【知識解析】分子晶體-“黃岡杯”一等獎

分子晶體溫故1．晶體中的粒子可以是分子、原子或離子；粒子間的相互作用可以是共價(jià)鍵、離子鍵、金屬鍵或分子間作用力。2．根據(jù)晶體中粒子間的相互作用及排列方式，可把晶體分為分子晶體、共價(jià)晶體、離子晶體和金屬晶體。分子晶體的定義只含分子的晶體，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。如I2、H2O、NH3、H3PO4、萘等在固態(tài)時(shí)都是分子晶體。分子晶體的定義名師提醒（1）定義中的“分子”指真實(shí)存在的小分子、分子的聚集體、締合分子、大分子（高分子），因此，H2SO4、H2O2、C4H10等既是化學(xué)式也是分子式。（2）離子化合物、金屬單質(zhì)、原子間相互結(jié)合形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（如金剛石、SiO2）的物質(zhì)中沒有分子，因此，Na2O2、Fe、SiO2等是化學(xué)式而不是分子式。（3）稀有氣體的分子是單原子分子，因此，由稀有氣體單質(zhì)形成的晶體也是分子晶體。分子晶體中的粒子及粒子間的相互作用分子晶體構(gòu)成微粒分子（稀有氣體為原子）微粒間的作用力分子間作用力分子內(nèi)各原子間共價(jià)鍵（稀有氣體除外）常見的典型分子晶體（1）所有非金屬氫化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX（鹵化氫）等。（2）部分非金屬單質(zhì)：X2（鹵素單質(zhì)）、O2、H2、S8、N2、P4、C60、稀有氣體等。（3）部分非金屬氧化物：CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。（4）幾乎所有的酸：H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。（5）絕大多數(shù)有機(jī)物：苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。分子晶體的物理性質(zhì)（1）分子晶體具有較低的熔、沸點(diǎn)和較小的硬度。分子晶體熔化時(shí)要破壞分子間作用力，由于分子間作用力很弱，所以分子晶體的熔、沸點(diǎn)一般較低，部分分子晶體易升華（如干冰、碘、紅磷、萘等），且硬度較小。（2）分子晶體不導(dǎo)電。分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下均不存在自由移動的離子或電子，因而分子晶體在固態(tài)和熔融狀態(tài)下都不能導(dǎo)電。有些分子晶體的水溶液能導(dǎo)電，如HI、乙酸等。分子晶體的物理性質(zhì)（3）分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規(guī)律，即極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑。如：H2O是極性溶劑，SO2、H2S、HBr等都是極性分子，它們在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非極性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非極性溶劑，則Br2、I2等非極性分子易溶于其中，而水則不溶于苯和CCl4中。分子晶體的結(jié)構(gòu)特征分子非密堆積分子密堆積微粒間作用力范德華力和氫鍵范德華力空間特點(diǎn)每個(gè)分子周圍緊鄰的分子數(shù)小于12，空間利用率不高通常每個(gè)分子周圍有12個(gè)緊鄰的分子舉例HF、NH3、冰C60、干冰、I2、O2常見分子晶體的結(jié)構(gòu)分析（1）冰（分子非密堆積形式）①如圖所示，冰中水分子之間的相互作用力除范德華力外還有氫鍵，冰晶體主要是水分子依靠氫鍵而形成的。②氫鍵的方向性→1個(gè)水分子與周圍4個(gè)水分子相結(jié)合→水分子中的氧原子

共4個(gè)氫原子。通過共價(jià)鍵結(jié)合2個(gè)氫原子通過氫鍵結(jié)合2個(gè)氫原子常見分子晶體的結(jié)構(gòu)分析③氫鍵H—O…H較長→分子間距離增大并在水分子中間留有空隙→固態(tài)水的密度比液態(tài)水的小。冰和液態(tài)水的結(jié)構(gòu)對比（虛線表示氫鍵）常見分子晶體的結(jié)構(gòu)分析（2）干冰（分子密堆積形式）①分子間作用力為范德華力。②圖表示的是CO2晶體晶胞的結(jié)構(gòu)。晶胞類型為面心立方結(jié)構(gòu)。③屬于晶胞的CO2分子數(shù)

共4個(gè)④每個(gè)CO2分子周圍距離最近且相等的CO2分子有12個(gè)（同層、上層、下層各4個(gè)）。頂角：8×＝1面心：6×＝3⑤無數(shù)個(gè)CO2晶胞在空間“無隙并置”形成CO2晶體。常見分子晶體的結(jié)構(gòu)分析名師提醒（1）由冰的結(jié)構(gòu)可知，含有氫鍵的晶體中，分子間的堆積較疏松，屬于分子非密堆積。（2）冰晶體中，每個(gè)水分子與其他4個(gè)水分子形成氫鍵，每個(gè)水分子平均形成2個(gè)氫鍵（每個(gè)氫鍵由2個(gè)水分子均攤，故4×＝2）。典例詳析例1－1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、C10Hl8B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、C60、P2O5D．CCl4、Na2S、H2O2B典例詳析解析：分子晶體的構(gòu)成微粒為分子，分子內(nèi)部以共價(jià)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項(xiàng)錯(cuò)誤；PCl3、CO2、H2SO4均屬于分子晶體，且均為化合物，B項(xiàng)正確；C60屬于分子晶體，但為單質(zhì)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；Na2S中含有離子鍵，不屬于分子晶體，D項(xiàng)錯(cuò)誤。典例詳析例1－2（2020河北衡水月考）下列有關(guān)分子晶體的說法一定正確的是（）A．分子內(nèi)均存在共價(jià)鍵B．分子間一定存在范德華力C．分子間一定存在氫鍵D．其結(jié)構(gòu)一定為分子密堆積B典例詳析解析：稀有氣體是單原子分子，呈固態(tài)時(shí)原子間通過范德華力結(jié)合成晶體，其分子內(nèi)不存在任何化學(xué)鍵，A項(xiàng)錯(cuò)誤；分子間作用力包括范德華力和氫鍵，范德華力存在于所有的分子晶體中，而只有部分分子晶體的分子間存在氫鍵，B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；分子間只存在范德華力的分子晶體才采取分子密堆積的方式，D項(xiàng)錯(cuò)誤。典例詳析例1－3（2020江蘇徐州一中期末）如圖所示是某無機(jī)化合物二聚分子的模型，該分子中A、B兩種元素都是第三周期元素，分子中所有原子的最外層都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。下列說法不正確的是（）BA．該化合物的分子式是Al2Cl6B．該化合物是離子化合物，在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電C．該化合物在固態(tài)時(shí)所形成的晶體是分子晶體D．該化合物中不存在離子鍵，也不含有非極性共價(jià)鍵典例詳析解析：將二聚分子變成單分子，得BA3，根據(jù)兩種元素都處于第三周期可知，BA3可能是PCl3或AlCl3，而在PCl3中所有原子均已達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不可能形成二聚分子，故只可能是AlCl3，則該化合物的分子式是Al2Cl6，A項(xiàng)正確；由題給分子結(jié)構(gòu)模型可知，該化合物屬于共價(jià)化合物，不存在離子鍵，只有極性共價(jià)鍵，在熔融狀態(tài)下不能導(dǎo)電，固態(tài)時(shí)形成的晶體是分子晶體，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C、D項(xiàng)正確。典例詳析例1－4（1）如圖為干冰的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖。通過觀察分析，每個(gè)CO2分子周圍緊鄰且等距離的CO2分子有________個(gè)，有________種取向不同的CO2分子。124典例詳析例1－4（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(jià)鍵一樣具有________性，故1個(gè)水分子周圍只有________個(gè)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”）。氫鍵范德華力方向4四面體較低小典例詳析解析：（1）觀察并分析干冰的晶胞結(jié)構(gòu)可知，在干冰晶胞中，位于頂角的CO2分子為一種取向，位于三對平行面的CO2分子分別為三種不同取向。（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，1個(gè)水分子周