3.2.2分子晶体 讲义-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修2

本高中化学讲义聚焦分子晶体核心知识点，从定义（分子构成、分子间作用力结合）切入，系统梳理结构特点（构成微粒与作用力、密堆积与非密堆积），通过干冰、冰、碘晶体的结构分析建立结构与性质（熔沸点、硬度、导电性等）的联系，最终归纳判断方法（构成粒子、物质类别、物理性质），形成完整知识支架。 该资料以“结构决定性质”的化学观念为统领，通过典型晶体（如干冰面心立方堆积、冰的氢键网络）的模型分析培养科学思维，结合对点练习（如冰与干冰堆积方式对比）和课后作业（如可燃冰组成计算）提升科学探究能力。课中辅助教师构建知识体系，课后帮助学生巩固理解，有效查漏补缺。

第15课 分子晶体 一、分子晶体的结构 1.分子晶体的定义 分子晶体是由分子构成，通过分子间作用力（范德华力、氢键等）结合形成的晶体，构成晶体的基本微粒是分子。 2.分子晶体的结构特点 （1）构成微粒及作用力：构成微粒为分子，微粒间的作用力是分子间作用力，分子内部原子之间以共价键结合。需要注意的是，分子间作用力远弱于共价键，这也是分子晶体熔点、沸点较低的重要原因。 （2）堆积方式： ①密堆积：对于大多数分子晶体，由于分子间作用力没有方向性和饱和性，分子尽可能采取紧密堆积的方式，以降低体系能量。比如干冰（固态CO₂），CO₂分子呈面心立方堆积，每个CO₂分子周围紧邻的CO₂分子有12个。 ②非密堆积：当分子间存在氢键时，氢键具有方向性和饱和性，会影响分子的堆积方式，使得分子不能紧密堆积。例如冰，水分子间通过氢键相互连接，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，形成空间网状结构，导致冰的密度比液态水小。 3.典型分子晶体的结构分析 干冰：晶体中，CO₂分子位于立方体的顶点和面心位置，属于面心立方晶胞。每个晶胞中含有4个CO₂分子，计算方式为8×1/8 + 6×1/2 = 4。CO₂分子之间仅存在范德华力，不存在氢键，因此干冰的熔点、沸点很低，易升华。 （1）冰：冰的晶体结构中，每个水分子通过氢键与另外4个水分子相连，形成正四面体结构，这些正四面体相互连接，形成空间网状结构。由于氢键的存在，水分子之间的空隙较大，所以冰的密度比液态水小。当冰融化成水时，部分氢键断裂，水分子间的空隙减小，密度增大。 （2）碘晶体：碘晶体是由I₂分子构成的分子晶体，I₂分子之间通过范德华力结合。晶体中I₂分子呈层状排列，每个I₂分子周围有12个紧邻的I₂分子，在同一个层内有6个，上下层各有3个。 4.分子晶体结构对物理性质的影响 （1）熔沸点：分子晶体的熔沸点较低，因为破坏分子间作用力所需的能量较少。一般来说，分子间作用力越强，熔沸点越高。对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越强，熔沸点越高，如卤素单质的熔沸点：F₂＜Cl₂＜Br₂＜I₂。如果分子间存在氢键，熔沸点会显著升高，比如H₂O的熔沸点远高于H₂S，就是因为水分子间存在氢键。 （2）硬度：分子晶体的硬度较小，因为分子间作用力较弱，在外力作用下容易发生相对滑动。 （3）导电性：分子晶体在固态和熔融状态下都不导电，因为晶体中没有自由移动的离子或电子。但有些分子晶体溶于水后，在水分子的作用下会电离出自由移动的离子，从而能够导电，如HCl溶于水形成盐酸后可以导电。 （4）溶解性：遵循“相似相溶”原理，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。例如，乙醇易溶于水，因为乙醇和水都是极性分子，且二者之间可以形成氢键；而碘单质易溶于四氯化碳，因为碘和四氯化碳都是非极性分子。 5．常见分子晶体及物质类别 物质种类 实　例 所有非金属氢化物 H2O、NH3、CH4、H2S、HCl等 部分非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、C60 、稀有气体等 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 【对点练习】 1.下列有关冰和干冰的叙述中不正确的是(　　 ) A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体 B．冰是由氢键形成的晶体，每个水分子周围有4个紧邻的水分子 C．干冰的熔点比冰的熔点低得多，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】A．干冰是由分子密堆积形成的晶体，冰晶体中水分子间采用非紧密堆积的方式形成晶体，A不正确;B．冰晶体中水分子间除了范德华力之外还有氢键，由于氢键具有方向性，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，B正确;C．干冰熔化时只克服范德华力，而冰熔化需要克服范德华力和氢键，氢键的能量比范德华力大得多，所以干冰的熔点比冰的熔点低得多，且常压下易升华，C正确;D．干冰晶体中CO2分子间只存在范德华力，分子采用紧密堆积方式，一个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子，D正确;故选A。 2.正硼酸()是一种片层状结构的白色晶体，层内的通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是(　　 ) A．正硼酸晶体属于离子晶体，熔点很高 B．的化学性质主要与氢键有C．1mol晶体中有6mol氢键 D．分子中硼原子最外层不是8电子稳定结构 【答案】D 【解析】A． 层内的通过氢键相连，正硼酸晶体属于分子晶体，熔点低，故A错误;B． 的化学性质主要与分子内共价键有关，与氢键无关，故B错误;C． 每摩硼酸分子形成6摩氢键，每摩氢键2摩分子共用，1mol晶体中有3mol氢键，故C错误;D． 分子中硼原子最外层只有6个电子，不是8电子稳定结构，故D正确;故选D。 3.分子和晶胞示意图如图所示。下列关于晶体的说法不正确的是(　　 ) A．晶体可能具有很高的熔、沸点 B．晶体可能易溶于四氯化碳中 C．晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240 D．晶体中每个分子与12个C分子紧邻 【答案】A 【解析】A.构成晶体的基本微粒是分子，因此晶体是分子晶体，不可能具有很高的熔、沸点，A错误;B.由于是非极性分子，其可能易溶于四氯化碳中，B正确;C.每个的晶胞中含有的分子数为，因此含有的碳原子数为，C正确;D.如果以晶胞中一个顶点的分子为研究对象，则共用这个顶点的面的面心的分子与其距离最近且相等，有个，D正确;故选A。 二、分子晶体的性质 1.分子晶体的物理性质 （1）熔沸点：分子晶体的熔沸点普遍较低，这是因为晶体中分子间依靠分子间作用力结合，而分子间作用力远弱于化学键。比如常温下，甲烷是气体，水是液体，干冰（固态二氧化碳）在常压下-78.5℃就会升华，这些都是分子晶体熔沸点低的体现。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高，像卤素单质从F₂到I₂，状态从气态变为液态再到固态，熔沸点逐渐升高。 （2）硬度：分子晶体的硬度较小，多数质地较软，比如冰的硬度比金刚石小很多，我们很容易就能打碎冰块，这是因为破坏分子间作用力不需要太大的能量。 （3）导电性：分子晶体在固态和熔融状态下都不导电，因为晶体中不存在可以自由移动的离子或电子。不过部分分子晶体溶于水后，在水分子的作用下会电离出自由移动的离子，从而能够导电，比如氯化氢是分子晶体，液态氯化氢不导电，但溶于水形成盐酸后就可以导电。 （4）溶解性：分子晶体的溶解性遵循“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。比如乙醇是极性分子，能与极性溶剂水以任意比例互溶；苯是非极性分子，难溶于水，但易溶于非极性溶剂四氯化碳。 2.分子晶体的化学性质 （1）稳定性：分子晶体的化学稳定性主要由分子内的共价键强弱决定，与分子间作用力无关。比如氮分子内部存在很强的氮氮三键，所以氮气的化学性质很稳定，在常温下不易发生反应；而过氧化氢分子内的氧氧键较弱，所以过氧化氢相对不稳定，容易分解为水和氧气。 （2）反应特点：分子晶体参与化学反应时，往往需要先破坏分子间作用力使分子分散，然后再破坏分子内的共价键发生原子间的重新组合。比如氢气和氧气反应生成水，首先氢气分子和氧气分子间的分子间作用力被破坏，然后氢氢键和氧氧键断裂，氢原子和氧原子重新结合形成水分子内的氢氧键。多数分子晶体的反应条件相对温和，比如很多有机分子晶体的反应在加热、光照或催化剂作用下就能进行。 3.两种典型分子晶体的组成和结构 （1）.冰（分子非密堆积形式） ①冰中水分子之间的相互作用力除范德华力外还有氢键，冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。 ②氢键的方向性→1个水分子与周围4个水分子相结合→水分子中的 ③氢键H—O…H较长→分子间距离增大并在水分子中间留有空隙→冰的密度比液态水的小。 当冰刚刚融化为液态水时冰的结构部分解体→水分子间的空隙减小→密度反而增大 超过4℃时分子间距离加大→密度渐渐减小 （2）干冰(分子密堆积形式) ①分子间作用力为范德华力。 ②CO2的晶胞类型为面心立方结构。 ③ ④每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个(同层、上层、下层各4个)。 ⑤无数个CO2晶胞在空间“无隙并置”形成CO2晶体。 【对点练习】 1.下列有关说法正确的是(　　 ) A. 分子晶体中只存在范德华力 B. 分子晶体熔化时共价键断裂 C. 分子晶体中氢键越强，分子越稳定 D. 分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键 【答案】D 【解析】A．分子晶体中除存在分子间作用力，还可能存在氢键，故A错误;B．分子晶体熔化时破坏范德华力或氢键；故B正确；C．分子稳定性与共价键的键能有关，键能越大分子越稳定，故C错误;D．稀有气体只有分子间作用力，无化学键，故D正确;答案：故选D。 2.科研人员制出了由18个碳原子构成的环碳分子(如图示)。对该物质的说法正确的是(　　 ) A. 与互为同素异形体 B．硬度大、熔点高 C．与乙炔互为同系物 D．是一种共价晶体 【答案】A 【解析】A．由结构简式可知，环碳分子与碳60是由碳元素形成的不同种单质，互为同素异形体，故A正确;B．由结构简式可知，环碳分子是由分子构成的硬度小、熔点低的分子晶体，故B错误;C．由结构简式可知，环碳分子是单质，与乙炔结构不同，不可能互为同系物，故C错误;D．由结构简式可知，环碳分子是由分子构成的硬度小、熔点低的分子晶体，故D错误;故选A。 3.下列说法正确的是(　　 ) A．冰融化时，分子中H-O键发生了断裂 B．分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定 C．共价晶体中，共价键越强，晶体的熔点就越高 D．分子晶体中，共价键越强，晶体的熔点就越高 【答案】C 【解析】A．冰融化时发生物理变化，不破坏化学键，分子中H-O键不发生断裂，A错误;B．分子晶体中，分子间作用力越大，对应物质的熔、沸点越高，而分子的稳定性与分子内化学键强弱有关，与分子之间的作用力大小无关，B错误;C．共价晶体熔化克服共价键，共价晶体中，共价键越强，熔点越高，C正确;D．分子晶体中分子间作用力越强，熔点越高，共价键越强，则分子越稳定，D错误;故选C。 三、分子晶体的判断 1.依据构成粒子判断 构成晶体的粒子是分子，且粒子间的作用力为分子间作用力，而非离子键或共价键（晶体内部分子内的原子间可存在共价键）。比如二氧化碳晶体，由CO₂分子构成，分子间靠范德华力结合，属于分子晶体。 2.依据物质类别判断 （1）大多数非金属单质：如H₂、O₂、N₂、白磷（P₄）、硫（S₈）等，稀有气体（如He、Ne）也属于分子晶体，它们是单原子分子。 （2）非金属氢化物：如H₂O、NH₃、CH₄、HCl等。 （3）部分非金属氧化物：如CO₂、SO₂、SO₃、P₂O₅等，注意SiO₂不属于分子晶体，它是原子晶体。 （4）绝大多数有机物：如乙醇（C₂H₅OH）、蔗糖（C₁₂H₂₂O₁₁）、甲烷等，有机盐除外，如乙酸钠属于离子晶体。 （5）部分酸：如H₂SO₄、HNO₃、HCl等，固态时属于分子晶体。 3.依据晶体的物理性质判断 （1）熔沸点：分子晶体的熔沸点较低，一般低于500℃，很多在常温下为气态或液态，如CO₂常温是气体，水常温是液体；少数常温为固态的分子晶体，如碘，熔沸点也不高。 （2）硬度：分子晶体硬度较小，多数质地较软，比如冰、蔗糖等容易被粉碎。 （3）导电性：分子晶体无论是固态还是熔融状态都不导电，因为晶体中没有自由移动的离子或电子，不过某些分子晶体溶于水后可导电，如HCl溶于水形成盐酸能导电，但这是发生了电离，并非晶体本身导电。 （4）溶解性：遵循“相似相溶”原理，极性分子构成的分子晶体易溶于极性溶剂，如水；非极性分子构成的分子晶体易溶于非极性溶剂，如碘易溶于四氯化碳。 4.易混淆情况区分 （1）区分分子晶体与原子晶体：原子晶体是由原子通过共价键直接构成的空间网状结构晶体，熔沸点极高、硬度极大，比如金刚石、SiO₂，它们的粒子间作用力是共价键，而非分子间作用力。 （2）区分分子晶体与离子晶体：离子晶体由阴、阳离子通过离子键构成，熔沸点较高，固态不导电但熔融状态或溶于水后能导电，比如NaCl、KOH等。 【对点练习】 1.下列属于分子晶体的化合物是(　　 ) A．碘 B．金刚石 C．干冰 D．NaCl 【答案】C 【解析】A．碘是单质不是化合物，A错误;B．金刚石是单质不是化合物，B错误;C．干冰由CO2分子组成，属于分子晶体的化合物，C正确;D．NaCl属于离子晶体，D错误;故答案选C。 2.下列性质适合于分子晶体的是(　　 ) A．熔点1070℃,易溶水,水溶液导电 B．熔点10.31℃,液态不导电,水溶液能导电 C．熔点3570℃,难溶于水,熔化时不导电 D．熔点97.81℃质软、导电、密度0.97g/cm3 【答案】B 【解析】A．熔点1070℃，易溶于水，水溶液导电，属于离子晶体的特点，故A错误;B．熔点为10.31℃，熔点低，符合分子晶体的特点；液态不导电，是由于液态时，只存在分子，没有离子；水溶液能导电，溶于水后，分子在水分子的作用下，电离出自由移动的离子；故B正确；C．熔点3570℃，难溶于水，融化时不导电，属于原子晶体的特点，故C错误;D．金属钠熔点为97.81℃，质软、导电、密度0.97g/cm3，为金属晶体的特点，故D错误;答案：故选B。 3.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 【答案】C 【解析】A选项中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C选项中，SiO2为共价晶体；D选项中，Na2O2是离子化合物属于离子晶体。 【课后作业】 1．下列说法中，错误的是 A．只含分子的晶体一定是分子晶体 B．碘晶体升华时破坏了共价键 C．几乎所有的酸都属于分子晶体 D．稀有气体中只含原子，但稀有气体的晶体属于分子晶体 【答案】B 【解析】A．分子晶体是分子通过相邻分子间的作用力形成的，只含分子的晶体一定是分子晶体，故A正确;B．碘晶体属于分子晶体，升华时破坏了分子间作用力，故B错误;C．几乎所有的酸都是由分子构成的，故几乎所有的酸都属于分子晶体，故C正确;D．稀有气体是由原子直接构成的，只含原子，故稀有气体的晶体属于分子晶体，故D正确。故选B。 2．下列物质属于分子晶体的是 ①冰；②二氧化硅；③碘；④铜；⑤固态的氩 A．仅①③ B．仅②③⑤ C．仅⑤ D．仅①③⑤ 【答案】D 【分析】分子通过分子间作用力互相结合形成的晶体叫做分子晶体。 【解析】①冰、③碘、⑤固态的氩都是分子通过分子间作用力结合而成的晶体，属于分子晶体；②二氧化硅是共价晶体；④铜是金属晶体，故选D;答案选D。 3．第28届国际地质大会提供的资料显示，海底蕴藏着大量的天然气水合物，俗称“可燃冰”。“可燃冰”是一种晶体，晶体中平均每46个分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个分子或1个游离的分子。若晶体中每8个笼有6个容纳了分子，另外2个笼被游离分子填充，则“可燃冰”的平均组成可表示为 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】“可燃冰”是一种晶体，晶体中平均每46个分子构建8个笼，每个笼内可容纳一个分子，另外2个笼被游离的分子填充，因此6个笼中有6个甲烷分子，共48个水分子，则“可燃冰”平均分子组成可表示为：；故选D。 4．甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是    A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子 B．1个晶胞中含有8个分子 C．甲烷晶体熔化时需克服共价键 D．晶体中1个分子周围有12个紧邻的分子 【答案】D 【解析】A．甲烷晶体为分子晶体，晶胞中的每个球都代表1个CH4分子，A不正确;B．根据均摊法，1个CH4晶胞中含有CH4分子的数目为，B不正确;C．甲烷晶体为分子晶体，熔化时只需克服分子间的作用力，不需要破坏分子内的共价键，C不正确;D．晶体中以左下顶点的1个CH4分子为例，周围有紧邻的CH4分子数为， D正确;故选D。 5．氦晶体的升华能是0.105 kJ·mol-1，而冰的升华能则为46.9 kJ·mol-1.能解释这一事实的叙述是 ①氦原子间仅存在范德华力 ②冰中有氢键 ③氦原子之间的化学键很弱 ④水分子之间的共价键强 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 【答案】A 【解析】氦晶体为分子晶体，氦原子间仅存在范德华力，升华过程需要破坏分子间作用力；冰也是分子晶体，但是分子间存在氢键，导致其升华需要较高的能量；其两者的升华过程不涉及共价键的强弱；故选①②。故选A。 6．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．分子晶体中的分子间作用力越大，晶体的熔沸点越高，属于物理性质，而物质的稳定性为化学性质，二者没有直接关系，故A错误；B．在分子晶体中不一定存在共价键，如稀有气体的单原子分子，不存在共价键，故B错误；C．冰和Br2均由分子构成，均属于分子晶体，故C正确；D．稀有气体构成微粒是分子，可形成分子晶体，故D错误；故选C。 7．下列说法中正确的是（ ） A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂 B．共价晶体中，共价键越强，熔点越高 C．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 D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定 【答案】B 【解析】A. 冰是分子晶体，融化时克服分子间作用力，发生物理变化，分子内的H-O键不断裂，A选项错误；B. 共价晶体熔融时破坏共价键，所以共价键越强，熔点越高，B选项正确；C. 分子晶体融化时克服分子间作用力，与共价键键能无关，C选项错误；D. 分子间作用力影响物质的物理性质，与物质的稳定性无关，D选项错误；答案选B。 8．我国力争于2060年前实现碳中和。与重整是利用的研究热点之一。下列关于和说法正确的是 A．CO2中C原子采用sp2杂化 B．键角大于键角 C．分子中含有极性共价键，是极性分子 D．干冰中每个分子周围紧邻12个分子 【答案】D 【解析】A．CO2中心C原子式sp杂化，故A错误;B． 甲烷是正四面体构型，键角为109°28'，二氧化碳为直线形分子，键角为180°，键角小于键角，故B错误;C． 分子中含有极性共价键，但分子为正四面体，结构对称，是非极性分子，故C错误;D． 干冰为面心立方堆积，干冰中每个分子周围紧邻12个分子，故D正确;故选D。 9．某分子晶体结构模型如图，下列说法正确的是 A．该模型可以表示 CO2的分子模型 B．图中每个线段代表化学键 C．表示的是含有非极性共价键的分子 D．空间网状结构，熔沸点高 【答案】A 【解析】A．该模型可以表示直线形分子模型，为直线形分子，可以表示分子模型，A正确;B．该晶体为分子晶体，构成分子晶体的微粒间是靠分子间的作用力，不是化学键，B错误;C．该分子内的化学键为极性键，此分子为直线型分子，为非极性分子，C错误;D．该晶体为分子晶体，微粒之间的作用力为范德华力，熔沸点低，D错误；故选A。 10．水是生命之源，水的状态除了气、液、固之外，还有玻璃态。玻璃态水是由液态水急速冷却到-108℃时形成的一种无定形状态，其密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是 A．玻璃态水中也存在范德华力与氢键 B．玻璃态水是分子晶体 C．玻璃态中水分子间距离比普通液态水中分子间距离大 D．玻璃态水中氧原子为杂化 【答案】A 【解析】A．普通水变成玻璃态水属于物理过程，水的分子组成不变，故玻璃态水中也存在范德华力与氢键，A正确;B．玻璃态水属于无定形物质，不存在晶体结构，不是分子晶体， B错误;C．由题干信息可知，玻璃态水“密度与普通液态水的密度相同”知，则两种状态的水中分子间距离相同，C错误;D．水分子中中心原子O周围的价层电子对数为：2+=4，故氧原子均为sp3杂化，D错误;故答案为：A。 11．磷元素有白磷、红磷等单质，白磷()分子结构及晶胞如下图所示，白磷和红磷转化的热化学方程式为(白磷，s)=(红磷，s)    ；下列说法正确的是    A．分子中的P-P-P键角为109°28＇ B．白磷和红磷互为同位素 C．白磷晶体中1个分子周围有8个紧邻的分子 D．白磷和红磷在中充分燃烧生成等量(s)，白磷放出的热量更多 【答案】D 【解析】A．白磷分子为正四面体结构，每个顶点1个P原子，P4分子中的P-P-P键角为60°，A错误;B．白磷和红磷互为同素异形体，B错误;C．白磷为面心立方最密堆积，配位数为12，白磷晶体中1个P4分子周围有12个紧邻的P4分子，C错误;D．从题中可知，白磷转化为红磷放热，说明相等质量的白磷能力高于红磷，白磷和红磷在氧气中充分燃烧生成等量的P2O5(s)，白磷放出的能量更多，D正确;故选D。 12．某课题组发现水团簇最少需要21个水分子才能实现溶剂化，即1个水分子周围至少需要20个水分子，才能将其“溶解”(“溶解”时，水团簇须形成四面体)。下列叙述正确的是    A．中水分子之间的作用力主要是范德华力 B．和互为同系物 C．加热变为还破坏了极性键 D．晶体属于分子晶体 【答案】D 【解析】A．(H2O)21中水分子之间的作用力主要是氢键，故A错误;B．同系物是指结构相似，组成上相差一个或若干个基团的物质之间，故B错误;C．加热变为破坏的是氢键，没有破坏极性键，故C错误;D．是由多个水分子形成的分子晶体，故D正确;故答案为：D。 13．下列说法中正确的是 A．冰融化时，分子中H—O发生断裂 B．分子晶体熔融时化学键不被破坏 C．分子晶体中，一定存在分子间作用力和共价键 D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定 【答案】B 【解析】A．冰为分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，A项错误;B．分子晶体是通过分子间作用力将分子结合在一起的，所以熔化时，分子内部的化学键未发生变化，破坏的只是分子间作用力，B项正确;C．稀有气体在固态时也属于分子晶体，而稀有气体是单原子分子，在分子内部不存在共价键，C项错误;D．分子晶体熔沸点高低取决于分子间作用力大小，而共价键强弱决定了分子的稳定性强弱，D项错误;答案选B。 14．我国疾控中心利用尿素()制备出了两种低温消毒剂：三聚氰酸()和二氯异氰尿酸钠()。已知：尿素分子中所有原子共平面。下列说法错误的是 A．尿素分子中键角与键角基本相等 B．三聚氰酸晶体属于分子晶体 C．基态N原子的电子的空间运动状态有5种 D．二氯异氰尿酸钠中元素的电负性：N>O>Na 【答案】D 【解析】A．尿素分子为平面结构，尿素中C和N原子的杂化方式均为，键角和键角都接近120°，基本相等，A正确;B．三聚氰酸的熔点较低，三聚氰酸晶体属于分子晶体，B正确;C．基态N原子的电子排布式为，电子占据5个原子轨道，所以它的电子的空间运动状态为5种，C正确;D．元素的非金属性越强，电负性越大，则元素的电负性：O>N>Na，D错误;故选D。 15．(1)水分子间存在一种“氢键”(介于范德华力与化学键之间)的作用，彼此结合而形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体，通过氢键相互连接成庞大的分子晶体，其结构示意图如图(1)表示： ①1 mol冰中有______mol 氢键。 ②在冰的结构中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接。在冰晶体中除氢键外，还存在范德华力(11 kJ·mol－1)。已知冰的升华热是51 kJ·mol－1，则冰晶体中氢键的能量是________kJ ·mol－1。 ③氨气极易溶于水的原因之一也与氢键有关。请判断NH3溶于水后，形成的NH3·H2O的合理结构是__________[填图 (2)中的序号]。 (2)图(3)折线c可以表达出第________族元素氢化物的沸点的变化规律。两位同学对某主族元素氢化物的沸点的变化趋势画出了两条折线a和b，你认为正确的是：________(填“a”或“b”)；部分有机物的熔沸点见下表： 烃 CH4 CH3CH3 CH3 (CH2)2CH3 硝基苯酚 沸点/℃ －164 －88.6 －0.5 熔点/℃ 45 96 114 由这些数据你能得出的结论是：______________________，______________(至少写2条)。 【答案】(1)①2 ②20 ③b (2) ⅣA b 有机物相对分子质量越大，分子间作用力越强，故沸点越高；当有机物能形成分子内氢键时，分子间作用力减弱，熔点变低 当分子间能形成氢键时，分子间作用力增强，熔点升高 【解析】(1)①根据冰的结构示意图，每个H2O分子通过氢键与4个H2O分子结合，平均每个H2O分子含有氢键数目为4×=2个，故1mol冰中含2mol氢键，故答案为：2； ②冰的升华热是51kJ/mol，水分子间还存在范德华力(11kJ/mol)，1mol水中含有2mol氢键，升华热=范德华力+氢键，所以冰晶体中氢键的“键能”是20kJ/mol，故答案为：20； ③NH3溶于水后，形成的NH3•H2O中，NH3•H2O的电离方程式为NH3•H2ONH4++OH-，可知结构中含有铵根和氢氧根的基本结构，NH3•H2O的合理结构是b，故答案为：b； (2) 折线a和b都由有沸点先小后大，则开始物质的沸点高，与氢键有关，而a中原子序数大的氢化物沸点高于含氢键的物质，与事实不符，故a错误，b正确；只有c曲线中的物质间没有氢键，则c为碳族元素氢化物，即折线c可以表达出第ⅣA族元素氢化物的沸点的变化规律；根据表中所给的物质可以看出：有机物的相对分子质量越大、分子间作用力越强，沸点越高，并且是当有机能形成分子内氢键时，分子间作用力减弱，熔点变低；当分子间能形成氢键时，分子间作用力增强，熔点升高，故答案为：ⅣA；b；有机物的相对分子质量越大、分子间作用力越强，故沸点越高；当有机能形成分子内氢键时，分子间作用力减弱，熔点变低或当分子间能形成氢键时，分子间作用力增强，熔点升高。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第15课 分子晶体 一、分子晶体的结构 1.分子晶体的定义 分子晶体是由分子构成，通过分子间作用力（范德华力、氢键等）结合形成的晶体，构成晶体的基本微粒是分子。 2.分子晶体的结构特点 （1）构成微粒及作用力：构成微粒为分子，微粒间的作用力是分子间作用力，分子内部原子之间以共价键结合。需要注意的是，分子间作用力远弱于共价键，这也是分子晶体熔点、沸点较低的重要原因。 （2）堆积方式： ①密堆积：对于大多数分子晶体，由于分子间作用力没有方向性和饱和性，分子尽可能采取紧密堆积的方式，以降低体系能量。比如干冰（固态CO₂），CO₂分子呈面心立方堆积，每个CO₂分子周围紧邻的CO₂分子有12个。 ②非密堆积：当分子间存在氢键时，氢键具有方向性和饱和性，会影响分子的堆积方式，使得分子不能紧密堆积。例如冰，水分子间通过氢键相互连接，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，形成空间网状结构，导致冰的密度比液态水小。 3.典型分子晶体的结构分析 干冰：晶体中，CO₂分子位于立方体的顶点和面心位置，属于面心立方晶胞。每个晶胞中含有4个CO₂分子，计算方式为8×1/8 + 6×1/2 = 4。CO₂分子之间仅存在范德华力，不存在氢键，因此干冰的熔点、沸点很低，易升华。 （1）冰：冰的晶体结构中，每个水分子通过氢键与另外4个水分子相连，形成正四面体结构，这些正四面体相互连接，形成空间网状结构。由于氢键的存在，水分子之间的空隙较大，所以冰的密度比液态水小。当冰融化成水时，部分氢键断裂，水分子间的空隙减小，密度增大。 （2）碘晶体：碘晶体是由I₂分子构成的分子晶体，I₂分子之间通过范德华力结合。晶体中I₂分子呈层状排列，每个I₂分子周围有12个紧邻的I₂分子，在同一个层内有6个，上下层各有3个。 4.分子晶体结构对物理性质的影响 （1）熔沸点：分子晶体的熔沸点较低，因为破坏分子间作用力所需的能量较少。一般来说，分子间作用力越强，熔沸点越高。对于组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越强，熔沸点越高，如卤素单质的熔沸点：F₂＜Cl₂＜Br₂＜I₂。如果分子间存在氢键，熔沸点会显著升高，比如H₂O的熔沸点远高于H₂S，就是因为水分子间存在氢键。 （2）硬度：分子晶体的硬度较小，因为分子间作用力较弱，在外力作用下容易发生相对滑动。 （3）导电性：分子晶体在固态和熔融状态下都不导电，因为晶体中没有自由移动的离子或电子。但有些分子晶体溶于水后，在水分子的作用下会电离出自由移动的离子，从而能够导电，如HCl溶于水形成盐酸后可以导电。 （4）溶解性：遵循“相似相溶”原理，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。例如，乙醇易溶于水，因为乙醇和水都是极性分子，且二者之间可以形成氢键；而碘单质易溶于四氯化碳，因为碘和四氯化碳都是非极性分子。 5．常见分子晶体及物质类别 物质种类 实　例 所有非金属氢化物 H2O、NH3、CH4、H2S、HCl等 部分非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、C60 、稀有气体等 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 【对点练习】 1.下列有关冰和干冰的叙述中不正确的是(　　 ) A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体 B．冰是由氢键形成的晶体，每个水分子周围有4个紧邻的水分子 C．干冰的熔点比冰的熔点低得多，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 2.正硼酸()是一种片层状结构的白色晶体，层内的通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是(　　 ) A．正硼酸晶体属于离子晶体，熔点很高 B．的化学性质主要与氢键有C．1mol晶体中有6mol氢键 D．分子中硼原子最外层不是8电子稳定结构 3.分子和晶胞示意图如图所示。下列关于晶体的说法不正确的是(　　 ) A．晶体可能具有很高的熔、沸点 B．晶体可能易溶于四氯化碳中 C．晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240 D．晶体中每个分子与12个C分子紧邻 二、分子晶体的性质 1.分子晶体的物理性质 （1）熔沸点：分子晶体的熔沸点普遍较低，这是因为晶体中分子间依靠分子间作用力结合，而分子间作用力远弱于化学键。比如常温下，甲烷是气体，水是液体，干冰（固态二氧化碳）在常压下-78.5℃就会升华，这些都是分子晶体熔沸点低的体现。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高，像卤素单质从F₂到I₂，状态从气态变为液态再到固态，熔沸点逐渐升高。 （2）硬度：分子晶体的硬度较小，多数质地较软，比如冰的硬度比金刚石小很多，我们很容易就能打碎冰块，这是因为破坏分子间作用力不需要太大的能量。 （3）导电性：分子晶体在固态和熔融状态下都不导电，因为晶体中不存在可以自由移动的离子或电子。不过部分分子晶体溶于水后，在水分子的作用下会电离出自由移动的离子，从而能够导电，比如氯化氢是分子晶体，液态氯化氢不导电，但溶于水形成盐酸后就可以导电。 （4）溶解性：分子晶体的溶解性遵循“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。比如乙醇是极性分子，能与极性溶剂水以任意比例互溶；苯是非极性分子，难溶于水，但易溶于非极性溶剂四氯化碳。 2.分子晶体的化学性质 （1）稳定性：分子晶体的化学稳定性主要由分子内的共价键强弱决定，与分子间作用力无关。比如氮分子内部存在很强的氮氮三键，所以氮气的化学性质很稳定，在常温下不易发生反应；而过氧化氢分子内的氧氧键较弱，所以过氧化氢相对不稳定，容易分解为水和氧气。 （2）反应特点：分子晶体参与化学反应时，往往需要先破坏分子间作用力使分子分散，然后再破坏分子内的共价键发生原子间的重新组合。比如氢气和氧气反应生成水，首先氢气分子和氧气分子间的分子间作用力被破坏，然后氢氢键和氧氧键断裂，氢原子和氧原子重新结合形成水分子内的氢氧键。多数分子晶体的反应条件相对温和，比如很多有机分子晶体的反应在加热、光照或催化剂作用下就能进行。 3.两种典型分子晶体的组成和结构 （1）.冰（分子非密堆积形式） ①冰中水分子之间的相互作用力除范德华力外还有氢键，冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。 ②氢键的方向性→1个水分子与周围4个水分子相结合→水分子中的 ③氢键H—O…H较长→分子间距离增大并在水分子中间留有空隙→冰的密度比液态水的小。 当冰刚刚融化为液态水时冰的结构部分解体→水分子间的空隙减小→密度反而增大 超过4℃时分子间距离加大→密度渐渐减小 （2）干冰(分子密堆积形式) ①分子间作用力为范德华力。 ②CO2的晶胞类型为面心立方结构。 ③ ④每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个(同层、上层、下层各4个)。 ⑤无数个CO2晶胞在空间“无隙并置”形成CO2晶体。 【对点练习】 1.下列有关说法正确的是(　　 ) A. 分子晶体中只存在范德华力 B. 分子晶体熔化时共价键断裂 C. 分子晶体中氢键越强，分子越稳定 D. 分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键 2.科研人员制出了由18个碳原子构成的环碳分子(如图示)。对该物质的说法正确的是(　　 ) A. 与互为同素异形体 B．硬度大、熔点高 C．与乙炔互为同系物 D．是一种共价晶体 3.下列说法正确的是(　　 ) A．冰融化时，分子中H-O键发生了断裂 B．分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定 C．共价晶体中，共价键越强，晶体的熔点就越高 D．分子晶体中，共价键越强，晶体的熔点就越高 三、分子晶体的判断 1.依据构成粒子判断 构成晶体的粒子是分子，且粒子间的作用力为分子间作用力，而非离子键或共价键（晶体内部分子内的原子间可存在共价键）。比如二氧化碳晶体，由CO₂分子构成，分子间靠范德华力结合，属于分子晶体。 2.依据物质类别判断 （1）大多数非金属单质：如H₂、O₂、N₂、白磷（P₄）、硫（S₈）等，稀有气体（如He、Ne）也属于分子晶体，它们是单原子分子。 （2）非金属氢化物：如H₂O、NH₃、CH₄、HCl等。 （3）部分非金属氧化物：如CO₂、SO₂、SO₃、P₂O₅等，注意SiO₂不属于分子晶体，它是原子晶体。 （4）绝大多数有机物：如乙醇（C₂H₅OH）、蔗糖（C₁₂H₂₂O₁₁）、甲烷等，有机盐除外，如乙酸钠属于离子晶体。 （5）部分酸：如H₂SO₄、HNO₃、HCl等，固态时属于分子晶体。 3.依据晶体的物理性质判断 （1）熔沸点：分子晶体的熔沸点较低，一般低于500℃，很多在常温下为气态或液态，如CO₂常温是气体，水常温是液体；少数常温为固态的分子晶体，如碘，熔沸点也不高。 （2）硬度：分子晶体硬度较小，多数质地较软，比如冰、蔗糖等容易被粉碎。 （3）导电性：分子晶体无论是固态还是熔融状态都不导电，因为晶体中没有自由移动的离子或电子，不过某些分子晶体溶于水后可导电，如HCl溶于水形成盐酸能导电，但这是发生了电离，并非晶体本身导电。 （4）溶解性：遵循“相似相溶”原理，极性分子构成的分子晶体易溶于极性溶剂，如水；非极性分子构成的分子晶体易溶于非极性溶剂，如碘易溶于四氯化碳。 4.易混淆情况区分 （1）区分分子晶体与原子晶体：原子晶体是由原子通过共价键直接构成的空间网状结构晶体，熔沸点极高、硬度极大，比如金刚石、SiO₂，它们的粒子间作用力是共价键，而非分子间作用力。 （2）区分分子晶体与离子晶体：离子晶体由阴、阳离子通过离子键构成，熔沸点较高，固态不导电但熔融状态或溶于水后能导电，比如NaCl、KOH等。 【对点练习】 1.下列属于分子晶体的化合物是(　　 ) A．碘 B．金刚石 C．干冰 D．NaCl 2.下列性质适合于分子晶体的是(　　 ) A．熔点1070℃,易溶水,水溶液导电 B．熔点10.31℃,液态不导电,水溶液能导电 C．熔点3570℃,难溶于水,熔化时不导电 D．熔点97.81℃质软、导电、密度0.97g/cm3 3.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 【课后作业】 1．下列说法中，错误的是 A．只含分子的晶体一定是分子晶体 B．碘晶体升华时破坏了共价键 C．几乎所有的酸都属于分子晶体 D．稀有气体中只含原子，但稀有气体的晶体属于分子晶体 2．下列物质属于分子晶体的是 ①冰；②二氧化硅；③碘；④铜；⑤固态的氩 A．仅①③ B．仅②③⑤ C．仅⑤ D．仅①③⑤ 3．第28届国际地质大会提供的资料显示，海底蕴藏着大量的天然气水合物，俗称“可燃冰”。“可燃冰”是一种晶体，晶体中平均每46个分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个分子或1个游离的分子。若晶体中每8个笼有6个容纳了分子，另外2个笼被游离分子填充，则“可燃冰”的平均组成可表示为 A． B． C． D． 4．甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是    A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子 B．1个晶胞中含有8个分子 C．甲烷晶体熔化时需克服共价键 D．晶体中1个分子周围有12个紧邻的分子 5．氦晶体的升华能是0.105 kJ·mol-1，而冰的升华能则为46.9 kJ·mol-1.能解释这一事实的叙述是 ①氦原子间仅存在范德华力 ②冰中有氢键 ③氦原子之间的化学键很弱 ④水分子之间的共价键强 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 6．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Br2都是分子晶体 D．稀有气体不能形成分子晶体 7．下列说法中正确的是（ ） A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂 B．共价晶体中，共价键越强，熔点越高 C．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 D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定 8．我国力争于2060年前实现碳中和。与重整是利用的研究热点之一。下列关于和说法正确的是 A．CO2中C原子采用sp2杂化 B．键角大于键角 C．分子中含有极性共价键，是极性分子 D．干冰中每个分子周围紧邻12个分子 9．某分子晶体结构模型如图，下列说法正确的是 A．该模型可以表示 CO2的分子模型 B．图中每个线段代表化学键 C．表示的是含有非极性共价键的分子 D．空间网状结构，熔沸点高 10．水是生命之源，水的状态除了气、液、固之外，还有玻璃态。玻璃态水是由液态水急速冷却到-108℃时形成的一种无定形状态，其密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是 A．玻璃态水中也存在范德华力与氢键 B．玻璃态水是分子晶体 C．玻璃态中水分子间距离比普通液态水中分子间距离大 D．玻璃态水中氧原子为杂化 11．磷元素有白磷、红磷等单质，白磷()分子结构及晶胞如下图所示，白磷和红磷转化的热化学方程式为(白磷，s)=(红磷，s)    ；下列说法正确的是    A．分子中的P-P-P键角为109°28＇ B．白磷和红磷互为同位素 C．白磷晶体中1个分子周围有8个紧邻的分子 D．白磷和红磷在中充分燃烧生成等量(s)，白磷放出的热量更多 12．某课题组发现水团簇最少需要21个水分子才能实现溶剂化，即1个水分子周围至少需要20个水分子，才能将其“溶解”(“溶解”时，水团簇须形成四面体)。下列叙述正确的是    A．中水分子之间的作用力主要是范德华力 B．和互为同系物 C．加热变为还破坏了极性键 D．晶体属于分子晶体 13．下列说法中正确的是 A．冰融化时，分子中H—O发生断裂 B．分子晶体熔融时化学键不被破坏 C．分子晶体中，一定存在分子间作用力和共价键 D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定 14．我国疾控中心利用尿素()制备出了两种低温消毒剂：三聚氰酸()和二氯异氰尿酸钠()。已知：尿素分子中所有原子共平面。下列说法错误的是 A．尿素分子中键角与键角基本相等 B．三聚氰酸晶体属于分子晶体 C．基态N原子的电子的空间运动状态有5种 D．二氯异氰尿酸钠中元素的电负性：N>O>Na 15．(1)水分子间存在一种“氢键”(介于范德华力与化学键之间)的作用，彼此结合而形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体，通过氢键相互连接成庞大的分子晶体，其结构示意图如图(1)表示： ①1 mol冰中有______mol 氢键。 ②在冰的结构中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接。在冰晶体中除氢键外，还存在范德华力(11 kJ·mol－1)。已知冰的升华热是51 kJ·mol－1，则冰晶体中氢键的能量是________kJ ·mol－1。 ③氨气极易溶于水的原因之一也与氢键有关。请判断NH3溶于水后，形成的NH3·H2O的合理结构是__________[填图 (2)中的序号]。 (2)图(3)折线c可以表达出第________族元素氢化物的沸点的变化规律。两位同学对某主族元素氢化物的沸点的变化趋势画出了两条折线a和b，你认为正确的是：________(填“a”或“b”)；部分有机物的熔沸点见下表： 烃 CH4 CH3CH3 CH3 (CH2)2CH3 硝基苯酚 沸点/℃ －164 －88.6 －0.5 熔点/℃ 45 96 114 由这些数据你能得出的结论是：______________________，______________(至少写2条)。 学科网（北京）股份有限公司 $