3.4分子间作用力分子晶体学案(苏教版选修3)

3.4 分子间作用力分子晶体学案（苏教版选修3）

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在前三单元的学习中，我们已经掌握了金属晶体、离子晶体、原子晶体的组成结构、性质、用途等内容，知道了这三种晶体的内部作用力分别为金属键（即金属阳离子与自由电子间的强烈相互作用）、离子键（即阴阳离子间通过静电作用形成的化学键）、共价键（即原子间通过共用电子对所形成的强烈的相互作用）。

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几种类型的范德华力

范德华力包含三种不同的作用力：

（1）电荷分布不均匀的分子（如HCl、H2O等）之间以某带异性电荷的一端互相吸引，产生的静电作用使分子按一定的取向排列（如下图a所示），从而使体系处于比较稳定的状态。

三种不同的范德华力

（2）电荷分布均匀的分子（如O2、N2、CO2）由于核外电子的不断运动，分子中电子产生的负电荷重心与原子核产生的正电荷重心瞬时不重合，使分子的电荷分布不均匀，其带异性电荷的一端也互相吸引。

这样分子间也会产生静电作用力（如上图b所示）。

（3）电荷分布均匀的分子在电荷分布不均匀的分子的作用下，导致电荷分布均匀的分子的负电荷重心和正电荷重心不重合，其带异性电荷的一端也互相吸引，产生静电作用力（如上图c所示）。

疏导引导

知识点1：分子间作用力

1.共价分子之间都存在着分子间作用力，它是能把分子聚集在一起的力，包括范德华力和氢键。其实质是一种静电作用。

2.范德华力：一种普遍存在于固体、液体和气体之间的作用力，又称分子间作用力。

（1）大小：一般是金属键、离子键和共价键的或左右，是一种较弱的作用力，如干冰易液化，碘易升华的原因。

（2）影响范德华力大小的因素：分子的空间构型及分子中电荷的分布是否均匀等，对于组成和结构相似的分子，其范德华力一般随着相对分子质量的增大而增大，如卤族元素单质范德华力：F2＜Cl2＜Br2＜I2。

（3）范德华力对物质物理性质的影响：

熔沸点：对于组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，物质的熔沸点越高（除H2O、HF、NH3）。例如：烷烃（C n H2n+2）的熔沸点随着其相对分子质量的增加而增加，也是由于烷烃分子之间的范德华力增加所造成的。

溶解度：溶剂与溶质分子间力越大，溶质的溶解度越大。例如：273 K，101 kPa时，氧气在水中的溶解量（0.049 cm3·L-1）比氮气的溶解量（0.024 cm3·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所导致的。

3.氢键

（1）当氢原子与电负性大的X原子以共价键结合时，它们之间的共用电子对强烈偏向X，使H几乎成了“裸露的质子”，这样相对显正电性的H与另一分子相对显负电性的X中的孤电子对接近并产生相互作用，这种相互作用称为氢键。

（2）氢键的存在：在X—H…Y这样的表示式中，X、Y代表电负性大而原子半径小的非金属原子，如F、O、N，氢键既可以存在于分子之间又可以存在于分子内部。

（3）氢键的大小：是化学键的或左右，比范德华力强。

（4）对物质物理性质的影响

①熔沸点：组成和结构相似的物质，当分子间存在氢键时，熔沸点较高。如下图所示：

而分子内存在氢键时，对熔沸点无影响。如邻羟基苯甲酸因形成分子内氢键，其熔点（159 ℃）低于易形成分子间氢键的对羟基苯甲酸的熔点（213 ℃）。再如，相对分子质量相近的尿素、醋酸、硝酸的熔点依次降低的原因也是如此。

②溶解度：溶剂和溶质分子间存在氢键时，溶质的溶解度增大，如NH3、C2H5OH、CH3COOH 等。

（5）氢键有饱和性、方向性：一般X—H…Y中三原子在同一直线上（这样形成氢键最强）。如：

例如：水结冰体积膨胀，是因为冰中所有水分子以有方向性和饱和性的氢键互相联结成晶体，而液态水中是多个水分子以氢键结合成（H2O）n。

知识点2：分子晶体

分子间以分子间作用力互相结合成的晶体叫分子晶体。

1.由于分子间作用力很弱，因而分子晶体具有硬度小，熔、沸点低，易挥发，不导电等性质特点。分子晶体中每个质点上都是单个分子。

2.常见的分子晶体有：绝大多数有机物、所有的酸、弱碱、大部分非金属单质（特别强调稀有气体）、大多数氧化物、少数盐的晶体。

3.分子晶体的熔点在零下很低的温度至数百度的范围内。分子晶体熔化时，克服的是分子间作用力，晶体的熔、沸点越高表明分子间作用力越大。

4.分子晶体中在溶解性上有一个原理：相似相溶原理，即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。

在分子晶体中，我们介绍一下干冰晶体的结构。如下图所示。从干冰晶体的结构模型中我们可以看出干冰也是立方体结构，除了在每一个质点处（即顶点）有一个CO2分子外，立方体每个正方形面的中央也都有一个CO2分子，因此，这个结构称为“面心立方”，实际上各面中央的CO2分子也组成立方结构，彼此相互套入面的中心，所以每个CO2分子与12个CO2分子紧邻。

干冰及其晶体结构模型

5.结合已学过的离子晶体、原子晶体、金属晶体的组成、结构、性质与分子晶体的组成、结

1.当干冰汽化时，下列各项中发生变化的是（）

A.分子间距离

B.范德华力

C.分子内共价键

D.化学性质

解析：干冰晶体类型为分子晶体，当汽化时是由固态转化为气态，属物理变化，本身的共价键没有被破坏，但分子间距离和范德华力都相应发生改变。

答案：AB

2.下列说法正确的是（）

A.范德华力也是一种化学键

B.范德华力和氢键都是分子间作用力

C.干冰和晶体二氧化硅熔点高低不同，因为它们之间的范德华力不同

D.固态氦汽化需要很低的能量，因为氦原子间范德华力很弱

解析：范德华力同氢键一样，同属分子间作用力，它们比化学键要弱得多；C项中干冰和二氧化硅所属晶体类型不同，干冰是分子晶体，熔化仅需克服范德华力，而二氧化硅为原子晶体，熔化需破坏共价键，故C项错误；因为氮相对分子质量小，所以氮原子间范德华力很弱，D项正确。

答案：BD

3.下列各组物质的熔沸点高低只与范德华力有关的是（）

A.Li、Na、K、Pb

B.HF、HCl、HBr、HI

C.LiCl、NaCl、KCl、PbCl

D.F2、Cl2、Br2、I2

解析：A选项为金属，其熔沸点高低仅与金属键强弱有关，B选项中HF的熔沸点还与氢键有关；C选项离子化合物其熔沸点高低由离子键决定；只有D项其熔沸点仅与范德华力有关。

答案：D

4.下列物质中不存在氢键的是（）

A.冰醋酸中醋酸分子之间

B.液态氟化氢中氟化氢分子之间

C.一水合氨分子中的氨分子与水分子之间

D.可燃冰（CH4·8H2O）中甲烷分子与水分子之间

解析：氢键形成的条件必须是非金属性很强且原子半径小的元素与氢元素形成强极性共价键，分子之间才能形成氢键，O—H、H—F、N—H都属强极性键，而D项中C—H不属于强极性键。

答案：D

5.下列事实，不能用氢键知识解释的是（）

A.水和乙醇可以完全互溶

B.氨容易液化

C.干冰易升华

D.液态氟化氢化学式有时写成（HF）n的形式

解析：水和乙醇的分子间可以形成氢键，所以可互相溶解；氨分子间易形成氢键导致其易液化；液态HF分子间由于存在氢键故有时写成（HF）n；只有干冰中的C—O不是强极性键，