第2课时 分子晶体
基础过关练
题组一 分子晶体的判断
1.下列晶体由原子直接构成,且属于分子晶体的是 ( )
A.固态氢 B.固态氖
C.磷 D.三氧化硫
2.以下晶体是分子晶体的是( )
①金刚石 ②干冰 ③硫黄 ④金刚砂 ⑤氯化铯 ⑥铁 ⑦固态Ar ⑧苯甲酸
⑨C60 ⑩高锰酸钾
A.②④⑤⑧⑨ B.②③⑦⑧⑨
C.①③⑧⑨⑩ D.③⑦⑧⑨⑩
题组二 分子晶体的结构
3.科学家用铜的氧化物做催化剂,成功实现CO2选择性还原,用于回收和利用工业排放的低浓度二氧化碳。CO2的晶胞、铜的氧化物的晶胞如图。下列说法正确的是( )
A.干冰晶体熔化时需要克服共价键
B.1个干冰晶胞中含有8个CO2分子
C.根据该铜的氧化物晶胞知其晶体中距离氧原子最近且等距离的氧原子数为6
D.由铜的氧化物的晶胞可知其化学式为Cu2O
4.下图为冰的结构模型,大球代表O,小球代表H。下列有关说法正确的是( )
A.冰晶体中每个水分子与另外4个水分子形成四面体结构
B.冰晶体具有空间网状结构,是共价晶体
C.水分子间通过H—O键形成冰晶体
D.冰融化后,水分子之间的空隙增大
5.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体,层内的H3BO3通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是( )
A.正硼酸晶体属于离子晶体,熔点很高
B.H3BO3的化学性质主要与氢键有关
C.1molH3BO3晶体中有6mol氢键
D.分子中硼原子最外层不是8电子稳定结构
6.(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)。1个C20分子共有 个正五边形,共有 个共价键;C20晶体属于 晶体。
(2)科学家拟合成一种“二重结构”的球形分子,即把足球形C60分子嵌入足球形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 (填字母)。
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.该物质的晶体属于分子晶体
D.该物质具有极高的熔点
题组三 分子晶体的性质
7.下列关于冰、干冰、金刚石的说法正确的是( )
A.熔点:金刚石>干冰>冰
B.这三种晶体的晶体类型相同
C.金刚石熔化时,化学键一定会断裂
D.冰的沸点高于干冰,是因为水分子中化学键的键能大于干冰分子中化学键的键能
8.(经典题)下列性质可能符合分子晶体特点的是( )
①熔点1070℃,易溶于水,水溶液能导电
②熔点10.31℃,液态不导电,水溶液能导电
③能溶于CS2,熔点112.8℃,沸点444.6℃
④熔点97.81℃,质软,固态能导电,密度为0.97g·cm-3
A.①④ B.②③ C.①② D.②④
9.某些物质的熔点数据如下表,据此做出的下列判断中错误的是 ( )
Na2O NaCl AlF3 AlCl3 BCl3 SO2 CO2 SiO2
920℃ 801℃ 1291℃ 190℃ -107℃ 44.8℃ -57℃ 1723℃
A.表中BCl3和CO2均是分子晶体
B.不同主族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
C.同主族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.铝的化合物的晶体均是离子晶体
题组四 混合型晶体
10.(经典题)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂,但不能导电;立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性,它们的晶体结构如图所示。关于这两种晶体的说法错误的是( )
A.立方相氮化硼中不含有π键
B.六方相氮化硼为分子晶体,立方相氮化硼为共价晶体
C.六方相氮化硼中存在大π键
D.六方相氮化硼晶体结构与石墨相似却不导电,原因是没有可以自由移动的电子
11.(经典题)(1)在反应釜高温、高压并加入金属镍等催化剂的条件下可实现石墨转化为物质B,据此回答下列问题:
石墨
B
①基态碳原子的外围电子轨道表示式是 ,其核外电子占据最高能级的电子云轮廓图为 形。
②硬度:石墨 物质B(填“<”“=”或“>”),物质B为 晶体。
(2)石墨烯与金属M可以形成一种插层化合物。其中M层平行于石墨层(晶胞如图甲所示),垂直于石墨层方向的投影如图乙所示,则该插层化合物的化学式为 。
石墨烯晶体
能力提升练
题组一 分子晶体的结构与性质
1.碳元素和硅元素为同一主族元素,但他们的氧化物性质差异很大,冰晶胞中水分子的排列方式和金刚石的晶胞类似。下列关于这四种晶胞的说法正确的是( )
A.一个干冰晶胞中有4个CO2分子,一个SiO2晶胞中有8个SiO2分子
B.干冰晶体中1个CO2分子周围有6个CO2分子紧邻
C.冰和金刚石熔、沸点都很高,熔化时均破坏共价键
D.冰中水分子之间由于氢键的存在,使其晶体结构与金刚石相似
2.近年来,科学家合成了一些具有独特化学性质的氢铝化合物(AlH3)n。已知,最简单的氢铝化合物的化学式为Al2H6,它的熔点为150℃,燃烧时放出大量的热量。Al2H6的结构如下图。下列说法肯定错误的是( )
A.Al2H6在固态时所形成的晶体是分子晶体
B.氢铝化合物可能成为未来的储氢材料和火箭燃料
C.Al2H6在空气中完全燃烧,产物为氧化铝和水
D.Al2H6中含有离子键和极性共价键
题组二 微粒间作用力的判断及对物质性质的影响
3.下列对事实的解释错误的是( )
选项 事实 解释
A 金刚石的熔、沸点高于CO2的 共价键的作用力强于分子间作用力
B 冰晶体中水分子周围的紧邻分子数为4,H2S晶体中H2S周围的紧邻分子数为12 水分子之间存在氢键,且氢键具有方向性
C MgO的熔点高于Li2O的 MgO的相对分子质量更大,分子间作用力更强
D N的第一电离能高于O的 N的2p轨道半充满,结构更稳定,能量更低
4.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.冰中每个水分子周围有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CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子
5.下列物质发生变化时,所克服的微粒间作用力类型完全相同的是( )
A.液态H2O与液态HCl分别受热变为气体
B.SiO2受热熔化与干冰受热升华
C.氯化钠与氯化氢分别溶解在水中
D.碘单质与苯分别受热变为气体
答案与分层梯度式解析
第2课时 分子晶体
基础过关练
1.B 稀有气体分子都属于单原子分子,因此稀有气体分子形成的晶体属于分子晶体,且由原子直接构成。
2.B ①金刚石属于共价晶体;②干冰是固态CO2,是由CO2分子通过分子间作用力形成的分子晶体;③硫黄为分子晶体;④金刚砂中,每个Si原子与相邻4个C原子形成共价键,每个C原子与相邻的4个Si原子形成共价键,金刚砂属于共价晶体;⑤氯化铯由铯离子和氯离子构成,是通过离子键相结合形成的离子晶体;⑥铁属于金属晶体;⑦固态Ar为分子晶体;⑧苯甲酸是由苯甲酸分子通过分子间作用力结合形成的分子晶体;⑨C60是由C60分子通过分子间作用力结合形成的分子晶体;⑩高锰酸钾由钾离子和高锰酸根离子构成,二者通过离子键相结合形成离子晶体;综上所述,②③⑦⑧⑨符合题意,选B。
3.D 干冰晶体为分子晶体,熔化时需要克服分子间作用力,A项错误;根据“均摊法”,得1个干冰晶胞中含8×=4个CO2,B项错误;以该铜的氧化物的晶胞体心氧原子为例可知,距离氧原子最近且等距离的氧原子有8个,C项错误;该铜的氧化物的晶胞中含8×+1=2个O、4个Cu,故其化学式为Cu2O,D项正确。
4.A 冰属于分子晶体,冰中的水分子主要是靠氢键结合在一起,氢键不是化学键,而是一种分子间作用力,故B、C两项均错误;每个水分子可以与其他4个水分子形成氢键,从而形成四面体结构,A项正确;冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性,故水分子间由氢键连接后,分子间空隙变大,因此冰融化成水后,体积减小,水分子之间空隙减小,D项错误。
5.D 层内的H3BO3通过氢键相连,可推测正硼酸晶体熔点低,其不为离子晶体,A错误;H3BO3的化学性质主要与分子内共价键有关,与氢键无关,B错误;由均摊法可得1molH3BO3晶体中有3mol氢键,C错误;分子中硼原子最外层只有6个电子,不是8电子稳定结构,D正确。
6.答案 (1)12 30 分子
(2)BD
解析 (1)根据题给信息可判断C20晶体属于分子晶体。根据其结构可知每个碳原子形成3个C—C键,每个共价键被2个碳原子共用,所以1个C20分子含有的共价键数是=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1个C20分子共有=12个正五边形。(2)该物质是一种“二重结构”的球形分子,故A项正确;该物质中碳原子和硅原子间形成共价键,它是化合物,故B项错误;其晶体是由分子构成的,属于分子晶体,故C项正确;其晶体属于分子晶体,熔点较低,故D项错误。
7.C 共价晶体的熔点高于分子晶体,冰中存在分子间氢键,其熔点高于干冰,则熔点:金刚石>冰>干冰,A项错误;金刚石为共价晶体,干冰和冰均为分子晶体,B项错误;金刚石为共价晶体,熔化时,化学键一定会断裂,C项正确;冰的沸点高于干冰是因为冰中水分子间存在氢键,D项错误。
8.B 分子晶体中分子之间是以分子间作用力相结合的,分子晶体具有低熔点、易升华、硬度小等性质。①熔点高,不是分子晶体;④固态能导电,不是分子晶体,故选B。
归纳总结 在分子晶体中,相邻分子靠分子间作用力相互吸引。分子晶体熔化时,只需克服分子间作用力,不破坏化学键,所以分子晶体一般具有较低的熔点。此外,分子晶体还具有硬度小、易升华、有较强的挥发性、一般不导电等特点。
9.D BCl3和CO2的熔点较低,均是分子晶体,A项正确;S和C在不同主族,CO2和SO2均为分子晶体,B项正确;C和Si处于同一主族,但CO2属于分子晶体,SiO2属于共价晶体,CO2和SiO2所属晶体类型不同,C项正确;由表格中的数据可知,氯化铝的熔点较低,属于分子晶体,D项错误。
10.B 立方相氮化硼类似于金刚石的结构,只有σ键,没有π键,故A正确;立方相氮化硼为共价晶体,六方相氮化硼为混合型晶体,故B错误;六方相氮化硼结构与石墨相似,六方相氮化硼中存在大π键,故C正确;六方相氮化硼中没有自由移动的电子,故其不导电,故D正确。
11.答案 (1)① 纺锤 ②< 共价 (2)MC8
解析 (1)①碳原子的核外电子数为6,基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2,外围电子排布式为2s22p2,基态碳原子的外围电子轨道表示式是,其核外电子占据的最高能级为2p能级,电子云轮廓图为纺锤形。
②由题意可知,石墨经高温、高压、催化剂催化得到的B为金刚石,石墨属于混合型晶体,金刚石属于共价晶体,故硬度:石墨<物质B。
(2)晶胞中M原子数目为8×+4=8;C原子数目=12×4+8×4×=64,M、C原子数目之比为1∶8,则该插层化合物的化学式是MC8。
能力提升练
1.D CO2分子位于晶胞的面心和顶点上,一个干冰晶胞中有8×=4个CO2分子,SiO2是共价晶体,SiO2晶胞中不存在分子,A错误;干冰晶体中1个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻,B错误;冰是分子晶体,冰融化为水时破坏范德华力和氢键,金刚石是共价晶体,熔化时破坏共价键,C错误;冰中水分子之间由于氢键的存在,使其晶体结构与金刚石相似,D正确。
2.D Al2H6的熔点为150℃,由熔点及题给Al2H6结构可知Al2H6为分子晶体,A正确;该物质燃烧时放出大量的热量,可能成为未来的储氢材料和火箭燃料,B正确;由Al2H6的组成元素可知,其燃烧产物为氧化铝和水,C正确;Al2H6为分子晶体,该化合物中Al和H之间形成共价键,Al2H6中不含离子键,D错误。
3.C MgO和Li2O均是离子化合物,其熔点与离子键的强弱有关,与分子间作用力无关,C符合题意。
4.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不正确;冰中水分子间除范德华力之外还有氢键,氢键具有饱和性和方向性,每个水分子周围有4个紧邻的水分子,B正确;干冰升华时只克服范德华力,而冰融化需要克服范德华力和氢键,氢键的键能比范德华力大得多,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;干冰中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。
5.D H2O(l)受热变为H2O(g)克服的是范德华力和氢键,液态HCl受热变为气体克服的是范德华力,A不符合题意;SiO2是共价晶体,受热熔化时克服共价键,干冰是分子晶体,受热升华时克服范德华力,B不符合题意;氯化钠属于离子晶体,溶解在水中离子键被破坏,氯化氢溶解在水中共价键被破坏,C不符合题意;碘与苯都是分子晶体,分别受热变为气体,都克服范德华力,D符合题意。
12(共28张PPT)
第四单元 分子间作用力 分子晶体
1.分子间作用力
(1)概念:分子之间都存在的一种相互作用,叫分子间作用力。分子间作用力本质上是一种静
电作用,它比化学键弱得多。
(2)分类:范德华力和氢键是两种最常见的分子间作用力。
2.范德华力
(1)概念:范德华力是分子之间普遍存在的相互作用力,它使得许多物质能以一定的凝聚态(固
态和液态)存在。
(2)特点:范德华力约比化学键键能小1~2个数量级,且一般没有方向性和饱和性。
知识点 1 分子间作用力和范德华力
必备知识 清单破
(3)影响因素
影响范德华力的因素很多,如分子的大小、分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均匀
等。对于组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大。
(4)对物质性质的影响
范德华力主要影响物质的物理性质,如熔点、沸点、溶解度等。范德华力越大,物质的熔、
沸点越高。
1.形成和表示
H原子与电负性大、半径较小的原子X以共价键结合时,H原子能够跟另一个电负性大、半
径较小的原子Y之间形成氢键,氢键通常用X—H…Y表示,其中X、Y通常指N、O、F等。
2.氢键的类型
氢键不是化学键,它是一种分子间作用力,氢键可分为分子间氢键和分子内氢键。如邻羟基
苯甲醛存在分子内氢键,对羟基苯甲醛存在分子间氢键(如下图)。
知识点 2 氢键
3.氢键对物质物理性质的影响
(1)含有分子间氢键的物质熔、沸点相对较高。
(2)含有分子内氢键的物质熔、沸点相对较低。
(3)与溶剂分子易形成氢键的物质溶解度较大。
1.概念及微粒间的作用
(1)概念:分子通过分子间作用力构成的固体物质为分子晶体。
(2)微粒间的相互作用:分子晶体中相邻分子之间以分子间作用力相互作用。
2.典型分子晶体的结构特征
(1)构成干冰晶体的微粒是CO2分子,微粒间的相互作用力是范德华力。
知识点 3 分子晶体
(2)从结构模型可以看出干冰晶体是一种面心立方结构——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1
2个。每个晶胞中有4个CO2分子。
3.分子晶体的物理特性
分子晶体中的微粒间作用力是范德华力或范德华力和氢键,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。
4.混合型晶体——石墨
(1)在石墨晶体中,同层的碳原子以3个共价键与另外三个碳原子相连。六个碳原子在同一个
平面上形成了正六边形的环,伸展成平面网状结构。
(2)在同一平面的碳原子还各剩下一个2p轨道,并含有一个未成对电子,层内碳原子的这些p轨
道相互平行,相邻碳原子的p轨道相互重叠,形成大π键。这些p轨道中的电子可在整个层内运
动,所以石墨能导热和导电,这正是金属晶体的特征。
(3)石墨晶体层间以范德华力结合,距离较大,结合力较弱,层与层间可以相对滑动而具有良好
的润滑性。
1.氢键属于化学键。这种说法对吗 ( )
氢键属于分子间作用力。
2.相对分子质量越大的物质,其熔、沸点越高。这种说法对吗 ( )
组成和结构相似且不存在氢键的分子晶体,其相对分子质量越大,分子间的范德华力
越强,一般熔、沸点越高;存在氢键时会出现反常,如水的沸点高于硫化氢。
3.分子晶体中,既有分子间作用力,又有共价键。这种说法对吗 ( )
稀有气体单质是单原子分子,在固态时属于分子晶体,但不存在共价键。
4.含有氢键的物质熔、沸点都较高。这种说法对吗 ( )
含有分子内氢键的物质熔、沸点相对较低,含有分子间氢键的物质一般熔、沸点相
对较高。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
提示
5.分子晶体熔化时,既要克服分子间作用力,又要克服共价键。这种说法对吗 ( )
分子晶体熔化时只需克服分子间作用力。
提示
关键能力 定点破
定点 常见分子晶体的结构及熔、沸点的比较
1.常见分子晶体的结构分析
(1)干冰
如图表示的是CO2晶体的晶胞。由图可知,CO2晶体的晶胞是面心立方结构,立方体的每个顶
点上有1个CO2分子,6个面的面心还有6个CO2分子,每个CO2分子周围离该分子距离最近且等
距离的CO2分子有12个,每个晶胞中实际有4个CO2分子,无数个这样的晶胞在空间“无隙并
置”形成了CO2晶体(干冰)。
(2)冰
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间依靠氢键而形
成的。如图所示,由于氢键具有一定的方向性,每个水分子与周围4个水分子结合,4个水分子
也按照这样的规律再与其他的水分子结合。这样,每个水分子中的每个氧原子周围都有4个
氢原子,氧原子与其中的2个氢原子通过共价键结合,因此它们之间的距离较近一些,与属于其
他水分子的另外2个氢原子靠氢键结合在一起。在这种排列中,分子的间距比较大,有很多空
隙,比较松散。因此,液态水变成固态H2O,即水凝固成冰、雪、霜时,密度变小。
冰中1个水分子
周围有4个水分子 冰的结构
冰融化,分子间的空隙减小
2.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,分子间作用力越强,熔、沸点
越高。如:I2>Br2>Cl2>F2,HI>HBr>HCl。
(2)相对分子质量接近的分子晶体(不含氢键),分子的极性越大,熔、沸点越高。如:CO>N2。
(3)分子间氢键会导致熔、沸点升高。如:H2O>H2Te。
(4)对有机物来讲,分子式相同,支链越多,熔、沸点越低。
如:CH3—CH2—CH2—CH2—CH3> > 。
(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:
C2H6>CH4,C2H5Cl>CH3Cl,CH3COOH>HCOOH。
典例 (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 ℃(2.02×105 Pa),但它在180 ℃就开始升华。请回答:
①AlCl3固体是 晶体。
②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。设计的实验是 。
思路点拨 比较分子晶体熔、沸点高低时,首先要判断分子间是否存在氢键。若不存在氢
键,再看分子的组成和结构是否相似,若分子的组成和结构相似,则相对分子质量越大,分子晶
体的熔、沸点越高。
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,存在分子间氢键,分子
间作用力越大,相对分子质量越大,分子极性越大,则晶体的熔、沸点越高,据此比较六组物质
熔、沸点的高低。(2)由AlCl3的熔点较低以及在180 ℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶
体。判断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
是共价化合物,导电则是离子化合物。
答案 (1)①< ②> ③> ④< ⑤> ⑥> (2)①分子 ②在熔融状态下,检测其是否导电,
若不导电,则是共价化合物
情境探究
材料1 科学研究显示,约30亿年前,在离地表100~200 km深的地幔中处在高温、高压岩浆中
的碳元素,逐渐形成了金刚石。火山爆发时,金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却,形成
含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多的优良性质。
材料2 C60是一种碳原子簇,它由60个碳原子构成像足球一样的32面体,包括20个正六边形,1
2个正五边形。这60个C原子在空间进行排列时,形成一个化学键最稳定的空间排列位置,恰
好与足球表面格的排列一致。这个结构的提出是受到建筑学家富勒的启发,富勒曾设计一种
用六边形和五边形构成的球形薄壳建筑结构,因此科学家把C60叫做富勒烯。
学科素养 情境破
素养 宏观辨识与微观探析——新情境下晶体结构与性质的比较
问题1 金刚石晶体和富勒烯晶体的构成微粒相同吗
不同。富勒烯晶体的构成微粒为C60分子,金刚石晶体的构成微粒为C原子。
问题2 金刚石晶体和富勒烯晶体受热熔化时克服的微粒间作用力相同吗
不同。前者受热熔化时克服共价键,后者受热熔化时克服分子间作用力。
问题3 以金刚石和C60为例,说明共价晶体与分子晶体有哪些不同
①构成微粒不同,共价晶体中只存在原子,没有分子。②微粒间作用力不同,共价晶体
中只存在共价键,而分子晶体中分子之间存在分子间作用力。
讲解分析
1.晶体类型的判断方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断
①离子晶体的构成微粒是阴、阳离子,微粒间的作用力是离子键。
②共价晶体的构成微粒是原子,微粒间的作用力是共价键。
③分子晶体的构成微粒是分子,微粒间的作用力为分子间作用力。
④金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子,微粒间的作用力是金属键。
(2)依据物质的分类判断
①活泼金属氧化物(K2O等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐是离子晶体。
②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、部分非金属氧化物、
几乎所有的酸、绝大多数有机物是分子晶体。
③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等,化合物有碳化硅、二氧化硅等。
④常温下金属单质(除汞外)是金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
①离子晶体的熔点较高,通常为几百摄氏度至几千摄氏度。
②共价晶体的熔点高,通常为一千摄氏度至几千摄氏度。
③分子晶体的熔点低。
④金属晶体多数熔点高,但也有相当低的。
(4)依据导电性判断
①离子晶体溶于水或熔融状态下能导电。
②共价晶体一般为非导体。
③分子晶体为非导体,但分子晶体中的电解质溶于水,使分子内的化学键断裂形成自由移动
的离子,也能导电。
④金属晶体是电的良导体。
(5)依据硬度和机械性能判断
离子晶体硬度较大且脆;共价晶体硬度大;分子晶体硬度小且较脆;金属晶体多数硬度大,但也
有较小的,且具有延展性。
2.氢键对物质性质的影响
(1)对熔、沸点的影响
当分子间存在氢键时,若要使相应的物质熔化或汽化,破坏分子间氢键需要消耗较多的能量,
所以这些物质有较高的熔点和沸点。
如:H2O和HF的沸点是同族气态氢化物中最高的。这是因为H2O、HF的分子之间既存在范德
华力,又存在氢键。因此,冰融化或水汽化不仅要破坏范德华力,还必须提供额外的能量破坏
分子间的氢键。
(2)氢键的形成对物质的溶解度等有影响
如NH3极易溶于水,与氨分子和水分子之间形成氢键有关,彼此互相缔合,因而加大溶解量。
离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
构成晶体 的粒子 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子和自
由电子
粒子间 的作用力 离子键 共价键 分子间作用力 金属键
确定作用 力强弱的 一般方法 阴、阳离子所带 电荷数、离子核
间距 键长 组成、结构相似时,比较相对分子质量、看有无氢键 金属阳离子半
径、外围电子数
3.四类晶体的比较
熔、沸点 较高 高 低 差别较大(汞常温下为液态,钨的熔点达
3 000 ℃以上)
硬度 较大 大 较小 差别较大
导电性 不良导体(熔化后或溶于水时导电) 不良导体(个别
为半导体) 不良导体(部分
溶于水发生电离
后导电) 良导体
溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水,
少数与水反应
机械加工性 不良 不良 不良 优良
延展性 差 差 差 优良
典例呈现
例题 (1)Sn为ⅣA族元素,单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体,其
固体的晶体类型为 。
(2)Ti的四卤化物熔点如下表所示,TiF4熔点高于其他三种卤化物,自TiCl4至TiI4熔点依次升高,
原因是 。
化合物 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4
熔点/℃ 377 -24.12 38.3 155
(3)苯胺( )的晶体类型是 。苯胺与甲苯( )的相对
分子质量相近,但苯胺的熔点(-5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(-95.0 ℃)、沸点
(110.6 ℃),原因是 。
素养解读 本题以晶体的性质为情境,考查晶体类型以及晶体熔、沸点的知识,提升学生学
以致用的能力,培养宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
信息提取 对于组成和结构相似的分子晶体,一般随相对分子质量的增大,范德华力增大,
熔、沸点升高;存在氢键的分子晶体,还要考虑氢键的影响。
解题思路 (1)Sn为ⅣA族元素,由常温下SnCl4为液体可知其熔点较低,推知SnCl4为分子晶
体。(2)一般不同的晶体类型的熔、沸点高低:共价晶体>离子晶体>分子晶体,TiF4是离子晶
体,TiCl4、TiBr4、TiI4均为分子晶体,故TiF4的熔点高于TiCl4、TiBr4、TiI4;TiCl4、TiBr4、TiI4
均为分子晶体,对于结构相似且不存在氢键的分子晶体,其相对分子质量越大,分子间作用力
越大,熔点越高。(3)大多数有机物都是分子晶体,部分有机酸盐和有机碱盐是离子晶体。苯
胺比甲苯的熔、沸点都高,分子晶体熔、沸点差异较大,首先要考虑的就是是否有氢键,苯胺
中存在—NH2,可以形成分子间氢键,因此苯胺比甲苯的熔、沸点高。
答案 (1)分子晶体
(2)TiF4为离子晶体,熔点高,TiCl4、TiBr4、TiI4均为分子晶体,随相对分子质量的增大,分子间
作用力增大,熔点逐渐升高
(3)分子晶体 苯胺分子之间存在氢键
思维升华
判断晶体熔点的高低要根据晶体熔化时所需要克服的作用力大小。因为不同晶体的粒子间
作用力不同,影响晶体熔点的因素不同,所以比较晶体熔点时首先应该明确晶体的类型。一
般来说,熔点:共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔点比较特殊,有的很高,如钨、铂
等;有的很低,如汞、铯等。第四单元 分子间作用力 分子晶体
第1课时 范德华力 氢键
基础过关练
题组一 范德华力
1.下列关于范德华力的叙述正确的是( )
A.是一种较弱的化学键
B.分子间存在强于化学键的相互作用
C.直接影响所有物质的熔、沸点
D.稀有气体的分子间存在范德华力
2.(经典题)下列过程克服了范德华力的是( )
A.氯化钠熔化 B.HCl溶于水
C.碘升华 D.氢氧化钠熔化
3.下列物质性质的变化规律与范德华力无关的是( )
A.F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
B.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
C.CI4、CBr4、CCl4、CF4的熔、沸点逐渐降低
D.CH3CH3、CH3CH2CH3、CH(CH3)3、CH3CH2CH2CH3的沸点逐渐升高
题组二 氢键
4.下列说法正确的是( )
A.乙醇分子和水分子间只存在范德华力
B.氢键通常用X—H…Y表示,其中X、Y代表电负性大而原子半径小的原子
C.H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键
D.常温下HF呈气态而H2O呈液态,原因是H2O中氢键键能大于HF中氢键键能
5.下列事实与氢键无关的有( )
①HF比HCl的熔、沸点高
②相同温度下,冰的密度比水小
③水分子比硫化氢分子稳定
④乙醇可以和水以任意比例互溶
⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸低
A.1项 B.2项 C.3项 D.4项
6.冰的晶胞结构如图所示。下列相关说法不正确的是( )
A.硫化氢晶体结构和冰相似
B.冰晶体中,相邻的水分子间作用力主要是氢键
C.相同质量的冰和液态水中氢键数目不同
D.冰晶体中分子间氢键存在方向性、饱和性,晶体有较大空隙,因此密度比液态水小
题组三 化学键、氢键、范德华力的综合考查
7.下列各组物质中,升华或熔化时所克服的粒子间作用力类型分别与干冰和氢氧化钠相同的是( )
A.NaCl和CCl4 B.Na2O和SiO2
C.金刚石和金属铝 D.碘和MgO
8.ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA四个主族元素的氢化物的沸点变化趋势如图所示,分析图中的递变规律,下列结论中正确的是( )
A.CH4分子间的氢键较弱,故其沸点较低
B.图中的横坐标的数值表示的是中心原子的主族序数
C.第ⅣA族元素氢化物的沸点随相对分子质量的递增逐渐增高
D.H2O、HF、NH3的沸点与同主族的其他元素的简单氢化物相比较高,是由于它们存在分子内氢键
能力提升练
题组 氢键及其对物质性质的影响
1.已知固态NH3、H2O、HF的氢键键能和结构如下,下列说法错误的是( )
物质 氢键 键能/(kJ·mol-1)
(HF)n F—H…F 28.1
冰 O—H…O 18.8
(NH3)n N—H…N 5.4
固态HF、H2O、NH3的结构示意图
A.氢键具有方向性和饱和性,属于化学键的一种
B.水变成冰时,水分子间氢键数目增多
C.水加热到很高的温度都难以分解,是因为O—H键的键能很大
D.H2O、HF、NH3沸点依次降低
2.冰层表面的结构如图所示。下列有关说法错误的是( )
A.冰融化成水的过程中,ΔH>0,ΔS<0
B.第一层固态冰中,水分子间通过氢键形成空间网状结构,密度比液态水小
C.第二层“准液体”中,水分子间形成氢键的数目比固态冰中少
D.当高于一定温度时,“准液体”中的水分子与下层冰中的水分子连接的氢键断裂,产生“流动性水分子”,使冰面变滑
3.通过原子力显微镜观测铜单晶表面的8-羟基喹啉分子,可清晰观察到分子间存在的氢键作用,这为化学界争论近百年的“氢键的本质”问题提供了新的实验证据。下列说法错误的是( )
A.氢键的本质是一种微粒间的相互作用
B.成像图片中的微粒由4个8-羟基喹啉分子缔合而成
C.8-羟基喹啉分子的取向不同,其间的氢键数目和强弱可能不同
D.8-羟基喹啉中存在分子内氢键,因此其熔、沸点相对较高
4.已知各种硝基苯酚的性质如表所示:
名称 结构简式 溶解度/(g/ 100g水,25℃) 熔点/ ℃ 沸点/ ℃
邻硝 基苯 酚 0.2 45 100
间硝 基苯 酚 1.4 96 194
对硝 基苯 酚 1.7 114 295
下列关于各种硝基苯酚的叙述不正确的是( )
A.邻硝基苯酚分子内形成氢键,使其熔、沸点低于另外两种硝基苯酚
B.间硝基苯酚分子间能形成氢键,也能与水分子形成氢键
C.对硝基苯酚分子间能形成氢键,使其熔、沸点较高
D.三种硝基苯酚都不能与水分子形成氢键,所以在水中溶解度小
答案与分层梯度式解析
第四单元 分子间作用力 分子晶体
第1课时 范德华力 氢键
基础过关练
1.D 范德华力是分子间存在的相互作用,它不是化学键且比化学键弱得多,只能影响由分子构成的物质的熔、沸点;稀有气体为单原子分子,分子之间存在范德华力。
归纳总结 范德华力的正确理解
范德华力很弱,比化学键弱得多,其主要特征有以下几个方面:
(1)普遍存在于分子之间。
(2)范德华力的作用范围通常为0.3~0.5nm。
(3)主要影响物质的熔点、沸点等物理性质。
(4)无方向性和饱和性,只要分子周围空间允许,分子总是尽可能多地吸引其他分子。
2.C 氯化钠、氢氧化钠均是离子化合物,熔化时离子键被破坏,A、D项不符合题意;HCl溶于水时破坏的是共价键,B项不符合题意;碘升华时克服的是范德华力,C项符合题意。
3.B F2、Cl2、Br2、I2所形成的晶体均为分子晶体,结构相似,且不存在分子间氢键,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高,与范德华力有关,A不符合题意;HF、HCl、HBr、HI的热稳定性与其分子中的共价键的强弱有关,而与范德华力无关,B符合题意;CI4、CBr4、CCl4、CF4均为分子晶体,且其结构相似,范德华力随相对分子质量的减小而减小,熔、沸点逐渐降低,与范德华力有关,C不符合题意;乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷分子间的范德华力依次增大,沸点依次升高,与范德华力有关,D不符合题意。
4.B 乙醇分子和水分子间存在范德华力和氢键,A错误;X—H…Y中X、Y代表电负性大而原子半径小的原子,B正确;分子间氢键影响物质的熔、沸点等,不影响物质的稳定性,C错误;HF中氢键键能大于H2O中氢键键能,等物质的量的H2O和HF,H2O中的氢键多于HF中的氢键,故常温下水为液态,HF为气态,D错误。
5.A ①HF分子之间能形成氢键,导致其熔、沸点高于HCl;②氢键具有方向性,相同温度、相同质量的水和冰中,冰中氢键数目比水中多,使得冰中水分子间隙较大,所以冰的密度比水小;③水分子比硫化氢分子稳定是因为键能:H—O>H—S,与氢键无关;④乙醇可以和水分子形成分子间氢键,可以与水互溶;⑤邻羟基苯甲酸易形成分子内氢键使其熔、沸点降低,对羟基苯甲酸易形成分子间氢键使其熔、沸点升高;因此与氢键无关的只有③;选A。
6.A 冰晶体中存在氢键,H2S晶体中不存在氢键,H2S晶体结构与冰不相似,A项错误;冰晶体中,每个水分子与相邻的四个水分子间的主要作用力为氢键,B项正确;相同质量的冰和液态水中氢键数目不同,C项正确;由于氢键有方向性和饱和性,使在冰中每个水分子只能与周围4个相邻水分子形成氢键,这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高,在冰晶体中,留有相当大的空隙,其密度比液态水的小,D项正确。
7.D 干冰和氢氧化钠分别为分子晶体和离子晶体,升华或熔化时分别克服分子间作用力、离子键。NaCl为离子晶体,熔化时需克服离子键,CCl4为分子晶体,熔化时需克服分子间作用力,A错误。Na2O为离子晶体,熔化时需克服离子键;SiO2为共价晶体,熔化时需克服共价键,B错误。金刚石为共价晶体,熔化时需克服共价键;铝为金属晶体,熔化时需克服金属键,C错误。碘为分子晶体,升华时需克服分子间作用力;MgO为离子晶体,熔化时需克服离子键,D正确。
8.C CH4分子间不存在氢键,A项错误;图中的横坐标的数值表示的是中心原子的周期序数,B项错误;第ⅣA族元素氢化物的相对分子质量越大,分子间作用力越大,沸点越高,C项正确;H2O、HF、NH3三种物质由于存在分子间氢键,所以沸点较高,D项错误。
能力提升练
1.A 氢键不属于化学键,A错误;水变成冰时,水分子间氢键数目增多,B正确;水难分解,是因为O—H键的键能很大,破坏时需要很高能量,C正确;相同物质的量的H2O、HF、NH3中,H2O间形成的氢键数目最多,HF的分子间氢键键能大于NH3的分子间氢键键能,因此沸点:H2O>HF>NH3,D正确。
2.A 冰融化成水的过程中,需要吸收热量,则ΔH>0,物质由固相变成液相,熵增加,则ΔS>0,A错误;固态冰中,水分子间通过氢键形成空间网状结构,体积变大,则固态冰密度比液态水小,B正确;从图中可以看出,“准液体”中水分子间形成氢键的数目比固态冰中少,C正确;当高于一定温度时,“准液体”中的水分子与下层冰中的水分子连接的氢键断裂,产生“流动性水分子”,使冰面变滑,D正确。
3.D 氢键的本质是一种微粒间的相互作用,A正确;成像图片中的微粒由4个8-羟基喹啉分子缔合而成,B正确;8-羟基喹啉分子的取向不同,其间的氢键数目和强弱可能不同,C正确;由题图可知8-羟基喹啉中不存在分子内氢键,D错误。
4.D 邻硝基苯酚能形成分子内氢键,使其熔、沸点较低,间硝基苯酚、对硝基苯酚能形成分子间氢键,使其熔、沸点较高,A项正确;间硝基苯酚分子间能形成氢键,使其熔、沸点较高,间硝基苯酚与水分子间可形成氢键,使其在水中的溶解度较大,B项正确;对硝基苯酚分子间能形成氢键,使其熔、沸点较高,C项正确;邻硝基苯酚、间硝基苯酚、对硝基苯酚都可以与水分子形成氢键,D项错误。
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