2026版高中化学人教版选择性必修2《物质结构与性质》第三章第1课时　分子晶体

第二节分子晶体与共价晶体第1课时分子晶体课时目标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1.概念只含分子的晶体称为分子晶体。2.粒子间的相互作用3.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、乙酸乙酯等小题对点过下列物质是由分子构成的纯净物的是。

①NaH②金刚石③水晶④C60⑤浓H2SO4⑥冰醋酸⑦BeCl2答案④⑥⑦4.物理性质(1)分子晶体熔、沸点较低,硬度很小。(2)分子晶体不导电。(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律。小题对点过(1)分子晶体熔点较低的原因是什么?

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(2)分子晶体溶于水时,化学键如何变化?

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(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,氯化铝属于晶体。

(4)下列说法的正确的是。

①组成分子晶体的微粒是分子,在分子晶体中一定存在共价键和分子间的作用力②分子晶体熔化时一定破坏范德华力,有些分子晶体还会破坏氢键③分子晶体熔化或溶于水均不导电④分子晶体的熔、沸点越高,分子晶体中共价键的键能越大答案(1)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(2)有的溶于水破坏化学键,如HCl,有的不破坏化学键,如蔗糖、乙醇(3)分子(4)②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、稀有气体、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的是分子晶体。(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。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、C10H18 B.PCl3、CO2、H2SO4C.SO2、C60、P2O5 D.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。4.(2025·淄博高二检测)(1)CO能与金属Fe形成化合物Fe(CO)5,该化合物熔点为253K,沸点为376K,其固体属于晶体。

(2)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物,如ClF3、BrF3,常温下它们都是易挥发的液体。ClF3的熔、沸点比BrF3的(填“高”或“低”)。

答案(1)分子(2)低解析(1)由化合物熔点为253K,沸点为376K可知,其熔、沸点较低,所以为分子晶体。(2)组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高,所以ClF3的熔、沸点比BrF3的低。二、常见分子晶体结构模型及分析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、冰小题对点过(1)分子密堆积的几何原理是什么?为什么每个分子周围有12个紧邻的分子?

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(2)怎样理解氢键的方向性?

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答案(1)①平面排列:假设分子为等径小球,在一个平面上,每个分子周围有6个紧邻分子,形成六边形排列;②立体排列:在立体空间中,每个平面上下各有3个分子,形成三角形排列。因此每个分子在空间中有12个紧邻分子(2)氢键的方向性是指Y原子与X—H形成氢键时,尽可能使氢键的方向与X—H键轴在同一条直线上,这样可以使X与Y的距离最远,两原子电子云间的斥力最小,从而形成的氢键更强,体系更稳定2.两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,当然也有范德华力。②由于氢键的方向性,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,其密度比冰的高。小题对点过(1)常温下,液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0℃以下,水凝结为冰,其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。①冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用?

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②冰融化成水时破坏的作用力是什么?

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(2)冬季河水结冰后,冰块往往浮在水面,为什么冰的密度比水小呢?

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(3)①为什么干冰的密度比冰大?

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②为什么冰的熔点比干冰的熔点高得多?

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答案(1)①共价键、氢键、范德华力②氢键和范德华力(2)在冰的晶体中存在分子间氢键,每个水分子周围有4个紧邻的水分子,彼此之间形成四面体形。这一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,密度减小(3)①由于干冰中的CO2之间只存在范德华力,一个分子周围有12个紧邻的分子,分子密堆积,密度比冰的大②水分子间存在分子间氢键,CO2之间只存在范德华力3.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3×82=12个,D3.如图为干冰的晶胞结构示意图。(1)通过观察分析,有种取向不同的CO2分子。将CO2分子视作质点,设晶胞边长为apm,则紧邻的两个CO2分子的距离为pm。

(2)其密度为g·cm-3

(1pm=10-10cm)。答案(1)422a(2)解析(1)顶角一种取向,三对平行面分别为三种取向,所以共有4种取向。两个紧邻CO2分子的距离为面对角线长的一半。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意题组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,是金属单质的性质,不是分子晶体,故4.六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。题组二分子晶体的结构5.下列说法正确的是()A.CH4比SiH4稳定的原因:原子半径C<Si,键长C—H<Si—H,键能C—H>Si—HB.CO2、CHCl3、HCHO分子中均一定既有σ键又有π键C.分子晶体中共价键键能越大,熔点和沸点越高D.三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体()两种存在形式,两种形式中S原子的杂化轨道类型相同答案A解析A.同主族元素,从上到下原子半径依次增大、非金属性依次减弱、电负性依次减小,则最简单氢化物中键长C—H<Si—H,键能C—H>Si—H,则共价键C—H>Si—H,最简单氢化物分子中共价键越强,氢化物越稳定,所以甲烷比硅烷稳定,故A正确;B.三氯甲烷分子中碳原子为饱和碳原子,分子中只含有σ键,不含有π键,故B错误;C.分子晶体的构成微粒为分子,分子的分子间作用力越大,熔点和沸点越高,故C错误;D.三氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为3,原子的杂化方式为sp2杂化;三聚三氧化硫分子中硫原子形成4个键,杂化方式为sp3杂化,所以两种形式中硫原子的杂化轨道类型不同,故D错误。6.干冰晶体的晶胞如图1所示,形状是边长为anm的立方体,沿AB连线方向的投影图如图2所示。下列说法错误的是()A.该晶体为分子晶体B.晶胞沿AB连线旋转120°可与旋转前重合C.该晶体中每个CO2分子周围有12个紧邻分子D.该晶体的密度为176a3答案D解析A.干冰晶体通过分子间作用力结合,属于分子晶体,A正确;B.由AB的连线投影图可知,旋转120°后,可与旋转前重合,B正确;C.以顶点的CO2分子为对象,分子周围最近的CO2分子位于与之相邻的3个面的面心,顶点的CO2分子被8个晶胞共用,则CO2分子周围有3×8×12=12个紧邻的CO2分子,C正确;D.根据均摊法,CO2分子位于顶点和面心,每个晶胞含有CO2分子个数是8×18+6×12=4,则晶胞质量是4×44NAg,晶胞体积为a3×10-21cm3,则晶胞密度为176a3×6.02×107.已知晶体X2的立方晶胞三视图如下图所示,晶胞体心位置无微粒占据。X2的摩尔质量为Mg·mol-1,其晶胞参数为acm,阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是()A.该晶体属于分子晶体,晶体中存在的作用力有共价键、范德华力B.X2在晶胞中有2种取向C.X2的配位数为12D.晶体密度为5MN答案D解析A.该晶体中存在的最小微粒只有X2分子,所以该晶体为分子晶体,分子间存在范德华力,X2分子内存在X—X共价键,A正确;B.由晶胞三视图可知,X2在晶胞中有2种取向,B正确;C.X2的晶胞为面心立方晶胞,以1个顶点X2分子为研究对象,与之最近且等距的X2位于面心位置,则X2的配位数为12,C正确;D.1个该晶胞含有的分子数目为8×18+6×12=4,所以晶体密度为ρ=mV=MNA×4ga3c8.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体,有与石墨相似的层状结构。层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图)。下列有关说法正确的是()A.正硼酸晶体属于分子晶体B.H3BO3分子的稳定性与氢键有关C.分子中硼原子杂化轨道的类型为sp3D.1molH3BO3晶体中含有6mol氢键答案A解析A.正硼酸晶体中存在H3BO3分子,且该晶体中存在氢键,说明硼酸由分子构成,是分子晶体,A正确;B.分子的稳定性与分子内的B—O、H—O共价键有关,熔沸点与氢键有关,B错误;C.B只形成了3个单键,没有孤电子对,所以采取sp2杂化,C错误;D.1个硼酸分子形成了6个氢键,但每个氢键是2个硼酸分子共用的,所以平均含3个氢键,则含有1molH3BO3的晶体中有3mol氢键,D错误。9.据《新科学》杂志报道,科研人员在20℃、1个大气压和其他一定的实验条件下,给水施加一个弱电场,水就可以结成冰,称为“热冰”。如图是水和“热冰”微观结构的计算机模拟图。(1)以上信息体现了水分子具有性,水分子中氧原子的杂化方式为。

(2)参照热冰的图示,以一个水分子为中心,画出水分子间最基本的连接方式(用结构式表示):

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(3)①固体二氧化碳外形似冰,受热气化无液体产生,俗称“干冰”。干冰的晶胞结构如图所示。一个晶胞中有个二氧化碳分子;在一个二氧化碳分子中所含的化学键类型与数目为。

②取两块大小相同的干冰,在一块干冰中央挖一个小穴,撒入镁粉,用红热的铁棒引燃后,再盖上另一块干冰,出现的现象为,

发生反应的化学方程式是。

答案(1)极sp3杂化(2)(3)①42个σ键,2个π键②镁粉在干冰中继续燃烧,发出耀眼的白光,并有黑色物质生成2Mg+CO22MgO+CB级素养培优练10.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2a2(a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8×18+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32a,故11.我国科学家首次成功精准合成了C10和C14。下列有关说法不正确的是()A.C10和C14均含有大π键B.C10和C14均为分子晶体C.C10和C14互为同分异构体D.C10和C14均可发生加成反应答案C解析A.两种分子中C均为sp杂化,碳的两个价电子分别和邻位碳原子形成2个sp-spσ键,剩余2个p轨道中分别有1个单电子,故C10中形成2套Π1010,C14中形成2套Π1414,二者分子中均含大π键,A正确;B.C10和C14均为由分子组成通过分子间作用力构成的分子晶体,B正确;C.C10和C14分子不同,是碳元素不同的单质,互为同素异形体,不能互为同分异构体,C错误;D.C10和C14分子中存在不饱和键12.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