第四单元分子间作用力分子晶体.docx
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第四单元分子间作用力分子晶体
第四单元
分子间作用力 分子晶体
[课标要求]
1．结合实例说明化学键和分子间作用力的区别。
2．举例说明分子间作用力对物质的状态等方面的影响。
3．列举含有氢键的物质，知道氢键的存在对物质性质的影响。
4．知道分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。
1．分子间作用力
概念
共价分子之间存在的静电作用
分类
常见的分子间作用力是范德华力和氢键
特点
比化学键弱得多，主要影响物质的物理性质
2.范德华力
概念
范德华力是存在于分子之间的一种作用力，普遍存在于固体、液体和气体分子之间
特征
作用力很弱，约比化学键键能小1个～2个数量级。
无方向性和饱和性
影响因素
分子的大小、空间构型及分子中电荷分布是否均匀
对物质性质的影响
范德华力主要影响物质的物理性质，如熔点、沸点；范德华力越大，物质的熔、沸点越高
1．范德华力与化学键比较，哪种作用强度更大？
提示：
化学键强度大于范德华力。
2．范德华力与化学键的作用微粒有什么不同？
提示：
化学键的成键微粒包括原子、离子、电子，范德华力存在于分子之间。
1．化学键与范德华力的比较
化学键
范德华力
概念
物质中直接相邻的原子或离子之间存在的强烈的相互作用
把分子聚集在一起的作用力
存在
分子（或晶体）内原子间
分子间（近距离）
强弱
较强
比化学键弱得多
对物质性
质的影响
影响化学性质（分子）和物理性质（晶体）
主要影响物理性质
2．对范德华力存在的理解
（1）离子化合物中只存在化学键，不存在范德华力。
（2）范德华力只存在于由共价键形成的多数共价化合物和绝大多数非金属单质分子之间及稀有气体分子之间。
但像二氧化硅、金刚石等由共价键形成的物质的微粒之间不存在范德华力。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）分子间作用力就是范德华力（ ）
（2）范德华力存在于任何物质中（ ）
（3）范德华力比化学键弱得多（ ）
（4）CH4、C2H6、C3H8的熔点、沸点依次升高（ ）
（5）HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱，是因为分子间作用力依次减弱（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）√ （4）√ （5）×
2．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．范德华力的作用比化学键弱
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
解析：
选B 范德华力存在于分子之间，而化学键存在于晶体（或分子）内、原子（或离子）之间，范德华力不是化学键，A错误；范德华力的作用强弱比化学键弱得多，B正确；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，C错误；虽然范德华力非常微弱，但破坏它时也要消耗能量，D错误。
3．下列叙述与范德华力无关的是（ ）
A．气体物质在加压或降温时能凝结或凝固
B．干冰易于升华
C．氟、氯、溴、碘单质的熔点、沸点依次升高
D．氯化钠的熔点较高
解析：
选D 一般来说，由分子构成的物质，其物理性质通常与范德华力的大小密切相关，A、B、C三个选项中涉及的物质都是由分子构成，故其表现的物理性质与范德华力的大小有关系；只有D选项中的NaCl是离子化合物，不存在分子，故其物理性质与范德华力无关。
1．氢键的形成和表示方法
H原子与电负性大、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X—H…Y表示。
2．氢键形成的条件
（1）氢原子位于X原子和Y原子之间。
（2）X、Y原子所属元素具有很大的电负性和很小的原子半径，一般是指位于元素周期表右上角的氮、氧、氟原子。
3．氢键的类型
氢键有分子内氢键和分子间氢键两种。
4．氢键与物质的性质
含有分子间氢键的物质有较高的熔点和沸点，氢键会影响物质溶解性。
[特别提醒]
（1）氢键具有饱和性和方向性。
（2）粒子间作用强弱关系：
化学键＞氢键＞范德华力。
（3）氢键分为分子间氢键和分子内氢键，对物质性质的影响分子间氢键大于分子内氢键。
如熔点、沸点：
（4）与H原子结合的X原子的电负性越大，形成氢键时氢键的作用能越大。
1．范德华力、氢键及共价键均属于化学键吗？
提示：
范德华力、氢键不属于化学键，仅有共价键属于化学键。
2．H2O的熔、沸点高于H2S的原因是什么？
提示：
H2O分子之间形成氢键，使H2O的熔、沸点高于H2S。
范德华力、氢键与共价键的比较
作用力
范德华力
氢键
共价键
概念
物质分子之间普遍存在的一种相互作用力
由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个分子中电负性很大的原子之间的作用力
原子间通过共用电子对所形成的相互作用
分类
分子内氢键、分子间氢键
极性共价键、
非极性共价键
特征
无方向性、 无饱和性
有方向性、有饱和性
有方向性、有饱和性
强度比较
共价键>氢键>范德华力
影响强度的因素
组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大
A—H…B中A、B的电负性越大，B原子的半径越小，氢键越牢固
成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定
影对物质性质的响
影响物质的熔、沸点、溶解度等物理性质
分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大，如熔、沸点：
H2O>H2S，HF>HCl，NH3>PH3
①影响分子的稳定性。
共价键键能越大，分子稳定性越强②影响原子晶体的熔点。
共价键键能越大，含有该共价键的原子晶体的熔点越高
1．下列说法不正确的是（ ）
A．氢键是一种化学键
B．分子间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有关
解析：
选A 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，A不正确；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），B、C项正确；水结成冰时，水分子大范围地以氢键相互连结，形成疏松的晶体，造成体积膨胀，密度减小，D正确。
2．下列事实，不能用氢键知识解释的是（ ）
①水和乙醇可以完全互溶
②溴化氢比碘化氢稳定
③干冰易升华
④液态氟化氢的化学式有时可以写成（HF）n的形式
A．①② B．②③
C．③④D．②④
解析：
选B 乙醇与水可形成O—H…O氢键，增大溶解度；H—Br的键长比H—I的键长短，键能大，故HBr比HI稳定；干冰易升华是由于CO2分子间的范德华力小，沸点低；HF分子间可以形成F—H…F氢键，使得HF分子易聚合。
3．固体乙醇晶体中不存在的作用力是（ ）
A．离子键B．氢键
C．非极性键D．范德华力
解析：
选A 固体乙醇不存在离子键，乙醇的分子内存在C—C、C—H、C—O、O—H等极性键和非极性键，分子间存在范德华力和氢键。
4．若不断地升高温度，实现“雪花→水→水蒸气→氧气和氢气”的变化。
在变化的各阶段被破坏的粒子间的主要相互作用依次是（ ）
A．氢键；范德华力；非极性键
B．氢键；氢键；极性键
C．氢键；极性键；范德华力
D．范德华力；氢键；非极性键
解析：
选B 因为O的电负性较大，在雪花、水中存在O—H…O氢键，故在实现雪花→水→水蒸气的变化阶段主要破坏水分子间的氢键，而由水蒸气→氧气和氢气则破坏了O—H极性共价键。
1．分子晶体
（1）分子晶体的结构
（2）分子晶体与物质类型的关系
类 型
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）、稀有气体等
部分非金属氧化物
CO2、P4O6、P4O10、SO2等
几乎所有的酸
HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
多数有机物的晶体
苯、乙醇等
（3）三种典型的分子晶体
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
_4_
_4_
－
配位数
－
_12_
_4_
（4）分子晶体的物理性质
①分子晶体由于以比较弱的分子间作用力相结合，因此一般熔点较低，硬度较小。
②对组成和结构相似，晶体中又不含氢键的分子晶体来说，随着相对分子质量的增大，范德华力增大，熔、沸点升高。
[特别提醒] 分子间只存在范德华力的分子晶体服从紧密堆积排列原理；分子间存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性，故不服从紧密堆积排列原理。
2．石墨晶体
（1）石墨晶体的结构
①石墨晶体是层状结构，在每一层内，碳原子排列成六边形，一个个六边形排列成平面的网状结构，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。
②在同一层内，相邻的碳原子以共价键相结合，每一个碳原子的一个未成对电子形成大π键。
③层与层之间以范德华力相结合。
（2）石墨的晶体类型和性质
①类型：
石墨晶体中既有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性，是一种混合键型晶体。
②性质：
熔点高，质软，具有导电性。
1．下列各组晶体都属于化合物组成的分子晶体是（ ）
A．H2O、O3、CCl4 B．CCl4、（NH4）2S、H2O2
C．SO2、SiO2、CS2D．P2O5、CO2、H3PO4
解析：
选D A项，O3为单质；B项，（NH4）2S为离子晶体；C项，SiO2为原子晶体。
2．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．其结构一定不能由原子直接构成
解析：
选B 稀有气体分子组成的晶体中，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，且分子为单原子分子，故A、D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大的N、O、F原子结合的氢原子的分子间或者分子内，所以B项正确，C项错误。
3．石墨晶体中层与层、同层原子间的主要作用力分别是（ ）
A．范德华力，范德华力B．共价键，范德华力
C．范德华力，共价键D．共价键，共价键
答案：
C
4．石墨的片层结构如图所示，试回答：
（1）片层中平均每个正六边形含有________个碳原子。
（2）在片层结构中，碳原子数、C—C键、六元环数之比为________。
（3）ng碳原子可构成________个正六边形。
解析：
在石墨的片层结构中，以一个六元环为研究对象，由于每个碳原子被3个六元环共用，即每个六元环拥有碳原子数为6×
＝2；另外每个碳碳键被2个六元环共用，即属于每个六元环的碳碳键数为6×
＝3。
ng碳原子可构成正六边形的个数为
×NAmol－1×
＝
。
答案：
（1）2
（2）2∶3∶1 （3）
1．四种晶体类型的比较
类型
项目
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
构成晶体的微粒
阴、阳离子
原子
分子
金属离子和自由电子
微粒间的作用
离子键
共价键
分子间作用力（范德华力或氢键）
金属键
确定作用力强弱的一般判断方法
离子电荷、半径
键长（原子半径）
组成结构相似时，比较相对分子质量大小
离子半径、价电子数
熔、沸点
较高
高
低
差别较大（汞常温下为液态，钨熔点为3410℃）
硬度
略硬而脆
大
较小
差别较大
导热和导
电性
不良导体（熔化后或溶于水导电）
不良导体（个别为半导体）
不良导体（部分溶于水发生电离后导电）
良导体
溶解性
多数易溶
一般不溶
相似相溶
一般不溶于水，少数与水反应
机械加工性
不良
不良
不良
优良
延展性
差
差
差
优良
2．判断晶体类型的方法
（1）依据构成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断
①离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。
②原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。
③分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力（范德华力或氢键）。
④金属晶体的构成微粒是金属离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。
（2）依据物质的类别判断
①金属氧化物（如K2O、Na2O2等）、强碱（如NaOH、KOH等）和绝大多数的盐类是离子晶体。
②大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外）、气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、酸、绝大多数有机物（除有机盐外）是分子晶体。
③常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。
④金属单质（除汞外）与合金是金属晶体。
（3）依据晶体的熔点判断
①离子晶体的熔点较高，常在数百至一千摄氏度。
②原子晶体熔点高，常在一千至几千摄氏度。
③分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度。
④金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。
（4）依据导电性判断
①离子晶体的水溶液及熔化时能导电。
②原子晶体一般为非导体。
③分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子也能导电。
④金属晶体是电的良导体。
（5）依据硬度和机械性能判断
①离子晶体硬度较大或较硬、脆。
②原子晶体硬度大。
③分子晶体硬度小且较脆。
④金属晶体多数硬度大，但也有较小的，且具有延展性。
1．有关晶体的下列说法中正确的是（ ）
A．分子晶体中共价键越强，熔点越高
B．原子晶体中分子间作用力越强，熔点越高
C．氯化钠晶体熔化时离子键发生断裂
D．金属晶体熔化时金属键未发生断裂
解析：
选C 分子晶体的熔点与分子间作用力有关；原子晶体的熔点与共价键的强弱有关，金属晶体熔化时破坏了金属键。
2．下列说法中正确的是（ ）
A．离子晶体中每个离子的周围均吸引着6个带相反电荷的离子
B．金属导电的原因是在外加电场的作用下金属产生自由电子，电子定向运动
C．分子晶体的熔、沸点低，常温下均呈液态或气态
D．原子晶体中各相邻原子都以共价键相结合
解析：
选D 选项A中离子晶体中每个离子周围吸引带相反电荷的离子数目与离子半径有关，如一个Cs＋可同时吸引8个Cl－；选项B中金属内部的自由电子不是在电场力的作用下产生的；选项C中分子晶体的熔、沸点很低，在常温下也有呈固态的，如S属于分子晶体，它在常温下为固态。
3．有A、B、C三种晶体，分别由C、H、Na、Cl四种元素中的一种或几种形成，对这三种晶体进行实验，结果如表：
序号
熔点/℃
硬度
水溶性
导电性
水溶液与Ag＋反应
A
811
较大
易溶
水溶液或熔融导电
白色沉淀
B
3500
很大
不溶
不导电
不反应
C
－114.2
很小
易溶
液态不导电
白色沉淀
（1）晶体的化学式分别为A___________、B___________、C________。
（2）晶体的类型分别是A_____________、B___________、C________。
（3）晶体中粒子间的作用力分别是A_______、B_______、C________。
答案：
（1）NaCl C HCl
（2）离子晶体 原子晶体 分子晶体
（3）离子键 共价键 范德华力
1．不同晶体类型的物质的熔、沸点高低比较
一般顺序是：
原子晶体>离子晶体>分子晶体。
金属晶体熔、沸点差距很大，如钨是熔点最高的金属，汞在常温下为液态。
2．同一类型晶体的比较
微粒间的作用力越强，熔、沸点越高。
（1）离子晶体
结构相似且化学式中各离子个数比相同的离子晶体中，离子半径越小，离子所带电荷越多，相应的晶格能越大，离子键越强，晶体的熔、沸点越高。
如NaCl>NaBr>NaI，NaCl>KCl>RbCl，MgO熔点高于NaCl等。
（2）分子晶体
①在组成结构均相似的分子晶体中，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（HF除外）。
②含有氢键的分子晶体熔、沸点较高。
如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3。
③在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低。
如沸点：
正戊烷>异戊烷>新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“邻位>间位>对位”的顺序。
（3）原子晶体
由共价键形成的原子晶体中，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。
如熔点：
金刚石>碳化硅>硅。
（4）金属晶体
金属离子半径越小，带的电荷越多，其熔、沸点也就越高。
如ⅢA的Al，ⅡA的Mg，ⅠA的Na，熔、沸点依次降低。
又如在同一主族中，金属原子半径越小的，其熔、沸点
越高。
3．注意事项
（1）离子晶体的熔点不一定低于原子晶体。
如MgO的熔点为3073℃，而SiO2熔点为1723℃。
（2）金属晶体的熔点不一定低于原子晶体，如W的熔点达3410℃；金属晶体的熔点不一定高于分子晶体，如Hg常温下呈液态，而硫、白磷常温下呈固态。
1．下列变化规律正确的是（ ）
A．KCl、NaCl、MgO的熔点由低到高
B．H2O、H2S、H2Se的分解温度及沸点都由高到低
C．O2、I2、Hg、NaCl、SiO2的熔点由低到高
D．碳化硅、晶体硅、金刚石、石墨的熔点由低到高
解析：
选A B项中沸点H2Se>H2S，C项中熔点I2>Hg，D项中熔点晶体硅<碳化硅。
2．下列物质的熔、沸点高低顺序中，正确的是（ ）
①金刚石＞晶体硅＞二氧化硅＞碳化硅
②CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4
③MgO＞H2O＞O2＞N2
④金刚石＞生铁＞纯铁＞钠
A．①② B．②③
C．③④D．①④
解析：
选B 对于①同属于原子晶体，熔、沸点高低主要看共价键的强弱，显然对键能而言，晶体硅＜碳化硅，错误；②同为组成、结构相似的分子晶体，熔、沸点高低要看相对分子质量的大小，正确；③对于不同类型晶体，熔、沸点高低一般为：
原子晶体＞离子晶体＞分子晶体，MgO＞（H2O、O2、N2），H2O＞O2＞N2，正确；④生铁为铁合金，熔点要低于纯铁，错误。
[三级训练·节节过关]
1．下列说法中不正确的是（ ）
A．范德华力是普遍存在的一种分子间作用力，属于电性作用
B．分子间氢键的形成除使物质的熔、沸点升高外，对物质的溶解度、密度等也都有
影响
C．范德华力与氢键可同时存在于分子之间
D．氢键是一种特殊的化学键，广泛存在于自然界中
解析：
选D 范德华力是分子与分子间的相互作用力，属于电性作用，而氢键是比范德华力稍强的作用力，它们可以同时存在于分子之间，A、C正确；分子间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有影响，B正确；氢键不是化学键，化学键是原子与原子间强烈的相互作用，D错误。
2．在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与化学键的强弱无关的变化规律是（ ）
A．H2O、H2S、H2Se、H2Te的热稳定性依次减弱
B．熔点：
Al>Mg>Na>K
C．NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低
D．CF4、CCl4、CBr4、CI4的熔、沸点逐渐升高
解析：
选D D项中四种物质熔、沸点逐渐升高，是由于四种物质的相对分子质量依次增大，范德华力依次增大造成的。
3．下列有关水的叙述中，不能用氢键的知识进行解释的是（ ）
A．水比硫化氢气体稳定
B．水的熔沸点比硫化氢的高
C．氨气极易溶于水
D．0℃时，水的密度比冰大
解析：
选A A项中，水比硫化氢稳定是由于氧氢键比硫氢键键能大；B项中，水的熔、沸点比硫化氢的高，与氢键有关；C项中，氨气极易溶于水，与氢键有关；D项中，由于水分子间存在氢键，在固态时水分子大范围以氢键连接，形成疏松多孔的固体，造成体积膨胀，密度减小。
4．关于下列分子晶体的熔、沸点高低的叙述中，正确的是（ ）
A．Cl2>I2 B．SiCl4>CCl4
C．NH3晶体碘
解析：
选B A、B选项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大的熔、沸点高；C选项属于有氢键存在但分子结构相似的情况，存在氢键的熔、沸点高；D选项，碘单质常温下是固体，二氧化碳常温下是气体。
5．有下列几种晶体：
A.水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金刚石，E.晶体氩，F.干冰。
（1）属于分子晶体的是________，直接由原子构成的分子晶体是________。
（2）属于原子晶体的化合物是________。
（3）直接由原子构成的晶体是________。
（4）受热熔化时，化学键不发生变化的是________，需克服共价键的是________。
解析：
根据构成晶体的微粒不同，分子晶体仅由分子构成，原子晶体中无分子；分子晶体有B、C、E、F，其中晶体氩是单原子分子晶体，原子晶体和单原子分子晶体都由原子直接构成，原子晶体有A、D，但化合物只有A；分子晶体熔化时，一般不破坏化学键；原子晶体熔化时，破坏化学键。
答案：
（1）B、C、E、F E
（2）A （3）A、D、E （4）B、C、F A、D
1．关于氢键及范德华力，下列说法正确的是（ ）
A．氢键比范德华力强，所以它属于化学键
B．分子间形成的氢键使物质的熔点和沸点升高
C．沸点HI>HBr>HCl>HF
D．H2O是一种稳定的化合物，这是由于H2O之间形成氢键所致
解析：
选B 氢键比范德华力强，但不属于化学键，化学键是原子间的作用力，氢键属于分子间作用力范围，A错误；氢键的存在，大大加强了分子间的作用力，使物质的熔、沸点升高，B正确；在结构相似的共价化合物中，相对分子质量越大，物质的熔、沸点越高，但由于HF中存在氢键，导致HF的沸点比其他氢化物的沸点高，沸点排序为HF>HI>HBr>HCl，C错误；氢键一般影响物质的物理性质，一般不影响化学性质，
D错误。
2．下列关于氢键的说法中，正确的是（ ）
A．氢键比分子间作用力强，所以它属于化学键
B．因为液态水中存在氢键，所以水比硫化氢稳定
C．氨溶于水后氨分子与水分子之间形成氢键
D．邻羟基苯甲醛的熔点比对羟基苯甲醛的熔点高
解析：
选C A项，氢键属于分子间作用力，不属于化学键；B项，稳定性：
H2O＞H2S，是因为键能H—O＞H—S；C项，NH3溶于水后与水分子之间形成氢键，即NH3·H2O中NH3与H2O以氢键结合；D项，邻羟基苯甲醛存在分子内氢键，对羟基苯甲醛存在分子间氢键，由于对物质性质的影响分子间氢键强于分子内氢键，故熔点：
对羟基苯甲醛高于邻羟基苯甲醛。
3．下列说法中，正确的是（ ）
A．构成分子晶体的微粒一定含有共价键
B．在结构相似的情况下，原子晶体中的共价键越强，晶体的熔、沸点越高
C．某分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大
D．分子晶体中只存在分子间作用力而不存在任何化学键，所以其熔、沸点一般较低
解析：
选B 构成分子晶体的微粒不一定含有共价键，如稀
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