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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优质导学案及答案
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子晶体与共价晶体优质导学案及答案，共13页。
能辨认常见的分子晶体，并能从微观角度分析分子晶体的结构特征。
借助分子晶体模型说明分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用，以及范德华力与氢键对分子晶体结构与性质的影响，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。
重点：分子晶体的结构与物理性质。
难点：分子晶体的结构与物理性质。
分子晶体及其物理特性
只含分子的晶体称为分子晶体。在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。分子晶体有低熔点、硬度很小等特性。
典型的分子晶体及其类别
分子晶体的结构特征
分子晶体的堆积方式
两种典型的分子晶体的组成和结构
①冰中水分子之间的主要作用力是氢键，在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键，却跟共价键一样具有方向性(见图Ⅱ)。
②干冰是CO2的晶体，干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，而熔点却比冰低得多，在常压下极易升华，由于干冰中的CO2分子之间只存在范德华力，不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻分子(见图Ⅲ)，密度比冰的高。干冰在工业上广泛用作制冷剂。
1．下列物质中，属于分子晶体的化合物是( )
A．石英 B．白磷
C．干冰 D．氯化钠
【答案】 C
【解析】 白磷和干冰是分子晶体，但白磷是单质。
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．分子晶体均为化合物
【答案】 B
【解析】 由稀有气体组成的晶体中，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，而氢键只存在于部分晶体中，B正确，C错误。分子晶体还包括一些单质，如稀有气体，D错误。
3．某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构类似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是( )
A．该物质有很高的熔点、很大的硬度
B．该物质形成的晶体属于分子晶体
C．该物质分子中Si60被包裹在C60里面
D．该物质的摩尔质量为2400
【答案】 B
【解析】 由分子式及题中信息可知该物质为分子晶体，分子晶体的熔点低、硬度小，A错误，B正确；硅的原子半径比碳大，所以C60Si60的外层为Si60，内层为C60，C错误；它的分子式为C60Si60，所以该物质的相对分子质量＝(12＋28)×60＝2400，摩尔质量为2400 g/ml，D错误。
4．如图所示，甲、乙、丙分别表示C60、二氧化碳、碘晶体的晶胞结构模型。
请回答下列问题：
(1)C60的熔点为280 ℃，从晶体类型来看，C60属于________晶体。
(2)二氧化碳晶胞中显示出的二氧化碳分子数为14，实际上一个二氧化碳晶胞中含有____个二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ键与π键的个数比为________。
(3)①碘晶体属于________晶体。
②碘晶体熔化过程中克服的作用力为________。
【答案】 (1)分子 (2)4 1∶1 (3)①分子 ②分子间作用力
考点1分子晶体的结构特点和物理性质
两种典型分子晶体的结构
分子晶体的物理性质
(1)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。
(2)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。
(3)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，具体熔、沸点高低比较如下：
①组成和结构相似、不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。如：I2>Br2>Cl2>F2，HI>HBr>HCl。
②组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高。如：CO>N2。
③分子间氢键会导致熔、沸点反常升高。如：H2O>H2Te>H2Se>H2S。
④对于有机物来讲，分子式相同，支链越多，熔、沸点越低。如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 > >。
⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点升高。如：C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。
甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( )
甲烷晶胞中的球只代表1个C原子
晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子
甲烷晶体熔化时需克服共价键
1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
【答案】 B
【解析】 题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错误；由甲烷晶胞分析，位于晶胞顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在晶胞的面上，因此每个都被2个晶胞共用，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×eq \f(1,2)＝12，B正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C错误；甲烷晶胞中甲烷分子的个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，D错误。
晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如下图所示，下列说法正确的是( )
C60摩尔质量是720
C60与苯互为同素异形体
C．在C60晶胞中有14个C60分子
D．每个C60分子周围与它距离最近且等距离的C60分子有12个
【答案】 D
比较下列物质的熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。
(1)CO2________SO2。
(2)NH3____PH3。
(3)O3____O2。
(4)Ne____Ar。
(5)CH3CH2OH____CH3OH。
(6)CO____N2。
【答案】(1)< (2)> (3)> (4)< (5)> (6)>
（1）下列物质，按沸点降低顺序排列的一组是( )
A．HF、HCl、HBr、HI B．F2、Cl2、Br2、I2
C．H2O、H2S、H2Se、H2Te D．CI4、CBr4、CCl4、CF4
【答案】D
【解析】A、C中HF和H2O分子间含有氢键，沸点反常；对结构相似的物质，B中沸点随相对分子质量的增加而增大；D中沸点依次降低。
（2）(多选)下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的是( )
A．Cl2＞I2 B．SiCl4＞CCl4
C．NH3＞PH3 D．C(CH3)4＞CH3CH2CH2CH2CH3
【答案】BC
【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沸点高；C选项属于分子结构相似的情况，但存在氢键的熔、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，支链少的熔沸点高。
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
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．晶体内微粒间以分子间作用力相结合
D．熔点一般比较低
【答案】 C
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分子有几个( )
A．3 B．4 C．5 D．12
【答案】 B
【解析】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.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如下图)。下列有关说法正确的是 ( )
A．正硼酸晶体属于原子晶体 B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关
C．分子中硼原子符合8电子稳定结构 D．含1 ml H3BO3的晶体中有3 ml氢键
【答案】 D
【解析】A项，正硼酸属于分子晶体；B项，H3BO3分子稳定性与分子内部的共价键有关，与分子间的氢键无关；C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结构；D项，中的3个氢均形成氢键。
4.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．2 B．4 C．8 D．12
【答案】 A
【解析】每个水分子与四个方向的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4×12＝2。
5.下列说法中正确的是( )
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
【答案】 A
【解析】C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子可形成氢键，其熔、沸点比甲酸甲酯高。
6.下列关于分子晶体的说法正确的是( )
A．干冰升华时，分子内共价键被破坏
B．稀有气体元素组成的晶体中存在非极性键
C．水汽化时分子间距离增大
D．白磷熔化时，分子间氢键被破坏
【答案】 C
【解析】 干冰升华，只是由CO2固体变成CO2气体，改变的是CO2的分子间距离和分子间作用力，与分子内的共价键无关，A错误；稀有气体元素组成的晶体是原子间通过范德华力结合而成，不存在化学键，B错误；白磷中不存在氢键，D错误。
7.下列关于物质沸点高低的比较正确的是( )
A．CH4>SiH4>GeH4
B．NH3>AsH3>PH3
C．Cl2>Br2>I2
D．C(CH3)4>(CH3)2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3
【答案】 B
【解析】 一般情况下，对于组成和结构相似的分子晶体，分子晶体的沸点随相对分子质量的增大而升高，即沸点：CH4AsH3>PH3，B正确；相对分子质量相同的烷烃，其支链越多，沸点越低，即沸点：C(CH3)4<(CH3)2CHCH2CH38.下列说法中正确的是( )
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
【答案】 A
【解析】C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子可形成氢键，其熔、沸点比甲酸甲酯高。
9.下列说法正确的是( )
A．范德华力普遍存在于分子之间，如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合
B．H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的
C．冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶4
D．氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大
【答案】 D
【解析】 液态水中因分子间氢键的存在使水分子发生缔合，A错误；虽然H2SO4为强电解质，但是硫酸晶体是分子晶体，不能导电，B错误；冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，两个水分子间只能形成一个氢键，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶2，C错误；氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时水分子之间的空隙变大，故其体积会变大，D正确。
10.下列说法中正确的是( )
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
【答案】 D
【解析】 A中C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子间可形成氢键，其熔、沸点比甲酸甲酯高；C中HCl溶于水破坏的是共价键。
11.SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其做出如下推测，其中不正确的是( )
A．SiCl4晶体是分子晶体
B．常温常压下SiCl4是液体
C．SiCl4分子是由极性键形成的极性分子
D．SiCl4中Si原子采取sp3杂化
【答案】 C
【解析】 CCl4分子是由极性键形成的非极性分子，则SiCl4分子也是由极性键形成的非极性分子，C错误。
12.自从第一次合成稀有气体元素的化合物XePtF6以来，人们又相继发现了氙的一系列化合物，如XeF2、XeF4等。如图甲为XeF4的结构示意图，图乙为XeF2晶体的晶胞结构图。下列有关说法错误的是( )
A．XeF4是非极性分子
B．XeF2晶体属于分子晶体
C．一个XeF2晶胞中实际拥有2个XeF2
D．若XeF2晶胞被拉伸为立方体，则XeF2晶体中距离最近的两个XeF2之间的距离为eq \f(\r(2)a,2)(a为晶胞边长)
【答案】 D
【解析】 根据XeF2的晶胞结构可知，立方体体心的XeF2与每个顶角的XeF2之间的距离最近且相等，该距离为体对角线长度的一半，即为3a2，D错误。
13.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>H2Se
C．第三组物质溶于水后，溶液的酸性：HF>HCl>HBr>HI
D．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错误；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错误；第一组物质是分子晶体，但分子中不一定含有共价键，如稀有气体中无共价键，D错误。
14.已知干冰的晶胞结构如图所示，晶胞中距离最近的两个 CO2分子间的距 离为a pm。下列说法正确的是( )
A．晶胞中每个CO2分子周围有8个紧邻的CO2分子
B．晶胞的体积为2eq \r(2)a3×10－30 cm3
C．一个晶胞中平均含6个CO2分子
D．CO2分子的空间结构是直线形，中心C原子采用sp3杂化
【答案】 B
【解析】 晶胞中每个CO2分子周围紧邻的CO2分子数为3×8÷2＝12，A错误；该晶胞中距离最近的两个CO2分子间的距离为a pm，即晶胞同一平面上顶角和面心上的两个二氧化碳分子之间的距离为a pm，则晶胞棱长为a pm＝a×10－10 cm，晶胞体积为(a×10－10 cm)3＝2a3×10－30 cm3，B正确；该晶胞中二氧化碳分子的个数为8×18＋6×12＝4，C错误；二氧化碳分子是直线形分子，C原子的价层电子对数是2，则C原子采用sp杂化，D错误。
二、非选择题
15.已知A、B、C、D四种分子所含原子的数目依次为 1、3、6、6,且都含有18个电子,B、C是由两种元素的原子组成,且分子中两种原子的个数比均为1∶2。D是一种有毒的有机物
(1)组成A分子的原子的元素符号是
(2)从B分子的立体结构判断,该分子属于 分子(填“极性”或“非极性”)
(3)C分子中都包含 个σ键, 个π键
(4)D的熔、沸点比C2H6的熔、沸点高,其主要原因是(需指明D是何物质)：
Ⅱ.CO的结构可表示为,N2的结构可表示为
(5)下表是两者的键能数据：(单位:kJ·ml-1)
结合数据说明CO比N2活泼的原因:
Ⅲ.Fe、C、Ni、Cu等金属能形成配合物与这些金属原子的电子层结构有关
(6)基态Ni原子的核外电子排布式为 ，基态Cu原子的价电子排布式为
(7)Fe(CO)5常温下呈液态,熔点为-20.5 ℃,沸点为103 ℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断Fe(CO)5晶体属于 (填晶体类型)。
【答案】(1)Ar
(2)极性
(3)5 0
(4)D是CH3OH,分子之间能形成氢键
(5)CO中断裂1 ml π键需吸收能量273 kJ,N2中断裂1 ml π键需吸收能量523.3 kJ,所以CO分子中的π键比N2分子中的π键更容易发生反应
(6)1s22s22p63s23p63d84s2 3d104s1
(7)分子晶体
【解析】(1)18个电子的单原子分子是氩。(2)B是由两种元素的3原子构成的含有18个电子的分子,则B是H2S,是极性分子。(3)C是由两种元素的6原子构成的含有18个电子的分子,原子个数比为1∶2,则C是N2H4,N原子采取sp3杂化,分子内有5个σ键,无π键。(4)D是由6原子构成的含有18个电子有毒的有机物,应是甲醇。CH3OH分子之间能形成氢键,因此熔、沸点比C2H6的熔、沸点高。(5)CO分子中的一个π键的键能=1 071.9 kJ·ml-1-798.9 kJ·ml-1=273 kJ·ml-1。N2分子内的一个π键的键能=941.7 kJ·ml-1-418.4 kJ·ml-1=523.3 kJ·ml-1,键能越大越稳定,CO分子中的π键比N2更容易断裂,所以CO比N2活泼。(6)基态Ni原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2,基态Cu原子的价电子排布式为3d104s1。(7)Fe(CO)5熔、沸点低,易溶于非极性溶剂,是分子晶体。
16.已知A、B、C、D、E、F都是元素周期表前四周期的元素，它们的核电荷数：B＜A＜C＜D＜E＜F。B、C两种元素都能引起水体富营养化。E原子得到一个电子后3p轨道全充满。A＋比E原子形成的离子少1个电子层。D可以形成两种氧化物，其中一种氧化物是形成酸雨的主要气体之一。F的原子序数为26。请回答下列问题：
(1)C、D、E的第一电离能由小到大的顺序为________(用元素符号表示)
(2)写出B的氢化物与水反应的离子方程式：________________，B的氢化物极易溶于水的原因是______________ (3)化合物BE3的分子空间构型为________________
(4)F元素原子的核外电子排布式为________。F的一种常见化合物F(CO)5在常温下呈液态，熔点为－20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂，则F(CO)5的晶体类型为__________________
(5)将FE3的饱和溶液滴入沸水中，请写出有关反应的离子方程式：________________________________________
(6)比较B、C两种元素的氢化物稳定性并说明理由： ____________________
【答案】(1)S＜P＜Cl
(2)NH3＋H2O⇌NH3·H2O⇌NH4 ＋＋OH－ NH3与H2O之间能形成氢键；NH3和H2O都是极性分子，根据“相似相溶”原理，NH3在H2O中的溶解度较大
(3)三角锥形
(4)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 分子晶体
(5)Fe3＋＋3H2O≜Fe(OH)3(胶体)＋3H＋
(6)稳定性：NH3＞PH3，键长越短，键能越大，化合物越稳定
【解析】能引起水体富营养化的元素为N、P，由题意可知B为氮元素，C为磷元素。同时可以确定A为钠元素，E为氯元素。由“D可以形成两种氧化物，其中一种氧化物是形成酸雨的主要气体之一”可推出D为硫元素。由“F的原子序数为26”可知F为铁元素。物质种类
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)、碳60(C60)等
部分非金属氧化物
CO2、P4O10、SO2、SO3等
几乎所有的酸
HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数有机物
苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
分子密堆积
分子非密堆积
微粒间作用力
范德华力
范德华力和氢键
空间特点
通常每个分子周围有12个紧邻的分子(见图Ⅰ)
每个分子周围紧邻的分子小于12个，空间利用率不高(见图Ⅱ)
举例
C60、干冰、I2、O2
HF、NH3、冰
物质
晶胞
结构特点
干冰
a.相邻分子间只存在范德华力
b．每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子
c．每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子有12个
冰
a.水分子之间的作用力有范德华力和氢键，但主要作用力是氢键
b．由于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个相邻的水分子相互吸引
第一组
A －268.8
B －249.5
C －185.8
D －151.7
第二组
F2 －187.0
Cl2 －33.6
Br2 58.7
I2 184.0
第三组
HF 19.4
HCl －84.0
HBr －67.0
HI －35.3
第四组
H2O 100.0
H2S －60.2
H2Se －42.0
H2Te －1.8
A—B
CO
357.7
798. 9
1 071.9
N2
154.8
418.4
941.7
能辨认常见的分子晶体，并能从微观角度分析分子晶体的结构特征。
借助分子晶体模型说明分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用，以及范德华力与氢键对分子晶体结构与性质的影响，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。
重点：分子晶体的结构与物理性质。
难点：分子晶体的结构与物理性质。
分子晶体及其物理特性
只含分子的晶体称为分子晶体。在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。分子晶体有低熔点、硬度很小等特性。
典型的分子晶体及其类别
分子晶体的结构特征
分子晶体的堆积方式
两种典型的分子晶体的组成和结构
①冰中水分子之间的主要作用力是氢键，在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键，却跟共价键一样具有方向性(见图Ⅱ)。
②干冰是CO2的晶体，干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，而熔点却比冰低得多，在常压下极易升华，由于干冰中的CO2分子之间只存在范德华力，不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻分子(见图Ⅲ)，密度比冰的高。干冰在工业上广泛用作制冷剂。
1．下列物质中，属于分子晶体的化合物是( )
A．石英 B．白磷
C．干冰 D．氯化钠
【答案】 C
【解析】 白磷和干冰是分子晶体，但白磷是单质。
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．分子晶体均为化合物
【答案】 B
【解析】 由稀有气体组成的晶体中，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，而氢键只存在于部分晶体中，B正确，C错误。分子晶体还包括一些单质，如稀有气体，D错误。
3．某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C60Si60，其分子结构类似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C60，也有Si60结构。下列叙述正确的是( )
A．该物质有很高的熔点、很大的硬度
B．该物质形成的晶体属于分子晶体
C．该物质分子中Si60被包裹在C60里面
D．该物质的摩尔质量为2400
【答案】 B
【解析】 由分子式及题中信息可知该物质为分子晶体，分子晶体的熔点低、硬度小，A错误，B正确；硅的原子半径比碳大，所以C60Si60的外层为Si60，内层为C60，C错误；它的分子式为C60Si60，所以该物质的相对分子质量＝(12＋28)×60＝2400，摩尔质量为2400 g/ml，D错误。
4．如图所示，甲、乙、丙分别表示C60、二氧化碳、碘晶体的晶胞结构模型。
请回答下列问题：
(1)C60的熔点为280 ℃，从晶体类型来看，C60属于________晶体。
(2)二氧化碳晶胞中显示出的二氧化碳分子数为14，实际上一个二氧化碳晶胞中含有____个二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ键与π键的个数比为________。
(3)①碘晶体属于________晶体。
②碘晶体熔化过程中克服的作用力为________。
【答案】 (1)分子 (2)4 1∶1 (3)①分子 ②分子间作用力
考点1分子晶体的结构特点和物理性质
两种典型分子晶体的结构
分子晶体的物理性质
(1)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。
(2)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。
(3)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，具体熔、沸点高低比较如下：
①组成和结构相似、不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。如：I2>Br2>Cl2>F2，HI>HBr>HCl。
②组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高。如：CO>N2。
③分子间氢键会导致熔、沸点反常升高。如：H2O>H2Te>H2Se>H2S。
④对于有机物来讲，分子式相同，支链越多，熔、沸点越低。如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 > >。
⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点升高。如：C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。
甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( )
甲烷晶胞中的球只代表1个C原子
晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子
甲烷晶体熔化时需克服共价键
1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
【答案】 B
【解析】 题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错误；由甲烷晶胞分析，位于晶胞顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在晶胞的面上，因此每个都被2个晶胞共用，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×eq \f(1,2)＝12，B正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C错误；甲烷晶胞中甲烷分子的个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，D错误。
晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如下图所示，下列说法正确的是( )
C60摩尔质量是720
C60与苯互为同素异形体
C．在C60晶胞中有14个C60分子
D．每个C60分子周围与它距离最近且等距离的C60分子有12个
【答案】 D
比较下列物质的熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。
(1)CO2________SO2。
(2)NH3____PH3。
(3)O3____O2。
(4)Ne____Ar。
(5)CH3CH2OH____CH3OH。
(6)CO____N2。
【答案】(1)< (2)> (3)> (4)< (5)> (6)>
（1）下列物质，按沸点降低顺序排列的一组是( )
A．HF、HCl、HBr、HI B．F2、Cl2、Br2、I2
C．H2O、H2S、H2Se、H2Te D．CI4、CBr4、CCl4、CF4
【答案】D
【解析】A、C中HF和H2O分子间含有氢键，沸点反常；对结构相似的物质，B中沸点随相对分子质量的增加而增大；D中沸点依次降低。
（2）(多选)下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的是( )
A．Cl2＞I2 B．SiCl4＞CCl4
C．NH3＞PH3 D．C(CH3)4＞CH3CH2CH2CH2CH3
【答案】BC
【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沸点高；C选项属于分子结构相似的情况，但存在氢键的熔、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，支链少的熔沸点高。
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
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．晶体内微粒间以分子间作用力相结合
D．熔点一般比较低
【答案】 C
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分子有几个( )
A．3 B．4 C．5 D．12
【答案】 B
【解析】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.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如下图)。下列有关说法正确的是 ( )
A．正硼酸晶体属于原子晶体 B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关
C．分子中硼原子符合8电子稳定结构 D．含1 ml H3BO3的晶体中有3 ml氢键
【答案】 D
【解析】A项，正硼酸属于分子晶体；B项，H3BO3分子稳定性与分子内部的共价键有关，与分子间的氢键无关；C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结构；D项，中的3个氢均形成氢键。
4.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．2 B．4 C．8 D．12
【答案】 A
【解析】每个水分子与四个方向的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4×12＝2。
5.下列说法中正确的是( )
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
【答案】 A
【解析】C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子可形成氢键，其熔、沸点比甲酸甲酯高。
6.下列关于分子晶体的说法正确的是( )
A．干冰升华时，分子内共价键被破坏
B．稀有气体元素组成的晶体中存在非极性键
C．水汽化时分子间距离增大
D．白磷熔化时，分子间氢键被破坏
【答案】 C
【解析】 干冰升华，只是由CO2固体变成CO2气体，改变的是CO2的分子间距离和分子间作用力，与分子内的共价键无关，A错误；稀有气体元素组成的晶体是原子间通过范德华力结合而成，不存在化学键，B错误；白磷中不存在氢键，D错误。
7.下列关于物质沸点高低的比较正确的是( )
A．CH4>SiH4>GeH4
B．NH3>AsH3>PH3
C．Cl2>Br2>I2
D．C(CH3)4>(CH3)2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3
【答案】 B
【解析】 一般情况下，对于组成和结构相似的分子晶体，分子晶体的沸点随相对分子质量的增大而升高，即沸点：CH4
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
【答案】 A
【解析】C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子可形成氢键，其熔、沸点比甲酸甲酯高。
9.下列说法正确的是( )
A．范德华力普遍存在于分子之间，如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合
B．H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的
C．冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶4
D．氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大
【答案】 D
【解析】 液态水中因分子间氢键的存在使水分子发生缔合，A错误；虽然H2SO4为强电解质，但是硫酸晶体是分子晶体，不能导电，B错误；冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，两个水分子间只能形成一个氢键，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶2，C错误；氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时水分子之间的空隙变大，故其体积会变大，D正确。
10.下列说法中正确的是( )
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
【答案】 D
【解析】 A中C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子间可形成氢键，其熔、沸点比甲酸甲酯高；C中HCl溶于水破坏的是共价键。
11.SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其做出如下推测，其中不正确的是( )
A．SiCl4晶体是分子晶体
B．常温常压下SiCl4是液体
C．SiCl4分子是由极性键形成的极性分子
D．SiCl4中Si原子采取sp3杂化
【答案】 C
【解析】 CCl4分子是由极性键形成的非极性分子，则SiCl4分子也是由极性键形成的非极性分子，C错误。
12.自从第一次合成稀有气体元素的化合物XePtF6以来，人们又相继发现了氙的一系列化合物，如XeF2、XeF4等。如图甲为XeF4的结构示意图，图乙为XeF2晶体的晶胞结构图。下列有关说法错误的是( )
A．XeF4是非极性分子
B．XeF2晶体属于分子晶体
C．一个XeF2晶胞中实际拥有2个XeF2
D．若XeF2晶胞被拉伸为立方体，则XeF2晶体中距离最近的两个XeF2之间的距离为eq \f(\r(2)a,2)(a为晶胞边长)
【答案】 D
【解析】 根据XeF2的晶胞结构可知，立方体体心的XeF2与每个顶角的XeF2之间的距离最近且相等，该距离为体对角线长度的一半，即为3a2，D错误。
13.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>H2Se
C．第三组物质溶于水后，溶液的酸性：HF>HCl>HBr>HI
D．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错误；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错误；第一组物质是分子晶体，但分子中不一定含有共价键，如稀有气体中无共价键，D错误。
14.已知干冰的晶胞结构如图所示，晶胞中距离最近的两个 CO2分子间的距 离为a pm。下列说法正确的是( )
A．晶胞中每个CO2分子周围有8个紧邻的CO2分子
B．晶胞的体积为2eq \r(2)a3×10－30 cm3
C．一个晶胞中平均含6个CO2分子
D．CO2分子的空间结构是直线形，中心C原子采用sp3杂化
【答案】 B
【解析】 晶胞中每个CO2分子周围紧邻的CO2分子数为3×8÷2＝12，A错误；该晶胞中距离最近的两个CO2分子间的距离为a pm，即晶胞同一平面上顶角和面心上的两个二氧化碳分子之间的距离为a pm，则晶胞棱长为a pm＝a×10－10 cm，晶胞体积为(a×10－10 cm)3＝2a3×10－30 cm3，B正确；该晶胞中二氧化碳分子的个数为8×18＋6×12＝4，C错误；二氧化碳分子是直线形分子，C原子的价层电子对数是2，则C原子采用sp杂化，D错误。
二、非选择题
15.已知A、B、C、D四种分子所含原子的数目依次为 1、3、6、6,且都含有18个电子,B、C是由两种元素的原子组成,且分子中两种原子的个数比均为1∶2。D是一种有毒的有机物
(1)组成A分子的原子的元素符号是
(2)从B分子的立体结构判断,该分子属于 分子(填“极性”或“非极性”)
(3)C分子中都包含 个σ键, 个π键
(4)D的熔、沸点比C2H6的熔、沸点高,其主要原因是(需指明D是何物质)：
Ⅱ.CO的结构可表示为,N2的结构可表示为
(5)下表是两者的键能数据：(单位:kJ·ml-1)
结合数据说明CO比N2活泼的原因:
Ⅲ.Fe、C、Ni、Cu等金属能形成配合物与这些金属原子的电子层结构有关
(6)基态Ni原子的核外电子排布式为 ，基态Cu原子的价电子排布式为
(7)Fe(CO)5常温下呈液态,熔点为-20.5 ℃,沸点为103 ℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断Fe(CO)5晶体属于 (填晶体类型)。
【答案】(1)Ar
(2)极性
(3)5 0
(4)D是CH3OH,分子之间能形成氢键
(5)CO中断裂1 ml π键需吸收能量273 kJ,N2中断裂1 ml π键需吸收能量523.3 kJ,所以CO分子中的π键比N2分子中的π键更容易发生反应
(6)1s22s22p63s23p63d84s2 3d104s1
(7)分子晶体
【解析】(1)18个电子的单原子分子是氩。(2)B是由两种元素的3原子构成的含有18个电子的分子,则B是H2S,是极性分子。(3)C是由两种元素的6原子构成的含有18个电子的分子,原子个数比为1∶2,则C是N2H4,N原子采取sp3杂化,分子内有5个σ键,无π键。(4)D是由6原子构成的含有18个电子有毒的有机物,应是甲醇。CH3OH分子之间能形成氢键,因此熔、沸点比C2H6的熔、沸点高。(5)CO分子中的一个π键的键能=1 071.9 kJ·ml-1-798.9 kJ·ml-1=273 kJ·ml-1。N2分子内的一个π键的键能=941.7 kJ·ml-1-418.4 kJ·ml-1=523.3 kJ·ml-1,键能越大越稳定,CO分子中的π键比N2更容易断裂,所以CO比N2活泼。(6)基态Ni原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2,基态Cu原子的价电子排布式为3d104s1。(7)Fe(CO)5熔、沸点低,易溶于非极性溶剂,是分子晶体。
16.已知A、B、C、D、E、F都是元素周期表前四周期的元素，它们的核电荷数：B＜A＜C＜D＜E＜F。B、C两种元素都能引起水体富营养化。E原子得到一个电子后3p轨道全充满。A＋比E原子形成的离子少1个电子层。D可以形成两种氧化物，其中一种氧化物是形成酸雨的主要气体之一。F的原子序数为26。请回答下列问题：
(1)C、D、E的第一电离能由小到大的顺序为________(用元素符号表示)
(2)写出B的氢化物与水反应的离子方程式：________________，B的氢化物极易溶于水的原因是______________ (3)化合物BE3的分子空间构型为________________
(4)F元素原子的核外电子排布式为________。F的一种常见化合物F(CO)5在常温下呈液态，熔点为－20.5℃，沸点为103℃，易溶于非极性溶剂，则F(CO)5的晶体类型为__________________
(5)将FE3的饱和溶液滴入沸水中，请写出有关反应的离子方程式：________________________________________
(6)比较B、C两种元素的氢化物稳定性并说明理由： ____________________
【答案】(1)S＜P＜Cl
(2)NH3＋H2O⇌NH3·H2O⇌NH4 ＋＋OH－ NH3与H2O之间能形成氢键；NH3和H2O都是极性分子，根据“相似相溶”原理，NH3在H2O中的溶解度较大
(3)三角锥形
(4)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 分子晶体
(5)Fe3＋＋3H2O≜Fe(OH)3(胶体)＋3H＋
(6)稳定性：NH3＞PH3，键长越短，键能越大，化合物越稳定
【解析】能引起水体富营养化的元素为N、P，由题意可知B为氮元素，C为磷元素。同时可以确定A为钠元素，E为氯元素。由“D可以形成两种氧化物，其中一种氧化物是形成酸雨的主要气体之一”可推出D为硫元素。由“F的原子序数为26”可知F为铁元素。物质种类
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)、碳60(C60)等
部分非金属氧化物
CO2、P4O10、SO2、SO3等
几乎所有的酸
HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数有机物
苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
分子密堆积
分子非密堆积
微粒间作用力
范德华力
范德华力和氢键
空间特点
通常每个分子周围有12个紧邻的分子(见图Ⅰ)
每个分子周围紧邻的分子小于12个，空间利用率不高(见图Ⅱ)
举例
C60、干冰、I2、O2
HF、NH3、冰
物质
晶胞
结构特点
干冰
a.相邻分子间只存在范德华力
b．每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子
c．每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子有12个
冰
a.水分子之间的作用力有范德华力和氢键，但主要作用力是氢键
b．由于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个相邻的水分子相互吸引
第一组
A －268.8
B －249.5
C －185.8
D －151.7
第二组
F2 －187.0
Cl2 －33.6
Br2 58.7
I2 184.0
第三组
HF 19.4
HCl －84.0
HBr －67.0
HI －35.3
第四组
H2O 100.0
H2S －60.2
H2Se －42.0
H2Te －1.8
A—B
CO
357.7
798. 9
1 071.9
N2
154.8
418.4
941.7
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