能辨認(rèn)常見的分子晶體，并能從微觀角度分析分子晶體的結(jié)構(gòu)特征。
借助分子晶體模型說明分子晶體中的粒子及粒子間的相互作用，以及范德華力與氫鍵對分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的影響，促進“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。
重點：分子晶體的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)。
難點：分子晶體的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)。
分子晶體及其物理特性
只含分子的晶體稱為分子晶體。在分子晶體中，相鄰分子靠分子間作用力相互吸引。分子晶體有低熔點、硬度很小等特性。
典型的分子晶體及其類別
分子晶體的結(jié)構(gòu)特征
分子晶體的堆積方式
兩種典型的分子晶體的組成和結(jié)構(gòu)
①冰中水分子之間的主要作用力是氫鍵，在冰的晶體中，每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子。盡管氫鍵比共價鍵弱得多，不屬于化學(xué)鍵，卻跟共價鍵一樣具有方向性(見圖Ⅱ)。
②干冰是CO2的晶體，干冰的外觀很像冰，硬度也跟冰相似，而熔點卻比冰低得多，在常壓下極易升華，由于干冰中的CO2分子之間只存在范德華力，不存在氫鍵，一個分子周圍有12個緊鄰分子(見圖Ⅲ)，密度比冰的高。干冰在工業(yè)上廣泛用作制冷劑。
1．下列物質(zhì)中，屬于分子晶體的化合物是( )
A．石英 B．白磷
C．干冰 D．氯化鈉
【答案】 C
【解析】 白磷和干冰是分子晶體，但白磷是單質(zhì)。
2．下列有關(guān)分子晶體的說法中正確的是( )
A．分子內(nèi)均存在共價鍵
B．分子間一定存在范德華力
C．分子間一定存在氫鍵
D．分子晶體均為化合物
【答案】 B
【解析】 由稀有氣體組成的晶體中，不存在由多個原子組成的分子，而是原子間通過范德華力結(jié)合成晶體，所以不存在化學(xué)鍵，A錯誤。分子間作用力包括范德華力和氫鍵，范德華力存在于所有的分子晶體中，而氫鍵只存在于部分晶體中，B正確，C錯誤。分子晶體還包括一些單質(zhì)，如稀有氣體，D錯誤。
3．某科學(xué)雜志報道，國外有一研究發(fā)現(xiàn)了一種新的球形分子，它的分子式為C60Si60，其分子結(jié)構(gòu)類似中國傳統(tǒng)工藝品“鏤雕”，經(jīng)測定其中包含C60，也有Si60結(jié)構(gòu)。下列敘述正確的是( )
A．該物質(zhì)有很高的熔點、很大的硬度
B．該物質(zhì)形成的晶體屬于分子晶體
C．該物質(zhì)分子中Si60被包裹在C60里面
D．該物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為2400
【答案】 B
【解析】 由分子式及題中信息可知該物質(zhì)為分子晶體，分子晶體的熔點低、硬度小，A錯誤，B正確；硅的原子半徑比碳大，所以C60Si60的外層為Si60，內(nèi)層為C60，C錯誤；它的分子式為C60Si60，所以該物質(zhì)的相對分子質(zhì)量＝(12＋28)×60＝2400，摩爾質(zhì)量為2400 g/ml，D錯誤。
4．如圖所示，甲、乙、丙分別表示C60、二氧化碳、碘晶體的晶胞結(jié)構(gòu)模型。
請回答下列問題：
(1)C60的熔點為280 ℃，從晶體類型來看，C60屬于________晶體。
(2)二氧化碳晶胞中顯示出的二氧化碳分子數(shù)為14，實際上一個二氧化碳晶胞中含有____個二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ鍵與π鍵的個數(shù)比為________。
(3)①碘晶體屬于________晶體。
②碘晶體熔化過程中克服的作用力為________。
【答案】 (1)分子 (2)4 1∶1 (3)①分子 ②分子間作用力
考點1分子晶體的結(jié)構(gòu)特點和物理性質(zhì)
兩種典型分子晶體的結(jié)構(gòu)
分子晶體的物理性質(zhì)
(1)分子晶體不導(dǎo)電。分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下均不導(dǎo)電。有些分子晶體的水溶液能導(dǎo)電，如HI、乙酸等。
(2)分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規(guī)律，即極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑。
(3)分子晶體具有較低的熔、沸點和較小的硬度。分子晶體熔化時破壞分子間作用力，由于分子間作用力很弱，所以分子晶體的熔、沸點一般較低，具體熔、沸點高低比較如下：
①組成和結(jié)構(gòu)相似、不含氫鍵的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強，熔、沸點越高。如：I2>Br2>Cl2>F2，HI>HBr>HCl。
②組成和結(jié)構(gòu)不相似的分子晶體(相對分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，熔、沸點越高。如：CO>N2。
③分子間氫鍵會導(dǎo)致熔、沸點反常升高。如：H2O>H2Te>H2Se>H2S。
④對于有機物來講，分子式相同，支鏈越多，熔、沸點越低。如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 > >。
⑤烴、鹵代烴、醇、醛、羧酸等有機物一般隨分子里碳原子數(shù)的增加，熔、沸點升高。如：C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。
甲烷晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法正確的是( )
甲烷晶胞中的球只代表1個C原子
晶體中1個CH4分子有12個緊鄰的CH4分子
甲烷晶體熔化時需克服共價鍵
1個CH4晶胞中含有8個CH4分子
【答案】 B
【解析】 題圖所示的甲烷晶胞中的球代表的是1個甲烷分子，并不是1個C原子，A錯誤；由甲烷晶胞分析，位于晶胞頂點的某一個甲烷分子與其距離最近的甲烷分子有3個，而這3個甲烷分子在晶胞的面上，因此每個都被2個晶胞共用，故與1個甲烷分子緊鄰的甲烷分子數(shù)目為3×8×eq \f(1,2)＝12，B正確；甲烷晶體是分子晶體，熔化時克服范德華力，C錯誤；甲烷晶胞中甲烷分子的個數(shù)為8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，D錯誤。
晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中可重復(fù)出現(xiàn)的最小的結(jié)構(gòu)單元，C60晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示，下列說法正確的是( )
C60摩爾質(zhì)量是720
C60與苯互為同素異形體
C．在C60晶胞中有14個C60分子
D．每個C60分子周圍與它距離最近且等距離的C60分子有12個
【答案】 D
比較下列物質(zhì)的熔、沸點的高低(填“>”或“ (3)> (4)< (5)> (6)>
（1）下列物質(zhì)，按沸點降低順序排列的一組是( )
A．HF、HCl、HBr、HI B．F2、Cl2、Br2、I2
C．H2O、H2S、H2Se、H2Te D．CI4、CBr4、CCl4、CF4
【答案】D
【解析】A、C中HF和H2O分子間含有氫鍵，沸點反常；對結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，B中沸點隨相對分子質(zhì)量的增加而增大；D中沸點依次降低。
（2）(多選)下列分子晶體中，關(guān)于熔、沸點高低的敘述中，正確的是( )
A．Cl2＞I2 B．SiCl4＞CCl4
C．NH3＞PH3 D．C(CH3)4＞CH3CH2CH2CH2CH3
【答案】BC
【解析】A、B項屬于無氫鍵存在的分子結(jié)構(gòu)相似的情況，相對分子質(zhì)量大的熔沸點高；C選項屬于分子結(jié)構(gòu)相似的情況，但存在氫鍵的熔、沸點高；D項屬于相對分子質(zhì)量相同，但分子結(jié)構(gòu)不同的情況，支鏈少的熔沸點高。
一、選擇題(每小題只有1個選項符合題意)
1.分子晶體具有某些特征的本質(zhì)原因是( )
A．組成晶體的基本微粒是分子
B．熔融時不導(dǎo)電
C．晶體內(nèi)微粒間以分子間作用力相結(jié)合
D．熔點一般比較低
【答案】 C
2.HF分子晶體、NH3分子晶體與冰的結(jié)構(gòu)極為相似，在HF分子晶體中，與F原子距離最近的HF分子有幾個( )
A．3 B．4 C．5 D．12
【答案】 B
【解析】根據(jù)HF分子晶體與冰結(jié)構(gòu)相似可知，每個HF分子周圍有4個HF分子與之最近，構(gòu)成四面體，故B項正確。
3.正硼酸(H3BO3)是一種片層狀結(jié)構(gòu)白色晶體，層內(nèi)的H3BO3分子通過氫鍵相連(如下圖)。下列有關(guān)說法正確的是 ( )
A．正硼酸晶體屬于原子晶體 B．H3BO3分子的穩(wěn)定性與氫鍵有關(guān)
C．分子中硼原子符合8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu) D．含1 ml H3BO3的晶體中有3 ml氫鍵
【答案】 D
【解析】A項，正硼酸屬于分子晶體；B項，H3BO3分子穩(wěn)定性與分子內(nèi)部的共價鍵有關(guān)，與分子間的氫鍵無關(guān)；C項，分子中的硼原子不符合8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；D項，中的3個氫均形成氫鍵。
4.如圖為冰的一種骨架形式，依此為單位向空間延伸，請問該冰中的每個水分子有幾個氫鍵( )
A．2 B．4 C．8 D．12
【答案】 A
【解析】每個水分子與四個方向的4個水分子形成氫鍵，每個氫鍵為2個水分子共用，故其氫鍵個數(shù)為4×12＝2。
5.下列說法中正確的是( )
A．C60汽化和I2升華克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它們的熔點相近
C．NaCl和HCl溶于水時，破壞的化學(xué)鍵都是離子鍵
D．常溫下TiCl4是無色透明液體，熔點－23.2 ℃，沸點136.2 ℃，所以TiCl4屬于分子晶體
【答案】 A
【解析】C60、I2均為分子晶體，汽化或升華時均克服范德華力；B中乙酸分子可形成氫鍵，其熔、沸點比甲酸甲酯高。
6.下列關(guān)于分子晶體的說法正確的是( )
A．干冰升華時，分子內(nèi)共價鍵被破壞
B．稀有氣體元素組成的晶體中存在非極性鍵
C．水汽化時分子間距離增大
D．白磷熔化時，分子間氫鍵被破壞
【答案】 C
【解析】 干冰升華，只是由CO2固體變成CO2氣體，改變的是CO2的分子間距離和分子間作用力，與分子內(nèi)的共價鍵無關(guān)，A錯誤；稀有氣體元素組成的晶體是原子間通過范德華力結(jié)合而成，不存在化學(xué)鍵，B錯誤；白磷中不存在氫鍵，D錯誤。
7.下列關(guān)于物質(zhì)沸點高低的比較正確的是( )
A．CH4>SiH4>GeH4
B．NH3>AsH3>PH3
C．Cl2>Br2>I2
D．C(CH3)4>(CH3)2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3
【答案】 B
【解析】 一般情況下，對于組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，分子晶體的沸點隨相對分子質(zhì)量的增大而升高，即沸點：CH4HI
D．第一組物質(zhì)是分子晶體，一定含有共價鍵
【答案】 B
【解析】 第四組物質(zhì)中H2O的沸點最高，是因為H2O分子之間可以形成氫鍵，A錯誤；Se和Br同為第四周期元素，Br的非金屬性較強，故氫化物的穩(wěn)定性：HBr>H2Se，B正確；第三組物質(zhì)溶于水后，HF溶液的酸性最弱，C錯誤；第一組物質(zhì)是分子晶體，但分子中不一定含有共價鍵，如稀有氣體中無共價鍵，D錯誤。
14.已知干冰的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞中距離最近的兩個 CO2分子間的距 離為a pm。下列說法正確的是( )
A．晶胞中每個CO2分子周圍有8個緊鄰的CO2分子
B．晶胞的體積為2eq \r(2)a3×10－30 cm3
C．一個晶胞中平均含6個CO2分子
D．CO2分子的空間結(jié)構(gòu)是直線形，中心C原子采用sp3雜化
【答案】 B
【解析】 晶胞中每個CO2分子周圍緊鄰的CO2分子數(shù)為3×8÷2＝12，A錯誤；該晶胞中距離最近的兩個CO2分子間的距離為a pm，即晶胞同一平面上頂角和面心上的兩個二氧化碳分子之間的距離為a pm，則晶胞棱長為a pm＝a×10－10 cm，晶胞體積為(a×10－10 cm)3＝2a3×10－30 cm3，B正確；該晶胞中二氧化碳分子的個數(shù)為8×18＋6×12＝4，C錯誤；二氧化碳分子是直線形分子，C原子的價層電子對數(shù)是2，則C原子采用sp雜化，D錯誤。
二、非選擇題
15.已知A、B、C、D四種分子所含原子的數(shù)目依次為 1、3、6、6,且都含有18個電子,B、C是由兩種元素的原子組成,且分子中兩種原子的個數(shù)比均為1∶2。D是一種有毒的有機物
(1)組成A分子的原子的元素符號是
(2)從B分子的立體結(jié)構(gòu)判斷,該分子屬于 分子(填“極性”或“非極性”)
(3)C分子中都包含 個σ鍵, 個π鍵
(4)D的熔、沸點比C2H6的熔、沸點高,其主要原因是(需指明D是何物質(zhì))：
Ⅱ.CO的結(jié)構(gòu)可表示為,N2的結(jié)構(gòu)可表示為
(5)下表是兩者的鍵能數(shù)據(jù)：(單位:kJ·ml-1)
結(jié)合數(shù)據(jù)說明CO比N2活潑的原因:
Ⅲ.Fe、C、Ni、Cu等金屬能形成配合物與這些金屬原子的電子層結(jié)構(gòu)有關(guān)
(6)基態(tài)Ni原子的核外電子排布式為 ，基態(tài)Cu原子的價電子排布式為
(7)Fe(CO)5常溫下呈液態(tài),熔點為-20.5 ℃,沸點為103 ℃,易溶于非極性溶劑,據(jù)此可判斷Fe(CO)5晶體屬于 (填晶體類型)。
【答案】(1)Ar
(2)極性
(3)5 0
(4)D是CH3OH,分子之間能形成氫鍵
(5)CO中斷裂1 ml π鍵需吸收能量273 kJ,N2中斷裂1 ml π鍵需吸收能量523.3 kJ,所以CO分子中的π鍵比N2分子中的π鍵更容易發(fā)生反應(yīng)
(6)1s22s22p63s23p63d84s2 3d104s1
(7)分子晶體
【解析】(1)18個電子的單原子分子是氬。(2)B是由兩種元素的3原子構(gòu)成的含有18個電子的分子,則B是H2S,是極性分子。(3)C是由兩種元素的6原子構(gòu)成的含有18個電子的分子,原子個數(shù)比為1∶2,則C是N2H4,N原子采取sp3雜化,分子內(nèi)有5個σ鍵,無π鍵。(4)D是由6原子構(gòu)成的含有18個電子有毒的有機物,應(yīng)是甲醇。CH3OH分子之間能形成氫鍵,因此熔、沸點比C2H6的熔、沸點高。(5)CO分子中的一個π鍵的鍵能=1 071.9 kJ·ml-1-798.9 kJ·ml-1=273 kJ·ml-1。N2分子內(nèi)的一個π鍵的鍵能=941.7 kJ·ml-1-418.4 kJ·ml-1=523.3 kJ·ml-1,鍵能越大越穩(wěn)定,CO分子中的π鍵比N2更容易斷裂,所以CO比N2活潑。(6)基態(tài)Ni原子的核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2,基態(tài)Cu原子的價電子排布式為3d104s1。(7)Fe(CO)5熔、沸點低,易溶于非極性溶劑,是分子晶體。
16.已知A、B、C、D、E、F都是元素周期表前四周期的元素，它們的核電荷數(shù)：B＜A＜C＜D＜E＜F。B、C兩種元素都能引起水體富營養(yǎng)化。E原子得到一個電子后3p軌道全充滿。A＋比E原子形成的離子少1個電子層。D可以形成兩種氧化物，其中一種氧化物是形成酸雨的主要氣體之一。F的原子序數(shù)為26。請回答下列問題：
(1)C、D、E的第一電離能由小到大的順序為________(用元素符號表示)
(2)寫出B的氫化物與水反應(yīng)的離子方程式：________________，B的氫化物極易溶于水的原因是______________ (3)化合物BE3的分子空間構(gòu)型為________________
(4)F元素原子的核外電子排布式為________。F的一種常見化合物F(CO)5在常溫下呈液態(tài)，熔點為－20.5℃，沸點為103℃，易溶于非極性溶劑，則F(CO)5的晶體類型為__________________
(5)將FE3的飽和溶液滴入沸水中，請寫出有關(guān)反應(yīng)的離子方程式：________________________________________
(6)比較B、C兩種元素的氫化物穩(wěn)定性并說明理由： ____________________
【答案】(1)S＜P＜Cl
(2)NH3＋H2O?NH3·H2O?NH4 ＋＋OH－ NH3與H2O之間能形成氫鍵；NH3和H2O都是極性分子，根據(jù)“相似相溶”原理，NH3在H2O中的溶解度較大
(3)三角錐形
(4)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 分子晶體
(5)Fe3＋＋3H2O?Fe(OH)3(膠體)＋3H＋
(6)穩(wěn)定性：NH3＞PH3，鍵長越短，鍵能越大，化合物越穩(wěn)定
【解析】能引起水體富營養(yǎng)化的元素為N、P，由題意可知B為氮元素，C為磷元素。同時可以確定A為鈉元素，E為氯元素。由“D可以形成兩種氧化物，其中一種氧化物是形成酸雨的主要氣體之一”可推出D為硫元素。由“F的原子序數(shù)為26”可知F為鐵元素。物質(zhì)種類
實例
所有非金屬氫化物
H2O、NH3、CH4等
部分非金屬單質(zhì)
鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、碳60(C60)等
部分非金屬氧化物
CO2、P4O10、SO2、SO3等
幾乎所有的酸
HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
絕大多數(shù)有機物
苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
分子密堆積
分子非密堆積
微粒間作用力
范德華力
范德華力和氫鍵
空間特點
通常每個分子周圍有12個緊鄰的分子(見圖Ⅰ)
每個分子周圍緊鄰的分子小于12個，空間利用率不高(見圖Ⅱ)
舉例
C60、干冰、I2、O2
HF、NH3、冰
物質(zhì)
晶胞
結(jié)構(gòu)特點
干冰
a.相鄰分子間只存在范德華力
b．每個晶胞中有4個CO2分子，12個原子
c．每個CO2分子周圍等距離且緊鄰的CO2分子有12個
冰
a.水分子之間的作用力有范德華力和氫鍵，但主要作用力是氫鍵
b．由于氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰的水分子相互吸引
第一組
A －268.8
B －249.5
C －185.8
D －151.7
第二組
F2 －187.0
Cl2 －33.6
Br2 58.7
I2 184.0
第三組
HF 19.4
HCl －84.0
HBr －67.0
HI －35.3
第四組
H2O 100.0
H2S －60.2
H2Se －42.0
H2Te －1.8
A—B
CO
357.7
798. 9
1 071.9
N2
154.8
418.4
941.7

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