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第二节　分子晶体与共价晶体
第1课时　分子晶体
[学习目标]　1.能准确辨识常见的分子晶体,并能从微观层面深入分析分子晶体中各构成粒子间的相互作用。2.能依据分子晶体的通性,合理推断常见的分子晶体。3.深入理解分子晶体中粒子的堆积模型,并熟练运用均摊法对晶胞进行精准分析。4.能分析分子晶体中各构成粒子间的相互作用对分子晶体物理性质产生的影响。
知识点1　分子晶体及其结构
1.分子晶体
(1)概念:只含分子的晶体称为分子晶体。
(2)构成粒子:分子。
(3)粒子间作用:分子晶体中相邻的分子靠分子间作用力相互吸引。分子内各原子间以共价键结合(稀有气体除外)。
[深度思考]
分子晶体中分子间作用力越大,其化学性质越稳定吗
【答案】 分子晶体的稳定性与共价键有关,与分子间作用力没有关系。
2.分子晶体与物质类别的关系
物质类别 实例
所有非金属氢化物 如H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等
部分非金属单质 如卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、碳60(C60)等
稀有气体 如He、Ne、Ar等
部分非金属氧化物 如CO2、P4O6、P4O10、SO2等
几乎所有的酸 如HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数有机物 如苯、乙醇、乙酸乙酯等
3.两种典型的分子晶体的组成和结构
(1)冰。
①水分子之间的主要作用力是氢键,当然也存在范德华力。
②由于氢键的方向性和饱和性,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。
③空间利用率不高,其密度比液态水的小。
(2)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。
③空间利用率高,其密度比冰的大。
4.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,每个分子周围最多有12个紧邻的分子 如C60、干 冰、I2、O2等
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、冰等
1.判断正误。
(1)分子晶体中一定存在共价键。(　×　)
(2)分子晶体中的每个分子内一定含有共价键。(　×　)
(3)组成分子晶体的粒子是分子,分子晶体熔化时会破坏范德华力或氢键。(　√　)
(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。(　√　)
(5)冰晶体中,每个水分子周围只有4个紧邻的分子,1 mol冰中含有1 mol氢键。(　×　)
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项,P4(白磷)为单质,不是化合物;C项,SiO2不是分子晶体;D项,Na2O2不是分子晶体。
3.下列有关分子晶体的说法中正确的是(　　)
[A]分子内均存在共价键
[B]分子间一定存在范德华力
[C]分子间一定存在氢键
[D]其结构一定不能由原子直接构成
【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,且为单原子结构,A、D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大的氮、氧、氟原子结合的氢原子的分子间或者分子内,B正确,C错误。
4.(2025·湖南长沙月考)分子晶体具有某些特征的本质原因是(　　)
[A]组成晶体的基本粒子是分子
[B]熔融时不导电
[C]晶体内粒子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粒子间的相互作用(范德华力及氢键)相对于化学键来说比较弱。
知识点2　分子晶体的物理性质
1.物理特性
(1)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。
(2)一般是绝缘体,熔融状态也不导电。
(3)溶解性符合“相似相溶”规律。
[深度思考1]
分子晶体熔点较低的原因是什么 分子晶体溶于水时,化学键一定破坏吗
【答案】 分子晶体熔化时破坏分子间作用力(氢键、范德华力),由于分子间作用力较弱,所以分子晶体熔点较低。分子晶体溶于水,化学键不一定被破坏。有的分子晶体溶于水破坏化学键,例如HCl;有的分子晶体不破坏化学键,例如蔗糖、乙醇。
2.分子晶体熔、沸点高低比较
(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,范德华力越大,熔、沸点越高,如I2>Br2>Cl2>F2,HI>HBr>HCl。
(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CO>N2。
(3)含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常高,如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
(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中碳原子数的增加,熔、沸点升高,如C2H6>CH4,C2H5Cl>CH3Cl,CH3COOH>HCOOH。
[深度思考2]
(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,⑥ClF3　　BrF3。
(2)苯胺()与甲苯()的相对分子质量相近,但熔、沸点苯胺大于甲苯,原因是 　。
【答案】 (1)①<　②>　③>　④<　⑤>　⑥<
(2)苯胺中存在的—NH2可以形成分子间氢键,使得分子间作用力变大,熔、沸点升高
1.判断正误。
(1)分子晶体的熔、沸点较低,易溶于水,难溶于有机溶剂。(　×　)
(2)分子晶体中,共价键越强,晶体的熔点就越高。(　×　)
(3)I2低温下就能升华,说明碘原子间的共价键较弱。(　×　)
(4)PF5和PCl5均为三角双锥结构的分子晶体,所以两者的沸点:PF52.下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是(　　)
①HCl　②HBr　③HI　④CO　⑤N2　⑥H2
[A]①②③④⑤⑥ [B]③②①⑤④⑥
[C]③②①④⑤⑥ [D]⑥⑤④③②①
【答案】 C
3.(2024·广东深圳月考)C60分子和C60晶胞示意图如图所示。下列关于C60晶体的说法不正确的是(　　)
[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晶体的基本粒子是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”规律,其可能易溶于四氯化碳中,B正确;每个C60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=12(个),D正确。
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力判断。
组成分子晶体的粒子是分子,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,在熔融状态和固态时均不导电。
课时作业
(分值:52分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1　分子晶体及其结构
1.下列关于分子晶体的说法正确的是(　　)
[A]分子晶体中分子间作用力越大,分子越稳定
[B]在分子晶体中一定存在共价键
[C]冰和固体Br2都是分子晶体
[D]稀有气体不能形成分子晶体
【答案】 C
【解析】 分子晶体中分子间作用力越大,晶体的熔、沸点越高,不影响分子的稳定性,A错误;在He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn形成的分子晶体中只存在分子间作用力,不存在共价键,B错误;稀有气体能形成分子晶体,D错误。
2.(2025·广东珠海月考)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、HD、C10H18 [B]PCl3、CO2、H2SO4
[C]SO2、C60、P2O5 [D]CCl4、Na2S、H2O2
【答案】 B
【解析】 分子晶体的构成粒子为分子,分子内部以共价键结合。HD属于分子晶体,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。
3.下列有关冰和干冰的叙述不正确的是(　　)
[A]干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体
[B]冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子
[C]干冰比冰的熔点低得多,常压下易升华
[D]干冰中只存在范德华力而不存在氢键,一个分子周围有12个紧邻的分子
【答案】 A
【解析】 干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力,分子采取密堆积,一个分子周围有12个紧邻的分子;冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键,由于氢键具有方向性和饱和性,故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子,采取非密堆积的方式,空间利用率小,因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力,冰融化需要克服范德华力和氢键,由于氢键作用力比范德华力大,所以干冰比冰的熔点低得多,而且常压下易升华。
4.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个碳原子
[B]晶体中1个甲烷分子周围有12个紧邻的甲烷分子
[C]甲烷晶体熔化时需克服共价键
[D]1个甲烷晶胞中含有8个甲烷分子
【答案】 B
【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个碳原子,A错误;由甲烷晶胞可知,位于晶胞顶点的甲烷分子与其距离最近且相等的甲烷分子有3个,而这3个甲烷分子在晶胞的面上,因此每个甲烷分子都被2个晶胞共用,顶点上的甲烷分子被8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正确;甲烷晶体是分子晶体,熔化时克服范德华力,C错误;1个甲烷晶胞中含有甲烷分子的个数为8×+6×=4,D错误。
知识点2　分子晶体的物理性质
5.下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是(　　)
[A]CH4>SiH4>GeH4>SnH4
[B]NH3>PH3>AsH3>SbH3
[C]H2O>H2S>H2Se>H2Te
[D]HF>HI>HBr>HCl
【答案】 D
【解析】 非金属氢化物都是分子晶体,其熔、沸点与相对分子质量成正比,但含有氢键的氢化物熔、沸点较高。碳族元素氢化物中都不含氢键,所以其熔、沸点与其相对分子质量成正比,则熔、沸点高低顺序是SnH4>GeH4>SiH4>CH4,故A错误;氨中含有氢键,所以熔、沸点最高,则氮族元素氢化物熔、沸点高低顺序是NH3>SbH3>AsH3>PH3,故B错误;水中含有氢键,所以熔、沸点最高,则氧族元素氢化物熔、沸点高低顺序是H2O>H2Te>H2Se>H2S,故C错误;HF中含有氢键,所以熔、沸点最高,则卤族元素氢化物熔、沸点高低顺序是HF>HI>HBr>
HCl,故D正确。
6.BeCl2熔点较低,易升华,可溶于醇和醚,其化学性质与AlCl3相似。由此可推测BeCl2(　　)
[A]熔融态不导电
[B]水溶液呈中性
[C]熔点比BeBr2高
[D]不与NaOH溶液反应
【答案】 A
【解析】 由BeCl2熔点较低、易升华、可溶于醇和醚可知,BeCl2晶体为分子晶体,分子晶体熔融状态下不导电,A正确;BeCl2化学性质与AlCl3相似,由于AlCl3溶液中的Al3+能发生水解,Al3++3H2OAl(OH)3+3H+,使溶液呈酸性,可知BeCl2水溶液应呈酸性,B错误;BeCl2和BeBr2形成的晶体都是分子晶体,且二者结构相似,故熔点随着相对分子质量的增大逐渐升高,C错误;由AlCl3能与NaOH溶液反应可知,BeCl2也能与NaOH溶液反应,D错误。
能力提升
7.磷元素有白磷(P4)、红磷等单质,白磷分子结构及晶胞如图所示,白磷和红磷转化的热化学方程式为xP4(白磷,s)4Px(红磷,s)　ΔH<0。下列说法正确的是(　　)
[A]P4分子中的P—P—P键角为109°28′
[B]白磷和红磷互为同位素
[C]白磷晶体中1个P4分子周围有8个紧邻的P4分子
[D]白磷和红磷在O2中充分燃烧生成等量的P2O5(s),白磷放出的能量更多
【答案】 D
【解析】 白磷分子为正四面体形结构,每个顶点上有1个磷原子,P4分子中的P—P—P键角为60°,A错误;白磷和红磷互为同素异形体,B错误;白磷的晶胞结构类似于CO2的晶胞结构,则白磷晶体中1个P4分子周围有12个紧邻的P4分子,C错误;白磷转化为红磷放热,说明相同质量的白磷具有的能量高于红磷,白磷和红磷在氧气中充分燃烧生成等量的P2O5(s),白磷放出的能量更多,D正确。
8.邻、间、对三种硝基苯酚的结构简式和熔点信息见下表。下列说法错误的是(　　)
化合物 邻硝基苯酚 间硝基苯酚 对硝基苯酚
结构 简式
熔点/℃ 45 96 114
[A]电负性大小顺序为O>N>C
[B]三种有机化合物都是分子晶体
[C]对硝基苯酚形成分子间氢键,其熔、沸点较高
[D]三种硝基苯酚的化学性质完全相同
【答案】 D
【解析】 同周期元素从左到右元素的电负性逐渐增大,则电负性大小顺序为O>N>C,A项正确;三种有机化合物的熔点均较低,都是分子晶体,B项正确;三者相对分子质量相同而熔点相差较大,对硝基苯酚易形成分子间氢键,使其熔、沸点较高,C项正确;三种硝基苯酚的结构不同,所以化学性质不完全相同,D项错误。
9.(2025·福建漳州月考)自从第一次合成稀有气体元素的化合物XePtF6以来,人们又相继发现了氙的一系列化合物,如XeF2、XeF4等。图甲为XeF4的结构示意图,图乙为XeF2晶体的晶胞结构图。下列有关说法错误的是(　　)
[A]XeF4是由极性键构成的非极性分子
[B]XeF2晶体属于分子晶体
[C]1个XeF2晶胞中实际拥有2个XeF2
[D]XeF2晶体中距离最近的2个XeF2之间的距离为a(a为晶胞边长)
【答案】 D
【解析】 根据XeF4的结构示意图判断,Xe和F之间形成极性键,该分子为平面正方形,正电中心和负电中心重合,为非极性分子,故A正确;由题图知,XeF2为分子结构,XeF2晶体由这样的分子构成,所以是分子晶体,故B正确;1个XeF2晶胞中实际拥有XeF2的数目为8×+1=2,故C正确;根据XeF2晶体的晶胞结构分析,体心的XeF2与每个顶点的XeF2之间的距离最近,最近的距离为a,故D错误。
10.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体,层内的H3BO3分子之间通过氢键相连(层状结构如图所示,图中“虚线”表示氢键)。下列有关说法正确的是(　　)
[A]H3BO3分子的稳定性与氢键有关
[B]硼原子杂化轨道的类型为sp2,同层分子间的主要作用力是氢键
[C]分子中B、O最外层均为8电子稳定结构
[D]含1 mol H3BO3的晶体中有6 mol氢键
【答案】 B
【解析】 H3BO3分子的稳定性与化学键有关,与氢键无关,故A错误;硼原子形成3个σ键,无孤电子对,杂化轨道的类型为sp2,同层的H3BO3分子之间通过氢键相连,所以同层分子间的主要作用力是氢键,故B正确;分子中硼原子价层电子对数为3,无孤电子对,硼原子最外层不满足8电子稳定结构,故C错误;根据均摊原则,含1 mol H3BO3的晶体中有 3 mol 氢键,故D
错误。
11.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 第二组 第三组 第四组
a.-268.8 F2:-188.1 HF:19.4 H2O:100.0
b.-249.5 Cl2:-34.6 HCl:-84.0 H2S:-60.2
c.-185.8 Br2:58.78 HBr:-67.0 H2Se:-42.0
d.-151.7 I2:184.4 HI:-35.3 H2Te:-1.8
下列判断正确的是(　　)
[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,故简单氢化物的稳定性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,如稀有气体中无共价键,D错误。
12.(6分)下表数据是对应物质的熔点。
物质 熔点/℃
AlF3 1 291
AlCl3 190
BCl3 -107
NCl3 -40
(1)(2分)BCl3分子空间结构为平面三角形,则BCl3分子为　　　　分子,其分子中的共价键类型为　　　　键。(填“极性”或“非极性”)
(2)(3分)BF3的熔点比BCl3的　　　　(填“高”“低”或“无法确定”);下列化学用语中,能正确表示BF3分子的是　　　　(填字母)。
(3)(1分)AlCl3在177.8 ℃时升华,气态或熔融态以Al2Cl6形式存在,则可推知Al2Cl6在固态时属于　　　　晶体。
【答案】 (1)非极性　极性　(2)低　bd　(3)分子
13.(6分)(1)(1分)氯化铁在常温下为固体,熔点为282 ℃,沸点为315 ℃,在300 ℃以上易升华,易溶于水,也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断氯化铁晶体的类型为　　　　　　。
(2)(5分)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)。C20分子共有　　个正五边形,共有　　　个共价键,C20晶体属于　　　晶体。
【答案】 (1)分子晶体　(2)12　30　分子
【解析】 (1)分子晶体的熔、沸点较低,氯化铁在常温下为固体,熔点为282 ℃,沸点为315 ℃,在 300 ℃以上易升华,易溶于水,也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂,据此判断氯化铁晶体属于分子晶体。
(2)根据“由20个碳原子构成的空心笼状分子”可判断该物质一定是分子晶体。根据其结构可知每个碳原子形成3个 C—C,每个共价键被2个碳原子共用,所以含有的共价键数是=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C20分子共有正五边形的数目是=12。
14.(7分)如图所示,甲、乙、丙分别表示C60、二氧化碳、碘晶体的晶胞结构模型。
请回答下列问题。
(1)(1分)C60的熔点为280 ℃,从晶体类型来看,C60属于　　　　晶体。
(2)(1分)二氧化碳晶胞中有　　种取向不同的二氧化碳分子。
(3)(5分)①(1分)碘晶体属于　　　　　晶体。
②(2分)碘晶体熔化过程中克服的作用力为　　　　　　　　　　　。
③(2分)假设碘晶胞中长方体的长、宽、高分别为a cm、b cm、c cm,碘的摩尔质量为127 g/mol,阿伏加德罗常数的值为NA,则碘晶体的密度为　　　　　　　　 g/cm3。
【答案】 (1)分子
(2)4
(3)①分子　②分子间作用力　③
【解析】 (1)C60有固定的组成,熔点较低,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,顶角有1种取向,三对平行面分别有1种取向,共4种。
(3)由碘晶胞可知,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/cm3。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第二节　分子晶体与共价晶体
第1课时　分子晶体
课时作业
(分值:52分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1　分子晶体及其结构
1.下列关于分子晶体的说法正确的是(　　)
[A]分子晶体中分子间作用力越大,分子越稳定
[B]在分子晶体中一定存在共价键
[C]冰和固体Br2都是分子晶体
[D]稀有气体不能形成分子晶体
【答案】 C
【解析】 分子晶体中分子间作用力越大,晶体的熔、沸点越高,不影响分子的稳定性,A错误;在He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn形成的分子晶体中只存在分子间作用力,不存在共价键,B错误;稀有气体能形成分子晶体,D错误。
2.(2025·广东珠海月考)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、HD、C10H18 [B]PCl3、CO2、H2SO4
[C]SO2、C60、P2O5 [D]CCl4、Na2S、H2O2
【答案】 B
【解析】 分子晶体的构成粒子为分子,分子内部以共价键结合。HD属于分子晶体,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。
3.下列有关冰和干冰的叙述不正确的是(　　)
[A]干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体
[B]冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子
[C]干冰比冰的熔点低得多,常压下易升华
[D]干冰中只存在范德华力而不存在氢键,一个分子周围有12个紧邻的分子
【答案】 A
【解析】 干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力,分子采取密堆积,一个分子周围有12个紧邻的分子;冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键,由于氢键具有方向性和饱和性,故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子,采取非密堆积的方式,空间利用率小,因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力,冰融化需要克服范德华力和氢键,由于氢键作用力比范德华力大,所以干冰比冰的熔点低得多,而且常压下易升华。
4.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个碳原子
[B]晶体中1个甲烷分子周围有12个紧邻的甲烷分子
[C]甲烷晶体熔化时需克服共价键
[D]1个甲烷晶胞中含有8个甲烷分子
【答案】 B
【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个碳原子,A错误;由甲烷晶胞可知,位于晶胞顶点的甲烷分子与其距离最近且相等的甲烷分子有3个,而这3个甲烷分子在晶胞的面上,因此每个甲烷分子都被2个晶胞共用,顶点上的甲烷分子被8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正确;甲烷晶体是分子晶体,熔化时克服范德华力,C错误;1个甲烷晶胞中含有甲烷分子的个数为8×+6×=4,D错误。
知识点2　分子晶体的物理性质
5.下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是(　　)
[A]CH4>SiH4>GeH4>SnH4
[B]NH3>PH3>AsH3>SbH3
[C]H2O>H2S>H2Se>H2Te
[D]HF>HI>HBr>HCl
【答案】 D
【解析】 非金属氢化物都是分子晶体,其熔、沸点与相对分子质量成正比,但含有氢键的氢化物熔、沸点较高。碳族元素氢化物中都不含氢键,所以其熔、沸点与其相对分子质量成正比,则熔、沸点高低顺序是SnH4>GeH4>SiH4>CH4,故A错误;氨中含有氢键,所以熔、沸点最高,则氮族元素氢化物熔、沸点高低顺序是NH3>SbH3>AsH3>PH3,故B错误;水中含有氢键,所以熔、沸点最高,则氧族元素氢化物熔、沸点高低顺序是H2O>H2Te>H2Se>H2S,故C错误;HF中含有氢键,所以熔、沸点最高,则卤族元素氢化物熔、沸点高低顺序是HF>HI>HBr>
HCl,故D正确。
6.BeCl2熔点较低,易升华,可溶于醇和醚,其化学性质与AlCl3相似。由此可推测BeCl2(　　)
[A]熔融态不导电
[B]水溶液呈中性
[C]熔点比BeBr2高
[D]不与NaOH溶液反应
【答案】 A
【解析】 由BeCl2熔点较低、易升华、可溶于醇和醚可知,BeCl2晶体为分子晶体,分子晶体熔融状态下不导电,A正确;BeCl2化学性质与AlCl3相似,由于AlCl3溶液中的Al3+能发生水解,Al3++3H2OAl(OH)3+3H+,使溶液呈酸性,可知BeCl2水溶液应呈酸性,B错误;BeCl2和BeBr2形成的晶体都是分子晶体,且二者结构相似,故熔点随着相对分子质量的增大逐渐升高,C错误;由AlCl3能与NaOH溶液反应可知,BeCl2也能与NaOH溶液反应,D错误。
能力提升
7.磷元素有白磷(P4)、红磷等单质,白磷分子结构及晶胞如图所示,白磷和红磷转化的热化学方程式为xP4(白磷,s)4Px(红磷,s)　ΔH<0。下列说法正确的是(　　)
[A]P4分子中的P—P—P键角为109°28′
[B]白磷和红磷互为同位素
[C]白磷晶体中1个P4分子周围有8个紧邻的P4分子
[D]白磷和红磷在O2中充分燃烧生成等量的P2O5(s),白磷放出的能量更多
【答案】 D
【解析】 白磷分子为正四面体形结构,每个顶点上有1个磷原子,P4分子中的P—P—P键角为60°,A错误;白磷和红磷互为同素异形体,B错误;白磷的晶胞结构类似于CO2的晶胞结构,则白磷晶体中1个P4分子周围有12个紧邻的P4分子,C错误;白磷转化为红磷放热,说明相同质量的白磷具有的能量高于红磷,白磷和红磷在氧气中充分燃烧生成等量的P2O5(s),白磷放出的能量更多,D正确。
8.邻、间、对三种硝基苯酚的结构简式和熔点信息见下表。下列说法错误的是(　　)
化合物 邻硝基苯酚 间硝基苯酚 对硝基苯酚
结构 简式
熔点/℃ 45 96 114
[A]电负性大小顺序为O>N>C
[B]三种有机化合物都是分子晶体
[C]对硝基苯酚形成分子间氢键,其熔、沸点较高
[D]三种硝基苯酚的化学性质完全相同
【答案】 D
【解析】 同周期元素从左到右元素的电负性逐渐增大,则电负性大小顺序为O>N>C,A项正确;三种有机化合物的熔点均较低,都是分子晶体,B项正确;三者相对分子质量相同而熔点相差较大,对硝基苯酚易形成分子间氢键,使其熔、沸点较高,C项正确;三种硝基苯酚的结构不同,所以化学性质不完全相同,D项错误。
9.(2025·福建漳州月考)自从第一次合成稀有气体元素的化合物XePtF6以来,人们又相继发现了氙的一系列化合物,如XeF2、XeF4等。图甲为XeF4的结构示意图,图乙为XeF2晶体的晶胞结构图。下列有关说法错误的是(　　)
[A]XeF4是由极性键构成的非极性分子
[B]XeF2晶体属于分子晶体
[C]1个XeF2晶胞中实际拥有2个XeF2
[D]XeF2晶体中距离最近的2个XeF2之间的距离为a(a为晶胞边长)
【答案】 D
【解析】 根据XeF4的结构示意图判断,Xe和F之间形成极性键,该分子为平面正方形,正电中心和负电中心重合,为非极性分子,故A正确;由题图知,XeF2为分子结构,XeF2晶体由这样的分子构成,所以是分子晶体,故B正确;1个XeF2晶胞中实际拥有XeF2的数目为8×+1=2,故C正确;根据XeF2晶体的晶胞结构分析,体心的XeF2与每个顶点的XeF2之间的距离最近,最近的距离为a,故D错误。
10.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体,层内的H3BO3分子之间通过氢键相连(层状结构如图所示,图中“虚线”表示氢键)。下列有关说法正确的是(　　)
[A]H3BO3分子的稳定性与氢键有关
[B]硼原子杂化轨道的类型为sp2,同层分子间的主要作用力是氢键
[C]分子中B、O最外层均为8电子稳定结构
[D]含1 mol H3BO3的晶体中有6 mol氢键
【答案】 B
【解析】 H3BO3分子的稳定性与化学键有关,与氢键无关,故A错误;硼原子形成3个σ键,无孤电子对,杂化轨道的类型为sp2,同层的H3BO3分子之间通过氢键相连,所以同层分子间的主要作用力是氢键,故B正确;分子中硼原子价层电子对数为3,无孤电子对,硼原子最外层不满足8电子稳定结构,故C错误;根据均摊原则,含1 mol H3BO3的晶体中有 3 mol 氢键,故D
错误。
11.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 第二组 第三组 第四组
a.-268.8 F2:-188.1 HF:19.4 H2O:100.0
b.-249.5 Cl2:-34.6 HCl:-84.0 H2S:-60.2
c.-185.8 Br2:58.78 HBr:-67.0 H2Se:-42.0
d.-151.7 I2:184.4 HI:-35.3 H2Te:-1.8
下列判断正确的是(　　)
[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,故简单氢化物的稳定性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,如稀有气体中无共价键,D错误。
12.(6分)下表数据是对应物质的熔点。
物质 熔点/℃
AlF3 1 291
AlCl3 190
BCl3 -107
NCl3 -40
(1)(2分)BCl3分子空间结构为平面三角形,则BCl3分子为　　　　分子,其分子中的共价键类型为　　　　键。(填“极性”或“非极性”)
(2)(3分)BF3的熔点比BCl3的　　　　(填“高”“低”或“无法确定”);下列化学用语中,能正确表示BF3分子的是　　　　(填字母)。
(3)(1分)AlCl3在177.8 ℃时升华,气态或熔融态以Al2Cl6形式存在,则可推知Al2Cl6在固态时属于　　　　晶体。
【答案】 (1)非极性　极性　(2)低　bd　(3)分子
13.(6分)(1)(1分)氯化铁在常温下为固体,熔点为282 ℃,沸点为315 ℃,在300 ℃以上易升华,易溶于水,也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。据此判断氯化铁晶体的类型为　　　　　　。
(2)(5分)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)。C20分子共有　　个正五边形,共有　　　个共价键,C20晶体属于　　　晶体。
【答案】 (1)分子晶体　(2)12　30　分子
【解析】 (1)分子晶体的熔、沸点较低,氯化铁在常温下为固体,熔点为282 ℃,沸点为315 ℃,在 300 ℃以上易升华,易溶于水,也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂,据此判断氯化铁晶体属于分子晶体。
(2)根据“由20个碳原子构成的空心笼状分子”可判断该物质一定是分子晶体。根据其结构可知每个碳原子形成3个 C—C,每个共价键被2个碳原子共用,所以含有的共价键数是=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C20分子共有正五边形的数目是=12。
14.(7分)如图所示,甲、乙、丙分别表示C60、二氧化碳、碘晶体的晶胞结构模型。
请回答下列问题。
(1)(1分)C60的熔点为280 ℃,从晶体类型来看,C60属于　　　　晶体。
(2)(1分)二氧化碳晶胞中有　　种取向不同的二氧化碳分子。
(3)(5分)①(1分)碘晶体属于　　　　　晶体。
②(2分)碘晶体熔化过程中克服的作用力为　　　　　　　　　　　。
③(2分)假设碘晶胞中长方体的长、宽、高分别为a cm、b cm、c cm,碘的摩尔质量为
127 g/mol,阿伏加德罗常数的值为NA,则碘晶体的密度为　　　　　　　　 g/cm3。
【答案】 (1)分子
(2)4
(3)①分子　②分子间作用力　③
【解析】 (1)C60有固定的组成,熔点较低,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,顶角有1种取向,三对平行面分别有1种取向,共4种。
(3)由碘晶胞可知,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/cm3。
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第二节　分子晶体与共价晶体
第1课时　分子晶体
1.能准确辨识常见的分子晶体,并能从微观层面深入分析分子晶体中各构成粒子间的相互作用。2.能依据分子晶体的通性,合理推断常见的分子晶体。3.深入理解分子晶体中粒子的堆积模型,并熟练运用均摊法对晶胞进行精准分析。4.能分析分子晶体中各构成粒子间的相互作用对分子晶体物理性质产生的影响。
分子晶体及其结构
知识点1
1.分子晶体
(1)概念:只含分子的晶体称为分子晶体。
(2)构成粒子:分子。
(3)粒子间作用:分子晶体中相邻的分子靠 相互吸引。分子内各原子间以共价键结合(稀有气体除外)。
[深度思考]
分子晶体中分子间作用力越大,其化学性质越稳定吗
分子间作用力
【答案】 分子晶体的稳定性与共价键有关,与分子间作用力没有关系。
物质类别 实例
所有 如H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等
部分 如卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、碳60(C60)等
稀有气体 如He、Ne、Ar等
部分 如CO2、P4O6、P4O10、SO2等
几乎所有的酸 如HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数 如苯、乙醇、乙酸乙酯等
2.分子晶体与物质类别的关系
非金属氢化物
非金属单质
非金属氧化物
有机物
3.两种典型的分子晶体的组成和结构
(1)冰。
①水分子之间的主要作用力是 ,当然也存在 。
②由于 的方向性和饱和性,使四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的 个相邻水分子相互吸引。
③空间利用率不高,其密度比液态水的 。
氢键
范德华力
氢键
4
小
(2)干冰。
①每个晶胞中有 个CO2分子, 个原子。
②每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子数为 。
③空间利用率高,其密度比冰的 。
4
12
12
大
4.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 ,每个分子周围最多有 个紧邻的分子 如C60、干冰、I2、O2等
范德华
力、 分子不采用 ,每个分子周围紧邻的分子少于12个 如HF、NH3、冰等
密堆积
12
密堆积
氢键
1.判断正误。
(1)分子晶体中一定存在共价键。(　 　)
(2)分子晶体中的每个分子内一定含有共价键。(　 　)
(3)组成分子晶体的粒子是分子,分子晶体熔化时会破坏范德华力或氢键。
(　 　)
(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。
(　 　)
(5)冰晶体中,每个水分子周围只有4个紧邻的分子,1 mol冰中含有1 mol氢键。
(　 　)
×
×
√
√
×
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
B
【解析】 A项,P4(白磷)为单质,不是化合物;C项,SiO2不是分子晶体;D项,
Na2O2不是分子晶体。
3.下列有关分子晶体的说法中正确的是(　　)
[A]分子内均存在共价键
[B]分子间一定存在范德华力
[C]分子间一定存在氢键
[D]其结构一定不能由原子直接构成
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,且为单原子结构,A、D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大的氮、氧、氟原子结合的氢原子的分子间或者分子内,B正确,C错误。
4.(2025·湖南长沙月考)分子晶体具有某些特征的本质原因是(　　)
[A]组成晶体的基本粒子是分子
[B]熔融时不导电
[C]晶体内粒子间以分子间作用力相结合
[D]熔点一般比较低
【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粒子间的相互作用(范德华力及氢键)相对于化学键来说比较弱。
C
分子晶体的物理性质
知识点2
1.物理特性
(1)分子晶体的熔、沸点 ,密度 ,硬度较小,较易熔化和挥发。
(2)一般是绝缘体,熔融状态也不导电。
(3)溶解性符合“相似相溶”规律。
较低
较小
[深度思考1]
分子晶体熔点较低的原因是什么 分子晶体溶于水时,化学键一定破坏吗
【答案】 分子晶体熔化时破坏分子间作用力(氢键、范德华力),由于分子间作用力较弱,所以分子晶体熔点较低。分子晶体溶于水,化学键不一定被破坏。有的分子晶体溶于水破坏化学键,例如HCl;有的分子晶体不破坏化学键,例如蔗糖、乙醇。
2.分子晶体熔、沸点高低比较
(1)组成和结构相似,不含氢键的分子晶体,相对分子质量越 ,范德华力越
,熔、沸点越 ,如I2>Br2>Cl2>F2,HI HBr HCl。
(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 ,如CO N2。
(3)含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常 ,如H2O H2Te
H2Se H2S。
大
大
高
>
>
高
>
高
>
>
>
(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 ,如C2H6>CH4,C2H5Cl>CH3Cl,CH3COOH>HCOOH。
低
>
>
升高
[深度思考2]
(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,⑥ClF3　　BrF3。
(2)苯胺( )与甲苯( )的相对分子质量相近,但熔、沸点苯胺大于甲苯,原因是
　。
<
>
>
<
>
<
苯胺中存在的—NH2可以形成分子间氢键,使得分子间作用力变大,熔、沸点升高
1.判断正误。
(1)分子晶体的熔、沸点较低,易溶于水,难溶于有机溶剂。(　 　)
(2)分子晶体中,共价键越强,晶体的熔点就越高。(　 　)
(3)I2低温下就能升华,说明碘原子间的共价键较弱。(　 　)
(4)PF5和PCl5均为三角双锥结构的分子晶体,所以两者的沸点:PF5(　 　)
×
×
×
√
2.下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是(　　)
①HCl　②HBr　③HI　④CO　⑤N2　⑥H2
[A]①②③④⑤⑥ [B]③②①⑤④⑥
[C]③②①④⑤⑥ [D]⑥⑤④③②①
C
3.(2024·广东深圳月考)C60分子和C60晶胞示意图如图所示。下列关于C60晶体的说法不正确的是(　　)
[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
A
规律方法
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力判断。
组成分子晶体的粒子是分子,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,在熔融状态和固态时均不导电。

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