所以密度：干冰＞冰，故B错误；C.未指明标准状况，无法计算气体体积，故C错误；D.氧元素电负性很强，甲醛中氧元素与水可以形成氢键，所以HCHO易溶于水，故D正确；故选D。
10. 甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( )
A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子
B．晶体中1个CH4分子有8个紧邻的CH4分子
C．甲烷晶体熔化时需克服共价键
D．1个CH4晶胞中含有4个CH4分子
答案：D
解析：题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错误；由甲烷晶胞可知，位于晶胞顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在晶胞的面上，因此每个都被2个晶胞共用，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×＝12，B错误；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C错误；甲烷晶胞中甲烷分子的个数为8×＋6×＝4，D正确。
11． 在干冰晶体中每个CO2分子周围紧邻的 CO2分子有__________个，在晶体中截取一个最小的正方形；使正方形的四个顶点都落到CO2分子的中心，则在这个正方形的平面上有__________个CO2分子。
答案：12 4
解析：以右下角CO2分子为研究对象：与其紧邻的为面心上的3个CO2分子，而CO2分子被8个这样的立方体所共有，故有3×8＝24个。又考虑到面心上的 CO2被2个这样的立方体共有，故＝12个。由CO2晶体模型分析得出，符合题意的最小正方形即模型的对角面的一半，不难看出有4个CO2分子。
12．(1)比较下列物质熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。
①CO2________SO2；②NH3________PH3；
③O3________O2；④Ne________Ar；
⑤CH3CH2OH________CH3OH；
⑥CO________N2。
(2)已知AlCl3的熔点为190 ℃，但它在180 ℃即开始升华。请回答：
①AlCl3固体是________晶体。
②设计实验判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物：________________________________。
答案：(1)①＜ ②＞ ③＞ ④＜ ⑤＞ ⑥＞
(2)①分子 ②在熔融状态下，验证其是否导电，若不导电则是共价化合物，导电则是离子化合物
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，可比较六组物质熔、沸点的高低。(2)①由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华可判断AlCl3固体为分子晶体。②要验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其在熔融状态下是否导电，不导电则是共价化合物，导电则是离子化合物。
13．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)2。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体。
(1)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____________________(填字母)。
A．标准状况下把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．标准状况下把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pH
D．该水蒸气冷凝后，测氢氧原子个数比
(2)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____________________________________________________________________。
答案：(1)AB (2)H2O＋H2O??H3O＋＋OH－ 双氧水分子之间存在更强烈的氢键作用
解析：(1)A项，该物质也能与金属钠反应产生氢气，1 L水蒸气冷凝后与足量金属钠反应，若混有该物质，由于(H2O)2也能生成氢气，且一分子(H2O)2生成1分子氢气，所以产生氢气体积多，正确；B项，该物质也能被浓硫酸吸收，若1 L水蒸气通过浓硫酸后，由于相对H2O而言，(H2O)2的相对分子质量大，所以分子数目相同时，浓硫酸增重的质量大，说明存在该物质，正确；C项，该物质的pH也等于7，无论该物质是否存在，pH都等于7，错误；D项，该物质的分子中氢氧原子个数比仍为2∶1，无论是否存在，氢氧原子个数比不变，错误。(2)双氧水的相对分子质量比水的相对分子质量稍大，但题中强调双氧水的沸点明显高于水，因此可判断双氧水分子之间存在着更为强烈的氢键作用。
14．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：①N60分子中每个氮原子均以N—N结合三个N原子而形成8电子稳定结构；
②N—N键的键能为167 kJ·mol－1。
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N2时________(填“吸收”或“放出”)的热量是________ kJ(已知N≡N键的键能为942 kJ·mol－1)，表明稳定性N60________(填“＞”、“＜”或“＝”)N2。
(3)由(2)列举N60的用途(举一种)：________________________________________。
答案：(1)分子 高 N60、N2均形成分子晶体，且N60的相对分子质量大，分子间作用力大，故熔、沸点高 (2)放出 13 230 ＜ (3)N60可作高能炸药(其他合理答案也可)
解析：(1)N60、N2形成的晶体均为分子晶体，因Mr(N60)＞Mr(N2)，故N60晶体中分子间的范德华力比N2晶体大，N60晶体的熔、沸点比N2晶体高。(2)因N60中每个氮原子形成三个N—N键，每个N—N键被2个N原子共用，故1 mol N60中存在N—N键：1 mol×60×3×＝90 mol。发生的反应为N60===30N2，故ΔH＝90 mol×167 kJ·mol－1－30 mol×942 kJ·mol－1＝－13 230 kJ＜0，为放热反应，表明稳定性：N2＞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。
15．(1)在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是__________，还有__________，由于该主要作用力与共价键一样具有__________性，故1个水分子周围只有__________个紧邻的水分子，这些水分子位于__________的顶点。这种排列方式使冰晶体中水分子的空间利用率__________(填“较高”或“较低”)，故冰的密度比水的密度要__________(填“大”或“小”)。
(2)现有甲、乙、丙(如图)三种晶体的晶胞(甲中x处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中心)，可推知：甲晶胞中x与y的个数比是__________，乙晶胞中a与b的个数比是__________，丙晶胞中有__________个c离子，有__________个d离子。
答案：(1)氢键 范德华力 方向 4 四面体 较低 小
(2)4∶3 1∶1 4 4
解析：(1)由于O的电负性较强，水形成冰晶体是通过氢键作用的，水分子间还有范德华力，氢键和共价键一样都具有方向性和饱和性，每个水分子可与周围4个水分子以氢键结合，这些水分子位于四面体的顶点，采取非紧密堆积的方式，空间利用率小，密度小。(2)根据题中各晶胞结构图结合均摊法可知，甲图中每个晶胞中含有的x原子数为1，y原子数为6×＝，所以x∶y＝4∶3；乙图中每个晶胞中含有的a原子数为1，b原子数为8×＝1，所以a∶b＝1∶1；丙图中每个晶胞中含有的c离子数为1＋12×＝4，d离子数为8×＋6×＝4。
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