2020高中化学专题三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讲义+测试含解析苏教版选修3

PAGE14-第四单元分子间作用力分子晶体[学习目标]1.了解范德华力的类型，掌握范德华力大小与物质物理性质之间的辨证关系，认识范德华力对物质性质的影响。2.理解氢键的本质，能分析氢键的强弱，知道氢键对物质性质的影响，认识物质是不断运动的，物质性质的变化是有条件的。3.掌握分子性质的结构特点与性质。自主学习区对应学生用书P037一、分子间作用力eq\a\vs4\al(1.分子间,作用力)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(定义：\o(□,\s\up1(01))共价分子间存在的一类静电作用,本质：\o(□,\s\up1(02))静电作用,特点：与化学键相比\o(□,\s\up1(03))弱的多,类型：\o(□,\s\up1(04))范德华力和\o(□,\s\up1(05))氢键))2.范德华力(1)存在范德华力普遍存在于eq\o(□,\s\up1(06))固体、液体和气体分子之间的作用力。(2)特点范德华力较小，一般没有eq\o(□,\s\up1(07))饱和性和eq\o(□,\s\up1(08))方向性。(3)影响因素①分子的大小、空间构型以及分子中电荷分布是否均匀。②对于eq\o(□,\s\up1(09))组成和结构相似的分子，其范德华力一般随着eq\o(□,\s\up1(10))相对分子质量的增大而增大。如F2<Cl2<Br2<I2。(4)对物质性质的影响主要影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质。①分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越eq\o(□,\s\up1(11))高。②与溶剂分子间范德华力越大，物质的溶解度越eq\o(□,\s\up1(12))大。3.氢键(1)形成和表示H原子与eq\o(□,\s\up1(13))电负性大、半径较小的原子X以共价键结合时，H原子能够跟另一个eq\o(□,\s\up1(14))电负性大、半径较小的原子Y的孤电子对接近并产生相互作用，即形成氢键，通常用eq\o(□,\s\up1(15))X—H…Y表示。其中X、Y代表eq\o(□,\s\up1(16))电负性大而eq\o(□,\s\up1(17))原子半径较小的非金属原子，如eq\o(□,\s\up1(18))氟、氧、氮原子。(2)类型氢键有eq\o(□,\s\up1(19))分子内氢键和eq\o(□,\s\up1(20))分子间氢键两种。(3)氢键对物质性质的影响含有分子间氢键的物质有eq\o(□,\s\up1(21))较高的熔点和沸点，氢键会影响物质溶解性。二、分子晶体构成微粒eq\o(□,\s\up1(01))分子微粒间的作用力eq\o(□,\s\up1(02))分子间作用力物理性质一般熔、沸点eq\o(□,\s\up1(03))较低，硬度eq\o(□,\s\up1(04))较小属于分子晶体的物质以共价键结合的物质，除金刚石、晶体硅、二氧化硅等属于原子晶体外，其他eq\o(□,\s\up1(05))多数非金属单质、eq\o(□,\s\up1(06))非金属元素组成的无机化合物以及eq\o(□,\s\up1(07))绝大多数有机化合物形成的晶体三、石墨——混合晶体1.结构特点——层状结构(1)同层内，每个碳原子以eq\o(□,\s\up1(01))共价键与周围的三个碳原子相结合形成正六边形平面网状结构。所有碳原子的2p轨道平行且相互重叠，形成大π键，p电子可在整个层内运动。(2)层与层之间以eq\o(□,\s\up1(02))分子间作用力相结合。2.晶体类型石墨晶体中，既有eq\o(□,\s\up1(03))共价键，又有eq\o(□,\s\up1(04))分子间作用力，属于混合晶体。1.分子间作用力是一种化学键吗？提示：不是，分子间作用力比化学键弱得多。2.相对分子质量越大的物质其熔沸点越高吗？提示：不一定。组成和结构相似且不存在氢键的物质，其相对分子质量越大，分子间的范德华力越强，一般熔、沸点越高，存在氢键时会出现异常，如水的沸点高于硫化氢。3.为何分子晶体的熔沸点低？提示：因为构成晶体的微粒是分子，分子之间以分子间作用力(主要是范德华力)相结合，范德华力远小于化学键的作用。教师点拨区对应学生用书P038一、范德华力对物质熔点、沸点、溶解度的影响1.范德华力越大，物质的熔、沸点越高。如卤素单质，随着相对分子质量的增大，分子间的作用力增大，它们的熔、沸点也相应升高(如图所示)。2.溶质分子与溶剂分子间的范德华力越大，则溶质分子的溶解度越大。如CH4和HCl在水中的溶解情况，由于CH4与H2O分子间的作用力很小，故CH4几乎不溶于水，而HCl与H2O分子间的作用力较大，故HCl极易溶于水中；同理，Br2、I2与苯分子间的作用力较大，故Br2、I2易溶于苯中，而H2O与苯分子间的作用力很小，故H2O很难溶于苯中。[练习与实践]1.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.干冰易于升华C.F2、Cl2、Br2、I2单质的熔、沸点依次升高D.氯化钠的熔点较高答案D解析一般地由分子构成的物质，其物理性质通常与分子间作用力的大小密切相关。A、B、C三个选项中涉及的物质都是分子，故其表现的物理性质与分子间作用力的大小有关系。只有D选项中的NaCl不是分子，而是离子化合物，不存在小分子，其物理性质与分子间作用力无关。2.下列卤化氢分子间范德华力的大小关系正确的是()A.HCl>HBr>HIB.HBr>HI>HClC.HI>HBr>HClD.HCl>HI>HBr答案C解析对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越强。二、氢键对物质性质的影响1.对熔、沸点的影响：当分子间存在氢键时，若要使相应的物质熔化或汽化，破坏分子间的氢键需要消耗很多的能量，所以这些物质有较高的熔点和沸点。如：H2O和HF的沸点是同族气态氢化物中最高的，但NH3的沸点只比SbH3的沸点低，比另外两种的高(如图所示)。这是因为H2O、HF、NH3的分子之间既存在范德华力，又存在氢键。因此，把冰融化或把水汽化不仅要破坏范德华力，还必须提供额外的能量破坏分子间的氢键。2.氢键的形成除使物质的熔、沸点升高外，对物质的溶解度等也都有影响。如NH3极易溶解于水，主要是由于氨分子和水分子之间形成了氢键，彼此互相缔合，因而加大溶解。[练习与实践]3.下列叙述正确的是()A.F2、Cl2、Br2、I2单质的熔点依次升高，与分子间作用力大小有关B.H2S的相对分子质量比H2O的大，其沸点比水的高C.稀有气体的化学性质比较稳定，是因为其键能很大D.干冰汽化时破坏了共价键答案A解析A项，从F2→I2，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增大，熔、沸点逐渐升高。B项，H2O分子之间有氢键，其沸点高于H2S。C项，稀有气体分子为单原子分子，分子之间无化学键，其化学性质稳定是因为原子的最外层为8电子稳定结构(He为2个)。D项，干冰汽化破坏的是范德华力，并未破坏共价键。4.短周期的5种非金属元素，其中A、B、C的外围电子排布可表示为A：asa，B：bsbbpb，C：csccp2c，D与B同主族，E在C的下一周期，且是同周期元素中电负性最大的元素。回答下列问题：(1)由A、B、C、E四种元素中的两种元素可形成多种分子，下列分子①BC2、②BA4、③A2C2、④BE4，其中存在非极性键的是__________(填序号)。(2)C的最简单氢化物比下一周期同主族元素的氢化物沸点要高，其原因是________________________。(3)B、C两元素都能和A元素组成常见的溶剂，其分子式为__________、__________。(4)BA4、BE4和DE4的沸点从高到低的顺序为__________(填化学式)。答案(1)③(2)H2O分子间形成氢键(3)C6H6H2O(4)SiCl4＞CCl4＞CH4解析由s轨道最多可容纳2个电子可得：a＝1，b＝c＝2，即A为H，B为C，C为O。由D与B同主族，且为非金属元素得D为Si；由E在C的下一周期且E为同周期中电负性最大的元素可知E为Cl。(1)①、②、③、④分别为CO2、CH4、H2O2、CCl4，其中H2O2中存在O—O非极性键。(2)C的最简单氢化物为H2O，H2O分子间可形成氢键，是其沸点较高的重要原因。(3)B、A两元素组成苯，C、A两元素组成水，两者都为常见的溶剂。(4)BA4、BE4、DE4分别为CH4、CCl4、SiCl4，三者结构相似，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增强，故它们的沸点顺序为SiCl4>CCl4>CH4。

三、分子晶体1.几种典型的分子晶体比较单质碘干冰冰晶胞或结构模型微粒间作用力范德华力范德华力范德华力和氢键晶胞微粒数44—2.影响分子晶体熔、沸点的因素(1)分子晶体的熔、沸点取决于分子间作用力的大小。对于组成和结构相似的分子晶体，一般随相对分子质量的增大，范德华力也增大，熔、沸点升高，如I2>Br2>Cl2>F2。(2)有氢键的分子晶体，还要考虑氢键的强弱。例如：H2O与H2S相比H2O的沸点比H2S的高，因为水分子间有氢键，H2S分子间只有范德华力，而氢键比范德华力强。特别提醒在干冰晶体中，CO2分子在范德华力作用下，以密堆积方式排列成面心立方结构：8个CO2分子分别位于立方体的8个顶点，6个CO2分子位于立方体的6个面心。每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子共12个，分别分布于3个相互垂直的平面上，每个平面上有4个。[练习与实践]5.下列有关分子晶体的说法中正确的是()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.其一定不能由原子直接构成答案B解析A稀有气体为单原子分子，不存在化学键×B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√C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间或者分子内×D稀有气体为单原子分子，由原子通过分子间作用力直接构成分子晶体×6.下列性质适合于分子晶体的是()A.熔点1070℃，易溶于水，水溶液能导电B.熔点很高且坚硬，不溶于水及有机溶剂C.能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃D.熔点1000℃左右，固体或融熔状态下可以导电答案C解析根据分子晶体的有关特点可判断C项属于分子晶体的性质。A项应为离子晶体的性质，B项属于原子晶体的性质，D项属于金属晶体的性质。方法规律分子晶体的判断方法(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断：组成分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力。(2)依据物质的分类判断：大多数非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机化合物形成的晶体是分子晶体。(3)依据晶体的熔、沸点判断：分子晶体的熔、沸点较低。(4)依据熔融状态是否导电判断：分子晶体在熔融状态下不导电。本课小结1.分子间的范德华力越大，物质的熔、沸点越高。溶质分子与溶剂分子间的范德华力越大，则溶质分子的溶解度越大。2.含有分子间氢键的物质有较高的熔、沸点。此外氢键还会影响物质的溶解度。3.在分子晶体中，分子内的原子间以共价键相结合，分子间以分子间作用力相吸引，因此分子晶体熔点较低。4.稀有气体单质是单原子分子，在固态时属于分子晶体，但不存在共价键。学习效果检测对应学生用书P0401.下列关于范德华力的叙述中，正确的是()A.范德华力的实质也是一种电性作用，所以范德华力是一种特殊化学键B.范德华力与化学键的区别是作用力的强弱问题C.任何分子间在任意情况下都会产生范德华力D.范德华力非常微弱，故破坏范德华力不需要消耗能量答案B解析范德华力是分子与分子之间的一种相互作用，其实质也是一种电性作用，但范德华力不是化学键；两者的区别是作用力的强弱不同。化学键必须是强烈的相互作用(120～800kJ/mol)，范德华力是分子间弱的相互作用；虽然范德华力非常微弱，但破坏它时也要消耗能量；范德华力普遍地存在于分子之间，但也必须满足一定的距离要求，若分子间的距离足够大，分子之间也难产生相互作用。2.下列说法正确的是()A.氢键是一种化学键B.分子内氢键使物质具有较高的熔、沸点C.能与水分子形成氢键的物质易溶于水D.水结成冰体积膨胀与氢键无关答案C解析氢键不是化学键，而是一种分子间作用力，比化学键弱很多，但比范德华力稍强，分子间氢键的存在使物质有较高的熔、沸点(如HF、H2O、NH3等)，也使某些物质易溶于水(如NH3、C2H5OH、CH3COOH等)，A、B不正确，C项正确，水结成冰时，水分子以氢键互相连结，形成疏松的晶体，造成体积膨胀，密度减小，D不正确。3.下列几种氢键：①O—H…O，②N—H…N，③F—H…F，④O—H…N，其强度由强到弱的排列顺序是()A.③①④②B.①②③④C.③②①④D.①④③②答案A解析F、O、N的电负性依次降低，F—H、O—H、N—H键的极性依次降低，故F—H…F中氢键最强，其次为O—H…O，再次是O—H…N，最弱的为N—H…N。4.下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的是()A.Cl2>I2B.SiCl4<CCl4C.NH3>PH3D.C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3答案C解析A、B项中分子间无氢键，分子结构相似，相对分子质量大的熔沸点高；C选项属于分子组成和结构相似的情况，但存在氢键的熔、沸点高；D项属于同分异构体，支链少的熔沸点高。5.分子晶体在通常情况下不具有的性质是()A.晶体的构成微粒是分子B.固体或熔融时均能导电C.微粒间以范德华力结合D.熔点、沸点一般低于原子晶体答案B解析分子一般含有共价键，所以固体或熔融时不能电离出离子，故不能导电。分子间以范德华力结合成晶体，熔点、沸点较低，一般低于原子晶体。6.下列分子晶体在熔化时，只破坏范德华力的是__________，既破坏范德华力，又破坏氢键的是__________。①H2②O2③P4(白磷)④SO2⑤CO2⑥H2O2⑦HF⑧H2N—CH2CH2COOH⑨H3PO4⑩C2H6答案①②③④⑤⑩⑥⑦⑧⑨解析有氢键的分子晶体，其分子中应含有H—F键、H—O键、H—N键中的任何一个键，在熔化时其中的氢键被破坏。课时作业对应学生用书P0891.下列分子晶体：①HCl、②HBr、③HI、④H2，熔、沸点由高到低的顺序是()A.①②③④B.③②④①C.③②①④D.④③②①答案C解析分子晶体的熔、沸点主要取决于相对分子质量的大小，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点就越高。2.下列有关物质的结构和性质的叙述，错误的是()A.水是一种非常稳定的化合物，这是由于水中存在氢键B.沸点：NH3>PH3C.水和冰中都含有氢键D.分子晶体中一定存在范德华力，可能有共价键答案A解析水是一种稳定的化合物，是因为含有O—H键的键能较大；NH3分子间存在氢键，所以沸点：NH3>PH3；分子晶体中也有无共价键的，如由稀有气体分子形成的晶体。3.下列说法中，正确的是()A.冰融化时，分子中H—O键发生断裂B.原子晶体中，共价键越强，该晶体越稳定C.分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定越高D.分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定答案B解析冰为分子晶体，融化时破坏的是分子间作用力，故A项错误；原子晶体稳定性取决于共价键的强弱，共价键越强，稳定性越强，故B项正确；分子晶体熔、沸点的高低取决于分子间作用力的大小，而共价键的强弱决定了分子的稳定性大小，所以C项错误，D项也错误。4.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、C10H8B.PCl3、CO2、H2SO4C.SO2、SiO2、P2O5D.CCl4、Na2S、H2O2答案B解析A项HD属于单质；C项SiO2属于原子晶体；D项Na2S是由离子键构成的离子晶体。5.下列固体的化学式能真实表示物质分子组成的是()A.NaOHB.SO3C.CsClD.SiO2答案B解析NaOH和CsCl固体均为离子晶体，在晶体中只存在阴阳离子，其化学式表示的是构成晶体的离子个数比；SiO2固体为原子晶体，在晶体中只存在原子，其化学式表示的是构成晶体的原子个数比。6.无机化学对硫－氮化合物的研究是最为活跃的领域之一。如图所示是已经合成的最著名的硫－氮化合物的分子结构。下列说法正确的是()A.该物质的分子式为SNB.该物质的分子中既有极性键又有非极性键C.该物质具有很高的熔、沸点D.该物质与化合物S2N2互为同素异形体答案B解析该物质的分子式为S4N4，故A错误；S—N键属于极性链，N—N键属于非极性键，故B正确；该物质为分子晶体，熔、沸点较低，故C错误；同素异形体是由同种元素组成的不同单质，S4N4与S2N2都是化合物，故D错误。7.如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子有几个氢键()A.2B.4C.8D.12答案A解析每个水分子与4个方向的4个水分子形成氢键，每个氢键为2个水分子共用，故其氢键个数为4×eq\f(1,2)＝2。8.水的沸点是100℃，硫化氢的分子结构跟水相似，但它的沸点却很低，是－60.7℃，引起这种差异的主要原因是()A.范德华力B.共价键C.氢键D.相对分子质量答案C解析NH3、H2O、HF分子间存在氢键，使其熔、沸点高。9.目前，科学界拟合成一种“二重构造”的球型分子，即把“足球型”的C60(富勒烯)溶进“足球型”的Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键结合。下列关于这种分子的说法中不正确的是()A.是一种新型化合物B.晶体属于分子晶体C.是两种单质组成的混合物D.相对分子质量为2400答案C解析由“二重构造”的球型分子可知，晶体属于分子晶体，该分子是把C60溶进“足球型”的Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键结合，所以这个新分子是一种新型化合物，不是混合物，C错误。10.如图为冰晶体的结构模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列有关说法正确的是()A.冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构B.冰晶体具有空间网状结构，是原子晶体C.水分子间通过H—O键形成冰晶体D.冰融化时，水分子之间的空隙增大答案A解析B项，冰晶体属于分子晶体，错误；C项，水分子间通过分子间作用力形成晶体，错误；D项，冰融化时氢键部分断裂，水分子间空隙减小，错误。11.六氟化硫分子为正八面体构型(分子结构如图)，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各原子均达8电子稳定结构B.SF6易燃烧生成SO2C.SF6分子是含有非极性键的非极性分子D.SF6是分子晶体答案D解析根据信息六氟化硫分子为正八面体构型知SF6为分子晶体；根据信息六氟化硫分子在高温下仍有良好的绝缘性，说明SF6不易燃；据图示知S原子不是8电子稳定结构。综上所述选D。12.W、X、Y、Z是元素周期表中短周期主族元素，其中X元素的某种原子其核内无中子，Y元素在地壳中含量最丰富，Z元素形成的单质是一种半导体材料，W与Z是同主族元素。下列有关叙述不正确的是()A.点燃WX4前要验纯B.W与Z均可形成熔点高、硬度大的单质C.X、W可形成分子晶体D.Y和Z、Y和W都可形成结构相似的AB2物质答案D解析根据题意可推出：X为H，Y为O，Z为Si，W为C。CH4是可燃性气体，点燃可燃性气体前要验纯，A正确；C与Si均可形成熔点高、硬度大的单质，B正确；绝大多数有机化合物属于分子晶体，C正确；Y和Z、Y和W分别形成SiO2和CO2，二者结构有很大区别。13.已知：CH4SiH4NH3PH3沸点(K)101.7161.2239.7185.4分解温度(K)8737731073713.2分析上表中四种物质的相关数据，请回答：(1)CH4和SiH4比较、NH3和PH3比较，沸点高低的原因是____________________________________________________。(2)CH4和SiH4比较、NH3和PH3比较，分解温度高低的原因是____________________________________________________________________。结合上述数据和规律判断，一定压强下HF和HCl的混合气体降温时__________先液化。答案(1)结构相似时，相对分子质量越大，分子间作用力越大，因此SiH4沸点高于CH4；NH3分子间存在氢键，因此NH3的沸点高于PH3(2)由于C原子半径比Si小，其键长短，C—H键的键能大于Si—H键的键能，因此CH4分解温度高于SiH4；N—H键键能大于P—H键，因此NH3分解温度高于PH3