小初高学习学年高中化学专题3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学案Word文件下载.docx

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②对物质溶解度的影响：

溶剂和溶质分子间存在氢键时，物质的溶解度增大，如NH3、C2H5OH、CH3COOH等分子均与水分子间存在氢键，有利于物质溶解在水中。

议一议

1．Cl2、Br2、I2均为第ⅦA族元素的单质，它们的组成和化学性质相似，你能解释常温下它们的状态分别为气态、液态、固态的原因吗？

答案　Cl2、Br2、I2的组成和结构相似，由于相对分子质量逐渐增大，所以范德华力逐渐增大，故熔、沸点逐渐升高，状态由气态变为液态、固态。

2．CCl4、SiCl4、SnCl4的稳定性为什么逐渐减弱？

而它们的沸点逐渐升高？

答案　分子稳定性取决于键长和键能，CCl4、SiCl4、SnCl4中的键长逐渐变长，键能逐渐减小，分子稳定性减弱；

由分子构成的物质的沸点取决于分子间作用力的大小，CCl4、SiCl4、SnCl4的组成和结构相似，随相对分子质量的增大，它们分子间的作用力逐渐增大，沸点逐渐升高。

3．从下图可以看出，NH3、H2O和HF的沸点反常。

例如，HF的沸点按沸点曲线的上升趋势应该在－90℃以下，而实际上是20℃；

H2O的沸点按沸点曲线上升趋势应该在－70℃以下，而实际上是100℃。

试用分子间作用力解释，为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常。

答案　因为H2O、HF、NH3中的O、F、N三种元素的电负性较大，分子间形成了氢键，故H2O、HF、NH3的沸点会出现反常现象。

4．写出HF水溶液中氢键的类型。

答案　有四种类型，即F—H…F、F—H…O、O—H…F、O—H…O。

5．解释下列问题。

（1）有机物多数难溶于水，为什么乙醇和乙酸可与水互溶？

（2）甲醇的沸点明显高于甲醛，乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是什么？

（3）从氨合成塔的气体中分离出NH3，采用什么方法？

为什么？

（4）有机物A

的结构可以表示为

（虚线表示氢键），而有机物B

只能形成分子间氢键，工业上用水蒸气蒸馏法将A和B进行分离，则首先被蒸出的成分是哪种？

（5）在测定HF的相对分子质量时，实验测得值一般高于理论值，其主要原因是什么？

答案　

（1）乙醇和乙酸都易和水分子间相互形成氢键且乙醇和乙酸水分子中都含有羟基，分子结构有相似性。

（2）甲醇、乙酸形成分子间氢键，甲醛、乙醛分子间不能形成氢键。

（3）加压使NH3液化与H2和N2分离，因为NH3分子之间易形成氢键。

（4）A易形成分子内氢键，B易形成分子间氢键，所以B的沸点比A的高。

首先被蒸出的物质为A。

（5）HF分子间存在氢键易形成（HF）n，故测得的相对分子质量偏大。

二、分子晶体

1．分子晶体的概念：

分子通过分子间作用力构成的固态物质，称为分子晶体。

2．分子晶体中存在的微粒：

分子。

3．微粒间的作用力：

分子间作用力。

4．分子晶体的物理性质

由于分子晶体中相邻分子靠分子间的作用力相互作用，因此分子晶体有熔、沸点低、硬度小、易升华的特性。

5．典型的分子晶体

（1）所有非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、甲烷等。

（2）部分非金属单质，如卤素（X2）、氧（O2）、硫（S8）、氮（N2）、白磷（P4）、碳60（C60）等。

（3）部分非金属氧化物，如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。

（4）几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等。

（5）绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。

6．常见典型分子晶体的结构特征

分子间作用力只有范德华力——干冰

（1）每个CO2分子周围等距离且最近的CO2分子有12个。

（2）每个晶胞中含有CO2分子为4个。

1．分子晶体中一定有共价键吗？

分子晶体熔化时破坏共价键吗？

答案　不一定，如稀有气体晶体中只有分子间作用力而无共价键。

分子晶体熔化时只破坏分子间作用力，不破坏共价键。

2．分子晶体能否导电？

在什么条件下可以导电？

答案　由于构成分子晶体的粒子是分子，不管是晶体或晶体熔化成的液体，都没有带电荷的离子存在，因此，分子晶体以及它熔化成的液体都不导电。

分子晶体溶于水时，水溶液有的能导电，如HCl溶于水；

有的不导电，如C2H5OH溶于水。

3．二氧化硅和二氧化碳的熔、沸点为何相差很大？

答案　SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，熔化时破坏的分别为共价键和分子间作用力，故SiO2熔、沸点高，而CO2熔、沸点低。

三、混合晶体——石墨晶体

1．晶体模型

2．结构特点——二维网状结构

（1）在石墨的二维结构平面内，每个碳原子以C—C键与3个碳原子结合，形成六元环层。

（2）石墨具有导电性，但具有一定的方向性。

（3）层与层之间靠范德华力维系。

3．晶体类型

石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。

4．性质

熔点很高、质软、易导电等。

1．石墨晶体不属于原子晶体，但石墨的熔点为什么高于金刚石？

石墨晶体为什么具有导电性？

答案　石墨晶体为层状结构，同层内碳原子以共价键结合成平面网状结构，C—C键的键长比金刚石中C—C键的键长短，键能大，所以石墨的熔、沸点高。

石墨晶体中每个C原子未参与杂化的轨道中含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的大π键，由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此沿石墨平面的方向导电性强。

2．石墨层状结构中，平均每个正六边形占有的C原子数和C—C键数各是多少？

每一层中碳原子数与C—C键数之比为多少？

答案　2、3、2∶3。

石墨层状结构中每个C原子为三个正六边形共有，即对每个六边形贡献

个C原子，所以每个正六边形占有C原子数目为

×

6＝2（个）。

每个C—C键为2个正六边形所共用，所以平均每个正六边形拥有3个C—C键。

由于石墨晶体中每个C原子与3个C原子形成共价键，而每个C—C键为2个C原子共有，所以对应于1个C原子的C—C键为3/2个。

所以每一层中碳原子数与C—C键数之比为2∶3。

一、范德华力和氢键对物质性质的影响

范德华力、氢键与共价键的比较

范德华力

氢键

共价键

概念

物质分子之间普遍存在的一种作用力

已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很强的原子之间的静电作用

原子间通过共用电子对所形成的相互作用

作用微粒

分子

H与N、O、F

原子

特征

无方向性和饱和性

有方向性和饱和性

强度

共价键>

氢键>

影响

的因

素　

①随分子极性的增大而增大

②组成和结构相似的分子构成的物质，相对分子质量越大，范德华力越大

对于X—H…Y，X、Y的电负性越大，Y原子的半径越小，作用越强

成键原子半径和共用电子对数目。

键长越短，键能越大，共价键越稳定

对物质

性质的

影响　

①影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质

②组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，物质的熔、沸点升高。

如CF4<

CCl4<

CBr4

①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

②分子内存在氢键时，降低物质的熔、沸点

共价键键能越大，分子稳定性越强

特别提醒

（1）氢键和范德华力都属于分子间作用力，分子间作用力的作用远小于化学键的键能，氢键不是化学键。

（2）分子间作用力主要影响由分子构成的物质的物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。

（3）只有分子间距离接近到一定程度时才有分子间作用力。

（4）某些分子的分子间作用力包含范德华力和氢键，所以分子间作用力不等价于范德华力。

例1

　下列物质的性质可用范德华力的大小来解释的是（　　）

A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱

B．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点依次升高

C．

、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱

D．CH3—O—CH3、C2H5OH的沸点依次升高

解析　HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱是由于HX键键能依次减小。

F2、Cl2、Br2、I2的相对分子质量依次增大，分子间的范德华力也依次增大，所以其熔、沸点也依次增大。

、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱，与O—H键的极性有关。

CH3—O—CH3的沸点比C2H5OH的低是由于C2H5OH分子间形成氢键而增大了分子间作用力。

答案　B

规律总结

　分子间作用力对物质性质的影响

（1）对物质熔、沸点的影响：

一般来说，组成和结构相似的分子构成的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高。

（2）对物质溶解度的影响：

物质与水分子间的作用力越大，物质在水中的溶解度越大。

变式训练1　下列现象与氢键有关的是（　　）

①HF的熔、沸点比ⅦA族其他元素氢化物的高

②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶

③冰的密度比液态水的密度小

④氨气极易溶于水

⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低

⑥水分子高温下也很稳定

A．①②③④⑤⑥B．①②③④⑤

C．①②③④D．①②③

解析　①因第ⅦA族中，F的非金属性最强，HF中分子之间存在氢键，则HF的熔、沸点比ⅦA族其他元素氢化物的高，故①正确；

②小分子的醇、羧酸与水分子之间能形成氢键，则可以和水以任意比互溶，故②正确；

③冰中存在氢键，其体积变大，则相同质量时冰的密度比液态水的密度小，故③正确；

④氨气与水分子都是极性分子，氨气与水分子间存在氢键，所以氨气极易溶于水，故④正确；

⑤对羟基苯甲酸易形成分子之间氢键，而邻羟基苯甲酸形成分子内氢键，所以邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低，故⑤正确；

⑥水分子高温下也很稳定，其稳定性与化学键有关，而与氢键无关，故⑥错误；

故选B。

二、几种不同类型的晶体

1．几种类型的晶体结构和性质对比

晶体类型

离子晶体

原子晶体

分子晶体

金属晶体

结构

构成微粒

阴、阳离子

金属阳离子、自由电子

微粒间作用力

离子键

范德华力、氢键

金属键

性质

熔、沸点

较高

很高

较低

有高、有低

硬度

较大

很大

较小

导电性

熔融状态或水溶液能导电

不导电

熔融不导电、溶于水有的导电有的不导电

良导体

典型实例

NaOH、NH4Cl

金刚石、二氧化硅

P4、干冰、冰

钠、铝、铁等或合金

2.分类比较晶体的熔、沸点

（1）不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律

原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。

金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，如汞、镓、铯等熔、沸点很低，金属晶体一般不参与比较。

（2）原子晶体

由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。

如熔点：

金刚石＞石英＞碳化硅＞硅。

（3）离子晶体

一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高。

MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。

（4）分子晶体

①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；

具有氢键的分子晶体熔、沸点反常得高。

如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。

②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4，F2＜Cl2＜Br2＜I2。

③组成和结构不相似的物质（相对分子质量接近），分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。

例2

　现有几组物质的熔点（℃）数据：

A组

B组

C组

D组

金刚石：

3550

Li：

181

HF：

－83

NaCl

硅晶体：

1410

Na：

98

HCl：

－115

KCl

硼晶体：

2300

K：

64

HBr：

－89

RbCl

二氧化硅：

1732

Rb：

39

HI：

－51

MgO：

2800

据此回答下列问题：

（1）由表格可知，A组熔点普遍偏高，据此回答：

①A组属于________晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是________。

②硅的熔点低于二氧化硅，是由于_____________________________________。

③硼晶体的硬度与硅晶体相对比：

______________________________________。

（2）B组晶体中存在的作用力是________，其共同的物理性质是________（填序号），可以用________理论解释。

①有金属光泽②导电性

③导热性④延展性

（3）C组中HF熔点反常是由于____________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）D组晶体可能具有的性质是________（填序号）。

①硬度小②水溶液能导电

③固体能导电④熔融状态能导电

（5）D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为____________________，MgO晶体的熔点高于三者，其原因解释为__________________________________________________

解析　

（1）A组由非金属元素组成，熔点最高，属于原子晶体，熔化时需破坏共价键。

由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高，硬度大。

（2）B组都是金属，存在金属键，具有金属晶体的性质，可以用“金属键理论”解释相关物理性质。

（3）C组卤化氢晶体属于分子晶体，HF熔点高是由于分子之间形成氢键。

（4）D组是离子化合物，熔点高，具有离子晶体的性质。

（5）晶格能与离子电荷数和离子半径有关，所带电荷越多，半径越小，晶格能越大，晶体熔点越高。

答案　

（1）①原子　共价键　②Si—Si键键能小于Si—O键键能　③硼晶体的硬度大于硅晶体　

（2）金属键　①②③④　金属键　（3）HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多（只要答出HF分子间能形成氢键即可）　（4）②④　（5）NaCl＞KCl＞RbCl　MgO晶体为离子晶体，离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，熔点越高

规律方法

　晶体类型的5种判断方法

（1）依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断

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。

④金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。

（2）依据物质的分类判断

①金属氧化物（如K2O、Na2O2等）、强碱（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、晶体硅等）、非金属氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、几乎所有的酸、绝大多数有机物（除有机盐外）是分子晶体。

③常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。

④金属单质是金属晶体。

（3）依据晶体的熔点判断

①离子晶体的熔点较高。

②原子晶体熔点很高。

③分子晶体熔点低。

④金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。

（4）依据导电性判断

①离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。

②原子晶体一般为非导体。

③分子晶体为非导体，但分子晶体中的电解质（主要是酸和强极性非金属氢化物）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、硬而脆。

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，但也有较低的，且具有延展性。

注意　

（1）常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体（Hg除外）。

（2）石墨属于混合晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×

10－10m，比金刚石中碳碳共价键的键长（键长为1.54×

10－10m）短，所以熔、沸点高于金刚石。

（3）AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低（熔点190℃）。

（4）合金的硬度比其成分金属大，熔、沸点比其成分金属低。

变式训练2　有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如表：

序号

熔点/℃

水溶性

水溶液与Ag＋反应

A

811

易溶

水溶液或熔融导电

白色沉淀

B

3500

不溶

不反应

C

－114.2

很小

液态不导电

（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）晶体中微粒间作用力分别是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

解析　根据A、B、C所述晶体的性质可知，A为离子晶体，只能为NaCl，微粒间的作用力为离子键；

B应为原子晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；

C应为分子晶体，且易溶于水，只能为HCl，微粒间的作用力为范德华力。

变式训练3　下列各组物质中，按熔点由低到高排列的是（　　）

A．O2、I2、HgB．CO2、Al2O3、KCl

C．Na、K、RbD．H2S、H2Se、H2Te

答案　D

解析　A项可联系三种物质在常温下的状态判断，O2为气体，I2为固体，Hg为液体，熔点应为O2<

Hg<

I2；

B项中CO2为气体，而KCl和Al2O3为离子化合物，在常温下均为固体，由离子半径K＋>

Al3＋，Cl－>

O2－且后者电荷数高于前者，可知Al2O3的熔点应高于KCl；

C项碱金属的熔、沸点随核电荷数增大而降低；

D项中三种物质为氧族元素的气态氢化物，它们的相对分子质量依次增大，范德华力依次增大，熔点依次升高。

1．2015年7月31日，中国获得2022年冬奥会主办权，这将促进中国冰雪运动的发展。

以下关于冰的说法正确的是（　　）

A．等质量的0℃冰与0℃的水内能相同

B．冰和可燃冰都是结晶水合物

C．冰和干冰、水晶的空间结构相似

D．氢键影响冰晶体的体积大小

解析　A项，0℃的冰熔化成0℃水，要吸收热量，内能增加，则0℃的冰的内能比等质量的0℃的水的内能小，故A错误；

B项，“可燃冰”的化学式为CH4·

8H2O，它是一种结晶水合物，冰是水的固态形式，不是含有结晶水的物质，不属于水合物，故B错误；

C项，冰为V型，干冰为直线型、水晶为原子晶体，空间结构为网状结构，它们的空间构型不相似，故C错误；

D项，冰中的氢键比液态水中的强，使得水分子排列得很规则，造成体积膨胀，所以氢键影响冰晶体的体积大小，故D正确。

2．科学家将石墨在氟磺酸中“溶解”制得石墨烯（即单层石墨），该溶解克服了石墨层与层之间的（　　）

A．范德华力B．离子键C．共价键D．金属键

答案　A

解析　石墨烯是分子晶体，石墨层和石墨层之间为分子间作用力，故将石墨在氟磺酸中“溶解”制得石墨烯（即单层石墨），该溶解克服了石墨层与层之间的分子间作用力即范德华力，故选A。

3．下列两组命题中，Ⅱ组中命题正确，且能用Ⅰ组中的命题加以解释的是（　　）

选项

Ⅰ组

Ⅱ组

相对分子质量：

HCl>

HF

沸点：

HCl高于HF

键能：

H—O>

H—S

H2O高于H2S

分子间作用力：

稳定性：

H2O强于H2S

D

HI>

HCl

HI高于HCl

解析　由于相对分子质量：

HF，所以范德华力：

HF，但HF分子间存在氢键，而HCl分子间不存在氢键，所以沸点HCl低于HF，A中Ⅱ命题不正确；

由于原子半径：

O<

S，键长：

H—O<

H—S，所以键能：

H—S键，但沸点与共价键的键能无关，H2O分子间存在氢键，所以沸点H2O高于H2S，B中命题Ⅰ不能解释命题Ⅱ；

由于相对分子质量：

H2S>

H2O，所以范德华力：

H2O，但H2O分子间存在氢键，所以分子间作用力：

H2S，由于键能：

H—S键，所以稳定性H2O强于H2S，分子的稳定性与分子间作用力无关，所以C中命题Ⅰ不能解释命题Ⅱ；

由于相对