同步苏教化学选修三新突破讲义：专题3 第4单元 分子间作用力　分子晶体 Word版含答案

第四单元分子间作用力分子晶体目标与素养：1.了解范德华力的类型，掌握范德华力大小与物质物理性质之间的辨证关系，认识范德华力对物质性质的影响。(宏观辨识与微观探析)2.理解氢键的本质，能分析氢键的强弱，知道范德华力及氢键对物质性质的影响，认识物质是不断运动的，物质性质的变化是有条件的。(变化观念与平衡思想)3.掌握分子性质的结构特点与性质。(模型认知)一、分子间作用力1.2范德华力(1)存在范德华力普遍存在于固体、液体和气体分子之间的作用力。(2)特点范德华力较小，没有(填“有”或“没有”)饱和性和方向性。(3)影响因素分子的大小、空间构型以及分子中电荷分布是否均匀。组成和结构相似的分子，其范德华力一般随着相对分子质量的增大而增大。如F2Cl2Br2I2。(4)对物质性质的影响主要影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理(填“物理”或“化学”)性质。分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高。与溶剂分子间范德华力越大，物质的溶解度越大。3氢键(1)形成和表示H原子与电负性大、半径较小的原子X以共价键结合时，H原子能够跟另一个电负性大、半径较小的原子Y的孤电子对接近并产生相互作用，即形成氢键，通常用XHY表示。上述X、Y通常指N、O、F等。(2)类型氢键有分子内氢键和分子间氢键两种。如H2O与NH3分子间存在分子间氢键，存在分子内氢键存在分子间氢键。(3)氢键对物质物理性质的影响含有分子间氢键的物质具有较高的熔点、沸点。含有分子内氢键的物质具有较低的熔、沸点。与溶剂分子易形成氢键的物质溶解度较大。二、分子晶体1结构特点2物理性质(1)分子晶体由于以比较弱的分子间作用力相结合，因此一般熔点较低，硬度较小。(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。但分子间存在氢键的晶体熔、沸点较高。3类型类型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)、稀有气体等部分非金属氧化物CO2、P4O6、P4O10、SO2等几乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等绝大多数有机物的晶体苯、乙醇等三、石墨晶体(了解)1结构特点(1)石墨晶体是层状结构，在每一层内，碳原子排列成六边形，一个个六边形排列成平面的网状结构，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。(2)在同一个层内，相邻的碳原子以共价键相结合，每一个碳原子的一个未成对电子形成键。(3)层与层之间以范德华力相结合。2所属类型石墨中既有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性，是一种混合晶体。具有熔点高，质软，易导电等性质。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)氢键是一种化学键，比范德华力大。()(2)分子间氢键使物质具有较高的熔、沸点。()(3)分子晶体的状态变化，只需克服分子间作用力。()(4)结构和组成相似的物质，相对分子质量越大，熔、沸点越高。()(5)分子晶体中只含有分子间作用力不含化学键。()答案(1)(2)(3)(4)(5)2下列现象与化学键有关的是()AF2、Cl2、Br2、I2单质的熔点依次升高BH2O的沸点远高于H2S的沸点CH2O在高温下也难分解D干冰汽化C在A项中，卤素单质分子间存在着分子间作用力，且相对分子质量越大，分子间作用力越强，单质的熔、沸点也就越高。B项中由于H2O分子间存在氢键，使分子间作用力增强，所以H2O的沸点要比H2S的高。C项中水分解要破坏化学键，由于HO键键能很大，在较高温度时也难打开，所以H2O分子很稳定，与共价键有关。D项，在干冰中，CO2分子间通过范德华力结合在一起，在汽化时需要克服范德华力，而CO2分子内的化学键并没有断裂。3H2O在乙醇中的溶解度大于H2S，其原因是_。解析H2O与乙醇可以形成分子间氢键，使得水与乙醇互溶；而H2S与乙醇不能形成分子间氢键，故H2S在乙醇中的溶解度小于H2O。答案水分子与乙醇分子之间形成氢键氢键的饱和性与方向性1.饱和性以H2O为例，由于HOH分子中有2个OH键，每个H原子均可与另外水分子形成氢键；又由于水分子的氧原子上有2对孤电子对，可分别与另一水分子的H原子形成氢键，故每个水分子最多形成4个氢键，这就是氢键的饱和性。2方向性Y原子与XH形成氢键时，在尽可能的范围内要使氢键与XH键轴在同一个方向上，即以H原子为中心，三个原子尽可能在一条直线上，氢原子尽量与Y原子的孤电子对方向一致，这样引力较大；三个原子尽可能在一条直线上，可使X与Y的距离最远，斥力最小，形成的氢键强。变化观念与平衡思想：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相互作用力由已经与电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很大的原子之间的作用力原子间通过共用电子对所形成的相互作用分类分子内氢键、分子间氢键极性共价键、非极性共价键特征无方向性、无饱和性有方向性、有饱和性有方向性、有饱和性强度比较共价键氢键范德华力影响强度的因素相对分子质量越大，范德华力越大；分子的极性越大，范德华力也越大对于XHY，X、Y的电负性越大，Y原子的半径越小，键能越大成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定对物质性质的影响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F2Cl2Br2I2，CF4CCl4CBr4；影响溶解度等物理性质分子间氢键的存在，使物质的熔、沸点升高，在水中的溶解度增大，如熔、沸点：H2OH2S，HFHCl，NH3PH3；分子内氢键的存在，使物质的熔、沸点降低共价键键能越大，分子稳定性越强(1)氢键不属于化学键，氢键是大小介于范德华力和化学键之间的一种特殊作用力。(2)稀有气体中无化学键，只存在分子间作用力。(3)共价键强弱决定分子的稳定性，而范德华力影响其熔、沸点高低。【典例1】水分子间由于氢键的作用而彼此结合形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体(H2O)5，由无限个这样的变形四面体通过氢键相互连成一个庞大的分子晶体冰，其结构如图所示。试回答下列问题：(1)下列叙述中正确的是_(填字母)。A1 mol冰中有4 mol氢键B平均每个水分子有2个氢键C冰中的氢键没有方向性(2)在冰的结构中，分子间除氢键外，还存在范德华力，已知范德华力的能量为7 kJmol1，冰的升华热(1 mol冰变成气态水时所吸收的能量)为51 kJmol1，则冰中氢键的能量是_。(3)在液态水中，水以多种微粒的形式存在，试画出如下微粒的结构式：H5O、H9O。解析(1)每个水分子形成4个氢键，但每个氢键为2个水分子所共有，所以每个水分子只有2个氢键，即1 mol冰中有2 mol氢键。氢键和共价键一样具有方向性和饱和性。(2)氢键的能量为(517)22 kJmol1。(3)H5O为2个水分子结合1个氢离子，H9O为4个水分子结合1个氢离子，这些微粒内含有共价键、配位键，还含有氢键。答案(1)B(2)22 kJmol1(3)1下列说法不正确的是()AHF、HCl、HBr、HI的熔、沸点依次升高只与范德华力的大小有关BH2O的熔、沸点高于H2S，是由于水分子之间存在氢键C乙醇与水互溶可以用“相似相溶”原理和氢键来解释D邻羟基苯甲酸的熔点比对羟基苯甲酸的熔点低A熔、沸点：HClHBrHIHF，与范德华力和氢键有关，A项错误。水分子之间存在氢键，所以其熔、沸点高于H2S，B项正确。乙醇分子和水分子都是极性分子，且二者分子间能形成氢键，故能互溶，C项正确。分子内氢键与分子间氢键对熔、沸点的影响结果不同，形成分子间氢键的物质的熔、沸点比形成分子内氢键的物质的熔、沸点要高，邻羟基苯甲酸能形成分子内氢键，而对羟基苯甲酸主要形成分子间氢键，所以对羟基苯甲酸的熔、沸点比邻羟基苯甲酸的高，D项正确。分子间作用力与化学键影响的性质差异范德华力和氢键主要影响物质的物理性质，如熔、沸点的高低，溶解性的大小；而共价键主要影响物质的化学性质，如物质的稳定性强弱。2请以AHB的形式表示出氨水中所存的氢键。答案NHNOHONHOOHN。3(2019全国卷)苯胺()的晶体类型是_。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(5.9 )、沸点(184.4 )分别高于甲苯的熔点(95.0 )、沸点(110.6 )，原因是_。答案分子晶体苯胺分子之间形成氢键分子晶体1.比较分子晶体熔沸点高低的方法(1)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。(2)具有氢键的分子晶体，熔、沸点较高。(3)同分异构体中，支链越多，分子间作用力越弱，熔、沸点越低。(4)根据物质常温常压下的状态，如干冰、冰、白磷的熔沸点由高到低的顺序为：白磷冰干冰，因为在通常状况下，白磷、冰、干冰依次呈固态、液态、气态。2常见典型分子晶体的结构特征(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。3四类晶体的比较类型项目离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体构成晶体的粒子阴、阳离子原子分子金属离子和自由电子粒子间的作用离子键共价键分子间作用力(范德华力或氢键)金属离子和自由电子之间的强烈相互作用确定作用力强弱的一般判断方法离子电荷、半径键长(原子半径)组成结构相似时，比较相对分子质量离子半径、外围电子数熔、沸点较高高低差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410 )硬度略硬而脆大较小差别较大导电性不良导体(熔化后或溶于水时导电)不良导体(个别为半导体)不良导体(部分溶于水发生电离后导电)良导体溶解性多数易溶一般不溶相似相溶一般不溶于水，少数与水反应机械加工性不良不良不良优良延展性差差差优良【典例2】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4个水分子形成四面体B冰晶体具有空间网状结构，是原子晶体C水分子间通过HO键形成冰晶体D冰融化后，水分子之间空隙增大A冰晶体是分子晶体，冰晶体中的水分子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，B、C项错误。水分子形成氢键时沿O的4个sp3杂化轨道形成氢键，每个水分子可以与4个水分子形成氢键，从而形成空间四面体构型，A项正确。因为冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性，故水分子靠氢键连接后，分子间空隙变大，因此冰融化成液态水后，体积减小，水分子之间空隙减小，D项错误。3SiCl4的分子结构与CCl4的相似，下列对SiCl4的推测不正确的是()ASiCl4晶体是分子晶体B常温、常压下SiCl4一定是气体CSiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子D常温常压下SiCl4一定不是气体B1下列说法中，正确的是()A范德华力存在于所有分子之间B范德华力是影响所有物质物理性质的因素CCl2相对于其他气体来说，是易液化的气体，由此可以得出结论，范德华力属于一种强作用D范德华力属于既没有方向性也没有饱和性的静电作用D随着分子间距离的增加，范德华力迅速减弱，所以范德华力作用范围很小，即只有当分子间距离很近时才能存在范德华力；范德华力只是影响由分子构成的物质的某些物理性质(如熔、沸点以及溶解性等)的因素之一；在常见气体中，Cl2的相对分子质量较大，分子间范德华力较强，所以易液化，但其作用力比化学键键能小得多，仍属于弱的作用。所以只有D选项正确。2下列叙述正确的是()AF2、Cl2、Br2、I2单质的熔点依次升高，与分子间作用力大小有关BH2S的相对分子质量比H2O的大，其沸点比水的高C稀有气体的化学性质比较稳定，是因为其键能很大D干冰汽化时破坏了共价键A本题主要考查分子间作用力、氢键、共价键对物质性质的影响。A项，从F2I2，相对分子质量增大，分子间作用力增大，熔、沸点升高。B项，H2O分子之间有氢键，其沸点高于H2S。C项，稀有气体分子为单原子分子，分子之间无化学键，其化学性质稳定是因为原子的最外层为8电子稳定结构(He为2个)。D项，干冰汽化破坏的是范德华力，并未破坏共价键。3(双选)下列排序不正确的是()A晶体熔点由低到高：H2OH2SH2SeH2TeB硬度由大到小：金刚石碳化硅晶体硅C熔点由高到低：NaMgAlD晶格能由大到小：NaFNaClNaBrNaIAC具有分子间氢键的分子晶体，与同族元素的氢化物相比，其熔、沸点较高，则晶体熔点由低到高的顺序为H2SH2SeH2TeH2O，故A错误；键长越短，共价键越强，硬度越大，键长：CC键CSi键SiSi键，则硬度由大到小的顺序为金刚石碳化硅晶体硅，故B正确；金属原子的价电子数越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低的顺序为AlMgNa，故C错误；离子半径越小，离子键越强，则晶格能越大，F、Cl、Br、I的离子半径依次增大，则晶格能由大到小的顺序为NaFNaClNaBrNaI，故D正确。4下列晶体分类中正确的一组是()ABCD离子晶体NaOHH2SO4CH3COONaBa(OH)2原子晶体Ar石墨水晶金刚石分子晶体SO2S玻璃CNaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是通过离子键相互结合形成的离子晶体；H2SO4分子间以范德华力和氢键相互结合，为分子晶体；Ar、SO2、S、萘()属于分子晶体；水晶、金刚石属于原子晶体；石墨属于混合键型晶体；玻璃属于非晶体。5(1)如图为固态CO2的晶体结构示意图，通过观察分析，可得出每个CO2分子周围有_个等距离且最近的CO2分子。(2)SiO2CO2CS2晶体的熔点由高到低排列的顺序是_(填序号)。(3)在一定温度下，用X射线衍射法测得干冰晶胞的边长a5.72108cm，则该温度下干冰的密度为_。解析(1)观察固态CO2晶体结构示意图，以某个CO2分子为中心，在三维空间中找出与之等距离且最近的CO2分子。如以立方体的顶点为例，与之等距离且最近的CO2分子应为其所在平面面心的CO2分子，向三维空间延伸共有12个。(3)利用均摊法计算每个晶胞中平均拥有CO2分子的数目为864，根据密度的定义得1.56 gcm3。答案(1)12(2)(3)1.56 gcm3