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专题3 微粒间作用力与物质性质
第四单元　分子间作用力　分子晶体
分子间作用力
分类 范德华力 氢键
概念 普遍存在于固体、液体、气体中分子之间的作用力 氢原子与电负性很大、半径较小的原子X(F、O、N)以共价键形成强极性键H—X，这个氢原子还可以吸引另一个键上电负性大、半径小的原子Y，形成具有X—H…Y形式的物质
存在范围 分子间 某些含强极性键的分子间(HF、H2O、NH3等)或分子内(某些有机物)
分类 范德华力 氢键
强度比较 比化学键的键能约小1～2个数量级 比化学键的键能小1～2个数量级，和范德华力的数量级相同，但比范德华力要大
影响强度
的因素 相对分子质量越大，范德华力越大；分子的极性越大，范德华力越大 (1)氢键的强弱与X和Y的电负性大小有关。电负性越大，氢键越强
(2)氢键的强弱还和Y的半径大小有关，Y的半径越小，越能接近H—X键，形成的氢键也越强
对物质性质的影响 对于结构相似的物质来说，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔点、沸点也越高 (1)对物质熔、沸点的影响
(2)对溶解度的影响
分子间作用力对物质物理性质的影响
1.相似相溶规则
非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂。如蔗糖和氨易溶于水，难溶于四氯化碳；萘和碘易溶于四氯化碳，难溶于水。
2.影响物质溶解性的因素
(1)外界因素：主要有温度、压强等。
(2)氢键：溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。
(3)分子结构的相似性：溶质和溶剂的分子结构相似程度越大，其溶解性越大，如乙醇与水互溶，而戊醇在水中的溶解度不大。
无机含氧酸分子的酸性
(1)无机含氧酸分子中的氢原子多与酸根上的氧原子相连，形成羟基。
含氧酸 次氯酸 磷酸 硫酸 高氯酸
结构简式 Cl—OH
非羟基氧原子数 0 1 2 3
酸性 弱酸 中强酸 强酸 最强酸
由上表分析可知：含氧酸分子结构中含非羟基氧原子数越多，该含氧酸的酸性越强。
(2)氯元素能形成多种价态的含氧酸，通过计算它们分子中非羟基氧原子数，比较它们酸性的强弱。
含氧酸 HClO HClO2 HClO3 HClO4
氯元素价态 ＋1 ＋3 ＋5 ＋7
非羟基氧原子数 0 1 2 3
酸性 弱酸 中强酸 强酸 最强酸
由上表分析可知：同种元素的含氧酸中，成酸元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。
分子晶体
1.分子晶体的概念
分子通过分子间作用力构成的固态物质。在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。
2.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、稀有气体、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力判断：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。
(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。
3.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＞Br2＞Cl2＞F2，HI＞HBr＞HCl。
(2)相对分子质量接近的分子晶体，分子的极性越大，熔、沸点越高，如CO＞N2。
(3)含有分子间氢键的分子晶体，熔、沸点反常升高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
(4)同分异构体中，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。
典型分子晶体的结构和性质
1.分子晶体的结构特征
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小于12个，空间利用率不高
举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰
2.两种典型的分子晶体的组成和结构
(1)干冰
①每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。
②每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子数为12。
(2)冰
①水分子之间主要的作用力是氢键，当然也有范德华力。
②由于氢键的方向性，使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。
干冰的结构模型(晶胞)
冰的结构
范德华力对物质性质的影响
范德华力很弱，比化学键的键能小得多，分子间作用力的实质是一种静电作用，其主要特征有以下几个方面：
(1)广泛存在于分子之间；
(2)只有分子间充分接近时才有分子间的相互作用力；
(3)范德华力主要影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质；
(4)范德华力无方向性和饱和性，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。
(2025·广东湛江第二十一中学高二月考)下列物质的性质可用范德华力的大小来解释的是(　　)
A.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
B.CO2、CS2的熔、沸点依次升高
C. 、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱
D.CH3—O—CH3、C2H5OH的沸点依次升高
B
HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱是由于H—X键键能依次减小，A不符合题意；CO2、CS2的相对分子质量依次增大，分子间的范德华力也依次增大，所以其熔、沸点也依次升高，B符合题意； 、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱，与O—H键的极性有关，C不符合题意；CH3—O—CH3的沸点比C2H5OH的低是由于C2H5OH分子间形成了氢键，D不符合题意。
含范德华力或氢键的物质熔、沸点大小比较规律
(1)分子极性相同的物质，相对分子质量越大，熔、沸点越高。
例如熔、沸点：O2＞N2，HI＞HBr＞HCl，CS2＞CO2，CCl4＞CH4。
有机物中，同系物之间遵循这个规律。
(2)相对分子质量相同的物质，分子极性越大，熔、沸点越高。
例如CO与N2，前者为极性分子，后者为非极性分子，所以熔、沸点：CO＞N2。
(3)在有机物的同分异构体中，一般地说，支链越多，熔、沸点越低。
例如沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。
(4)芳香族化合物中，一般地说，其熔、沸点高低的顺序是邻位＞间位＞对位化合物。
例如沸点：邻二甲苯＞间二甲苯＞对二甲苯。
(5)当分子中存在氢键时，其熔、沸点会突然增大。
例如沸点：HF＞HI，H2O＞H2Te。
(6)分子间形成氢键的物质的熔、沸点大于分子内形成氢键的物质的熔、沸点。
例如沸点：对羟基苯甲酸(分子间氢键)＞邻羟基苯甲酸(分子内氢键)。
A
四种类型晶体性质的比较
1.四类晶体物理性质的比较
晶体类型 共价晶体 离子晶体 分子晶体 金属晶体
微粒间作用力 共价键 离子键 分子间作用力 金属键
硬度 大 较大 较小 不一定
熔、沸点 高 较高 较低 不一定
物质类别及举例 部分非金属单质(如金刚石、硅、硼等)，部分非金属化合物(如SiC、SiO2等) 活泼金属氧化物(如Na2O)、强碱(如KOH)、绝大部分盐(如NaCl) 大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外) 金属单质(如Na、Al、Fe等)、合金
2.晶体熔、沸点的比较
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体。
金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，如汞、镓、铯等熔、沸点很低，金属晶体一般不参与比较。
(2)共价晶体
由共价键形成的共价晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如熔点：金刚石＞石英＞碳化硅＞硅。
(3)离子晶体
一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，其离子晶体的熔、沸点就越高。如熔点：MgO＞NaCl＞CsCl。
(4)分子晶体
①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4，F2＜Cl2＜Br2＜I2。
按要求填空。
(1)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　　　　　　　　　　　　　　　　。
分子晶体　苯胺分子之间存在氢键
大多数有机物都是分子晶体，除了一部分有机酸盐和有机碱盐是离子晶体。分子晶体的熔、沸点不同，首先要考虑的就是是否有氢键。苯胺中存在电负性较强的N，分子间可以形成氢键，因此比甲苯的熔、沸点高。
(2)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。
分子
Fe(CO)5的熔、沸点低，属于分子晶体。
(3)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示。
①在石墨烯晶体中，每个C原子连接　　　　个六元环，每个六元环占有　　　　个C原子。
3　2
石墨烯晶体
金刚石晶体
②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接　　　　个六元环，六元环中最多有　　　　个C原子在同一平面。
12　4
石墨烯晶体
金刚石晶体
每个C原子周围形成4个共价键，最小的环为六元环，其中任意两个C—C键(有6种组合)可形2个六元环，则每个C原子连接2×6＝12个六元环；根据数学知识，3个C原子可形成一个平面，而每个C原子都可构成1个正四面体，所以六元环中最多有4个C原子共面。
石墨烯晶体
金刚石晶体
甲 乙
D
甲 乙
甲 乙
甲 乙
在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是　　　　原子。设Cr和Al的原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子的空间占有率为　　　　　　　　(列出计算表达式)。

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