分子間作用力分子晶體

一、分子間作用力1.分子間作用力:靜電作用范德華力氫鍵弱物理2.范德華力:概念存在于分子之間的一種作用力,普遍存在于固體、液體和氣體分子之間特征作用力很弱,約比化學(xué)鍵鍵能小1～2個數(shù)量級。無________和_______影響因素①分子的大小、空間構(gòu)型及分子中電荷分布是否均勻。②___________相似的分子,相對分子質(zhì)量越大,范德華力_____對物質(zhì)性質(zhì)的影響范德華力主要影響物質(zhì)的物理性質(zhì),如熔點、沸點;范德華力越大,物質(zhì)的熔、沸點_____方向性飽和性結(jié)構(gòu)和組成越大越高3.氫鍵:形成過程電負(fù)性大、半徑較小共價鍵電負(fù)性大、半徑較小表示方法通常用________(X、Y通常是________等)表示特點①化學(xué)鍵的鍵能?_____>范德華力②氫鍵具有一定的_______和_______分類___________和___________對物質(zhì)性質(zhì)的影響X—H…YN、O、F氫鍵方向性飽和性分子內(nèi)氫鍵分子間氫鍵升高降低電離、溶解二、分子晶體概念_____之間通過_____________結(jié)合形成的晶體構(gòu)成微粒_____微粒間作用力_____________物理特性硬度_____,熔點_____分子分子間作用力分子分子間作用力較小較低實例(1)所有_____________(2)部分___________(3)部分_____________(4)幾乎所有的___(5)絕大多數(shù)_______的晶體,如苯、乙醇等非金屬氫化物非金屬單質(zhì)非金屬氧化物酸有機物【自我小測】1.思考辨析:(1)分子間作用力是化學(xué)鍵的一種。(

)分析:×。分子間作用力較小,不屬于化學(xué)鍵。(2)相對分子質(zhì)量越大,分子間作用力越大,熔沸點越高,所以硫化氫的熔、沸點大于水。(

)分析:×。水中不僅存在范德華力,還存在氫鍵,所以水的熔、沸點大于硫化氫。(3)分子晶體的熔、沸點一定比金屬晶體的低。(

)分析:×。分子晶體的熔、沸點不一定比金屬晶體的低,如碘的熔點比汞的高。(4)并不是所有的分子中都存在共價鍵,但所有的分子晶體中都存在分子間作用力。(

)分析:√。并不是所有的分子中都有共價鍵,如稀有氣體,但是所有分子晶體中都有分子間作用力。(5)存在氫鍵的分子的熔、沸點比一般分子的高。(

)分析:×。分子間氫鍵的存在會導(dǎo)致物質(zhì)的熔、沸點升高,但是分子內(nèi)氫鍵的存在會降低物質(zhì)的熔、沸點。(6)分子晶體熔化時,只破壞分子間作用力,不破壞分子內(nèi)的化學(xué)鍵。(

)分析:√。分子晶體熔化時,只是分子間的距離變大,分子并沒有變化,所以不破壞分子內(nèi)的化學(xué)鍵。2.下列晶體中,不是分子晶體的是(

)A.氯化銨B.硫酸C.氦氣 D.三氧化硫【解析】選A。A項中晶體的組成微粒為陰、陽離子,因此氯化銨不是分子晶體。3.下列物質(zhì)中分子間能形成氫鍵的是(

)A.N2

B.HBr

C.NH3

D.H2S【解析】選C。電負(fù)性大的元素與H形成的化合物可以形成氫鍵。4.下列變化中,吸收熱量是用于克服分子間作用力的是(

)A.加熱金屬鐵使之熔化B.加熱晶體碘使之變成蒸氣C.加熱碘化氫使之分解D.加熱金剛石使之熔化【解析】選B。鐵屬于金屬晶體,熔化時克服金屬鍵,故A錯誤;碘單質(zhì)的晶體屬于分子晶體,加熱晶體碘使之變成蒸氣克服分子間作用力,故B正確;加熱碘化氫使之分解克服的是共價鍵,故C錯誤;加熱金剛石使之熔化,克服的是共價鍵,故D錯誤。5.(SJ·P60改編)下列有關(guān)氫鍵的因果說法中,正確的是(

)原因結(jié)果A氫鍵比分子間作用力強它屬于化學(xué)鍵B存在分子內(nèi)氫鍵物質(zhì)的熔點和沸點升高C氨氣分子與水分子之間形成氫鍵氨氣的溶解度較大D存在分子內(nèi)氫鍵鄰羥基苯甲醛的熔點比對羥基苯甲醛的熔點高【解析】選C。氫鍵屬于分子間作用力,它比化學(xué)鍵弱;分子內(nèi)氫鍵的存在可以降低物質(zhì)的熔、沸點;由于氨氣分子與水分子之間可以形成氫鍵,因此氨氣的溶解度較大;鄰羥基苯甲醛存在分子內(nèi)氫鍵,因此它的熔、沸點比對羥基苯甲醛的熔點低。一、分子間作用力1.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已經(jīng)與電負(fù)性很強的原子形成共價鍵的氫原子與另一個電負(fù)性很強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、有飽和性范德華力氫鍵共價鍵強度比較共價鍵>氫鍵>范德華力影響強度的因素①隨著分子極性的增大而增大②組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),相對分子質(zhì)量越大,范德華力越大A—H…B中A、B的電負(fù)性越大,B原子的半徑越小,氫鍵越牢固成鍵原子半徑越小,鍵長越短,鍵能越大,共價鍵越穩(wěn)定范德華力氫鍵共價鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響影響物質(zhì)的熔、沸點、溶解度等物理性質(zhì)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>PH3①影響分子的穩(wěn)定性②共價鍵鍵能越大,分子穩(wěn)定性越強2.范德華力對物質(zhì)性質(zhì)的影響:(1)對物質(zhì)熔、沸點的影響。一般來說,組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì),相對分子質(zhì)量越大,范德華力越大,物質(zhì)的熔、沸點通常越高。如熔、沸點:I2>Br2>Cl2>F2,Rn>Xe>Kr>Ar>Ne>He。(2)對物質(zhì)溶解性的影響。如在273K、101kPa時,氧氣在水中的溶解度(0.049cm3·L-1)比氮氣在水中的溶解度(0.024cm3·L-1)大,就是因為O2與水分子之間的范德華力比N2與水分子之間的范德華力大所導(dǎo)致的。3.氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響:(1)對物質(zhì)熔、沸點的影響。①某些氫化物分子間存在氫鍵,如H2O、NH3,HF等,會使其在同主族氫化物中沸點反常,如H2O>H2Te>H2Se>H2S。②當(dāng)氫鍵存在于分子內(nèi)時,它對物質(zhì)性質(zhì)的影響與分子間氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)產(chǎn)生的影響是不同的。鄰羥基苯甲醛的氫鍵存在于分子內(nèi)部,對羥基苯甲醛存在分子間氫鍵,因此對羥基苯甲醛的熔點、沸點分別比鄰羥基苯甲醛的熔點、沸點高。(2)對物質(zhì)密度的影響。氫鍵的存在,會使某些物質(zhì)的密度出現(xiàn)反常,如液態(tài)水變?yōu)楸?密度會變小。(3)對物質(zhì)溶解度的影響。如NH3極易溶于水,甲醇、乙醇、甘油、乙酸等能與水混溶,就是因為它們與水形成了分子間氫鍵。(4)氫鍵對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響。氫鍵的存在使一些物質(zhì)具有一些特殊結(jié)構(gòu),如冰晶體的孔穴結(jié)構(gòu)、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)等?！踞槍τ?xùn)練】1.(2015·銀川高二檢測)下列說法不正確的是(

)A.分子間作用力是分子間相互作用力的總稱B.分子間氫鍵的形成對物質(zhì)的溶解度有影響C.分子間有氫鍵必有范德華力D.氫鍵是一種特殊的化學(xué)鍵,它廣泛地存在于自然界中【解題指南】解答本題時要注意以下兩點:(1)分子間作用力包括氫鍵和范德華力,它們影響物質(zhì)的物理性質(zhì)。(2)范德華力普遍存在于分子中,氫鍵只存在于一些特殊的物質(zhì)中。【解析】選D。分子間作用力是分子間相互作用力的總稱,A正確;范德華力是分子與分子間的相互作用力,而氫鍵是分子間比范德華力稍強的作用力,它們可以同時存在于分子之間,C正確;分子間氫鍵的形成除使物質(zhì)的熔、沸點升高外,對物質(zhì)的溶解度等也有影響,B正確;氫鍵不是化學(xué)鍵,化學(xué)鍵是原子與原子間強烈的相互作用,D錯誤。2.(2015·黃山高二檢測)下列屬于分子晶體性質(zhì)的是(

)A.固體中含有共價鍵B.能溶于CS2,熔點112.8℃,沸點444.6℃C.熔點1400℃,可作半導(dǎo)體材料,難溶于水D.由原子構(gòu)成,質(zhì)軟,導(dǎo)電【解題指南】解答本題需注意以下兩點:(1)掌握分子晶體的物理性質(zhì):低熔點、易升華、硬度小,一般不導(dǎo)電;(2)分子晶體中可能含有共價鍵,含有共價鍵的固體不一定是分子晶體。【解析】選B。分子晶體中不一定含有共價鍵,A錯誤;分子晶體熔點一般比較低,C錯誤;分子晶體由分子構(gòu)成,一般不導(dǎo)電,D錯誤。【方法規(guī)律】分子晶體的判斷方法(1)依據(jù)組成晶體的微粒和微粒間的作用力判斷:組成分子晶體的微粒是分子,微粒間的作用力是分子間作用力。(2)依據(jù)物質(zhì)的分類判斷:大多數(shù)非金屬單質(zhì)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物、酸、絕大多數(shù)有機化合物形成的晶體是分子晶體。(3)依據(jù)晶體的熔、沸點判斷:分子晶體的熔、沸點較低。(4)依據(jù)熔融狀態(tài)下是否導(dǎo)電判斷:分子晶體在熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電?！狙a償訓(xùn)練】1.下列現(xiàn)象與氫鍵有關(guān)的是(

)①HF的沸點比同主族其他元素的氫化物高②甲硫醇(CH3SH)比甲醇的沸點低③HBr在水中的溶解性很大④鄰羥基苯甲醛的熔、沸點比對羥基苯甲醛的低⑤H2O是一種非常穩(wěn)定的化合物A.①②④

B.全部C.①④⑤ D.①②③④【解析】選A。①是因為HF分子間存在氫鍵,②是因為甲醇分子間存在氫鍵,③是因為HBr與水的極性相同,④鄰羥基苯甲醛形成了分子內(nèi)氫鍵,對羥基苯甲醛形成了分子間氫鍵,⑤是因為水中的H—O鍵穩(wěn)定。2.下列敘述與分子間作用力無關(guān)的是(

)A.氣體物質(zhì)加壓或降溫時能凝結(jié)或凝固B.干冰易升華C.氟、氯、溴、碘單質(zhì)的熔沸點依次升高D.氯化鈉的熔點較高【解析】選D。NaCl的熔點高是因為NaCl晶體的晶格能較高,離子鍵較強。二、分子晶體的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)【自主導(dǎo)練】1.(2015·梧州高二檢測)冰是人類珍貴的淡水資源,在冰中每個水分子被4個水分子包圍形成變形的正四面體,通過氫鍵相互連接成龐大的冰晶體,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示:(1)1mol冰中有

mol“氫鍵”。(2)在冰的結(jié)構(gòu)中,每個水分子與相鄰的4個水分子以氫鍵相連接。在冰晶體中除氫鍵外,還存在范德華力(11kJ·mol-1)。已知冰的升華熱是51kJ·mol-1,則冰晶體中氫鍵的能量為

kJ·mol-1。(3)用x、y、z分別表示H2O、H2S、H2Se的沸點(℃),則x、y、z的大小關(guān)系是

,其判斷依據(jù)是

?！窘忸}指南】解答本題要注意以下兩點:(1)分子間作用力包括氫鍵和范德華力;(2)分子間氫鍵的存在使物質(zhì)的熔、沸點升高?！窘馕觥?1)由于1個水分子與4個水分子形成4個氫鍵,而每個氫鍵被兩個H2O分子共有,所以1mol冰中含有4×mol=2mol氫鍵。(2)氫鍵的能量為打開H…Y作用力需要的能量。1個冰晶體分子有兩個氫鍵,則鍵能為=20kJ·mol-1。(3)某些氫化物分子間存在氫鍵,如H2O、NH3、HF等,會使同主族氫化物沸點反常,如H2O>H2Te>H2Se>H2S。答案:(1)2

(2)20(3)x>z>y水分子間存在氫鍵,故沸點最高,硒化氫比硫化氫相對分子質(zhì)量大,分子間作用力大,故硒化氫沸點高【方法規(guī)律】影響物質(zhì)性質(zhì)的因素2.(2015·綏化高二檢測)下圖是干冰晶體的晶胞,由圖可知,每個CO2分子周圍距離相等且最近的CO2分子數(shù)目為(

)A.6

B.8

C.10

D.12【解析】選D。根據(jù)干冰結(jié)構(gòu)特點,干冰晶體是一種面心立方結(jié)構(gòu),每個CO2周圍等距離且最近的CO2有12個(同層4個,上層4個,下層4個)。【總結(jié)歸納】1.典型的分子晶體模型:單質(zhì)碘干冰冰晶胞或結(jié)核模型微粒間作用力范德華力范德華力范德華力和氫鍵晶胞微粒數(shù)44配位數(shù)1242.分子晶體的變化規(guī)律:(1)對于組成和結(jié)構(gòu)相似、晶體中不含氫鍵的物質(zhì)來說,隨著相對分子質(zhì)量的增大,范德華力增大,熔、沸點升高。如鹵素單質(zhì)、四鹵化碳、稀有氣體等。(2)同分異構(gòu)體中,支鏈越多,熔、沸點越低。如沸點:正戊烷>異戊烷>新戊烷。芳香烴及其衍生物的同分異構(gòu)體熔、沸點一般遵循“鄰位>間位>對位”的順序。3.易形成分子晶體的物質(zhì):(1)所有非金屬氫化物,如水、硫化氫、氨、過氧化氫、甲烷等。(2)部分非金屬單質(zhì),如鹵素X2、碘、氧氣、硫(S8)、氮氣(N2)、白磷(P4)、C60等。(3)部分非金屬氧化物,如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。(4)幾乎所有的酸,如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等。(5)絕大多數(shù)有機物,如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。【警示】分子晶體的注意問題(1)分子晶體可能由原子構(gòu)成,如稀有氣體。(2)分子晶體中含有物質(zhì)的分子,分子是形成晶體的粒子。(3)分子晶體的熔、沸點較低,一般熔、沸點的大小規(guī)律是原子晶體>離子晶體>分子晶體。金屬晶體的熔、沸點變化較大,要依據(jù)具體物質(zhì)來比較。(4)分子晶體熔化時,不破壞化學(xué)鍵,破壞的是分子間作用力?！踞槍τ?xùn)練】(2015·珠海高二檢測)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的C60是一種新的分子,它具有空心類足球的結(jié)構(gòu),被稱為“足球分子”。最近科學(xué)家又確認(rèn)存在著另一種“分子足球N60”,它與C60的結(jié)構(gòu)相似,在高溫或機械撞擊時,其積蓄的巨大能量會在一瞬間釋放出來。下列關(guān)于N60的說法中不正確的是(

)A.N60易溶于水B.N60是N2的一種同素異形體C.等物質(zhì)的量分解吸收的熱量N60>N2D.N60是共價鍵結(jié)合的空心球狀結(jié)構(gòu)【解析】選A。根據(jù)相似相溶原理,N60為非極性分子,水為極性分子,N60不易溶于水?！狙a償訓(xùn)練】如圖為硼分子的基本結(jié)構(gòu)單元,已知它為正二十面體,有二十個等邊三角形和一定數(shù)目的頂角,每一個頂點各有一個硼原子,通過觀察,此分子由

個硼原子構(gòu)成?！窘馕觥吭摼w的晶胞由二十個等邊三角形構(gòu)成,而每個等邊三角形有3個頂點,這樣共有20×3=60(個)頂點,但每個頂點又被相鄰的5個等邊三角形所共有,所以該晶胞實際擁有的頂點數(shù)應(yīng)為20×3×=12(個)。答案:12三、四種晶體類型的比較晶體類型離子晶體分子晶體原子晶體金屬晶體定義離子間通過離子鍵相結(jié)合而成的晶體分子間以分子間作用力相結(jié)合的晶體相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體金屬陽離子和自由電子以金屬鍵形成的晶體構(gòu)成粒子陰、陽離子分子原子金屬離子、自由電子晶體類型離子晶體分子晶體原子晶體金屬晶體粒子間作用力離子間肯定有離子鍵,可能有原子間的共價鍵分子間:分子間作用力?？赡苡蟹肿觾?nèi)共價鍵(稀有氣體例外)共價鍵金屬鍵代表物NaCl、NaOH、MgSO4干冰、I2、P4、H2O金剛石、SiC、晶體硅、SiO2鎂、鐵、金、鈉熔、沸點熔點、沸點較高熔點、沸點低熔點、沸點高熔點、沸點差異較大導(dǎo)熱性不良不良不良良好晶體類型離子晶體分子晶體原子晶體金屬晶體導(dǎo)電性固態(tài)不導(dǎo)電,熔化或溶于水導(dǎo)電固態(tài)和液態(tài)不導(dǎo)電,溶于水可能導(dǎo)電不導(dǎo)電。有的能導(dǎo)電,如晶體硅,但金剛石不導(dǎo)電良好硬度較大很小很大差異較大溶解性多數(shù)易溶于水等極性溶劑相似相溶難溶解難溶于水(鈉、鈣等與水反應(yīng))決定熔點、沸點高低的主要因素離子鍵強弱分子間作用力大小共價鍵強弱金屬鍵強弱【針對訓(xùn)練】1.下列說法中正確的是(

)A.離子晶體中每個