同步蘇教化學(xué)選修三新突破講義：專題3 第4單元 分子間作用力　分子晶體 Word版含答案

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1、 第四單元　分子間作用力　分子晶體 目標(biāo)與素養(yǎng)：1.了解范德華力的類型，掌握范德華力大小與物質(zhì)物理性質(zhì)之間的辨證關(guān)系，認識范德華力對物質(zhì)性質(zhì)的影響。(宏觀辨識與微觀探析)2.理解氫鍵的本質(zhì)，能分析氫鍵的強弱，知道范德華力及氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響，認識物質(zhì)是不斷運動的，物質(zhì)性質(zhì)的變化是有條件的。(變化觀念與平衡思想)3.掌握分子性質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點與性質(zhì)。(模型認知) 一、分子間作用力 1. 2．范德華力 (1)存在 范德華力普遍存在于固體、液體和氣體分子之間的作用力。 (2)特點 范德華力較小，沒有(填“有”或“沒有”)飽和性和方向性。 (3)影響因素 ①分子的大小、空間

2、構(gòu)型以及分子中電荷分布是否均勻。 ②組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，其范德華力一般隨著相對分子質(zhì)量的增大而增大。如F2＜Cl2＜Br2＜I2。 (4)對物質(zhì)性質(zhì)的影響 主要影響物質(zhì)的熔點、沸點、溶解度等物理(填“物理”或“化學(xué)”)性質(zhì)。 ①分子間范德華力越大，物質(zhì)的熔、沸點越高。 ②與溶劑分子間范德華力越大，物質(zhì)的溶解度越大。 3．氫鍵 (1)形成和表示 H原子與電負性大、半徑較小的原子X以共價鍵結(jié)合時，H原子能夠跟另一個電負性大、半徑較小的原子Y的孤電子對接近并產(chǎn)生相互作用，即形成氫鍵，通常用X—H…Y表示。上述X、Y通常指N、O、F等。 (2)類型 氫鍵有分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵兩

3、種。 如①H2O與NH3分子間存在分子間氫鍵， ②存在分子內(nèi)氫鍵 ③存在分子間氫鍵。 (3)氫鍵對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響 ①含有分子間氫鍵的物質(zhì)具有較高的熔點、沸點。 ②含有分子內(nèi)氫鍵的物質(zhì)具有較低的熔、沸點。 ③與溶劑分子易形成氫鍵的物質(zhì)溶解度較大。 二、分子晶體 1．結(jié)構(gòu)特點 2．物理性質(zhì) (1)分子晶體由于以比較弱的分子間作用力相結(jié)合，因此一般熔點較低，硬度較小。 (2)對組成和結(jié)構(gòu)相似，晶體中又不含氫鍵的物質(zhì)來說，隨著相對分子質(zhì)量的增大，分子間作用力增強，熔、沸點升高。但分子間存在氫鍵的晶體熔、沸點較高。 3．類型 類型 實例 所有非金屬氫化物 H2O

4、、NH3、CH4等 部分非金屬單質(zhì) 鹵素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有氣體等 部分非金屬氧化物 CO2、P4O6、P4O10、SO2等 幾乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 絕大多數(shù)有機物的晶體 苯、乙醇等 三、石墨晶體(了解) 1．結(jié)構(gòu)特點 (1)石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)，碳原子排列成六邊形，一個個六邊形排列成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每一個碳原子都跟其他3個碳原子相結(jié)合。 (2)在同一個層內(nèi)，相鄰的碳原子以共價鍵相結(jié)合，每一個碳原子的一個未成對電子形成π鍵。 (3)層與層之間以范德華力相結(jié)合。 2．所屬類型 石墨中既

5、有共價鍵，又有范德華力，同時還有金屬鍵的特性，是一種混合晶體。具有熔點高，質(zhì)軟，易導(dǎo)電等性質(zhì)。 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1)氫鍵是一種化學(xué)鍵，比范德華力大。 (　　) (2)分子間氫鍵使物質(zhì)具有較高的熔、沸點。 (　　) (3)分子晶體的狀態(tài)變化，只需克服分子間作用力。 (　　) (4)結(jié)構(gòu)和組成相似的物質(zhì)，相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點越高。 (　　) (5)分子晶體中只含有分子間作用力不含化學(xué)鍵。 (　　) [答案]　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)× 2．下列現(xiàn)象與化學(xué)鍵有關(guān)的是(　　) A．F2、Cl2、Br2、I2單質(zhì)的熔點依

6、次升高 B．H2O的沸點遠高于H2S的沸點 C．H2O在高溫下也難分解 D．干冰汽化 C　[在A項中，鹵素單質(zhì)分子間存在著分子間作用力，且相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強，單質(zhì)的熔、沸點也就越高。B項中由于H2O分子間存在氫鍵，使分子間作用力增強，所以H2O的沸點要比H2S的高。C項中水分解要破壞化學(xué)鍵，由于H—O鍵鍵能很大，在較高溫度時也難打開，所以H2O分子很穩(wěn)定，與共價鍵有關(guān)。D項，在干冰中，CO2分子間通過范德華力結(jié)合在一起，在汽化時需要克服范德華力，而CO2分子內(nèi)的化學(xué)鍵并沒有斷裂。] 3．H2O在乙醇中的溶解度大于H2S，其原因是________。 [解析]　H2O與

7、乙醇可以形成分子間氫鍵，使得水與乙醇互溶；而H2S與乙醇不能形成分子間氫鍵，故H2S在乙醇中的溶解度小于H2O。 [答案]　水分子與乙醇分子之間形成氫鍵 氫鍵的飽和性與方向性 1.飽和性 以H2O為例，由于H—O—H分子中有2個O—H鍵，每個H原子均可與另外水分子形成氫鍵；又由于水分子的氧原子上有2對孤電子對，可分別與另一水分子的H原子形成氫鍵，故每個水分子最多形成4個氫鍵，這就是氫鍵的飽和性。 2．方向性 Y原子與X—H形成氫鍵時，在盡可能的范圍內(nèi)要使氫鍵與X—H鍵軸在同一個方向上，即以H原子為中心，三個原子盡可能在一條直線上，氫原子盡量與Y原子的孤電子對方向一致，這

8、樣引力較大；三個原子盡可能在一條直線上，可使X與Y的距離最遠，斥力最小，形成的氫鍵強。 變化觀念與平衡思想：范德華力、氫鍵與共價鍵的比較 范德華力 氫鍵 共價鍵 概念 物質(zhì)分子之間普遍存在的一種相互作用力 由已經(jīng)與電負性很大的原子形成共價鍵的氫原子與另一個電負性很大的原子之間的作用力 原子間通過共用電子對所形成的相互作用 分類 － 分子內(nèi)氫鍵、分子間氫鍵 極性共價鍵、非極性共價鍵 特征 無方向性、無飽和性 有方向性、有飽和性 有方向性、有飽和性 強度 比較 共價鍵＞氫鍵＞范德華力 影響 強度 的因素 相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大；分子的極

9、性越大，范德華力也越大 對于X—H…Y，X、Y的電負性越大，Y原子的半徑越小，鍵能越大 成鍵原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定 對物 質(zhì)性 質(zhì)的 影響 ①組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，隨相對分子質(zhì)量的增大，物質(zhì)的熔、沸點升高。如F2＜Cl2＜Br2＜I2，CF4＜ CCl4＜CBr4； ②影響溶解度等物理性質(zhì) ①分子間氫鍵的存在，使物質(zhì)的熔、沸點升高，在水中的溶解度增大，如熔、沸點： H2O＞H2S，HF＞HCl，NH3＞PH3； ②分子內(nèi)氫鍵的存在，使物質(zhì)的熔、沸點降低 共價鍵鍵能越大，分子穩(wěn)定性越強 (1)氫鍵不屬于化學(xué)鍵，氫鍵是大小介于范德華力和化學(xué)鍵

10、之間的一種特殊作用力。 (2)稀有氣體中無化學(xué)鍵，只存在分子間作用力。 (3)共價鍵強弱決定分子的穩(wěn)定性，而范德華力影響其熔、沸點高低。 【典例1】　水分子間由于氫鍵的作用而彼此結(jié)合形成(H2O)n。在冰中每個水分子被4個水分子包圍形成變形的四面體(H2O)5，由無限個這樣的變形四面體通過氫鍵相互連成一個龐大的分子晶體——冰，其結(jié)構(gòu)如圖所示。試回答下列問題： (1)下列敘述中正確的是________(填字母)。 A．1 mol冰中有4 mol氫鍵 B．平均每個水分子有2個氫鍵 C．冰中的氫鍵沒有方向性 (2)在冰的結(jié)構(gòu)中，分子間除氫鍵外，還存在范德華力，已知范德華力的能

11、量為7 kJ·mol－1，冰的升華熱(1 mol冰變成氣態(tài)水時所吸收的能量)為51 kJ·mol－1，則冰中氫鍵的能量是___________。 (3)在液態(tài)水中，水以多種微粒的形式存在，試畫出如下微粒的結(jié)構(gòu)式：H5O、H9O。 [解析]　(1)每個水分子形成4個氫鍵，但每個氫鍵為2個水分子所共有，所以每個水分子只有2個氫鍵，即1 mol冰中有2 mol氫鍵。氫鍵和共價鍵一樣具有方向性和飽和性。(2)氫鍵的能量為(51－7)×＝22 kJ·mol－1。(3)H5O為2個水分子結(jié)合1個氫離子，H9O為4個水分子結(jié)合1個氫離子，這些微粒內(nèi)含有共價鍵、配位鍵，還含有氫鍵。 [答案]　(1)B　

12、(2)22 kJ·mol－1 (3) 1．下列說法不正確的是(　　) A．HF、HCl、HBr、HI的熔、沸點依次升高只與范德華力的大小有關(guān) B．H2O的熔、沸點高于H2S，是由于水分子之間存在氫鍵 C．乙醇與水互溶可以用“相似相溶”原理和氫鍵來解釋 D．鄰羥基苯甲酸的熔點比對羥基苯甲酸的熔點低 A　[熔、沸點：HCl＜HBr＜HI＜HF，與范德華力和氫鍵有關(guān)，A項錯誤。水分子之間存在氫鍵，所以其熔、沸點高于H2S，B項正確。乙醇分子和水分子都是極性分子，且二者分子間能形成氫鍵，故能互溶，C項正確。分子內(nèi)氫鍵與分子間氫鍵對熔、沸點的影響結(jié)果不同，形成分子間氫鍵的物質(zhì)的熔、

13、沸點比形成分子內(nèi)氫鍵的物質(zhì)的熔、沸點要高，鄰羥基苯甲酸能形成分子內(nèi)氫鍵，而對羥基苯甲酸主要形成分子間氫鍵，所以對羥基苯甲酸的熔、沸點比鄰羥基苯甲酸的高，D項正確。] 分子間作用力與化學(xué)鍵影響的性質(zhì)差異 范德華力和氫鍵主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì)，如熔、沸點的高低，溶解性的大??；而共價鍵主要影響物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，如物質(zhì)的穩(wěn)定性強弱。 2．請以A—H…B的形式表示出氨水中所存的氫鍵。 [答案]　N—H…N　O—H…O N—H…O　O—H…N。 3．(2019·全國Ⅲ卷)苯胺()的晶體類型是________。苯胺與甲苯()的相對分子質(zhì)量相近，但苯胺的熔點(－5.9 ℃)、沸點(184.4

14、 ℃)分別高于甲苯的熔點(－95.0 ℃)、沸點(110.6 ℃)，原因是___________。 [答案]　分子晶體　苯胺分子之間形成氫鍵 分子晶體 1.比較分子晶體熔沸點高低的方法 (1)組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點越高。 (2)具有氫鍵的分子晶體，熔、沸點較高。 (3)同分異構(gòu)體中，支鏈越多，分子間作用力越弱，熔、沸點越低。 (4)根據(jù)物質(zhì)常溫常壓下的狀態(tài)，如干冰、冰、白磷的熔沸點由高到低的順序為：白磷>冰>干冰，因為在通常狀況下，白磷、冰、干冰依次呈固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。 2．常見典型分子晶體的結(jié)構(gòu)特征 (1)每個CO2分子周圍等距離且

15、最近的CO2分子有12個。 (2)每個晶胞中含有CO2分子為4個。 3．四類晶體的比較 類型 項目　　 離子晶體 原子晶體 分子晶體 金屬晶體 構(gòu)成晶體的粒子 陰、陽離子 原子 分子 金屬離子和自由電子 粒子間的作用 離子鍵 共價鍵 分子間作用力(范德華力或氫鍵) 金屬離子和自由電子之間的強烈相互作用 確定作用力強弱的一般判斷方法 離子電 荷、半徑 鍵長(原子 半徑) 組成結(jié)構(gòu)相似時，比較相對分子質(zhì)量 離子半徑、外圍電子數(shù) 熔、沸點 較高 高 低 差別較大(汞常溫下為液態(tài)，鎢熔點為3 410 ℃) 硬度 略硬而脆 大 較小

16、差別較大 導(dǎo)電性 不良導(dǎo)體 (熔化后或 溶于水時 導(dǎo)電) 不良導(dǎo)體 (個別為半 導(dǎo)體) 不良導(dǎo)體(部分溶于水發(fā)生電離后導(dǎo)電) 良導(dǎo)體 溶解性 多數(shù)易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少數(shù)與水反應(yīng) 機械加工性 不良 不良 不良 優(yōu)良 延展性 差 差 差 優(yōu)良 【典例2】　圖為冰晶體的結(jié)構(gòu)模型，大球代表O，小球代表H。下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．冰晶體中每個水分子與另外4個水分子形成四面體 B．冰晶體具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是原子晶體 C．水分子間通過H—O鍵形成冰晶體 D．冰融化后，水分子之間空隙增大 A　[冰晶體是分子晶體，

17、冰晶體中的水分子是靠氫鍵結(jié)合在一起，氫鍵不是化學(xué)鍵，而是一種分子間作用力，B、C項錯誤。水分子形成氫鍵時沿O的4個sp3雜化軌道形成氫鍵，每個水分子可以與4個水分子形成氫鍵，從而形成空間四面體構(gòu)型，A項正確。因為冰晶體中形成的氫鍵具有方向性和飽和性，故水分子靠氫鍵連接后，分子間空隙變大，因此冰融化成液態(tài)水后，體積減小，水分子之間空隙減小，D項錯誤。] 3．SiCl4的分子結(jié)構(gòu)與CCl4的相似，下列對SiCl4的推測不正確的是(　　) A．SiCl4晶體是分子晶體 B．常溫、常壓下SiCl4一定是氣體 C．SiCl4的分子是由極性鍵形成的非極性分子 D．常溫常壓下SiCl4一定不是

18、氣體 B　 1．下列說法中，正確的是(　　) A．范德華力存在于所有分子之間 B．范德華力是影響所有物質(zhì)物理性質(zhì)的因素 C．Cl2相對于其他氣體來說，是易液化的氣體，由此可以得出結(jié)論，范德華力屬于一種強作用 D．范德華力屬于既沒有方向性也沒有飽和性的靜電作用 D　[隨著分子間距離的增加，范德華力迅速減弱，所以范德華力作用范圍很小，即只有當(dāng)分子間距離很近時才能存在范德華力；范德華力只是影響由分子構(gòu)成的物質(zhì)的某些物理性質(zhì)(如熔、沸點以及溶解性等)的因素之一；在常見氣體中，Cl2的相對分子質(zhì)量較大，分子間范德華力較強，所以易液化，但其作用力比化學(xué)鍵鍵能小得多，仍屬于弱的作用。所以只

19、有D選項正確。] 2．下列敘述正確的是(　　) A．F2、Cl2、Br2、I2單質(zhì)的熔點依次升高，與分子間作用力大小有關(guān) B．H2S的相對分子質(zhì)量比H2O的大，其沸點比水的高 C．稀有氣體的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，是因為其鍵能很大 D．干冰汽化時破壞了共價鍵 A　[本題主要考查分子間作用力、氫鍵、共價鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響。A項，從F2―→I2，相對分子質(zhì)量增大，分子間作用力增大，熔、沸點升高。B項，H2O分子之間有氫鍵，其沸點高于H2S。C項，稀有氣體分子為單原子分子，分子之間無化學(xué)鍵，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定是因為原子的最外層為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(He為2個)。D項，干冰汽化破壞的是范德華力，并未破壞

20、共價鍵。] 3．(雙選)下列排序不正確的是(　　) A．晶體熔點由低到高：H2O＜H2S＜H2Se＜H2Te B．硬度由大到小：金剛石＞碳化硅＞晶體硅 C．熔點由高到低：Na＞Mg＞Al D．晶格能由大到?。篘aF＞NaCl＞NaBr＞NaI AC　[具有分子間氫鍵的分子晶體，與同族元素的氫化物相比，其熔、沸點較高，則晶體熔點由低到高的順序為H2S＜H2Se＜H2Te＜H2O，故A錯誤；鍵長越短，共價鍵越強，硬度越大，鍵長：C—C鍵＜C—Si鍵＜Si—Si鍵，則硬度由大到小的順序為金剛石＞碳化硅＞晶體硅，故B正確；金屬原子的價電子數(shù)越多、半徑越小，其熔點越高，則熔點由高到低的順序為

21、Al＞Mg＞Na，故C錯誤；離子半徑越小，離子鍵越強，則晶格能越大，F(xiàn)、Cl、Br、I的離子半徑依次增大，則晶格能由大到小的順序為NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI，故D正確。] 4．下列晶體分類中正確的一組是(　　) A B C D 離子晶體 NaOH H2SO4 CH3COONa Ba(OH)2 原子晶體 Ar 石墨 水晶 金剛石 分子晶體 SO2 S 玻璃 C　[NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是通過離子鍵相互結(jié)合形成的離子晶體；H2SO4分子間以范德華力和氫鍵相互結(jié)合，為分子晶體；Ar、SO2、S、萘()屬于分子晶體；水晶、金

22、剛石屬于原子晶體；石墨屬于混合鍵型晶體；玻璃屬于非晶體。] 5．(1)如圖為固態(tài)CO2的晶體結(jié)構(gòu)示意圖，通過觀察分析，可得出每個CO2分子周圍有________個等距離且最近的CO2分子。 (2)①SiO2?、贑O2　③CS2晶體的熔點由高到低排列的順序是________(填序號)。 (3)在一定溫度下，用X射線衍射法測得干冰晶胞的邊長a＝5.72×10－8cm，則該溫度下干冰的密度為________。 [解析]　(1)觀察固態(tài)CO2晶體結(jié)構(gòu)示意圖，以某個CO2分子為中心，在三維空間中找出與之等距離且最近的CO2分子。如以立方體的頂點為例，與之等距離且最近的CO2分子應(yīng)為其所在平面面心的CO2分子，向三維空間延伸共有12個。(3)利用均攤法計算每個晶胞中平均擁有CO2分子的數(shù)目為8×＋6×＝4，根據(jù)密度的定義得ρ＝≈1.56 g·cm－3。 [答案]　(1)12　(2)①＞③＞②　(3)1.56 g·cm－3