高中化学专题3微粒间作用力与物质性质第四单元分子间作用力分子晶体学案苏教版 21页

第四单元分子间作用力分子晶体[目标导航]　1.掌握两种重要的分子间作用力(范德华力、氢键)的本质及其对物质性质的影响。2.掌握影响范德华力和氢键大小的因素。3.熟知分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体。4.能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。一、分子间作用力1．分子间作用力(1)概念：分子之间都存在的一种相互作用，叫分子间作用力。分子间作用力实质上是一种静电作用，它比化学键弱得多。(2)分类：范德华力和氢键是两种最常见的分子间作用力。2．范德华力(1)概念：范德华力是分子之间普遍存在的相互作用力，它使得许多物质能以一定的凝聚态(固态和液态)存在。(2)影响因素影响范德华力的因素很多，如分子的大小、分子的空间构型以及分子中电荷分布是否均匀等。对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大。(3)对物质性质的影响范德华力主要影响物质的物理性质，如熔点、沸点、溶解度等，范德华力越大，物质的熔、沸点越高。(4)特点范德华力约比化学键键能小1～2个数量级，且没有方向性和饱和性。(5)分类范德华力包含三种不同的作用力①电荷分布不均匀的分子(如H2O、HCl等)之间的静电作用力。②电荷分布均匀的分子(如O2、N2、CO2等)之间的静电作用力。③电荷分布均匀的分子与电荷分布不均匀的分子之间的静电作用力。三种作用力如下图所示：3．氢键(1)概念：氢键是除范德华力外的另一种分子间作用力，它是由一个水分子中相对显正电性的n氢原子与另一个水分子中相对显负电性的氧原子的孤电子对接近并产生的相互作用。氢键的存在，大大加强了水分子之间的作用力，使水的熔、沸点较高。(2)形成条件：研究证明，氢键普遍存在于已经与N、O、F等电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另外的N、O、F等电负性很大的原子之间。例如，不仅氟化氢分子之间以及氨分子之间存在氢键，而且它们跟水分子之间也存在氢键。(3)强度：尽管人们把氢键也称作“键”，但与化学键比较，氢键属于一种较弱的作用力，其大小介于范德华力和化学键之间，约为化学键的十分之几，不属于化学键。(4)表示方法：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之间形成氢键，通常用X—H…Y表示。(5)类型：氢键有分子间氢键和分子内氢键两种。(6)氢键对物质物理性质的影响①对物质熔、沸点的影响：组成和结构相似的物质，当分子间存在氢键时，熔、沸点升高，如HF、H2O、NH3等；而分子内存在氢键时，使熔、沸点降低。②对物质溶解度的影响：溶剂和溶质分子间存在氢键时，物质的溶解度增大，如NH3、C2H5OH、CH3COOH等分子均与水分子间存在氢键，有利于物质溶解在水中。议一议1．Cl2、Br2、I2均为第ⅦA族元素的单质，它们的组成和化学性质相似，你能解释常温下它们的状态分别为气态、液态、固态的原因吗？答案　Cl2、Br2、I2的组成和结构相似，由于相对分子质量逐渐增大，所以范德华力逐渐增大，故熔、沸点逐渐升高，状态由气态变为液态、固态。2．CCl4、SiCl4、SnCl4的稳定性为什么逐渐减弱？而它们的沸点逐渐升高？答案　分子稳定性取决于键长和键能，CCl4、SiCl4、SnCl4中的键长逐渐变长，键能逐渐减小，分子稳定性减弱；由分子构成的物质的沸点取决于分子间作用力的大小，CCl4、SiCl4、SnCl4的组成和结构相似，随相对分子质量的增大，它们分子间的作用力逐渐增大，沸点逐渐升高。3．从下图可以看出，NH3、H2O和HF的沸点反常。例如，HF的沸点按沸点曲线的上升趋势应该在－90℃以下，而实际上是20℃；H2O的沸点按沸点曲线上升趋势应该在－70℃以下，而实际上是100℃。n试用分子间作用力解释，为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常。答案　因为H2O、HF、NH3中的O、F、N三种元素的电负性较大，分子间形成了氢键，故H2O、HF、NH3的沸点会出现反常现象。4．写出HF水溶液中氢键的类型。答案　有四种类型，即F—H…F、F—H…O、O—H…F、O—H…O。5．解释下列问题。(1)有机物多数难溶于水，为什么乙醇和乙酸可与水互溶？(2)甲醇的沸点明显高于甲醛，乙酸的沸点明显高于乙醛，其主要原因是什么？(3)从氨合成塔的气体中分离出NH3，采用什么方法？为什么？(4)有机物A的结构可以表示为(虚线表示氢键)，而有机物B只能形成分子间氢键，工业上用水蒸气蒸馏法将A和B进行分离，则首先被蒸出的成分是哪种？(5)在测定HF的相对分子质量时，实验测得值一般高于理论值，其主要原因是什么？答案　(1)乙醇和乙酸都易和水分子间相互形成氢键且乙醇和乙酸水分子中都含有羟基，分子结构有相似性。(2)甲醇、乙酸形成分子间氢键，甲醛、乙醛分子间不能形成氢键。(3)加压使NH3液化与H2和N2分离，因为NH3分子之间易形成氢键。(4)A易形成分子内氢键，B易形成分子间氢键，所以B的沸点比A的高。首先被蒸出的物质为A。(5)HF分子间存在氢键易形成(HF)n，故测得的相对分子质量偏大。二、分子晶体1．分子晶体的概念：分子通过分子间作用力构成的固态物质，称为分子晶体。2．分子晶体中存在的微粒：分子。3．微粒间的作用力：分子间作用力。4．分子晶体的物理性质由于分子晶体中相邻分子靠分子间的作用力相互作用，因此分子晶体有熔、沸点低、硬度小、易升华的特性。5．典型的分子晶体n(1)所有非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、甲烷等。(2)部分非金属单质，如卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、碳60(C60)等。(3)部分非金属氧化物，如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。(4)几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等。(5)绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。6．常见典型分子晶体的结构特征分子间作用力只有范德华力——干冰(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。议一议1．分子晶体中一定有共价键吗？分子晶体熔化时破坏共价键吗？答案　不一定，如稀有气体晶体中只有分子间作用力而无共价键。分子晶体熔化时只破坏分子间作用力，不破坏共价键。2．分子晶体能否导电？在什么条件下可以导电？答案　由于构成分子晶体的粒子是分子，不管是晶体或晶体熔化成的液体，都没有带电荷的离子存在，因此，分子晶体以及它熔化成的液体都不导电。分子晶体溶于水时，水溶液有的能导电，如HCl溶于水；有的不导电，如C2H5OH溶于水。3．二氧化硅和二氧化碳的熔、沸点为何相差很大？答案　SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，熔化时破坏的分别为共价键和分子间作用力，故SiO2熔、沸点高，而CO2熔、沸点低。三、混合晶体——石墨晶体1．晶体模型2．结构特点——二维网状结构(1)在石墨的二维结构平面内，每个碳原子以C—C键与3个碳原子结合，形成六元环层。n(2)石墨具有导电性，但具有一定的方向性。(3)层与层之间靠范德华力维系。3．晶体类型石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。4．性质熔点很高、质软、易导电等。议一议1．石墨晶体不属于原子晶体，但石墨的熔点为什么高于金刚石？石墨晶体为什么具有导电性？答案　石墨晶体为层状结构，同层内碳原子以共价键结合成平面网状结构，C—C键的键长比金刚石中C—C键的键长短，键能大，所以石墨的熔、沸点高。石墨晶体中每个C原子未参与杂化的轨道中含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的大π键，由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此沿石墨平面的方向导电性强。2．石墨层状结构中，平均每个正六边形占有的C原子数和C—C键数各是多少？每一层中碳原子数与C—C键数之比为多少？答案　2、3、2∶3。石墨层状结构中每个C原子为三个正六边形共有，即对每个六边形贡献个C原子，所以每个正六边形占有C原子数目为×6＝2(个)。每个C—C键为2个正六边形所共用，所以平均每个正六边形拥有3个C—C键。由于石墨晶体中每个C原子与3个C原子形成共价键，而每个C—C键为2个C原子共有，所以对应于1个C原子的C—C键为3/2个。所以每一层中碳原子数与C—C键数之比为2∶3。一、范德华力和氢键对物质性质的影响范德华力、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作用力已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性很强的原子之间的静电作用原子间通过共用电子对所形成的相互作用作用微粒分子H与N、O、F原子特征无方向性和饱和性有方向性和饱和性有方向性和饱和性n强度共价键>氢键>范德华力影响强度的因素　①随分子极性的增大而增大②组成和结构相似的分子构成的物质，相对分子质量越大，范德华力越大对于X—H…Y，X、Y的电负性越大，Y原子的半径越小，作用越强成键原子半径和共用电子对数目。键长越短，键能越大，共价键越稳定对物质性质的影响　①影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质②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CF4H2S②分子内存在氢键时，降低物质的熔、沸点共价键键能越大，分子稳定性越强特别提醒　(1)氢键和范德华力都属于分子间作用力，分子间作用力的作用远小于化学键的键能，氢键不是化学键。(2)分子间作用力主要影响由分子构成的物质的物理性质，而化学键主要影响物质的化学性质。(3)只有分子间距离接近到一定程度时才有分子间作用力。(4)某些分子的分子间作用力包含范德华力和氢键，所以分子间作用力不等价于范德华力。例1　下列物质的性质可用范德华力的大小来解释的是(　　)A．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱B．F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点依次升高C．、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱D．CH3—O—CH3、C2H5OH的沸点依次升高解析　HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱是由于HX键键能依次减小。F2、Cl2、Br2、I2的相对分子质量依次增大，分子间的范德华力也依次增大，所以其熔、沸点也依次增大。、H—O—H、C2H5—OH中—OH上氢原子的活泼性依次减弱，与O—H键的极性有关。CH3—O—CH3的沸点比C2H5OH的低是由于C2H5OH分子间形成氢键而增大了分子间作用力。答案　B规律总结　分子间作用力对物质性质的影响(1)对物质熔、沸点的影响：一般来说，组成和结构相似的分子构成的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高。(2)对物质溶解度的影响：物质与水分子间的作用力越大，物质在水中的溶解度越大。变式训练1　下列现象与氢键有关的是(　　)①HF的熔、沸点比ⅦA族其他元素氢化物的高n②小分子的醇、羧酸可以和水以任意比互溶③冰的密度比液态水的密度小④氨气极易溶于水⑤邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低⑥水分子高温下也很稳定A．①②③④⑤⑥B．①②③④⑤C．①②③④D．①②③答案　B解析　①因第ⅦA族中，F的非金属性最强，HF中分子之间存在氢键，则HF的熔、沸点比ⅦA族其他元素氢化物的高，故①正确；②小分子的醇、羧酸与水分子之间能形成氢键，则可以和水以任意比互溶，故②正确；③冰中存在氢键，其体积变大，则相同质量时冰的密度比液态水的密度小，故③正确；④氨气与水分子都是极性分子，氨气与水分子间存在氢键，所以氨气极易溶于水，故④正确；⑤对羟基苯甲酸易形成分子之间氢键，而邻羟基苯甲酸形成分子内氢键，所以邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低，故⑤正确；⑥水分子高温下也很稳定，其稳定性与化学键有关，而与氢键无关，故⑥错误；故选B。二、几种不同类型的晶体1．几种类型的晶体结构和性质对比晶体类型离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体结构构成微粒阴、阳离子原子分子金属阳离子、自由电子微粒间作用力离子键共价键范德华力、氢键金属键性质熔、沸点较高很高较低有高、有低硬度较大很大较小有高、有低导电性熔融状态或水溶液能导电不导电熔融不导电、溶于水有的导电有的不导电良导体典型实例NaOH、NH4Cl金刚石、二氧化硅P4、干冰、冰钠、铝、铁等或合金2.分类比较晶体的熔、沸点(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。n金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，如汞、镓、铯等熔、沸点很低，金属晶体一般不参与比较。(2)原子晶体由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如熔点：金刚石＞石英＞碳化硅＞硅。(3)离子晶体一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高。如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。(4)分子晶体①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常得高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。②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，如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4，F2＜Cl2＜Br2＜I2。③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。例2　现有几组物质的熔点(℃)数据：A组B组C组D组金刚石：3550Li：181HF：－83NaCl硅晶体：1410Na：98HCl：－115KCl硼晶体：2300K：64HBr：－89RbCl二氧化硅：1732Rb：39HI：－51MgO：2800据此回答下列问题：(1)由表格可知，A组熔点普遍偏高，据此回答：①A组属于________晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是________。②硅的熔点低于二氧化硅，是由于_____________________________________。③硼晶体的硬度与硅晶体相对比：______________________________________。(2)B组晶体中存在的作用力是________，其共同的物理性质是________(填序号)，可以用________理论解释。①有金属光泽②导电性③导热性④延展性(3)C组中HF熔点反常是由于____________________________________________________________________________________________________________________________。(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。①硬度小②水溶液能导电③固体能导电④熔融状态能导电n(5)D组晶体中NaCl、KCl、RbCl的熔点由高到低的顺序为____________________，MgO晶体的熔点高于三者，其原因解释为__________________________________________________________________________________________________________________________。解析　(1)A组由非金属元素组成，熔点最高，属于原子晶体，熔化时需破坏共价键。由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高，硬度大。(2)B组都是金属，存在金属键，具有金属晶体的性质，可以用“金属键理论”解释相关物理性质。(3)C组卤化氢晶体属于分子晶体，HF熔点高是由于分子之间形成氢键。(4)D组是离子化合物，熔点高，具有离子晶体的性质。(5)晶格能与离子电荷数和离子半径有关，所带电荷越多，半径越小，晶格能越大，晶体熔点越高。答案　(1)①原子　共价键　②Si—Si键键能小于Si—O键键能　③硼晶体的硬度大于硅晶体　(2)金属键　①②③④　金属键　(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)　(4)②④　(5)NaCl＞KCl＞RbCl　MgO晶体为离子晶体，离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，熔点越高规律方法　晶体类型的5种判断方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断①离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。②原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。③分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。④金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。(2)依据物质的分类判断①金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。③常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。④金属单质是金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断①离子晶体的熔点较高。②原子晶体熔点很高。③分子晶体熔点低。④金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。(4)依据导电性判断n①离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。②原子晶体一般为非导体。③分子晶体为非导体，但分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。④金属晶体是电的良导体。(5)依据硬度和机械性能判断①离子晶体硬度较大、硬而脆。②原子晶体硬度大。③分子晶体硬度小且较脆。④金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。注意　(1)常温下为气态或液态的物质，其晶体应属于分子晶体(Hg除外)。(2)石墨属于混合晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10－10m，比金刚石中碳碳共价键的键长(键长为1.54×10－10m)短，所以熔、沸点高于金刚石。(3)AlCl3晶体中虽含有金属元素，但属于分子晶体，熔、沸点低(熔点190℃)。(4)合金的硬度比其成分金属大，熔、沸点比其成分金属低。变式训练2　有A、B、C三种晶体，分别由H、C、Na、Cl四种元素中的一种或几种组成，对这三种晶体进行实验，结果如表：序号熔点/℃硬度水溶性导电性水溶液与Ag＋反应A811较大易溶水溶液或熔融导电白色沉淀B3500很大不溶不导电不反应C－114.2很小易溶液态不导电白色沉淀(1)晶体的化学式分别为A______________、B__________________、C____________。(2)晶体的类型分别是A______________、B_________、C____________。(3)晶体中微粒间作用力分别是A________、B____________、C________。答案　(1)NaCl　C　HCl(2)离子晶体　原子晶体　分子晶体(3)离子键　共价键　范德华力解析　根据A、B、C所述晶体的性质可知，A为离子晶体，只能为NaCl，微粒间的作用力为离子键；B应为原子晶体，只能为金刚石，微粒间的作用力为共价键；C应为分子晶体，且易溶于水，只能为HCl，微粒间的作用力为范德华力。变式训练3　下列各组物质中，按熔点由低到高排列的是(　　)A．O2、I2、HgB．CO2、Al2O3、KClC．Na、K、RbD．H2S、H2Se、H2Ten答案　D解析　A项可联系三种物质在常温下的状态判断，O2为气体，I2为固体，Hg为液体，熔点应为O2Al3＋，Cl－>O2－且后者电荷数高于前者，可知Al2O3的熔点应高于KCl；C项碱金属的熔、沸点随核电荷数增大而降低；D项中三种物质为氧族元素的气态氢化物，它们的相对分子质量依次增大，范德华力依次增大，熔点依次升高。1．2015年7月31日，中国获得2022年冬奥会主办权，这将促进中国冰雪运动的发展。以下关于冰的说法正确的是(　　)A．等质量的0℃冰与0℃的水内能相同B．冰和可燃冰都是结晶水合物C．冰和干冰、水晶的空间结构相似D．氢键影响冰晶体的体积大小答案　D解析　A项，0℃的冰熔化成0℃水，要吸收热量，内能增加，则0℃的冰的内能比等质量的0℃的水的内能小，故A错误；B项，“可燃冰”的化学式为CH4·8H2O，它是一种结晶水合物，冰是水的固态形式，不是含有结晶水的物质，不属于水合物，故B错误；C项，冰为V型，干冰为直线型、水晶为原子晶体，空间结构为网状结构，它们的空间构型不相似，故C错误；D项，冰中的氢键比液态水中的强，使得水分子排列得很规则，造成体积膨胀，所以氢键影响冰晶体的体积大小，故D正确。2．科学家将石墨在氟磺酸中“溶解”制得石墨烯(即单层石墨)，该溶解克服了石墨层与层之间的(　　)A．范德华力B．离子键C．共价键D．金属键答案　A解析　石墨烯是分子晶体，石墨层和石墨层之间为分子间作用力，故将石墨在氟磺酸中“溶解”制得石墨烯(即单层石墨)，该溶解克服了石墨层与层之间的分子间作用力即范德华力，故选A。3．下列两组命题中，Ⅱ组中命题正确，且能用Ⅰ组中的命题加以解释的是(　　)选项Ⅰ组Ⅱ组A相对分子质量：HCl>HF沸点：HCl高于HFB键能：H—O>H—S沸点：H2O高于H2SC分子间作用力：稳定性：H2O强于H2SnH2O>H2SD相对分子质量：HI>HCl沸点：HI高于HCl答案　D解析　由于相对分子质量：HCl>HF，所以范德华力：HCl>HF，但HF分子间存在氢键，而HCl分子间不存在氢键，所以沸点HCl低于HF，A中Ⅱ命题不正确；由于原子半径：OH—S键，但沸点与共价键的键能无关，H2O分子间存在氢键，所以沸点H2O高于H2S，B中命题Ⅰ不能解释命题Ⅱ；由于相对分子质量：H2S>H2O，所以范德华力：H2S>H2O，但H2O分子间存在氢键，所以分子间作用力：H2O>H2S，由于键能：H—O>H—S键，所以稳定性H2O强于H2S，分子的稳定性与分子间作用力无关，所以C中命题Ⅰ不能解释命题Ⅱ；由于相对分子质量：HI>HCl，所以范德华力：HI>HCl，沸点：HI高于HCl，命题Ⅰ能解释命题Ⅱ。4．据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60。已知：①N60分子中每个氮原子均以N—N键结合三个N原子而形成8电子稳定结构；②N—N键的键能为167kJ·mol－1。请回答下列问题。(1)N60分子组成的晶体为______晶体，其熔、沸点比N2______(填“高”或“低”)，原因是______________________________________________________。(2)1molN60分解成N2时吸收或放出的热量是______________kJ(已知N≡N键的键能为942kJ·mol－1)，表明稳定性N60____(填“＞”、“＜”或“＝”)N2。(3)由(2)列举N60的用途(举一种)_______________。答案　(1)分子　高　N60和N2都是分子晶体，N60相对分子质量大于N2，所以N60的熔、沸点比N2高　(2)放出热量13230　＜　(3)N60分解为N2时释放大量的能量，可用作高能炸药和火箭推进剂等解析　(1)N60晶体的构成微粒为分子，所以属于分子晶体；分子晶体中结构和组成相似，其相对分子质量越大熔、沸点越高，N60和N2都是分子晶体，N60相对分子质量大于N2，所以N60的熔、沸点比N2高。(2)每个N原子均以氮氮单键结合三个氮原子，每个氮氮键被2个氮原子共用，每个氮原子有1.5个氮氮键，1个N60分子的结构中含有90个N—N键，则1molN60的总键能为167kJ·mol－1×90mol＝15030kJ，生成30molNN键的键能为942kJ·mol－1×30mol＝28260kJ，则反应放出能量为28260kJ－15030kJ＝13230kJ,1molN60分解成N2时放出热量13230kJ，N60能量高，所以稳定性N60＜N2。(3)N60分解为N2时释放大量的能量，可用作高能炸药和火箭推进剂等。5．请回答下列问题(1)硅烷(SinH2n＋2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如下图所示，呈现这种变化关系的原因是__________________。n(2)H2O分子内的OH键、分子间的范德华力和氢键从强到弱依次为______________________。的沸点比的沸点低，原因是_____________________________________________________________________________________________。(3)乙二胺(H2N—CH2—CH2—NH2)和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺，但乙二胺比三甲胺的沸点高的多，原因是____________________________________________________。(4)下图中A、B、C、D四条曲线分别表示第ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素的气态氢化物的沸点，其中表示第ⅥA族元素气态氢化物的沸点的曲线是________，表示第ⅣA族元素气态氢化物的沸点的曲线是________。同一主族中第3、4、5周期元素的气态氢化物的沸点依次升高，其原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。曲线A、B、C中第2周期元素的气态氢化物的沸点显著高于第3周期元素的气态氢化物的沸点，其原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)硅烷的结构和组成相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高n(2)O—H键＞氢键＞范德华力　形成的是分子内的氢键，而可形成分子间的氢键，分子间氢键使分子间的作用力增大，沸点升高　(3)乙二胺分子间可以形成氢键，三甲胺分子间不能形成氢键　(4)A　D　组成和结构相似，随着相对分子质量的增大，范德华力依次增强，故沸点依次升高　分子间存在氢键解析　(1)硅烷的结构和组成相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高。(2)化学键是相邻两个或多个原子之间强烈的相互作用；分子间的范德华力和氢键均属于分子间作用力的范畴，但氢键要强于分子间的范德华力，所以它们从强到弱的顺序依次为O—H键、氢键、范德华力。对羟基苯甲醛易形成分子间氢键，邻羟基苯甲醛易形成分子内氢键，分子间氢键使分子间作用力增大，所以对羟基苯甲醛的沸点比邻羟基苯甲醛的高。(4)每个水分子可与其他4个水分子形成氢键，故沸点最高，因此曲线A表示第ⅥA族元素气态氢化物的沸点；第ⅣA族元素的氢化物都为非极性分子，分子间作用力只有范德华力，不存在氢键，只有曲线D中第2周期元素的气态氢化物中不存在氢键，沸点较低；同一主族中第3、4、5周期元素的气态氢化物中不存在氢键，分子间作用力只有范德华力，组成和结构相似的物质随着相对分子质量的增大，范德华力依次增强，故沸点依次升高；曲线A、B、C中第2周期元素的气态氢化物中存在分子间氢键，所以沸点较高。[基础过关]一、化学键、氢键、范德华力的综合应用1．下列曲线表示卤族元素某种性质随核电荷数的变化趋势，正确的是(　　)答案　A解析　F、Cl、Br的电负性依次减小，A正确；F没有正价，B不正确；HF分子间存在氢键，是卤化氢中沸点最高的，C不正确；F2、Cl2、Br2的相对分子质量增大，熔点升高，D不正确。n2．将下列晶体熔化：NaOH、SiO2、CaO、CCl4，需要克服的微粒间的相互作用①共价键、②离子键、③分子间作用力，正确的顺序是(　　)A．②①②③B．①②②③C．②③②①D．①①②③答案　A解析　NaOH和CaO属于离子晶体，熔化时需要克服的是离子键；SiO2属于原子晶体，熔化时需要克服的是共价键；CCl4属于分子晶体，熔化时需要克服的是分子间作用力；故选A。3．在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中，被破坏的作用力依次是(　　)A．范德华力、范德华力、范德华力B．范德华力、范德华力、共价键C．范德华力、共价键、共价键D．共价键、共价键、共价键答案　B解析　“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气”属于石蜡的“三态”之间的转化，转化的过程中要克服分子间作用力；“石蜡蒸气→裂化气”属于化学变化，必然要破坏化学键(共价键)，故选B。4．下列几种氢键：①O—H…O、②N—H…N、③F—H…F、④O—H…N，按氢键从强到弱的顺序正确的是(　　)A．③＞①＞④＞②B．①＞②＞③＞④C．③＞②＞①＞④D．①＞④＞③＞②答案　A解析　F、O、N三种元素的非金属性依次减弱，所以电负性依次减小，所以F—H、O—H、N—H结合非金属的能力依次减弱，因此氢键的强弱顺序为F＞O＞N；对于O—H…N，N—H…N的比较，可以从得电子的能力来看，由于O的得电子能力大于N，因此O—H的电子云与N—H的电子云相比，O—H的电子云更偏向O，远离H，因此在O—H…N、N—H…N的氢键中，N—H…N的氢键更弱些，故选A。二、分子晶体的结构与性质5．下列物质呈固态时，一定属于分子晶体的是(　　)A．非金属单质B．非金属氧化物C．含氧酸D．金属氧化物答案　C解析　非金属单质中的金刚石、非金属氧化物中的SiO2均为原子晶体；而金属氧化物通常为离子化合物，属离子晶体。故C正确。6．下表所列物质晶体的类型全部正确的一组是(　　)n晶体类型选项　　原子晶体离子晶体分子晶体A氮化硅磷酸单质硫B单晶硅碳酸氢铵水银C金刚石烧碱冰D铁尿素冰醋酸答案　C解析　A项，磷酸的构成微粒是分子，所以磷酸属于分子晶体，故A错误；B项，单晶硅的构成微粒是原子，所以属于原子晶体，碳酸氢铵的构成微粒是阴、阳离子，所以属于离子晶体，水银的构成微粒是金属阳离子和自由电子，属于金属晶体，故B错误；C项，金刚石的构成微粒是原子，所以属于原子晶体，烧碱的构成微粒是阴、阳离子，所以属于离子晶体，冰的构成微粒是分子，所以属于分子晶体，故C正确；D项，铁的构成微粒是金属阳离子和自由电子，所以属于金属晶体，尿素的构成微粒是分子，属于分子晶体，冰醋酸的构成微粒是分子，属于分子晶体，故D错误。7．下列各组物质中，熔点由高到低的是(　　)A．HI、HBr、HCl、HFB．CI4、CBr4、CCl4、CF4C．Rb、K、Na、LiD．、、　CH3CH2CH2CH2CH3答案　B8．下表列出了有关晶体的说明，其中有错误的是(　　)选项晶体名称组成的晶体微粒晶体内存在的结合力A碘化钾阴、阳离子离子键B干冰分子范德华力C氖原子共价键D二氧化硅原子共价键答案　C解析　A项，碘化钾为离子晶体，组成微粒为离子，组成晶体粒子间的结合力为离子键，故A正确；B项，干冰为分子晶体，组成微粒为分子，分子之间的结合力为范德华力，也叫做分子间作用力，故B正确；Cn项，氖晶体属于分子晶体，其晶体内存在的作用力为范德华力，不是共价键，故C错误；D项，二氧化硅为原子晶体，组成微粒为原子，组成晶体粒子间的结合力为共价键，故D正确。9．中学教材上介绍的干冰晶体是立方面心结构，如图所示，即每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2分子，在每个CO2周围距离a(其中a为立方体棱长)的CO2有(　　)A．4个B．8个C．12个D．6个答案　C解析　如图在每个CO2周围距离a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有8×(3×)＝12个。10．水分子间可通过氢键彼此结合而形成(H2O)n，在冰中n值为5，即每个水分子被其他4个水分子包围形成变形四面体，如图所示为(H2O)5单元，由无限个这样的四面体通过氢键构成一个庞大的分子晶体，即冰。下列有关叙述正确的是(　　)A．1mol冰中含有4mol氢键B．1mol冰中含有4×5mol氢键C．平均每个水分子只含有2个氢键D．平均每个水分子只含有个氢键答案　C解析　由图可知，每个水分子(处于四面体的中心)与4个水分子(处于四面体的四个顶角)形成四个氢键，因为每个氢键都是由2个水分子共同形成的，所以每个水分子形成的氢键个数为4×＝2。[能力提升]n11．如图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是NaCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分。下列5种物质：A.P4(白磷)，B.SiO2，C.CaCl2，D.Ca(OH)2，E.NaF，固态下都为晶体，回答下列问题：(填字母编号)(1)熔化时破坏的化学键与①相同的有________。(2)其中与②晶体类型相同的有__________，它们属于______晶体。(3)与③晶体类型相同的有________，熔化时需要破坏________作用力。(4)分析对比②④晶体，硬度较大的是__________(填数字编号，下同)。(5)①②③三种晶体中，熔点由高到低的排列顺序为____________________。答案　(1)CDE　(2)B　原子　(3)A　分子间　(4)②　(5)②①③解析　(1)图中①属于氯化钠的结构图，氯化钠熔化时破坏离子键，含有离子键的化合物为C.CaCl2，D.Ca(OH)2，E.NaF。(2)图中②是金刚石的结构图，属于原子晶体，二氧化硅也属于原子晶体。(3)图中③属于二氧化碳的结构图，二氧化碳属于分子晶体，熔化时破坏分子间作用力，白磷也是分子晶体，则属于分子晶体的是A。(4)图中④属于石墨的结构图，石墨属于混合晶体，晶体中存在层状结构，层与层之间能发生滑动，所以石墨的硬度较小，金刚石属于原子晶体硬度很大。(5)熔点的一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体，则熔点由高到低的排列顺序为②①③。12．请回答下列各题：(1)写出下列物质性质的变化规律与哪种作用有关。①HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱：_______________________________________________________________________________________________________________。②He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn等稀有气体单质的熔点和沸点逐渐升高：_______________________________________________。③沸点：：______________________________n________________________________________________________________________。④熔点：：______________________________________________________________________________________________________。(2)H、C、O的原子可共同形成多种分子，写出其中一种能形成同种分子间氢键的物质名称________________________________________________________________________。(3)用氢键表示式写出HF溶液中存在的所有氢键_____________________________________________________________________________________________________________。(4)关于化合物，下列叙述正确的有________。A．分子间可形成氢键B．分子中既有极性键又有非极性键C．分子中有7个σ键和1个π键(5)BF3与一定量水形成(H2O)2·BF3(Q)晶体在一定条件下可转化为R：H2O…晶体Q中各种微粒间的作用力不涉及____________(填序号)。a．离子键　b．共价键　c．配位键　d．金属键　e．氢键　f．范德华力答案　(1)①与化学键有关，键能逐渐减小，热稳定性逐渐减弱　②与范德华力有关，且范德华力逐渐增强　③与范德华力有关，且范德华力逐渐减弱　④与氢键有关，邻硝基苯酚形成分子内氢键，间硝基苯酚和对硝基苯酚形成分子间氢键(2)乙酸或乙醇等(3)F—H…F、F—H…O、O—H…F、O—H…O　(4)B　(5)ad解析　(1)决定分子(包括稀有气体单质)的稳定性的因素通常有化学键的强弱，而决定物质熔、沸点高低的因素通常有分子间作用力的大小等。把物质的组成、性质与相互作用相联系，便可找到对应关系。n(2)氢键表示为X—H…Y，其中X、Y是F、O、N中的任一元素，所以分子间形成氢键的物质中含有O—H键、N—H键或F—H键，可以是醇、羧酸或胺等。(3)HF与HF之间、H2O与H2O之间及HF与H2O相互之间均能形成氢键。(4)分子中不存在与电负性很强、原子半径小的元素相连的H原子，所以不存在氢键，故A不正确；分子中碳碳键是非极性键，碳氢键、碳氧键是极性键，B正确；分子中有3个碳碳σ键、2个碳氧σ键、4个碳氢σ键，2个碳氧π键和1个碳碳π键，共有9个σ键和3个π键，故C不正确。(5)由Q的结构式可知，Q分子中存在O…H氢键、O—B配位键、O—H和B—F共价键，还有Q分子间的分子间作用力。[拓展探究]13．在我国南海300～500m海底深处沉积物中存在着大量的“可燃冰”，其主要成分为甲烷水合物。在常温、常压下它会分解成水和甲烷，因而得名。请回答下列问题：(1)甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是__________(填字母)。A．甲烷晶胞中的球只代表一个C原子B．晶体中1个CH4分子中有12个紧邻的CH4分子C．CH4熔化时需克服共价键D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子(2)水在不同的温度和压强条件下可以形成多种不同结构的晶体，冰晶体结构有多种。其中冰Ⅶ的晶体结构如下图所示。①在酸性溶液中，水分子容易得到一个H＋，形成水合氢离子(H3O＋)，水分子能与H＋形成配位键，其原因是在氧原子上有________________。②上述冰晶体中每个水分子与周围________个水分子以氢键结合，该晶体中1mol水形成________mol氢键。③实验测得冰中氢键的作用力为18.5kJ·mol－1，而冰的熔化热为5.0kJ·mol－1，这说明________________________________________________________________________n________________________________________________________________________。(3)氨气极易溶于水的原因之一是与氢键有关。请判断：NH3溶于水后，形成的NH3·H2O的合理结构是________(填字母序号)。(4)用x、y、z分别表示H2O、H2S、H2Se的沸点(℃)，则x、y、z的大小关系是______________，其判断依据是__________________________________________________________。答案　(1)B(2)①孤电子对　②4　2　③冰熔化为液态水时只破坏了一部分氢键，液态水中仍存在氢键　(3)b(4)x>z>y　水分子间可以形成氢键，H2Se的相对分子质量大于H2S，故有沸点：H2O>H2Se>H2S解析　(1)CH4是分子晶体，熔化时克服范德华力。晶胞中的球体代表的是一个甲烷分子，并不是一个C原子。以该甲烷晶胞分析，位于顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在面上，因此每个都被共用2次，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×＝12(个)。甲烷晶胞属于面心立方晶胞，该晶胞中甲烷分子的个数为8×＋6×＝4(个)。(2)①H2O分子能与H＋形成配位键，其原因是在O原子上有孤电子对，H＋有空轨道。②观察图示晶体结构可知，该水分子与周围4个水分子以氢键结合，每2个水分子间形成1个氢键，故1mol水可形成4mol×＝2mol氢键。③冰中氢键的作用力为18.5kJ·mol－1，而冰的熔化热为5.0kJ·mol－1，说明冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，并且液态水中仍存在氢键。(3)由电离方程式NH3·H2ONH＋OH－，可知b图符合NH3·H2O的结构。(4)水分子间存在氢键，H2Se与H2S分子间不存在氢键，但H2Se的相对分子质量大于H2S相对分子质量，H2Se分子间范德华力大于H2S分子间范德华力。