2026人教版高中化学选择性必修2《物质结构与性质》基础课时14 分子晶体题库

第二节分子晶体与共价晶体基础课时14分子晶体学习目标1.知道分子晶体的概念及典型的分子晶体，认识分子晶体中的微粒种类及其微粒间的相互作用。2.借助冰、干冰等模型，能从微观角度分析分子晶体中各构成微粒之间的作用和对分子晶体物理性质的影响。一、分子晶体的概念和性质(一)知识梳理1.概念只含分子的晶体称为分子晶体。2.物理性质3.粒子间的相互作用4.常见的分子晶体物质种类实例所有非金属氢化物H2O、NH3、CH4等部分非金属单质卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分非金属氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等稀有气体He、Ne、Ar等几乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等绝大多数有机物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等(二)互动探究碳单质及含碳化合物是一个庞大的家族。C60分子及CH4、C60晶胞示意图如下：【问题讨论】问题1甲烷、C60的晶体类型相同吗？提示相同，都是分子晶体。问题2分子晶体溶于水时，化学键如何变化？提示有的溶于水破坏化学键，例如HCl；有的不破坏化学键，例如蔗糖、乙醇。问题3查阅文献可知氯化铝的化学式为AlCl3，熔点306℃、沸点315℃，能升华，为共价化合物；熔融的氯化铝不易导电。根据这些性质，氯化铝属于什么晶体？提示分子晶体。【探究归纳】1.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、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。(2)依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断，组成分子晶体的粒子是分子，粒子间作用是分子间作用力。(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。2.分子晶体的熔、沸点(1)分子晶体熔沸点低的原因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)分子晶体的熔、沸点的判断①分子晶体熔化或气化都是克服分子间作用力。分子间作用力越大，物质熔化或气化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。②比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力(包括范德华力和氢键)的大小。具体分析如下：a.组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如O2>N2，HI>HBr>HCl。b.相对分子质量相等或相近时，极性分子的范德华力大，熔、沸点高，如CO>N2。c.能形成氢键的物质，熔、沸点较高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3。3.分子晶体的导电性分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由离子，因而不能导电。易溶于水的电解质(如HCl、醋酸等)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自身不能导电。1.下列各组物质形成的晶体，均属于分子晶体的化合物是()A.NH3、HD、C10H18B.PCl3、CO2、H2SO4C.SO2、C60、P2O5D.CCl4、Na2S、H2O2答案B解析分子晶体的构成微粒为分子，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。2.医院在进行外科手术时，常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂，已知HgCl2有如下性质：①HgCl2晶体熔点较低；②HgCl2熔融状态下不导电；③HgCl2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl2的叙述中正确的是()A.HgCl2晶体属于分子晶体B.HgCl2属于离子化合物C.HgCl2属于电解质，且属于强电解质D.HgCl2属于非电解质答案A解析由HgCl2的性质可知，HgCl2晶体属于分子晶体，属于共价化合物，是弱电解质。3.下列属于某分子晶体性质的是()A.组成晶体的微粒是离子B.能溶于CS2，熔点为112.8℃，沸点为444.6℃C.熔点为1400℃，可作半导体材料，难溶于水D.熔点高，硬度大答案B解析分子晶体的主要性质有熔、沸点低，硬度小，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂，固态时和熔化时均不导电。二、典型的分子晶体的结构和性质(一)知识梳理1.分子晶体的堆积方式项目分子密堆积分子非密堆积作用力只有分子间作用力，无氢键有分子间氢键，它具有方向性空间特点每个分子周围一般有12个紧邻的分子空间利用率不高，留有相当大的空隙举例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰2.两种典型分子晶体(1)冰晶体①结构：冰晶体中，水分子间主要通过氢键形成晶体。由于氢键具有一定的方向性，一个水分子与周围四个水分子结合，这四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子结合。这样，每个O原子周围都有四个H原子，其中两个H原子与O原子以共价键结合，另外两个H原子与O原子以氢键结合，使水分子间构成四面体骨架结构。其结构可用下图表示。②性质：由于氢键具有方向性，冰晶体中水分子未采取密堆积方式，这种堆积方式使冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化成液态水时，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4℃时，分子间距离加大，密度逐渐减小。(2)干冰①结构：固态CO2称为干冰，干冰也是分子晶体。CO2分子内存在C=O共价键，分子间存在范德华力，CO2的晶胞呈面心立方体形，立方体的每个顶角有一个CO2分子，每个面上也有一个CO2分子。每个CO2分子与12个CO2分子等距离相邻(在三个互相垂直的平面上各4个或互相平行的三层上，每层上各4个)(如图所示)。②性质：干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，熔点却比冰低得多，在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂；由于干冰中的CO2之间只存在范德华力不存在氢键，密度比冰的高。(二)问题探究问题1以冰中一个水分子为中心，画出水分子间最基本的连接方式(用结构式表示)。提示问题2为什么液态水变为冰时，体积膨胀，密度减小？提示冰晶体中主要是水分子依靠氢键而形成的，因氢键具有一定的方向性，使水分子间的间距比较大，有很大空隙，比较松散。所以水结成冰后，体积膨胀，密度减小。问题3水与冰之间的相互转化过程中破坏共价键吗？提示分子晶体的状态变化过程中破坏分子间作用力，不破坏共价键。问题4为什么干冰的密度比冰大？为什么冰的熔点比干冰高？提示①干冰中的CO2之间只有范德华力，一个CO2周围有12个紧邻的CO2，分子采取密堆积方式排列，且相对分子质量：CO2>H2O，故干冰的密度比冰的大。②冰中水分子间的作用力除范德华力外，还有更强的氢键。【探究归纳】分子晶体的结构特点(1)分子晶体的基本构成微粒是分子，分子之间普遍存在的作用力是范德华力，个别晶体中分子间还含氢键，如冰中。(2)只存在范德华力的晶体，晶体中分子采取密堆积，晶胞中每一个分子周围一般有12个分子紧邻。含有氢键的晶体，由于氢键的方向性，晶体中分子之间不满足密堆积，空间利用率不高，留有相当大的空隙，所以密度会减小，但是熔、沸点往往会升高，如HF、NH3、冰等。1.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.冰中存在氢键，每个水分子周围有4个紧邻的水分子C.干冰比冰的熔点低，常压下易升华D.干冰中只存在范德华力不存在氢键答案A解析干冰是由分子密堆积形成的晶体，冰晶体中水分子间采取非密堆积的方式，A错误；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，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，B正确；干冰熔化只需克服范德华力，冰熔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，C正确；干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，不存在氢键也不能形成氢键，D正确。2.如图是甲烷晶体的晶胞结构，图中每个小球代表一个甲烷分子(甲烷分子分别位于立方体的顶角和面心)，下列有关该晶体的说法正确的是()A.该晶体与HI的晶体类型不同B.该晶体熔化时只需要破坏共价键C.SiH4分子的稳定性强于甲烷D.每个顶角上的甲烷分子与之距离最近且等距的甲烷分子有12个答案D解析甲烷、HI晶体均属于分子晶体，A项错误；甲烷晶体属于分子晶体，熔化时只需要破坏分子间作用力，不需要破坏共价键，B项错误；C的非金属性比Si强，所以SiH4分子的稳定性弱于甲烷，C项错误；根据晶胞的结构可知，以晶胞中顶角上的甲烷分子为研究对象，与它距离最近且等距的甲烷分子分布在立方体的3个面心上，每个顶角上的甲烷分子被8个立方体共用，每个面心上的甲烷分子被2个立方体共用，所以每个甲烷分子周围与它距离最近且等距的甲烷分子有eq\f(3×8,2)＝12个，D项正确。3.碘的晶胞结构示意图如图，下列说法正确的是()A.碘晶体熔化时需克服共价键B.1个碘晶胞中含有4个碘分子C.晶体中碘分子的排列有3种不同取向D.碘晶体中每个I2周围等距且紧邻的I2有6个答案B解析碘晶体为分子晶体，熔化时需克服分子间作用力，故A错误；1个碘晶胞中8个碘分子位于顶角，6个位于面心，则含有8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4个碘分子，故B正确；由图可知，晶体中碘分子的排列有2种不同取向，故C错误；碘晶体中每个I2周围等距且紧邻的I2位于面心，有12个，故D错误。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意(一)分子晶体的概念和性质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，A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，B正确，C错误；只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，D错误。2.下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列，正确的一组是()A.HF、HCl、HBr、HIB.F2、Cl2、Br2、I2C.H2O、H2S、H2Se、H2TeD.CI4、CBr4、CCl4、CF4答案D解析对结构和组成相似的分子晶体，其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高，但HF、H2O分子之间都存在氢键，熔、沸点反常。所以A中应为HF>HI>HBr>HCl；B中应为I2>Br2>Cl2>F2；C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S；只有D正确。3.下列性质适合于分子晶体的是()A.熔点为1070℃，易溶于水，水溶液导电B.熔点为3500℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C.能溶于CS2，熔点为113℃，沸点为445℃D.熔点为97.81℃，质软，导电，密度为0.97g·cm－3答案C解析分子晶体是由分子构成，分子间的作用力很弱，具有熔沸点低、硬度小、易挥发等性质。熔点高，不是分子晶体的性质，故A、B项错误；单质硫能溶于CS2，熔点为113℃，沸点为445℃，单质硫是分子晶体，故C正确；熔点为97.81℃，质软、导电、密度为0.97g·cm－3，是金属钠的物理性质，金属钠属于金属晶体，故D错误。4.SiCl4的分子结构与CCl4的分子结构类似，对其作出如下推断，其中正确的是()①SiCl4晶体是分子晶体②常温常压下SiCl4不是气体③SiCl4的分子是由极性共价键形成的④SiCl4的熔点高于CCl4的熔点A.全部 B.只有①②C.只有②③ D.只有①答案A解析CCl4属于分子晶体，常温常压下为液体，含有共价键。①SiCl4与CCl4结构相似，则SiCl4是分子晶体，正确；②CCl4在常温常压下是液体，SiCl4与CCl4结构相似，且SiCl4的相对分子质量较大，则常温常压下SiCl4不可能是气体，正确；③SiCl4中Si与Cl形成共价键，则SiCl4是由极性共价键形成的分子，正确；④对组成和结构相似的分子晶体来说，相对分子质量越大，熔点越高，则SiCl4的熔点高于CCl4的熔点，正确。5.六氟化硫分子为正八面体构型(分子结构如图所示)，难溶于水，在高温下仍有良好的绝缘性，在电器工业方面具有广泛用途。下列推测正确的是()A.SF6中各原子均达到8电子稳定结构B.SF6易燃烧生成SO2C.SF6分子是含有极性键的非极性分子D.SF6不是分子晶体答案C解析由图可知，SF6中氟原子满足8电子结构，而硫原子为12电子结构，故A错误；SF6中硫元素的化合价为＋6价，不能被氧化，则SF6不能燃烧生成SO2，故B错误；SF6分子结构对称，分子中含有极性键，为非极性分子，故C正确；SF6属于分子，为分子晶体，故D错误。(二)分子晶体的结构6.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是()A.正硼酸晶体不属于分子晶体B.H3BO3分子的稳定性与氢键有关C.分子中硼原子最外层为8电子稳定结构D.含1molH3BO3的晶体中有3mol氢键答案D解析A项，正硼酸晶体属于分子晶体；B项H3BO3分子的稳定性与分子内部的共价键有关，与分子间氢键无关；C项，分子中的硼原子最外层不符合8电子稳定结构；D项，1个H3BO3分子中含有3个氢键。7.C60分子和C60晶胞如图所示。下列关于C60晶体的说法中不正确的是()A.C60晶体可能具有很高的熔、沸点B.C60晶体能溶于四氯化碳中C.C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240D.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，故A说法不正确；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，故B说法正确；每个C60晶胞中含有的C60分子个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，因此含有的碳原子数为4×60＝240，故C说法正确；如果以晶胞中心一个顶角的C60分子为研究对象，则共用这个顶角的三个面的面心的C60分子与其最近且距离相等，有eq\f(3,2)×8＝12个，故D说法正确。8.AB型化合物形成的晶体结构多种多样。下图所示的几种结构所表示的物质最有可能是分子晶体的是()A.①③ B.②⑤C.⑤⑥ D.③④⑤⑥答案B解析从结构上看①③④⑥构成晶体的结构单元都是向外延伸和扩展的而②和⑤的结构没有这种特点，其中的原子不能再以化学键与其他原子结合，所以可能是分子晶体。9.水在不同的温度和压强下可以形成多种不同结构的晶体，故冰晶体结构有多种。其中冰－Ⅶ的晶体结构如图所示。(1)水分子的空间结构是____________形，在酸性溶液中，水分子容易得到一个H＋，形成水合氢离子(H3O＋)，应用价层电子对互斥模型推测H3O＋的空间结构为____________。(2)如图冰晶体中每个水分子与周围__________________________________个水分子以氢键结合，该晶体中1mol水形成____________mol氢键。(3)实验测得冰中氢键的键能为18.5kJ·mol－1，而冰的熔化热为5.0kJ·mol－1，这说明________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)V三角锥形(2)42(3)冰融化为液态水时只破坏了一部分氢键，液态水中水分子间仍存在氢键解析(1)水分子中O原子的价层电子对数为2＋eq\f(1,2)(6－2×1)＝4，孤电子对数为2，所以水分子的空间结构为V形。H3O＋中O原子的价层电子对数为3＋eq\f(1,2)(6－1－3×1)＝4，含有1个孤电子对，故H3O＋的空间结构为三角锥形。(2)观察题图中晶体结构可知，每个水分子与周围4个水分子以氢键结合，每2个水分子共用1个氢键，故1mol水可形成1mol×4×eq\f(1,2)＝2mol氢键。(3)冰中氢键的键能为18.5kJ·mol－1，而冰的熔化热为5.0kJ·mol－1，说明冰融化为液态水时只是破坏了一部分氢键，液态水中水分子间仍存在氢键。B级素养培优练10.据某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的化学式为C60Si60，其分子结构好似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是()A.该物质有很高的熔点、很大的硬度B.该物质熔融时能导电C.该物质分子中Si60被包裹在C60里面D.该物质形成的晶体属分子晶体答案D解析由分子式及信息可知该物质为分子晶体，分子晶体的熔点低、硬度小，A错误；由题目中的信息可知该物质是一种新的球形分子，该物质熔融时克服了分子间作用力、只得到分子、不能导电，B错误；硅的原子半径比碳大，所以硅化合物C60Si60的外层球壳为Si60，内层球壳为C60，C错误；由题目中的信息可知是一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，所以该物质有分子存在，属于分子晶体，D正确。11.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XeF2D.XeF2晶体中距离最近的2个XeF2之间的距离为eq\f(\r(2)a,2)(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，正负电荷中心重合，为非极性分子，故A正确；XeF2为1个分子，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×eq\f(1,8)＋1＝2，故C正确；根据晶胞结构分析，体心的XeF2与每个顶角的XeF2之间的距离最近，最近的距离为eq\f(\r(3),2)a，故D错误。12.二茂铁[(C5H5)2Fe]是由一个二价铁离子和2个环戊烯基负离子构成的。熔点是173℃(在100℃时开始升华)，不溶于水，易溶于苯等非极性溶剂。下列说法不正确的是()A.二茂铁属于分子晶体B.C5Heq\o\al(－,5)中一定含π键C.已知环戊二烯的结构式为，则其中仅有1个碳原子采取sp3杂化D.在二茂铁结构中，C5Heq\o\al(－,6)与Fe2＋之间形成的化学键类型是离子键答案D解析二茂铁熔点是173℃(在100℃时开始升华)，沸点是249℃，熔沸点较低的晶体一般为分子晶体，所以可推断二茂铁晶体为分子晶体，故A正确；环戊二烯的结构式可推知环戊二烯基负离子中一定含π键，故B正确；已知环戊二烯的结构式为，4个碳原子均为sp2杂化，亚甲基采用sp3杂化，仅有1个碳原子采取sp3杂化，故C正确；二茂铁是分子晶体，没有离子键，故D错误。13.化合物Ni(CO)4中心原子采取sp3杂化，常温下为无色液体，沸点42.1℃。在空气中加热Ni(CO)4发生如下反应：2Ni(CO)4＋5O2→2NiO＋8CO2，下列说法不正确的是()A.Ni(CO)4分子结构式为B.Ni(CO)4难溶于水，易溶于有机溶剂C.Ni(CO)4可分解生成Ni和COD.Fe(CO)5与Ni(CO)4性质相似，在空气中加热生成FeO答案D解析Ni(CO)4中心原子采取sp3杂化，空间构型为正四面体，即结构式为，故A正确；Ni(CO)4的空间构型为正四面体，为非极性分子，根据相似相溶的规律可知，其易溶于非极性的或者极性较弱的有机溶剂，而难溶于极性溶剂水，故B正确；Ni(CO)4中Ni原子与碳原子之间为配位键，易断裂，即Ni(CO)4可分解生成Ni和CO，故C正确；FeO有强还原性，在加热时会被氧气氧化为四氧化三铁，即Fe(CO)5在空气中加热不生成FeO，而生成四氧化三铁，故D错误。14.纳米技术制成的金属燃料、非金属固体燃料、氢气等已应用到社会生活和高科技领域。(1)A和B的单质单位质量的燃烧热大，可用作燃料。已知A和B为短周期元素，其原子的第一至第四电离能如下表所示：电离能/(kJ·mol－1)I1I2I3I4A93218211539021771B7381451773310540①某同学根据上述信息，推断B的核外电子排布如图所示，该同学所画的电子排布图违背了____________。②根据价层电子对互斥理论，预测A和氯元素形成的简单分子空间结构为____________。(2)氢气作为一种清洁能源，必须解决它的储存问题，C60可用作储氢材料。①已知金刚石中C—C的键长为154.45pm，C60中C—C的键长为145～140pm，有同学据此认为C60的熔点高于金刚石，你认为是否正确并阐述理由：___________________________________________________________________________