高中化学物质结构分子晶体

第二节分子晶体与原子晶体

第1课时分子晶体

[学习目标定位] 1.熟知分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体。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。

一干冰和冰的晶体结构

1.干冰晶胞结构如图所示，观察分析其结构模型，回答下列问题：

(1)

构成干冰晶体的结构微粒是CO2分子，微粒间的相互作用力是范德华力。

(2)从结构模型可以看出：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12个。每个晶胞中有4个

CO2分子。

2.冰晶体的结构如下图所示。根据冰晶体的结构，回答下列问题：

(1)构成冰晶体的结构微粒是H2O分子，微粒间的相互作用力是范德华力、氢键。

(2)在冰的晶体中，由于水分子之间存在具有方向性的氢键，迫使在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，这样的排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。

3.干冰和冰的比较

晶体分子间作用力结构特点外观硬度熔点密度

干冰范德华力1个分子周围紧

邻12个分子

相似相似(小)干冰比冰低干冰比冰大

冰范德华力、

氢键

1个分子周围紧

邻4个分子

[归纳总结]

(1)分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体叫分子晶体。如：干冰、碘晶体、冰等。构成分子晶体的粒子只有分子。

(2)常见的典型的分子晶体有

①所有非金属氢化物，如水、氨、甲烷等；

②部分非金属单质，如卤素、O2、S8、P4、C60等；

③部分非金属氧化物，如CO2、SO3、P4O10等；

④几乎所有的酸；

⑤绝大多数有机物的晶体。

(3)两种典型的分子晶胞

①干冰型堆积特征：分子密堆积；

②冰型堆积特征：四面体型。

[活学活用]

1.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、C10H8

B.PCl3、CO2、H2SO4

C.SO2、SiO2、P2O5

l4、Na2S、H2O2

答案B

解析A中HD是单质，不是化合物；C中SiO2为原子晶体，不是分子晶体；D中Na2S是离子晶体，不是分子晶体。

2.水分子间可通过氢键彼此结合而形成(H2O)n，在冰中n值为5，即每个水分子被其他4个水分子包围形成变形四面体，如图所示为(H2O)5单元，由无限个这样的四面体通过氢键构成一个庞大的分子晶体，即冰。下列有关叙述正确的是()

A.1 mol冰中含有4 mol氢键

B.1 mol 冰中含有4×5 mol 氢键

C.平均每个水分子只含有2个氢键

D.平均每个水分子只含有5

4个氢键

答案 C

解析 由图可知，每个水分子(处于四面体的中心)与4个水分子(处于四面体的四个顶点)形成四个氢键，因为每个氢键都是由2个水分子共同形成的，所以每个水分子形成的氢键数为4×1

2

＝2。 二 分子晶体的物理性质

1.分子晶体中粒子间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、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。

2.分子晶体熔、沸点高低的比较规律

(1)分子晶体分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之越低；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。

(2)判断下列结论的正误，正确的划“√”，错误的划“×”

①组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，物质的熔、沸点就越高(√)

②组成和结构不相似的物质(相对分子质量相近)，分子极性越大，其熔、沸点就越高(√) ③烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点升高(√) ④组成和结构不相似的物质，不能用相对分子质量大小比较分子间作用力的大小(√) 3.分子晶体在固态和熔融状态均不存在自由离子，因而不能导电，易溶于水的电解质在水中全部或部分电离而能够导电，不溶于水的物质或易溶于水的非电解质不能导电。 [归纳总结]

(1)分子晶体具有熔、沸点较低，硬度较小，固态不导电等物理特性。所有在常温下呈气态的物质、常温下呈液态的物质(除汞外)、易升华的固体物质都属于分子晶体。

(2)分子间作用力的大小决定分子晶体的物理性质。分子间作用力越大，分子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。 [活学活用]

3.下列物质，按沸点降低顺序排列的一组是( ) A.HF 、HCl 、HBr 、HI B.F 2、Cl 2、Br 2、I 2 C.H 2O 、H 2S 、H 2Se 、H 2Te D.CI 4、CBr 4、CCl 4、CF 4

答案 D

解析A、C中HF和H2O分子间含有氢键，沸点反常；对结构相似的物质，B中沸点随相对分子质量的增加而增大；D中沸点依次降低。

4.下列性质符合分子晶体特点的是()

①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电

②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电

③能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃

④熔点97.81 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm－3

A.①④

B.②③

C.①②

D.②④

答案B

解析本题考查分子晶体的性质。分子晶体中分子之间是以分子间作用力相结合的，分子晶体具有低熔点、易升华、硬度小等性质。①熔点高，不是分子晶体的性质；④能导电，不是分子晶体的性质，该处所述是金属钠的性质，故选②③。

当堂检测

1.下列有关分子晶体的说法中一定正确的是()

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.其结构一定为分子密堆积

答案B

解析稀有气体元素组成的分子晶体中，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，故A项错误；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强的N、O、F 原子结合的氢原子的分子之间或者分子之内，所以B项正确，C项错误；只存在范德华力