高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子晶体与共价晶体第1课时达标测试

第二节　分子晶体与共价晶体

第1课时　分子晶体

一、分子晶体及其结构特点

1．概念

只含分子的晶体。

2．粒子间的作用

分子晶体中相邻的分子间以分子间作用力相互吸引。

3．常见分子晶体及物质类别

4.分子晶体的常见堆积方式

二、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，当然也存在范德华力。

(2)氢键有方向性，它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引。

2．干冰

(1)干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。

(2)①每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。

②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。

三、分子晶体的物理性质

1．物理特性

(1)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)一般是绝缘体，熔融状态也不导电。

(3)溶解性符合“相似相溶规律”。

2．分子晶体熔、沸点高低的比较规律

(1)分子晶体中分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之越低。

(2)具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。

1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)

(1)分子晶体中只存在分子间作用力 (×)

(2)分子晶体熔化时共价键断裂  (×)

(3)分子晶体中氢键越强，分子越稳定 (×)

(4)分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键 (√)

2．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、P4、C10H8 　 B．PCl3、CO2、H2SO4

C．SO2、SiO2、P2O5  D．CCl4、H2O、Na2O2

B　[A中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C中，SiO2为共价晶体；D中，Na2O2是离子化合物、离子晶体。]

3．(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，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”)。

(3)下图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。试说明每个CO2分子周围有________个与之紧邻的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。

[解析]　(1)该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，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。

[答案]　　(1) 分子　(2)低　(3)12　4

观察下图冰和干冰的结构，回答下列问题。

(1)已知氢键也有方向性，试分析为什么冬季河水总是从水面上开始结冰？

提示：由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶角方向的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状晶体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上。

(2)为什么冰融化为水时，密度增大？

提示：在冰晶体中，每个分子周围只有4个紧邻的水分子，由于水分子之间的主要作用力是氢键，氢键跟共价键一样具有方向性，即氢键的存在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。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大。

(3)为什么干冰的熔沸点比冰低而密度却比冰大？

提示：由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。由于水分子间氢键的方向性，导致冰晶体不具有分子密堆积特征，晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下冰体积较大。由于CO2分子的相对分子质量＞H2O分子的相对分子质量，所以干冰的密度大。

(4)干冰升华过程中破坏共价键吗？

提示：干冰升华的过程中破坏分子间作用力，不破坏共价键。

1．分子晶体的物理性质

(1)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华(如干冰、碘、红磷、萘等)，且硬度较小。

(2)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。

(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。

如：H2O是极性溶剂，SO2、H2S、HBr等都是极性分子，它们在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非极性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非极性溶剂，则Br2、I2等非极性分子易溶于其中，而水则不溶于苯和CCl4中。

2．分子晶体熔、沸点比较规律

(1)少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。

(2)组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔、沸点逐渐升高。例如，常温下Cl2呈气态，Br2呈液态，而I2呈固态；CO2呈气态，CS2呈液态。

(3)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。

(4)有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。

1．某化学兴趣小组在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：

根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是(　　)

A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4

C．NaCl、CaCl2  D．全部

B　[由于由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间作用力相互作用，而分子间作用力较小，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸点很高，不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，所以B项正确，A、C、D三项错误。]

2．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．冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子

C．干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华

D．干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子

A　[干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，分子采取密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；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和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力，冰融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。]

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。

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

B　[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．HF分子晶体、NH3分子晶体与冰的结构极为相似，在HF分子晶体中，与F原子距离最近的HF分子有(　　)

A．3个　　　B．4个　　　C．5个　　　D．12个

B　[根据HF分子晶体与冰结构相似可知，每个HF分子周围有4个HF分子与之最近，构成四面体，故B项正确。]

3．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、HI

B．F2、Cl2、Br2、I2

C．H2O、H2S、H2Se、H2Te

D．CI4、CBr4、CCl4、CF4

D　[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。]

4．水分子间可通过一种叫“氢键”的作用(作用力介于化学键与范德华力大小之间)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个氢键

C　[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×＝2。]

5．(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。

①CO2________SO2　②NH3________PH3　③O3________O2

④Ne________Ar　⑤CH3CH2OH________CH3OH　⑥CO________N2

(2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.02×105 Pa)，但它在180 ℃即开始升华。请回答：

①AlCl3固体是________晶体。

②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是_______________________________________。

[解析]　　(1)各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔、沸点的判断规律，分子间作用力越大，相对分子质量越大，分子极性越大，则晶体的熔、沸点越高，较容易比较六组物质熔、沸点的高低。

(2)由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其熔融状态下是否导电，若不导电是共价化合物，导电则是离子化合物。

[答案]　　(1)①<　②>　③>　④<　⑤>　⑥>(2)①分子　②在熔融状态下，试验其是否导电，若不导电是共价化合物，若导电是离子化合物