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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
课程标准 核心素养目标
1.借助分子晶体模型认识分子晶体的结构特点。
2．能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。 1.宏观辨识与微观探析：能从微观探析角度认识分子晶体和共价晶体的结构特点。
2．证据推理与模型认知：能从模型认知角度认识晶体模型并进行相关计算。
一、范德华力
1．分子间作用力
(1)概念
将分子聚集在一起的作用力称为分子间作用力。分子间作用力本质上是一种______作用。
静电
(2)分类
分子间作用力分为____________和______。
(3)特点
分子间作用力比化学键_________，主要影响物质的______性质。
范德华力
氢键
弱得多
物理
2．范德华力
(1)概念
范德华力是存在于______之间的一种作用力，普遍存在于固体、液体和气体分子之间。
(2)特征
范德华力比较___，约比化学键键能小1～2个数量级。且一般没有______性和______性。
分子
小
饱和
方向
(3)影响因素
分子的______、分子的____________及分子中电荷分布是否均匀等。
(4)范德华力对由分子构成的物质性质的影响
①分子__________________的物质，其相对分子质量越大，则_______ ___越大，物质的熔、沸点______，如熔、沸点：I2 ___Br2___Cl2 ___F2。
②范德华力的大小对由分子构成的物质的溶解度有影响。如溶解度：O2___N2。
大小
空间构型
组成和结构相似
范德华
力
越高
＞
＞
＞
＞
二、氢键
1．定义：以水中氢键的形成为例，水分子中的O—H键是一种______共价键，氧原子与氢原子共用的电子对强烈地偏向_________，使H原子几乎成了_______________。这样，一个水分子中相对显___电性的氢原子，就能与另一个水分子中相对显负电性的氧原子的孤电子对接近并产生相互作用，这种相互作用叫做______。
2．表示方法：_________。
极性
氧原子
“裸露”的质子
正
氢键
X－H…Y
3．形成条件
(1)电负性大而原子半径较小且含有孤电子对的非金属原子。
(2)要有与电负性大的元素原子形成强极性键的氢原子。
4．特点
(1)氢键有饱和性和方向性
①______性：分子中每一个X—H键中的H只能与一个Y原子形成氢键，如果再有第二个Y与H结合，则Y与Y之间的斥力将比H…Y之间的引力大，也就是说H原子没有足够的空间再与另一个Y原子结合。
饱和
②______性：X—H…Y系统中，X—H…Y一般在同一直线上，这样才可使X和Y距离最远，两原子间的斥力最小，系统更稳定。
(2)氢键的强弱与X和Y的电负性大小有关 : 一般X、Y元素的电负性______，半径______，形成的氢键越强。
例如：F—H…F ___O—H…O ___ N—H…N。
5．类型：氢键可分为_________氢键和_________氢键两种类型。
方向
越大
越小
>
>
分子间
分子内
三、分子晶体
1．概念
分子通过__________________构成的固态物质叫分子晶体。
2．物理特性
分子晶体是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，因此，分子晶体的熔、沸点______，密度______，硬度______，较易熔化和挥发。
分子间作用力
较低
较小
较小
3．典型的分子晶体
(1)所有非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、甲烷等。
(2)部分非金属单质，如卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)等。
(3)部分非金属氧化物，如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。
(4)几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等。
(5)绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。
4．典型分子晶体的结构特征
(1)构成干冰晶体的结构微粒是____________，微粒间的相互作用力是____________。
CO2分子
范德华力
(2)模型认知：干冰晶体是一种面心立方结构，每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_____个。每个晶胞中有__个CO2分子。
12
4
四、晶体的共性与个性
1．晶体的共性
(1)晶体物质各个部分的____________总是相同的，例如具有相同的密度、相同的化学组成等。
(2)晶体总能自发地形成_________外形。
(3)晶体都具有确定的______。
宏观性质
多面体
熔点
2．晶体的个性
不同类型的晶体因构成微粒及其_______________的不同，常常表现出各自的特性。例如，绝大多数金属晶体是电和热的良导体，延展性好；食盐为______晶体，质脆，熔融状态下能导电；金刚石为______晶体，无色透明、坚硬、质脆，常温下不导电；干冰属于______晶体，只能在低温下存在。
相互作用力
离子
共价
分子
3．混合型晶体——石墨晶体
(1)结构模型
(2)结构特点
①在石墨的二维结构平面内，每个碳原子以C—C键与3个碳原子结合，形成六元环层。
②石墨具有导电性，但具有一定的方向性。
③层与层之间靠____________维系。
(3)晶体类型
石墨晶体中，既有_________，又有____________，属于混合型晶体。
(4)性质
熔点很高、质软、易导电等。
范德华力
共价键
范德华力
◆拓展延伸
范德华力包括：取向力、诱导力、色散力。
取向力(orientation force，也称dipole dipole force)：取向力发生在极性分子与极性分子之间，由于极性分子的电性分布不均匀，一端带正电，一端带负电，形成偶极。
诱导力(induction force)：在极性分子和非极性分子之间以及极性分子和极性分子之间都存在诱导力。由于极性分子偶极所产生的电场对非极性分子发生影响，使非极性分子电子云变形。
色散力 (dispersion force，也称伦敦力)：所有分子或原子间都存在，是分子的瞬时偶极间的作用力，即由于电子的运动，瞬间电子的位置对原子核是不对称的，也就是说正电荷重心和负电荷重心发生瞬间的不重合，从而产生瞬时偶极。
◆易错警示
任何分子之间都有分子间作用力。
◆拓展延伸
①相对分子质量相近，分子的电荷分布越不均匀，范德华力越大，物质的熔、沸点越高(如：CO＞N2 )。
②若溶质分子能与溶剂分子形成较强的范德华力，则溶质在该溶剂中的溶解度较大。
◆名师点拨
水分子之间的氢键图示
◆易错警示
分子晶体中不一定都有化学键， 如稀有气体分子。
◆名师点拨
虽然HF分子间氢键比H2O分子间氢键更强，但液体氟化氢的蒸发热却比水的蒸发热低，原因和氢键数目多少有关，1个HF分子能形成一个氢键，1个H2O分子均摊两个氢键。
◆拓展延伸
氢键对化合物性质的影响
(1)对熔、沸点的影响
①分子间存在氢键的物质比分子间存在范德华力的物质的熔、沸点高。
②互为同分异构体的物质，存在分子间氢键物质的熔、沸点比存在分子内氢键物质的熔、沸点高。
(2)对物质溶解度的影响：溶质与溶剂分子间若形成氢键，则会增大溶质在该溶剂中的溶解度。
◆拓展延伸
石墨是混合型晶体， 具有金属晶体、共价晶体、分子晶体的特性。层内碳原子形成六元环， 存在大π键， 从而能导电， 且导电具有方向性。除石墨外，CaI2、CdI2、MgI2等晶体也同时存在着若干种不同的作用力和键型，都属于混合型晶体。
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)HCl、HBr、HI的熔、沸点依次升高与氢键强弱有关 (　　　)
(2)H2O的熔、沸点高于H2S的熔、沸点是因为H2O分子间存在氢键 (　　　)
(3)可燃冰中，甲烷分子与水分子间可形成氢键 (　　　)
(4)氨气比甲烷易溶于水与范德华力大小有关 (　　　)
(5)范德华力：HI＞HBr＞HCl，分子稳定性：HI＞HBr＞HCl (　　　)
×
√
×
×
×
(6)分子晶体中，一定存在共价键和分子间作用力 (　　　)
(7)酸性氧化物都属于分子晶体 (　　　)
(8)分子晶体熔化时一定会破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键 (　　　)
(9)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大 (　　　)
(10)因水分子间存在着比分子间作用力更强的作用力——氢键，故水分子较稳定 (　　　)
×
×
√
×
×
探究一__范德华力对物质性质的影响
卤素单质的相对分子质量和熔、沸点
[问题设计]
(1)卤素单质的熔、沸点有怎样的变化规律？
提示：熔、沸点：I2＞Br2＞Cl2＞F2。
(2)导致卤素单质熔、沸点规律变化的原因是什么？它与卤素单质相对分子质量的变化规律有怎样的关系？
提示：范德华力：I2＞Br2＞Cl2＞F2，卤素单质的相对分子质量越大，范德华力越强。
(3)试比较甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷的熔、沸点高低。
提示：熔、沸点：正丁烷＞丙烷＞乙烷＞甲烷。
范德华力对物质性质的影响
1．对物质熔、沸点的影响
(1)组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，物质的熔、沸点就越高。如熔、沸点：CF4(2)组成和结构不相似且相对分子质量相近的物质，分子的电荷分布越不均匀，范德华力越大，其熔、沸点就越高，如熔、沸点：CO>N2。
(3)在同分异构体中，一般来说，支链越多，其熔、沸点就越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。
2．对物质溶解性的影响
溶质分子与溶剂分子之间的范德华力越大，溶解度就越大。如在273 K、101 kPa时，氧气在水中的溶解量(49 mL·L-1)比氮气在水中的溶解量(24 mL·L-1)大，就是因为O2与水分子之间的作用力比N2与水分子之间的作用力大。
[名师总结]
HF比HCl稳定， 是由于HF中化学键键能比HCl中键能大， 与分子间作用力无关。
键能影响化学性质， 分子间作用力影响物理性质。
【例1】 (2023·福建漳州高二质检)下列说法正确的是 (　　)
A．范德华力存在于所有分子之间
B．范德华力是影响所有物质物理性质的因素
C．Cl2相对其他气体来说，是易液化的气体，由此可以得出结论，范德华力属于一种强作用
D．范德华力属于既没有方向性也没有饱和性的静电作用
D
解析：
范德华力只存在于距离很近的分子间，A错误；范德华力主要影响分子的物理性质，B错误；范德华力是一种很弱的作用力，C错误；范德华力一般没有方向性和饱和性，D正确。
1．(2023·江苏常州高二质检) 下列叙述与分子间作用力无关的是 (　　)
A．气体物质加压或降温时能凝结或凝固
B．干冰易升华
C．氟、氯、溴、碘单质的熔、沸点依次升高
D．氯化钠的熔点较高
D
解析：
氯化钠含有离子键，键能大，熔、沸点高。
探究二__氢键对物质性质的影响

尿素(60)、醋酸(60)、硝酸(63)是相对分子质量相近的三种分子，但这三种物质的熔、沸点相差较大。尿素熔点在200 ℃以上，常温下是固体；醋酸的熔点为16.6 ℃，在温度低于16.6 ℃时即凝结成冰状的固体；硝酸的熔点为－41.59 ℃，常温下硝酸是一种具有挥发性的液体。
[问题设计]
(1)以上三种物质中都存在氢键，为什么硝酸的熔、沸点很低？
提示：尿素、醋酸能形成分子间氢键，而硝酸能形成分子内氢键(如图所示)，使其熔、沸点较低。
(2)尿素和醋酸比较，尿素常温下是固体，说明了什么？分子间作用力的强弱与分子中可形成氢键的氢原子个数有何关系？
提示：尿素CO(NH2)2中4个氢原子均可形成氢键，而醋酸分子中只有羧基上的一个氢原子形成氢键，分子中可形成氢键的氢原子个数越多，形成的氢键越多，分子间作用力就越强。
1．氢键的表示方法
氢键不是化学键，是一种特殊的分子间作用力。通常用X—H…Y表示。其中X和Y代表电负性大而原子半径小的非金属原子，如F、O、N等。
如水分子间的氢键表示为O—H…O
如果是混合物，可能存在多种氢键，如氨水中，存在的氢键可能有以下4种情况：
氢键分别表示为O—H…O、N—H…N、O—H…N、N—H…O。
2．氢键的分类
氢键既可存在于分子间又可存在于分子内，前者为分子间氢键，后者为分子内氢键。如：
H2O分子间的氢键 邻羟基苯甲醛分子内的氢键
3．氢键的存在
(1)H原子必须与N、O或F原子以共价键结合。如：
①含羟基(—OH)的化合物：水分子、含氧酸(如H2SO4、CH3COOH)、醇类(如C2H5OH)等。
②含氨基(—NH2)的化合物：NH3、R—NH2等。
③HF。
(2)含有N、O、F(有孤电子对存在、与电负性较小的原子相连)的化合物。
①(1)中所列举的几类物质。
②含碳氧双键的化合物：如醛(—CHO)、羧酸(—COOH)等。
③含硝基(—NO2)的化合物。
4．分子间作用力和共价键的比较
分子间作用力 共价键
分类 范德华力 氢键(包括分子内氢键、分子间氢键) 极性共价键、非极性共价键
作用微粒 分子或原子(稀有气体) 氢原子与氧原子、氮原子或氟原子 原子
特征 无方向性、饱和性 有方向性、饱和性 有方向性、饱和性
强度比较 共价键>氢键>范德华力
分子间作用力 共价键
影响其强
度的因素 随着分子极性和相对分子质量的增大而增大 对于A—H…B，A、B的电负性越大，B原子的半径越小，作用力越大 成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定
分子间作用力 共价键
对物质性
质的影响 ①影响物质的熔、沸点和溶解度等物理性质；
②组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质熔、沸点升高，如熔、沸点：F2CBr4 分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大，如熔、沸点：
H2O>H2S，
HF>HCl，
NH3>PH3 影响分子的稳定性，共价键键能越大，分子稳定性越强
【例2】 (2023·福建龙岩高二质检)下列说法不正确的是 (　　)
A．CaO中的离子键比MgO的弱
B．甲醇(CH3OH)的沸点比甲醛(HCHO)的沸点高
C．HF、H2O的沸点比HCl、H2S的沸点高很多
D
解析：
2．(2023·江苏淮安高二质检)按要求回答下列问题：
(1)HCHO分子与氢气的加成产物的熔、沸点比CH4的熔、沸点高，其主要原因是(需指明加成产物是何物质)_____________________________。
(2)S位于元素周期表中第________族，该族元素氢化物中，H2Te比H2S沸点高的原因是_______________________________________________，
H2O比H2Te沸点高的原因是________________________________________。
(3)有一类组成最简单的有机硅化合物叫硅烷。硅烷的沸点与相对分子质量的关系如图所示，呈现这种变化的原因是_________________________ _______________________________________________________________。
(4)氨是一种易液化的气体，请简述其易液化的原因：_____________ _______________________________________________________________。
(5)硫的氢化物在乙醇中的溶解度小于氧的氢化物在乙醇中的溶解度的原因是___________________________________________________________ _______________________________________________________________。
(6)纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂，其催化的一个实例如图所示。化合物乙的沸点明显高于化合物甲，主要原因是______________________ _______________________________________________________________。
答案：(1)加成产物CH3OH分子之间能形成氢键
(2)ⅥA　两者均为分子晶体且组成和结构相似，H2Te的相对分子质量比H2S大，分子间范德华力更强　两者均为分子晶体，H2O分子间存在氢键
(3)硅烷为分子晶体，随相对分子质量的增大，分子间范德华力增强，熔、沸点升高
(4)氨分子间存在氢键，分子间作用力大，易液化
(5)H2O与乙醇分子间可形成氢键
(6)化合物乙分子间可形成氢键
探究三__分子晶体及性质

模型认知下列晶体的结构，宏观辨识各晶体的性质，微观探析各晶体的性质与结构的关系：
材料
[问题设计]
(1)上述四种物质的晶体类型是否相同？说明你的判断理由。
提示：不相同。根据性质、结构微粒及微粒间作用分析，晶体硼属于共价晶体，SF6、S8、冰晶体属于分子晶体。
(2)上述四种晶体中存在的作用力分别有哪些？
提示：晶体硼——共价键，SF6——极性键、范德华力，S8——非极性键、范德华力，冰晶体——极性键、范德华力、氢键。
(3)晶体硼熔点比冰晶体熔点高的原因是什么？
提示：晶体硼熔化时破坏共价键，冰晶体熔化时破坏分子间作用力。
(4)晶体硼结构单元中有多少个B—B键？含多少个正三角形？
提示：晶体硼结构单元中有 30个B—B键，含 20个正三角形。
一、四种类型晶体的比较
二、晶体熔、沸点的比较
1．不同类型晶体熔、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。
(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。
2．同种类型晶体熔、沸点的比较
(1)共价晶体
原子半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高，如金刚石>碳化硅>硅。
(2)离子晶体
①一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如MgO>MgCl2>NaCl >CsCl；
②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。
(3)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、沸点反常得高，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；
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO>N2、CH3OH>CH3CH3；
④同分异构体支链越多，熔、沸点越低，
如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞

(4)金属晶体
金属原子半径越小，自由电子的数目越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如Na【例3】 (2023·山东潍坊高二质检)(1)GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是______________________________________。
(2)乙醇的沸点高于丙酮，这是因为____________________________。
(3)如图为S8的结构，其熔、沸点要比二氧化硫的熔、沸点高很多，主要原因为_______________________________________________________。
(4)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_________________________________。
(5)N2H4的沸点高于(CH3)2NNH2的原因是________________________ _______________________________________________________________。
答案：(1)GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体， 离子键键能大于分子间作用力，故GaF3的熔点高于GaCl3的熔点
(2)乙醇中含有分子间氢键，丙酮中没有氢键， 因此乙醇的沸点高于丙酮
(3)均是分子晶体，S8的相对分子质量比二氧化硫大很多， S8的熔、沸点要比二氧化硫的熔、沸点高很多
(4)TiF4为离子晶体，熔点高，TiCl4至TiI4均属于分子晶体， 相对分子质量依次增大， 分子间作用力增大， 熔点依次升高
(5)N2H4中的氢键数目多于(CH3)2NNH2 中氢键的数目， 因此N2H4的沸点高于(CH3)2NNH2
3．下列物质的熔点高低顺序，正确的是 (　　)
A．金刚石>晶体硅>碳化硅
B．PH3C．K>Na
D．NaFB
解析：
三种物质都属于共价晶体，共价晶体中共价键键长越短，键能越大，熔点越高，三种晶体中，键长C—C1．共价键、离子键和范德华力是构成物质时微粒间的不同作用力。下列物质中，只含有上述一种作用力的是 (　　)
A．干冰　　　　　　 B．氯化钠
C．氢氧化钠 D．碘
B　
解析：
干冰中含有共价键和范德华力，A不选；氯化钠中只含离子键，B选；氢氧化钠中含共价键、离子键，C不选；单质碘中含有共价键和范德华力，D不选。
2．在CF4、CCl4、CBr4、CI4中，分子间作用力由大到小的顺序正确的是 (　　)
A．CF4、CCl4、CBr4、CI4
B．CI4、CBr4、CCl4、CF4
C．CI4、CCl4、CBr4、CF4
D．CF4、CBr4、CCl4、CI4
B　
解析：
组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越大，相对分子质量CF43．下列现象中，不能用氢键知识解释的是 (　　)
A．水的汽化热大于其他液体
B．冰的密度比水小
C．水的热稳定性比H2S大
D．水在4 ℃ 的密度最大
C　
解析：
水的热稳定性比H2S大是因为键能：S—H4．下列说法正确的有 (　　)
①分子晶体的构成微粒是分子，都具有分子密堆积的特征
②冰融化时，分子中H—O键发生断裂
③分子晶体在干燥或熔融时，均能导电
④分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高
⑤分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔点一定越高
⑥分子晶体的熔、沸点一般比较低
⑦分子晶体中，分子间以分子间作用力相结合，分子间作用力越大，分子越稳定
A．2项 B．3项 C．4项 D．5项
A　
解析：
分子晶体的构成微粒是分子，但只含有分子间作用力的分子晶体具有分子密堆积的特征，含有氢键的分子晶体不是密堆积，①错误；冰融化克服氢键，属于物理变化，水分子中H—O键没有断裂，②错误；分子晶体在干燥或熔融时，均不能导电，③错误；分子晶体中，分子间作用力越大，分子的熔、沸点越高，④正确；分子晶体熔化时破坏分子间作用力，不破坏分子内共价键，即说明分子内共价键键能大小与该分子晶体的熔点高低无关，⑤错误；分子晶体熔化时破坏分子间作用力，而分子间作用力一般较弱，导致其熔、沸点较低，⑥正确；分子的稳定性与分子间作用力无关，稳定性属于化学性质，与共价键强弱有关，而分子间作用力影响物理性质，⑦错误。
5．已知下表中几种物质的熔、沸点：
据此判断，下列说法错误的是 (　　)
A．AlCl3晶体加热易升华
B．SiCl4是分子晶体
C．单质X可能是共价晶体
D．AlCl3是共价晶体
D　
解析：
AlCl3沸点低于熔点，加热时还未液化就已经汽化了，易升华，A正确；SiCl4的熔、沸点较低，符合分子晶体的特点，是分子晶体，B正确；单质X的熔、沸点很高，符合共价晶体的特点，可能是共价晶体，C正确；AlCl3的熔、沸点较低，是分子晶体，D错误。
6．下列关于晶胞的说法错误的是 (　　)
A　
A．离子晶体NaCl的晶胞结构如图甲所示，晶体中Cl－周围距离最近的Cl－个数为6
B．分子晶体CO2的晶胞结构如图乙所示，该晶胞中含有4个CO2
C．共价晶体金刚石的晶胞结构如图丙所示，该晶胞中含有8个C
D．金属晶体钠的晶胞结构如图丁所示，晶体中Na的配位数为8
解析：
图甲为常见的离子晶体NaCl晶胞结构，晶体中Cl－周围距离最近的Cl－个数为12，A错误；图乙为分子晶体CO2的晶胞结构，根据晶胞基本知识可计算出，该晶胞中含有4个CO2，B正确；图丙为金刚石的晶胞结构，根据晶胞基本知识可计算出，该晶胞中含有8个C，C正确；图丁为金属晶体钠的晶胞结构，根据配位数的定义，可计算该晶胞中Na的配位数为8，D正确。

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