第3-2-1講-分子晶體(解析版)

鏈接教材精準變式練第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子晶體與共價晶體第1課時分子晶體【典例1】下列關(guān)于分子晶體的說法不正確的是A．分子晶體中含有分子B．固態(tài)或熔融態(tài)時均能導電C．分子間以分子間作用力相結(jié)合D．熔、沸點一般比較低【答案】B【詳解】A．分子晶體是由分子構(gòu)成的，A正確；B．固態(tài)或熔融態(tài)時，分子晶體既不電離也沒有自由移動的電子，均不能導電，B錯誤；C．分子間以分子間作用力相結(jié)合，C正確；D．分子晶體的熔、沸點一般比較低，D正確。故選：B。【典例2】（2021·海南鑫源高級中學高二階段練習）下列物質(zhì)中，由極性分子結(jié)合而成的分子晶體是A．SiO2 B．CaCl2 C．HCl D．CO2【答案】C【解析】SiO2形成的是原子晶體（共價晶體），CaCl2形成的是離子晶體，HCl與CO2形成分子晶體，其中CO2是非極性分子，HCl是極性分子；故本題選C?！镜淅?】（2021·浙江·高二期中）下列說法正確的是A．C4H10的兩種同分異構(gòu)體因為分子間作用力大小不同，因而沸點不同B．H2O汽化成水蒸氣、分解為H2和O2，都需要破壞共價鍵C．CH4和CCl4中，每個原子的最外層都具有8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)D．葡萄糖、二氧化碳和足球烯(C60)都是共價化合物，它們的晶體都屬于分子晶體【答案】A【解析】A．分子間作用力大小直接影響分子晶體的熔沸點，A項正確；B．水汽化成水蒸氣，只需要克服分子間作用力，不需要破壞共價鍵，B項錯誤；C．甲烷中H原子不是8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，C項錯誤；D．足球烯是一種單質(zhì)，不屬于化合物，D項錯誤；答案選A。教材知識鏈接教材知識鏈接一．分子晶體的概念和性質(zhì)1．分子晶體的概念只含分子的晶體，或者分子間以分子間作用力結(jié)合形成的晶體叫分子晶體。2．分子晶體中的粒子及粒子間的相互作用3．常見的典型分子晶體(1)所有非金屬氫化物：如H2O、H2S、NH3、CH4、HX(鹵化氫)等。(2)部分非金屬單質(zhì)：如X2(鹵素單質(zhì))、O2、H2、S8、P4、C60、稀有氣體等。(3)部分非金屬氧化物：如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。(4)幾乎所有的酸：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。(5)絕大多數(shù)有機物：如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。4．分子晶體的物理性質(zhì)(1)分子晶體熔、沸點較低，硬度很小。(2)分子晶體不導電。(3)分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規(guī)律。二．典型的分子晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1．分子晶體的結(jié)構(gòu)特征分子密堆積分子非密堆積微粒間作用力范德華力范德華力和氫鍵空間特點通常每個分子周圍有12個緊鄰的分子每個分子周圍緊鄰的分子數(shù)小于12個，空間利用率不高舉例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰2.常見分子晶體的結(jié)構(gòu)分析(1)冰晶體①結(jié)構(gòu)：冰晶體中，水分子間主要通過氫鍵形成晶體。由于氫鍵具有一定的方向性，一個水分子與周圍四個水分子結(jié)合，這四個水分子也按照同樣的規(guī)律再與其他的水分子結(jié)合。這樣，每個O原子周圍都有四個H原子，其中兩個H原子與O原子以共價鍵結(jié)合，另外兩個H原子與O原子以氫鍵結(jié)合，使水分子間構(gòu)成四面體骨架結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)可用下圖表示。②性質(zhì)：由于氫鍵具有方向性，冰晶體中水分子未采取密堆積方式，這種堆積方式使冰晶體中水分子的空間利用率不高，留有相當大的空隙。當冰剛剛?cè)诨梢簯B(tài)水時，水分子間的空隙減小，密度反而增大，超過4℃時，分子間距離加大，密度逐漸減小。(2)干冰①結(jié)構(gòu)：固態(tài)CO2稱為干冰，干冰也是分子晶體。CO2分子內(nèi)存在C=O共價鍵，分子間存在范德華力，CO2的晶胞呈面心立方體形，立方體的每個頂角有一個CO2分子，每個面上也有一個CO2分子。每個CO2分子與12個CO2分子等距離相鄰(在三個互相垂直的平面上各4個或互相平行的三層上，每層上各4個)(如圖所示)。精準變式題②性質(zhì)：干冰的外觀很像冰，硬度也跟冰相似，熔點卻比冰低得多，在常壓下極易升華，在工業(yè)上廣泛用作制冷劑；由于干冰中的CO2之間只存在范德華力不存在氫鍵，密度比冰的高。精準變式題（變式訓練1）的分子結(jié)構(gòu)與類似，對其作出如下推斷，其中正確的是①晶體是分子晶體②常溫常壓下不是氣體③的分子是由極性共價鍵形成的④的熔點高于A．全部 B．只有①② C．只有②③ D．只有①【答案】A【詳解】屬于分子晶體，常溫常壓下為液體，含有共價鍵。①與結(jié)構(gòu)相似，則是分子晶體，正確；②與結(jié)構(gòu)相似，且的相對分子質(zhì)量較大、是液體，則常溫常壓下不可能是氣體，正確；③中與形成共價鍵，則是由極性共價鍵形成的分子，正確；④分子晶體的相對分子質(zhì)量越大，熔點越高，則的熔點高于，正確。故選A。（變式訓練2）下列說法中，錯誤的是A．只含分子的晶體一定是分子晶體B．碘晶體升華時破壞了共價鍵C．幾乎所有的酸都屬于分子晶體D．稀有氣體中只含原子，但稀有氣體的晶體屬于分子晶體【答案】B【詳解】A．分子晶體是分子通過相鄰分子間的作用力形成的，只含分子的晶體一定是分子晶體，故A正確；B．碘晶體屬于分子晶體，升華時破壞了分子間作用力，故B錯誤；C．幾乎所有的酸都是由分子構(gòu)成的，故幾乎所有的酸都屬于分子晶體，故C正確；D．稀有氣體是由原子直接構(gòu)成的，只含原子，故稀有氣體的晶體屬于分子晶體，故D正確。故選B。（變式訓練2）（2021·福建省福州高級中學高二期中）下列各組物質(zhì)各自形成晶體，均屬于分子晶體的化合物是A．NH3、HD、C2H20 B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、BN、P2O5 D．CCl4、Na2S、H2O2【答案】B【解析】A．分子晶體的構(gòu)成微粒為分子，分子內(nèi)部以共價鍵結(jié)合，分子間存在分子間作用力，HD屬于分子晶體，但為單質(zhì)，A錯誤；B．PCl3、CO2、H2SO4均屬于分子晶體，且均為化合物，B正確；C．BN屬于原子晶體，但為單質(zhì)，C錯誤；D．Na2S中含有離子鍵，不屬于分子晶體，D錯誤；故選B。1．下列有關(guān)分子晶體的敘述正確的是A．分子內(nèi)均存在共價鍵B．分子晶體的熔點較高C．分子晶體中一定存在氫鍵D．分子晶體熔化時一定破壞了范德華力【答案】D【詳解】A．稀有氣體分子內(nèi)無化學鍵，A項錯誤；B．分子晶體有低熔點的特性，B項錯誤；C．分子晶體中不一定存在氫鍵，如晶體，C項錯誤；D．分子晶體中分子間一定存在范德華力，可能存在氫鍵，所以分子晶體熔化時一定破壞了范德華力，D項正確。故選：D。2．（2021·吉林·延邊朝鮮族自治州延邊二中北校區(qū)高二階段練習）冰晶胞中水分子的空間排列方式與金剛石晶胞類似，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是A．冰晶胞內(nèi)水分子間以共價鍵結(jié)合B．每個冰晶胞平均含有4個水分子C．水分子間的氫鍵具有方向性和飽和性，也是鍵的一種D．冰變成水，氫鍵部分被破壞【答案】D【詳解】A．冰晶胞內(nèi)水分子間以氫鍵結(jié)合，氫鍵不是化學鍵，故A錯誤；B．由冰晶胞的結(jié)構(gòu)可知，根據(jù)均攤法計算，每個冰晶胞平均含有4+8×+6×=8個水分子，故B錯誤；C．水分子間的氫鍵具有方向性和飽和性，但氫鍵不是化學鍵，故C錯誤；D．冰熔化為液態(tài)水時只是破壞了一部分氫鍵，液態(tài)水中仍在氫鍵，故D正確。故答案為D。3．（2021·吉林·松原市實驗高級中學高二階段練習）甲烷晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法正確的是A．甲烷晶胞中的球只代表1個C原子B．晶體中1個CH4分子周圍有12個緊鄰的CH4分子C．甲烷晶體熔化時需克服共價鍵D．1個CH4晶胞中含有6個CH4分子【答案】B【分析】題中圖示中的球代表甲烷分子，分別位于8個頂點，6個面心上，由此分析?！驹斀狻緼．題圖所示的甲烷晶胞中的球代表的是1個甲烷分子，并不是1個C原子，故A不符合題意；B．由甲烷的晶胞結(jié)構(gòu)圖分析可知，與位于晶胞頂點的甲烷分子距離最近且相等的甲烷分子有3個，而這3個甲烷分子在晶胞的面心上，因此被2個晶胞所共用，頂點上的甲烷分子為8個晶胞共用，故晶體中與1個甲烷分子緊鄰的甲烷分子數(shù)目為，故B符合題意；C．甲烷晶體是分子晶體，熔化時需克服范德華力，故C不符合題意；D．甲烷晶胞屬于面心立方晶胞，該晶胞中甲烷分子的數(shù)目為，故D不符合題意；答案選B。4．我國實驗室成功地在高壓下將CO2轉(zhuǎn)化為具有類似SiO2結(jié)構(gòu)的晶體，下列關(guān)于CO2的原子晶體的說法正確的是A．CO2的原子晶體和分子晶體互為同素異形體B．在CO2的原子晶體中，每個C原子周圍結(jié)合4個O原子，每個O原子與2個碳原子結(jié)合C．CO2的原子晶體和分子晶體具有相同的物理性質(zhì)D．在一定條件下，CO2的原子晶體轉(zhuǎn)化為分子晶體是物理變化【答案】B【解析】A．同素異形體對象為單質(zhì)，故A錯誤；B．CO2原子晶體與SiO2結(jié)構(gòu)類似，每個碳原子與4個氧原子通過1對共用電子對連接，每個氧原子與2個碳原子通過1對共用電子對連接，故B正確；C．CO2原子晶體與CO2分子晶體，結(jié)構(gòu)不同，二者是不同的物質(zhì)，物理性質(zhì)不同，如CO2原子晶體硬度很大，CO2分子晶體硬度不大，其化學性質(zhì)也不同，故C錯誤；D．CO2原子晶體轉(zhuǎn)化為CO2分子晶體，結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變，且二者的性質(zhì)也有較大差異，故二者是不同的物質(zhì)，所以二者的轉(zhuǎn)變是化學變化，故D錯誤；故選B。5．（2021·四川省資陽中學高二期中）下列各組晶體物質(zhì)中，化學鍵類型相同，晶體類型也相同的是①SiO2和SO3②金剛石和白磷③CO2和SO2④晶體硅和金剛石⑤晶體氖和晶體氮⑥硫黃和單質(zhì)碘A．③④⑥ B．④⑤⑥ C．①②③ D．①③⑤【答案】A【解析】①二氧化硅為原子晶體，三氧化硫為分子晶體，故①不符合題意；②金剛石為原子晶體，白磷為分子晶體，故②不符合題意；③CO2和SO2均只含極性共價鍵，二者都屬于分子晶體，故③符合題意；④晶體硅和金剛石均只含非極性共價鍵，二者都屬于原子晶體，故④符合題意；⑤二者均為分子晶體，但晶體氖為單原子分子，不含化學鍵，晶體氮中含非極性共價鍵，故⑤不符合題意；⑥硫磺和單質(zhì)碘都是分子晶體，二者都只含非極性共價鍵，故⑥符合題意；綜上所述符合題意的有③④⑥，答案為A。6．（2021·全國·高二期末）下列關(guān)于和的說法錯誤的是A．固態(tài)時兩者均屬于分子晶體B．分子中含有極性共價鍵是非極性分子C．因為碳氫鍵鍵能小于碳氧雙鍵，所以的熔點低于D．和分子中碳原子的雜化類型分別是和【答案】C【解析】A．非金屬氧化物(不包括SiO2)、非金屬氫化物、酸、NH3?H2O、烴類及烴類衍生物(不包括有機鹽類)這些基本微粒由分子構(gòu)成的物質(zhì)，固態(tài)時均為分子晶體，描述正確，不符題意；B．CH4中C—H鍵成鍵原子不同，是極性共價鍵，但是CH4分子空間構(gòu)型是正四面體形，呈中心對稱，分子正電中心與負電中心重合，所以分子為非極性分子，描述正確，不符題意；C．分子熔沸由分子質(zhì)量大小為主決定，與化學鍵鍵能無關(guān)，描述錯誤，符合題意；D．C原子以四條單鍵連接其它原子，C原子雜化類型是sp3；C原子有一條雙鍵連接其它原子，C原子雜化類型是sp2，C原子以兩條雙鍵或者以一條三鍵連接其它原子，C原子雜化類型是是sp，所以本選項描述正確，不符題意；綜上，本題選C。7．（2021·福建·泉州市第六中學高二期中）二茂鐵是一種具有芳香族性質(zhì)的有機金屬化合物，熔點為172℃，沸點249℃，100℃以上能升華。二茂鐵屬于A．原子晶體 B．分子晶體 C．金屬晶體 D．離子晶體【答案】B【解析】分子晶體一般具有熔點、沸點較低，易升華和熔融狀態(tài)下不導電的特性，故由二茂鐵是一種具有芳香族性質(zhì)的有機金屬化合物，熔點為172℃，沸點249℃，100℃以上能升華，可以推斷二茂鐵屬于分子晶體，故答案為：B。8．（2022·浙江·諸暨市教育研究中心高二期末）據(jù)某科學雜志報道，國外有一研究發(fā)現(xiàn)了一種新的球形分子，它的化學式為C60Si60，其分子結(jié)構(gòu)好似中國傳統(tǒng)工藝品“鏤雕”，經(jīng)測定其中包含C60，也有Si60結(jié)構(gòu)。下列敘述正確的是A．該物質(zhì)有很高的熔點、很大的硬度B．該物質(zhì)熔融時能導電C．該物質(zhì)分子中Si60被包裹在C60里面D．該物質(zhì)形成的晶體屬分子晶體【答案】D【詳解】A．由分子式及信息可知該物質(zhì)為分子晶體，分子晶體的熔點低、硬度小，A錯誤；B．由題目中的信息可知該物質(zhì)是一種新的球形分子，該物質(zhì)熔融時克服了分子間作用力、只得到分子、不能導電，B錯誤；C．硅的原子半徑比碳大，所以硅化合物C60Si60的外層球殼為Si60，內(nèi)層球殼為C60，C錯誤；D．由題目中的信息可知是一種新的球形分子，它的分子式為C60Si60，所以該物質(zhì)有分子存在，屬于分子晶體，D正確；答案選D。9．（2021·遼寧沈陽·高二期中）下列有關(guān)分子晶體的說法正確的有①分子晶體的構(gòu)成微粒是分子，都具有分子密堆積的特征②冰融化時，分子中H-O鍵發(fā)生斷裂③分子晶體在水溶液中均能導電④分子晶體中，分子間作用力越大，通常熔點越高⑤分子晶體中，共價鍵鍵能越大，該分子晶體的沸點一定越高⑥所有的非金屬氫化物都是分子晶體⑦所有分子晶體中既存在分子間作用力又存在化學鍵A．1項 B．2項 C．3項 D．4項【答案】B【解析】①分子晶體的構(gòu)成微粒是分子，只含有分子間作用力的分子晶體具有分子密堆積的特征，而含有氫鍵的分子晶體不是密堆積，故①錯誤；②冰是分子晶體，熔化時只克服氫鍵和分子間作用力，不破壞化學鍵，水分子中H—O鍵沒有斷裂，故②錯誤；③分子晶體在水溶液中能電離的電解質(zhì)，水溶液能導電，如硫酸，而在水溶液中不能電離的非電解質(zhì)，水溶液不能導電，如蔗糖，故③錯誤；④分子晶體的熔點與分子間作用力的大小有關(guān)，通常分子間作用力越大，分子的熔、沸點越高，故④正確；⑤分子晶體熔化時，只破壞分子間作用力，不破壞分子內(nèi)共價鍵，分子晶體的熔點高低與分子間作用力有關(guān)，與分子內(nèi)共價鍵鍵能大小無關(guān)，故⑤錯誤；⑥所有的非金屬氫化物都是由分子構(gòu)成的分子晶體，故⑥正確；⑦并非所有的分子晶體中既存在分子間作用力又存在化學鍵，如稀有氣體是單原子分子，分子中不存在化學鍵，故⑦錯誤；只有④⑥兩項正確，故選B。10．（2021·北京西城·高二期末）下列說法不正確的是A．PCl3是極性鍵構(gòu)成的極性分子B．H+能與H2O以配位鍵形成H3O+C．分子晶體中，分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定D．對固體進行X射線衍射測定是區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學方法【答案】C【解析】A．PCl3中的P-Cl鍵為極性鍵，為三角錐形，分子中正、負電荷的中心是不重合的，為極性分子，故A正確；B．H+能與H2O以配位鍵形成H3O+，故B正確；C．分子間作用力只影響分子晶體的物理性質(zhì)，如溶解性，熔沸點等，而物質(zhì)的穩(wěn)定性是由化學鍵強弱決定的，故C錯誤；D．構(gòu)成晶體的粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列，晶體的這一結(jié)構(gòu)特征可以通過X-射線衍射圖譜反映出來，因此區(qū)分晶體和非晶體的最可靠的科學方法是對固體進行X-射線衍射實驗，故D正確；故選：C。11．韓國首爾大學科學家將水置于一個足夠強的電場中，在20℃時，水分子瞬間凝固形成了“暖冰”。下列關(guān)于“暖冰”的說法錯誤的是A．“暖冰”也是水分子間通過氫鍵結(jié)合而成的固體B．水凝固形成20℃時的“暖冰”所發(fā)生的變化是化學變化C．若“暖冰”為晶體，則其類型最可能為分子晶體D．在電場作用下，水分子間更易形成氫鍵，因而可以制得“暖冰”【答案】B12．（2020·上海交大附中高二期末）二茂鐵[Fe(C5H5)2]是一種有機金屬化合物，熔點172℃，沸點249℃，易升華，難溶于水易溶于有機溶劑。二茂鐵屬于______晶體；測定表明二茂鐵中所有氫原子的化學環(huán)境都相同，則二茂鐵的結(jié)構(gòu)應為圖中的______(選填“a”或“b”)【答案】分子b【詳解】二茂鐵的熔沸點較低，屬于分子晶體。因為其所有H原子化學環(huán)境相同，則不含有碳碳雙鍵，而是一個類似苯環(huán)的大π鍵，故答案選b。13．(1)如圖為干冰的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖。通過觀察分析，每個CO2分子周圍緊鄰且等距離的CO2分子有__個，有__種取向不同的CO2分子。(2)在冰晶體中，水分子之間的主要作用力是__，還有__，由于該主要作用力與共價鍵一樣具有__性，故1個水分子周圍只有__個緊鄰的水分子，這些水分子位于__的頂角。這種排列方式使冰晶體中水分子的空間利用率__(填“較高”或“較低”)，故冰的密度比液態(tài)水的密度要__(填“大”或“小”)?！敬鸢浮?24氫鍵范德華力方向4四面體較低小【詳解】(1)觀察并分析干冰的晶胞結(jié)構(gòu)可知，每個CO2分子周圍緊鄰且等距離的CO2分子有12個；在干冰晶胞中，位于頂角的分子為一種取向，位于三對平行面的分于分別為三種不同取向，所以有4種取向不同的CO2分子。(2)在冰晶體中，水分子間的主要作用力是氫鍵，氫鍵具有方向性，還有范德華力，1個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子，水分子位于四面體的頂角，使冰晶體中水分子的空間利用率較低，分子的間距較大，結(jié)構(gòu)中有許多空隙，造成冰的密度小于液態(tài)水的密度。14．（2021·全國·高二）(1)研究發(fā)現(xiàn)，在CO2低壓合成甲醇反應(CO2+3H2=CH3OH+H2O)中，Co氧化物負載的Mn氧化物納米粒子催化劑具有高活性，顯示出良好的應用前景?；卮鹣铝袉栴}：①CO2和CH3OH分子中C原子的雜化形式分別為___________和___________。②在CO2低壓合成甲醇反應所涉及的4種物質(zhì)中，沸點從高到低的順序為___________，原因是___________。③硝酸錳是制備上述反應催化劑的原料，Mn(NO3)2中的化學鍵除了σ鍵外，還存在___________。(2)①丙酮()分子中碳原子軌道的雜化類型是___________，1mol丙酮分子中含有σ鍵的數(shù)目為___________。(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)②C、H、O三種元素的電負性由小到大的順序為___________。③乙醇的沸點高于丙酮，這是因為___________?！敬鸢浮縮psp3H2O＞CH3OH＞CO2＞H2