1、2022 高中化学新教材同步讲义资料 第二第二 节节分子晶体与共价晶体分子晶体与共价晶体 第第 1 课时课时分子晶体分子晶体 核心素养发展目标1.能辨识常见的分子晶体，并能从微观角度分析分子晶体中各构成微粒之间的 作用和对分子晶体物理性质的影响。2.能利用分子晶体的通性推断常见的分子晶体，理解分子晶体中微粒 的堆积模型，并能用均摊法对晶胞进行分析。 一、分子晶体的概念和性质一、分子晶体的概念和性质 1分子晶体的概念 只含分子的晶体，或者分子间以分子间作用力结合形成的晶体叫分子晶体。 2分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用 3常见的典型分子晶体 (1)所有非金属氢化物：如 H2O、H2S、NH3、
2、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、稀有气体等。 (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。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 4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)组成分子晶体的微粒是分子，在分子晶体中一定存在共价键和分子间作用力() (2)分子晶体
3、熔化时一定破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键() (3)分子晶体熔化或溶于水均不导电() (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() (6)NH3极易溶于水的原因一是 NH3、H2O 均为极性分子，二是 NH3和 H2O 之间形成分子间氢键() 答案(1)(2)(3)(4)(5)(6) 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() ANH3、HD、C10H18BPCl3、CO2、H2SO4 CSO2、C60、P2O5DCCl4、Na2S、H2O2 答案B 解析分子晶体的构成微粒为分子，分子内部以共价键结合。HD 属
4、于分子晶体，但为单质，故 A 错 误；PCl3、CO2、H2SO4均属于分子晶体，且为化合物，故 B 正确；C60属于分子晶体，但为单质，故 C 错 误；Na2S 中含有离子键，不属于分子晶体，故 D 错误。 2(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属于电解质，且属于强电解质 DHgCl2属于非电解质 答案A
5、 解析由 HgCl2的性质可知，HgCl2晶体属于分子晶体，属于共价化合物，是弱电解质。 3下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是() HClHBrHICON2H2 AB CD 答案C 解析相对分子质量越大，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 2022 高中化学新教材同步讲义资料 分子，极性越强，熔、沸点越高，故选 C。 1.分子晶体的判断方法 (1)依据物质的类别判断 部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子 晶体。 (2)依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断 组成分子晶体的微粒是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。
6、 (3)依据物质的性质判断 分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。 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，范德华力越强，熔、沸点越高，如 I2 Br2Cl2F2，HIHBrHCl。 (2)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 CH3OH CH3CH3。 (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
7、中碳原子数的增加，熔、沸点升高，如 C2H6CH4， C2H5ClCH3Cl，CH3COOHHCOOH。 二、典型的分子晶体的结构和性质二、典型的分子晶体的结构和性质 1分子晶体的结构特征 分子密堆积分子非密堆积 微粒间作用 力 范德华力范德华力和氢键 空间特点 通常每个分子周围有 12 个紧邻的分子 每个分子周围紧邻的分子数小 于 12 个，空间利用率不高 举例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰 2.常见分子晶体的结构分析 (1)冰晶体 2022 高中化学新教材同步讲义资料 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
8、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。 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，水分子间的空隙减小，密度反而增大， 超过 4 时，分子间距离加大，密度逐渐减小。 (2)干冰 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，分子间存在范德华 力，CO2的晶胞呈面心立方体形
9、，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)。 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。 (1)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体() (2)干冰比冰的熔点低很多，常压下易升华() (3)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() (4)冰晶体中，每个水分子周围只有 4 个紧邻的分子
10、；1 mol 冰中含有 1 mol 氢键() 答案(1)(2)(3)(4) 1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 个紧邻的分子，而冰中一 个水分子周围只有 4 个紧邻分子，为什么？ 提示硫化氢晶体中只存在范德华力，属于分子密堆积，而冰中主要作用力是氢键，氢键具有方向性， 氢键的存在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。 2如图为干冰的晶体结构示意图。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (1)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分子的距离为_ pm
11、。 (2)其密度为_(1 pm10 10 cm)。 答案(1)4 2 2 a(2) 444 NAa10 103gcm 3 解析顶角一种取向，三对平行面分别为三种取向，所以共有 4 种取向。两个紧邻 CO2分子的距离为 面对角线的一半。1 mol 晶胞质量 1 mol 晶胞体积 444 NAa10 103 gcm 3。 1下列物质固态时，一定是分子晶体的是() A酸性氧化物B非金属单质 C碱性氧化物D含氧酸 答案D 2水的沸点为 100 ，硫化氢的分子结构跟水相似，但它的沸点却很低，是60.7 ，引起这种差 异的主要原因是() A范德华力B共价键 C氢键D相对分子质量 答案C 解析水和 H2S
12、的结构相似，二者形成的晶体也都是分子晶体。但由于水分子间存在氢键，所以导致 水的沸点高于 H2S 的沸点。 3干冰熔点很低是由于() ACO2是非极性分子BC=O 的键能很小 CCO2化学性质不活泼DCO2分子间的作用力较弱 答案D 解析干冰是分子晶体，分子晶体的相对分子质量越小，分子间的作用力越弱，熔、沸点越低，所以 干冰熔点很低是由于 CO2分子间的作用力较弱，与键能、化学性质等无关。 4干冰气化时，下列所述内容发生变化的是() A分子内共价键B分子间作用力 2022 高中化学新教材同步讲义资料 C分子的性质D分子间的氢键 答案B 解析干冰是分子晶体，分子间存在分子间作用力，不存在氢键，分
13、子气化时破坏分子间作用力，分 子内原子间共价键没有被破坏，所以分子的性质不发生改变。 5下列属于分子晶体的一组物质是() ACaO、NO、COBCCl4、H2O、He CCO2、SO2、NaClDCH4、O2、Na2O 答案B 6下列有关分子晶体熔点高低的叙述中，正确的是() A氯气碘单质 B四氯化硅四氟化硅 CNH3正戊烷 答案B 解析碘常温下为固体，氯气为气体，碘的熔点较高，A 错误；四氯化硅、四氟化硅对应的晶体都为 分子晶体，四氯化硅的相对分子质量大，熔点较高，B 正确；氨分子间存在氢键，熔点较高，C 错误；同 分异构体中，含有的支链越多，熔点越低，D 错误。 7自从英国化学家巴特列(N
14、.Bartlett)首次合成了第一种稀有气体的化合物 XePtF6以来，人们又相继 发现了氙的一系列化合物，如 XeF2、XeF4等。巴特列为开拓稀有气体化学作出了历史性贡献。 (1)请根据 XeF4的结构示意图(图 1)判断这个分子是极性分子还是非极性分子？_。 (2)XeF2晶体是一种无色晶体，图 2 为它的晶胞结构图。XeF2晶体属于哪种类型的晶体？_。 答案(1)非极性分子(2)分子晶体 解析(1)XeF4分子中含有 XeF 极性键，由于 XeF4分子是平面正方形结构，结构对称，所以 XeF4 分子为非极性分子。(2)根据晶胞结构可知，XeF2晶体是由分子构成的，是分子晶体。 题组一分
15、子晶体及其性质 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 2022 高中化学新教材同步讲义资料 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 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，B 正确、C 错误；只存在范德华力的分子晶体才采用分子密堆积的方式，D 错误。 2分子晶体具有某些特征的本质原因是() A组
16、成晶体的基本微粒是分子 B熔融时不导电 C晶体内微粒间以分子间作用力相结合 D熔点一般比较低 答案C 解析分子晶体相对于其他晶体来说，熔、沸点较低，硬度较小，本质原因是其基本构成微粒间的相 互作用范德华力及氢键相对于化学键来说比较弱。 3下列晶体由原子直接构成，但属于分子晶体的是() A固态氢B固态氖 C磷D三氧化硫 答案B 解析根据题意可知必须是单原子分子，符合条件的只有稀有气体，故选 B。 4支持固态氨是分子晶体的事实为() A氮原子不能形成阳离子 B铵离子不能单独存在 C常温下氨是气态物质 D氨极易溶于水 答案C 解析常温下氨是气态物质，说明 NH3的熔点和沸点低，微粒之间的结合力小，所
17、以固态的氨是分子 晶体；只有分子晶体在常温下才可能呈气态，反之，常温下呈气态的物质一定属于分子晶体。 5碘的熔、沸点低，其原因是() A碘的非金属性较弱 BII 的键能较小 C碘晶体属于分子晶体 DII 共价键的键长较长 答案C 解析碘单质为双原子分子，属于分子晶体，分子间作用力较弱，其熔、沸点较低，与非金属性、II 2022 高中化学新教材同步讲义资料 的键能和键长无关，C 正确。 6下列性质适合于分子晶体的是() 熔点 1 070 ，易溶于水，水溶液导电 熔点 10.31 ，液态不导电，水溶液导电 能溶于 CS2，熔点 112.8，沸点 444.6 熔点 97.81 ，质软、导电，密度为
18、0.97 gcm 3 AB CD 答案C 解析熔点 10.31 ，液态不导电，说明液态时，只存在分子，没有离子，溶于水后，电离出自由 移动的离子，水溶液中能导电，属于分子晶体，符合题意；能溶于 CS2，熔点 112.8 ，沸点 444.6 ， 符合分子晶体的特点，符合题意，C 正确。 7目前，科学界拟合成一种“双重结构”的球形分子，即把足球烯 C60的分子容纳在 Si60分子中，外 面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合，下列叙述错误的是() A该晶体属于分子晶体 B该分子内原子间都以极性共价键相连接 C该物质是一种新化合物 D该物质的相对分子质量为 2 400 答案B 解析A 项，由于该物质
19、是“双重结构”的球形分子，所以该晶体类型是分子晶体，正确；B 项，该 分子内同种元素的原子间都以非极性共价键相结合，不同种元素的原子间以极性共价键相结合，错误；C 项， 该物质含有两种元素， 是纯净物， 因此属于一种新化合物， 正确； D 项， 该物质的相对分子质量为 1260 28602 400，正确。 题组二分子晶体的晶胞 8(2019河北衡水中学月考)正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的 H3BO3分子通过氢 键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是() A正硼酸晶体不属于分子晶体 BH3BO3分子的稳定性与氢键有关 C分子中硼原子最外层为 8 电子稳定结构 D含 1
20、mol H3BO3的晶体中有 3 mol 氢键 2022 高中化学新教材同步讲义资料 答案D 解析A 项，正硼酸晶体属于分子晶体；B 项，H3BO3分子的稳定性与分子内部的共价键有关，与分 子间氢键无关；C 项，分子中的硼原子不符合 8 电子稳定结构；D 项，1 个 H3BO3分子中含有 3 个氢键。 9.冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，其晶胞结构如图所示。下列有关说法正确的是 () A冰晶胞内水分子间以共价键结合 B每个冰晶胞平均含有 4 个水分子 C水分子间的氢键具有方向性和饱和性，也是键的一种 D已知冰中氢键的作用力为 18.5 kJmol 1，而常见的冰的熔化热为 336
21、 Jg1，这说明冰变成水，氢 键部分被破坏(假设熔化热全部用于破坏氢键) 答案D 解析冰晶胞内水分子间主要以氢键结合，A 项错误；由冰晶胞的结构可知，每个冰晶胞平均占有的 分子个数为 41 886 1 28，B 项错误；水分子间的氢键具有方向性和饱和性，但氢键不属于化学键， C 项错误；冰中氢键的作用力为 18.5 kJmol 1，1 mol 冰中含有 2 mol 氢键，而常见的冰的熔化热为 336 Jg 1，也可写为 6.05 kJmol1，说明冰变为液态水时只是破坏了一部分氢键，液态水中仍存在氢键，D 项正 确。 10 (2019合肥一中月考)如图是甲烷晶体的晶胞结构， 图中每个小球代表一
22、个甲烷分子(甲烷分子分别 位于立方体的顶角和面心)，下列有关该晶体的说法正确的是() A该晶体与 HI 的晶体类型不同 B该晶体熔化时只需要破坏共价键 CSiH4分子的稳定性强于甲烷 D每个顶角上的甲烷分子与之距离最近且等距的甲烷分子有 12 个 答案D 解析甲烷、HI 晶体均属于分子晶体，A 项错误；甲烷晶体属于分子晶体，熔化时只需要破坏分子间 作用力，不需要破坏共价键，B 项错误；C 的非金属性比 Si 强，所以 SiH4分子的稳定性弱于甲烷，C 项错 误；根据晶胞的结构可知，以晶胞中顶角上的甲烷分子为研究对象，与它距离最近且等距的甲烷分子分布 在立方体的 3 个面心上，每个顶角上的甲烷分
23、子被 8 个立方体共用，每个面心上的甲烷分子被 2 个立方体 2022 高中化学新教材同步讲义资料 共用，所以每个甲烷分子周围与它距离最近且等距的甲烷分子有38 2 12 个，D 项正确。 11海底有大量的天然气水合物，可满足人类 1 000 年的能源需要。天然气水合物是一种晶体，晶体 中平均每 46 个水分子构建成 8 个笼，每个笼可容纳 1 个 CH4分子或 1 个游离 H2O 分子。若晶体中每 8 个 笼只有 6 个容纳了 CH4分子， 另外 2 个笼被游离 H2O 分子填充， 则天然气水合物的平均组成可表示为() ACH414H2OBCH48H2O CCH423 7 H2ODCH46H
24、2O 答案B 解析“可燃冰”是一种晶体，晶体中平均每 46 个 H2O 分子构建 8 个笼，每个笼内可容纳 1 个 CH4 分子或 1 个游离 H2O 分子。若晶体中每 8 个笼只有 6 个容纳了 CH4分子，另外 2 个笼被游离的 H2O 分子 填充，因此 6 个笼中有 6 个甲烷分子，水分子有 46248 个，则“可燃冰”平均分子组成可表示为 6CH448H2O，即 CH48H2O；答案选 B。 12(1)比较下列化合物的熔、沸点的高低(填“”或“”)。 CO2_SO2；NH3_PH3；O3_O2；Ne_Ar； CH3CH2OH_CH3OH；CO_N2。 (2)已知 AlCl3的熔点为 1
25、90 ，但它在 180 即开始升华。请回答： AlCl3固体是_晶体。 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) (2)分子在熔融状态下，验证其是否导电，若不导电则是共价化合物 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)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。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：N60分子中每个
26、氮原子均以 NN 结合三个 N 原子而形成 8 电子稳定结构； NN 的键能为 167 kJmol 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NN的键能为942 kJmol 1)，表明稳定性 N60_(填“”“”或“”)N2。 (3)由(2)列举 N60的用途(举一种)：_。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 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 230M
27、r(N2)，故 N60晶体中分子的范德华力比 N2 晶体的大，N60晶体的熔、沸点比 N2晶体的高。(2)因 N60中每个氮原子形成三个 NN，每个 NN 被 2 个 N 原子共用，故 1 mol N60中存在 NN：1 mol6031 290 mol。发生的反应为 N 60=30N2，故H 90 mol167 kJmol 130 mol942 kJmol113 230 kJ 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。 14按要求回答下列问题。 (1)水分子的空间结构是_，实验测得冰中氢键的作用能为 18.5 kJmol 1，而冰的熔化热为 5.0 k
28、Jmol 1，这说明_。 (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 kJmol 1)。已知冰的升华热是 51 kJmol1，则冰晶体中氢键的能量是_ kJmol1。 (3)下图是部分卤素单质和 XY 型卤素互化物的沸点与其相对分子质量的关系。 它们的沸点随着相对分 子质量的增大而升高，其原因是_。 试推测 ICl 的沸点所处的最小范围是_。 答案(1)V 形冰融化为液态水时只是破坏了一部分氢键，也说明液态水中仍存在氢键(2)20(3) 相对分子质量越大，分子间作用力越强介于 Br2的沸点和 IBr 的沸点之间 解析(2)1 m
29、ol 冰中含有 2 mol 氢键，冰升华既克服氢键，又克服范德华力，所以氢键的能量为： 51 kJmol 111 kJmol1 2 20 kJmol 1。 (3)Cl、 Br、 I 三种元素形成的单质或互化物的相对分子质量为 Cl2： 71； Br2： 160， I2： 254， BrCl： 115.5； IBr：207。题目所给的 ICl 的相对分子质量为 162.5，介于 Br2和 IBr 之间。 15据新科学杂志报道，科研人员在 20 、1 个大气压和其他一定的实验条件下，给水施加一个 弱电场，水就可以结成冰，称为“热冰”。如图是水和“热冰”微观结构的计算机模拟图。请回答下列问 题： 2
30、022 高中化学新教材同步讲义资料 (1)以上信息体现了水分子具有_性，水分子中氧原子的杂化方式为_。 (2)参照热冰的图示，以一个水分子为中心，画出水分子间最基本的连接方式(用结构式表 示)_ _。 (3)固体二氧化碳外形似冰， 受热气化无液体产生， 俗称“干冰”。 根据如图干冰的晶胞的结构回答： 一个晶胞中有_个二氧化碳分子；在一个二氧化碳分子中所含的化学键类型与数目为 _。 在 干 冰 中 撒 入 镁 粉 ， 用 红 热 的 铁 棒 引 燃 后 ， 再 盖 上 另 一 块 干 冰 ， 出 现 的 现 象 为 _，反应的化学方程式是_。 答案(1)极sp3杂化 (2) (3)42 个键，2 个键镁粉在干冰中继续燃烧，发出耀眼的白光，并有黑色物质生成2Mg CO2= 点燃 2MgOC 解析(1)水分子为极性分子，在外加电场作用下，水分子可以发生运动。
