人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子晶体与共价晶体精品课堂检测

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第三章 晶体结构与性质第二节 分子晶体与共价晶体课时精讲15 分子晶体【目标导航】借助分子晶体模型认识分子晶体的结构特点。2．能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。3．学会比较分子晶体的熔、沸点。【知识导图】一、分子晶体1．定义分子间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。非金属单质、非金属的氢化物等无机物以及多数有机化合物形成的晶体大都属于分子晶体。2．性质(1)分子晶体在熔化时，破坏的只是分子间作用力，所以只需要外界提供较少的能量。因此，分子晶体的熔点通常较低，硬度也较小，有较强的挥发性。(2)对组成和结构相似，晶体中又不含氢键的物质来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。(3)一般来说，分子间作用力无方向性，也使得分子在堆积时，会尽可能利用空间并采取紧密堆积方式，但是，分子的形状、分子的极性以及分子间是否存在具有方向性的氢键等，都会影响分子的堆积方式和结构型式。二、分子晶体与物质类型的关系三、典型的分子晶体1．碘晶体碘晶体的晶胞是一个长方体，碘分子除了占据长方体的每个顶点外，在每个面上还有一个碘分子。2．干冰干冰晶胞呈立方体型，其中二氧化碳分子因分子之间的相互作用，在晶胞中呈现有规律的排列。(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。3．冰晶体(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。这种排列类似于蜂巢结构，比较松散。因此水由液态变成固态时，密度变小。四、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。五、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。【小试牛刀】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。1．分子晶体中一定存在共价键【答案】×【解析】分子晶体中不一定存在共价键，如He、Ne、Ar等惰性气体形成的分子晶体中只存在分子间作用力，不存在任何化学键。2．分子晶体中的每个分子内一定含有共价键【答案】×【解析】由单原子形成的分子晶体不含共价键，如稀有气体。3．分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定【答案】×【解析】分子晶体的稳定性与共价键的强弱有关，与分子间作用力的大小无关。4．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【答案】×【解析】分子晶体的熔、沸点与分子间作用力的大小有关，与共价键的强弱无关。5．冰和碘晶体中相互作用力相同( )【答案】×【解析】冰中含有氢键、氢氧极性共价键，碘晶体中不含氢键、含有碘碘非极性共价键，二者相互作用力不相同。6．稀有气体的组成微粒是原子，属于共价晶体，不存在分子间作用力【答案】×【解析】稀有气体的晶体属于分子晶体，组成微粒是分子，存在分子间作用力。7．I2 低温下就能升华，说明碘原子间的共价键较弱【答案】×【解析】I2是分子晶体，其升华是仅克服分子间作用力，没有化学键的断裂，则I2 低温下就能升华，不能说明碘原子间的共价键较弱。8．H2S晶体中一个H2S分子周围有12个H2S紧邻，则冰中一个水分子周围也有12个紧邻分子【答案】×【解析】水分子中可以形成分子间氢键，1个水分子可以与4个水分子形成氢键，故一个水分子周围有4个紧邻分子。9．PF5和PCl5均为三角双锥结构的分子晶体，所以两者的沸点：PF5＜PCl5【答案】√【解析】五氟化磷和五氯化磷是结构相似的分子晶体，五氟化磷的相对分子质量小于五氯化磷，分子间作用力小于五氯化磷，沸点低于五氯化磷。考点一 分子晶体的结构和性质【例1】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【答案】B【解析】稀有气体元素组成的晶体中，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强的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。【例2】下列属于分子晶体性质的是(　　)A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电B．能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃C．熔点1 400 ℃，可做半导体材料，难溶于水D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3【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，固态和熔化时均不导电。【解题技法】【对点训练1】1．下列关于分子晶体的说法正确的是(　　)A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 B．在分子晶体中一定存在共价键C．冰和固体Br2都是分子晶体 D．稀有气体不能形成分子晶体【答案】C【解析】A项，分子晶体中分子间作用力越大，晶体的熔点越高，不影响分子的稳定性；B项，在He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn形成的分子晶体中只有分子间作用力，而无共价键；D项，稀有气体能形成分子晶体。2．下列分子晶体，关于熔点、沸点高低的叙述中，正确的是(　　)A．Cl2＞I2 B．SiCl4＞CCl4C．NH3＜PH3 D．C(CH3)4＞CH3CH2CH2CH2CH3【答案】B【解析】A、B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点、沸点高；C选项属于分子结构相似的情况，但存在氢键的熔点、沸点高；D项属于相对分子质量相同，但分子结构不同的情况，支链多的熔点、沸点低。考点二 常见的分子晶体【例3】干冰晶胞如图所示，若干冰的晶胞棱长为a，则每个CO2分子周围与其相距22a的CO2分子有 (　　)A．4个　　 　B．8个　　　 　C．12个　　　　 D．6个【答案】C【解析】以顶点CO2分子为研究对象，若干冰的晶胞棱长为a，该CO2分子周围与其相距22a的CO2分子处于共用这个顶点的面的面心，由于顶点CO2分子为8个晶胞共有，则每个CO2分子周围与其相距22a的CO2分子有8×32=12个，故选C。【例4】下图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H。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，是共价晶体C．水分子间通过H—O键形成冰晶体 D．冰融化后，水分子之间的空隙增大【答案】A【解析】冰晶体属于分子晶体，冰晶体中的水分子主要是靠氢键结合在一起，氢键不是化学键，而是一种分子间作用力，故B、C两项均错误。每个水分子可以与4个水分子形成氢键，从而形成四面体结构，A项正确。冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性，故水分子间由氢键连接后，分子间空隙变大，因此冰融化成水后，体积减小，水分子之间空隙减小，D项错误。【解题技法】【对点训练2】3．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【答案】A【解析】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。4．干冰熔点很低是由于(　　)A．CO2是非极性分子 B．C===O键的键能很小C．CO2化学性质不活泼 D．CO2分子间的作用力较弱【答案】D【解析】干冰熔化时破坏的是分子间作用力。考点三 分子晶体的性质与应用【例5】有四组同一族元素所形成的不同物质，在101 kPa时测定它们的沸点(℃)如下表所示：下列各项判断正确的是 (　　)A．第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子中化学键键能最大B．第三组与第四组相比较，化合物的稳定性：HBr>H2SeC．第三组物质溶于水后，溶液的酸性：HF>HCl>HBr>HID．第一组物质是分子晶体，一定含有共价键【答案】B【解析】第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子之间可以形成氢键，A不正确；Se和Br同为第四周期元素，Br的非金属性较强，故氢化物的稳定性HBr>H2Se，B正确；第三组物质溶于水后，HF溶液的酸性最弱，C不正确；第一组物质是分子晶体，但分子中不一定含有共价键，如稀有气体分子中无共价键，D不正确。【例6】C60分子和C60晶胞示意图如图所示。下列关于C60晶体的说法中不正确的是(　　)A．C60晶体可能具有很高的熔、沸点 B．C60晶体可能易溶于四氯化碳中C．C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240 D．C60晶体中每个C60分子与12个C60分子紧邻【答案】A【解析】构成C60晶体的基本微粒是C60分子，因此C60晶体是分子晶体，不可能具有很高的熔、沸点；由于C60是非极性分子，根据相似相溶原理，其可能易溶于四氯化碳中；每个C60的晶胞中含有的C60分子个数为8×18+6×12=4，因此含有的碳原子数为4×60=240；如果以晶胞中一个顶点的C60分子为研究对象，则共用这个顶点的三个面的面心的C60分子与其距离最近且相等，有32×8=12个。【解题技法】【对点训练3】5．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、I2C．H2O、H2S、H2Se、H2Te D．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。6．C60可用作储存氢气的材料，结构如图所示。继C60后，科学家又合成了Si60、N60，三种物质结构相似。下列有关说法不正确的是(　　)A．C60、Si60、N60都属于分子晶体B．C60、Si60、N60分子内共用电子对数目不相同C．由于N—N键键能小于N≡N键，故N60的稳定性弱于N2D．由于C—C键的键长小于Si—Si键，所以C60的熔、沸点低于Si60【答案】D【解析】C60、Si60、N60均为分子晶体，A项正确；由于C、N原子的价电子数不相同，因此C60、N60分子内共用电子对数目不相同，B项正确；物质分子内含有的化学键键能越小，键越不牢固，物质的稳定性越弱，由于N—N键的键能小于N≡N键，故N60的稳定性弱于N2，C项正确；Si60与C60的结构相似，Si60相对分子质量比C60大，分子间作用力大，故熔、沸点比C60高，与分子内化学键的键长无关，D项错误。1．分子晶体具有某些特征的本质原因是(　　)A．组成晶体的基本微粒是分子 B．熔融时不导电C．基本构成微粒间以分子间作用力相结合 D．熔点一般比较低【答案】C【解析】分子晶体相对于其他晶体来说，熔、沸点较低，硬度较小，本质原因是其基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键相对于化学键来说比较弱。2．在常温常压下呈气态的化合物，降温使其固化得到的晶体属于(　　)A．分子晶体 B．共价晶体 C．离子晶体 D．何种晶体无法判断【答案】A【解析】该化合物在常温常压下呈气态，即熔、沸点很低，故固化得到分子晶体。3．分子晶体具有的本质特征是(　　)A．组成晶体的基本构成微粒是分子 B．熔融时不导电C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合，这种作用很弱 D．熔点一般比共价晶体低【答案】C【解析】分子晶体相对于其他晶体来说，熔、沸点较低，硬度较小，导致这些性质特征的本质原因是基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键相对于化学键来说是极其微弱的。4．分子晶体在通常情况下不具有的性质是(　　)A．晶体构成微粒是分子 B．干燥或熔化时均能导电C．微粒间以范德华力结合 D．熔点、沸点一般低于共价晶体和离子晶体【答案】B【解析】分子一般含有共价键，所以干燥或熔化时不能电离出离子，故不能导电。分子间以范德华力结合成晶体，熔点、沸点较低，一般低于共价晶体和离子晶体。5．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、H2O2C．SO2、SiO2、CS2 D．P2O5、CO2、H3PO4【答案】D【解析】A项，O3为单质；B项，(NH4)2S为离子晶体；C项，SiO2为共价晶体。6．BeCl2熔点较低，易升华，溶于醇和醚，其化学性质与AlCl3相似。由此可推测BeCl2(　　)A．熔融态不导电 B．水溶液呈中性 C．熔点比BeBr2高 D．不与NaOH溶液反应【答案】A【解析】由题知BeCl2熔点较低，易升华，溶于醇和醚，应属于分子晶体，所以熔融态不导电；对于组成相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，其熔、沸点越高，因此BeCl2的熔点比BeBr2低；BeCl2化学性质与AlCl3相似，根据AlCl3能和NaOH溶液反应，则BeCl2也可与NaOH溶液反应；AlCl3水溶液中由于铝离子水解而呈酸性，推知BeCl2也具有此性质。7．下列性质可能符合分子晶体特点的是( )①熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 ②熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电③能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃ ④熔点97.81 ℃，质软，固态能导电，密度为0.97 g·cm-3A．①④　　　 　B．②③　　　 　C．①②　　　 　D．②④【答案】B【解析】分子晶体中分子之间是以分子间作用力相结合的，分子晶体具有低熔点、易升华、硬度小等性质。①熔点高，不是分子晶体的性质；④固态能导电，不是分子晶体的性质，故选②③。8．下列各物质所形成的晶体的熔、沸点高低的比较正确的是(　　)A．H2>N2>O2 B．NH3>AsH3>PH3C．Cl2>Br2>I2 D．C(CH3)4>(CH3)2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3【答案】B【解析】一般组成和结构相似的分子晶体的熔、沸点随相对分子质量的增大而升高，即熔、沸点：H2