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(lèi)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(rèn)識(shí)范德華力對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響。(宏觀辨識(shí)與微觀探析)2.理解氫鍵的本質(zhì)，能分析氫鍵的強(qiáng)弱，知道范德華力及氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響，認(rèn)識(shí)物質(zhì)是不斷運(yùn)動(dòng)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(diǎn)與性質(zhì)。(模型認(rèn)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(diǎn)范德華力較小，沒(méi)有(填“有”或“沒(méi)有”)飽和性和方向性。(3)影響因素分子的大小、空間構(gòu)型以及分子中電荷分布是否均勻。組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，其范德華力一般隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大而增大。如F2Cl2Br2I2。(4)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響主要影響物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度等物理(填“物理”或“化學(xué)”)性質(zhì)。分子間范德華力越大，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)越高。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(fù)性大、半徑較小的原子X(jué)以共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，H原子能夠跟另一個(gè)電負(fù)性大、半徑較小的原子Y的孤電子對(duì)接近并產(chǎn)生相互作用，即形成氫鍵，通常用XHY表示。上述X、Y通常指N、O、F等。(2)類(lèi)型氫鍵有分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵兩種。如H2O與NH3分子間存在分子間氫鍵，存在分子內(nèi)氫鍵存在分子間氫鍵。(3)氫鍵對(duì)物質(zhì)物理性質(zhì)的影響含有分子間氫鍵的物質(zhì)具有較高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)。含有分子內(nèi)氫鍵的物質(zhì)具有較低的熔、沸點(diǎn)。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(diǎn)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(diǎn)較低，硬度較小。(2)對(duì)組成和結(jié)構(gòu)相似，晶體中又不含氫鍵的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大，分子間作用力增強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)升高。但分子間存在氫鍵的晶體熔、沸點(diǎn)較高。3類(lèi)型類(lèi)型實(shí)例所有非金屬氫化物H2O、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(jī)物的晶體苯、乙醇等三、石墨晶體(了解)1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(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(gè)個(gè)六邊形排列成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每一個(gè)碳原子都跟其他3個(gè)碳原子相結(jié)合。(2)在同一個(gè)層內(nèi)，相鄰的碳原子以共價(jià)鍵相結(jié)合，每一個(gè)碳原子的一個(gè)未成對(duì)電子形成鍵。(3)層與層之間以范德華力相結(jié)合。2所屬類(lèi)型石墨中既有共價(jià)鍵，又有范德華力，同時(shí)還有金屬鍵的特性，是一種混合晶體。具有熔點(diǎn)高，質(zhì)軟，易導(dǎo)電等性質(zhì)。1判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)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(diǎn)。()(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(duì)分子質(zhì)量越大，熔、沸點(diǎn)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()AF2、Cl2、Br2、I2單質(zhì)的熔點(diǎn)依次升高BH2O的沸點(diǎn)遠(yuǎn)高于H2S的沸點(diǎn)CH2O在高溫下也難分解D干冰汽化C在A項(xiàng)中，鹵素單質(zhì)分子間存在著分子間作用力，且相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強(qiáng)，單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)也就越高。B項(xiàng)中由于H2O分子間存在氫鍵，使分子間作用力增強(qiáng)，所以H2O的沸點(diǎn)要比H2S的高。C項(xiàng)中水分解要破壞化學(xué)鍵，由于HO鍵鍵能很大，在較高溫度時(shí)也難打開(kāi)，所以H2O分子很穩(wěn)定，與共價(jià)鍵有關(guān)。D項(xiàng)，在干冰中，CO2分子間通過(guò)范德華力結(jié)合在一起，在汽化時(shí)需要克服范德華力，而CO2分子內(nèi)的化學(xué)鍵并沒(méi)有斷裂。3H2O在乙醇中的溶解度大于H2S，其原因是_。解析H2O與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HOH分子中有2個(gè)OH鍵，每個(gè)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(duì)孤電子對(duì)，可分別與另一水分子的H原子形成氫鍵，故每個(gè)水分子最多形成4個(gè)氫鍵，這就是氫鍵的飽和性。2方向性Y原子與XH形成氫鍵時(shí)，在盡可能的范圍內(nèi)要使氫鍵與XH鍵軸在同一個(gè)方向上，即以H原子為中心，三個(gè)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(duì)方向一致，這樣引力較大；三個(gè)原子盡可能在一條直線上，可使X與Y的距離最遠(yuǎn)，斥力最小，形成的氫鍵強(qiáng)。變化觀念與平衡思想：范德華力、氫鍵與共價(jià)鍵的比較范德華力氫鍵共價(jià)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(fù)性很大的原子形成共價(jià)鍵的氫原子與另一個(gè)電負(fù)性很大的原子之間的作用力原子間通過(guò)共用電子對(duì)所形成的相互作用分類(lèi)分子內(nèi)氫鍵、分子間氫鍵極性共價(jià)鍵、非極性共價(jià)鍵特征無(wú)方向性、無(wú)飽和性有方向性、有飽和性有方向性、有飽和性強(qiáng)度比較共價(jià)鍵氫鍵范德華力影響強(qiáng)度的因素相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大；分子的極性越大，范德華力也越大對(duì)于XHY，X、Y的電負(fù)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(zhǎng)越短，鍵能越大，共價(jià)鍵越穩(wěn)定對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)升高。如F2Cl2Br2I2，CF4CCl4CBr4；影響溶解度等物理性質(zhì)分子間氫鍵的存在，使物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)升高，在水中的溶解度增大，如熔、沸點(diǎn)：H2OH2S，HFHCl，NH3PH3；分子內(nèi)氫鍵的存在，使物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)降低共價(jià)鍵鍵能越大，分子穩(wěn)定性越強(qiáng)(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)鍵之間的一種特殊作用力。(2)稀有氣體中無(wú)化學(xué)鍵，只存在分子間作用力。(3)共價(jià)鍵強(qiáng)弱決定分子的穩(wěn)定性，而范德華力影響其熔、沸點(diǎn)高低?！镜淅?】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(gè)水分子被4個(gè)水分子包圍形成變形的四面體(H2O)5，由無(wú)限個(gè)這樣的變形四面體通過(guò)氫鍵相互連成一個(gè)龐大的分子晶體冰，其結(jié)構(gòu)如圖所示。試回答下列問(wèn)題：(1)下列敘述中正確的是_(填字母)。A1 mol冰中有4 mol氫鍵B平均每個(gè)水分子有2個(gè)氫鍵C冰中的氫鍵沒(méi)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，已知范德華力的能量為7 kJ·mol1，冰的升華熱(1 mol冰變成氣態(tài)水時(shí)所吸收的能量)為51 kJ·mol1，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(huà)出如下微粒的結(jié)構(gòu)式：H5O、H9O。解析(1)每個(gè)水分子形成4個(gè)氫鍵，但每個(gè)氫鍵為2個(gè)水分子所共有，所以每個(gè)水分子只有2個(gè)氫鍵，即1 mol冰中有2 mol氫鍵。氫鍵和共價(jià)鍵一樣具有方向性和飽和性。(2)氫鍵的能量為(517)×22 kJ·mol1。(3)H5O為2個(gè)水分子結(jié)合1個(gè)氫離子，H9O為4個(gè)水分子結(jié)合1個(gè)氫離子，這些微粒內(nèi)含有共價(jià)鍵、配位鍵，還含有氫鍵。答案(1)B(2)22 kJ·mol1(3)1下列說(shuō)法不正確的是()AHF、HCl、HBr、HI的熔、沸點(diǎn)依次升高只與范德華力的大小有關(guān)BH2O的熔、沸點(diǎn)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(lái)解釋D鄰羥基苯甲酸的熔點(diǎn)比對(duì)羥基苯甲酸的熔點(diǎn)低A熔、沸點(diǎn)：HClHBrHIHF，與范德華力和氫鍵有關(guān)，A項(xiàng)錯(cuò)誤。水分子之間存在氫鍵，所以其熔、沸點(diǎn)高于H2S，B項(xiàng)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(xiàng)正確。分子內(nèi)氫鍵與分子間氫鍵對(duì)熔、沸點(diǎn)的影響結(jié)果不同，形成分子間氫鍵的物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)比形成分子內(nèi)氫鍵的物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)要高，鄰羥基苯甲酸能形成分子內(nèi)氫鍵，而對(duì)羥基苯甲酸主要形成分子間氫鍵，所以對(duì)羥基苯甲酸的熔、沸點(diǎn)比鄰羥基苯甲酸的高，D項(xiàng)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(diǎn)的高低，溶解性的大小；而共價(jià)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(qiáng)弱。2請(qǐng)以AHB的形式表示出氨水中所存的氫鍵。答案NHNOHONHOOHN。3(2019·全國(guó)卷)苯胺()的晶體類(lèi)型是_。苯胺與甲苯()的相對(duì)分子質(zhì)量相近，但苯胺的熔點(diǎn)(5.9 )、沸點(diǎn)(184.4 )分別高于甲苯的熔點(diǎn)(95.0 )、沸點(diǎn)(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(diǎn)高低的方法(1)組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔、沸點(diǎn)越高。(2)具有氫鍵的分子晶體，熔、沸點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)由高到低的順序?yàn)椋喊琢?gt;冰>干冰，因?yàn)樵谕ǔ顩r下，白磷、冰、干冰依次呈固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。2常見(jiàn)典型分子晶體的結(jié)構(gòu)特征(1)每個(gè)CO2分子周?chē)染嚯x且最近的CO2分子有12個(gè)。(2)每個(gè)晶胞中含有CO2分子為4個(gè)。3四類(lèi)晶體的比較類(lèi)型項(xiàng)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(yáng)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(jià)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(qiáng)烈相互作用確定作用力強(qiáng)弱的一般判斷方法離子電荷、半徑鍵長(zhǎng)(原子半徑)組成結(jié)構(gòu)相似時(shí)，比較相對(duì)分子質(zhì)量離子半徑、外圍電子數(shù)熔、沸點(diǎn)較高高低差別較大(汞常溫下為液態(tài)，鎢熔點(diǎn)為3 410 )硬度略硬而脆大較小差別較大導(dǎo)電性不良導(dǎo)體(熔化后或溶于水時(shí)導(dǎo)電)不良導(dǎo)體(個(gè)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(jī)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(shuō)法正確的是()A冰晶體中每個(gè)水分子與另外4個(gè)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(guò)HO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，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(xiàng)錯(cuò)誤。水分子形成氫鍵時(shí)沿O的4個(gè)sp3雜化軌道形成氫鍵，每個(gè)水分子可以與4個(gè)水分子形成氫鍵，從而形成空間四面體構(gòu)型，A項(xiàng)正確。因?yàn)楸w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(xiàng)錯(cuò)誤。3SiCl4的分子結(jié)構(gòu)與CCl4的相似，下列對(duì)SiCl4的推測(cè)不正確的是()ASiCl4晶體是分子晶體B常溫、常壓下SiCl4一定是氣體CSiCl4的分子是由極性鍵形成的非極性分子D常溫常壓下SiCl4一定不是氣體B1下列說(shuō)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CCl2相對(duì)于其他氣體來(lái)說(shuō)，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(qiáng)作用D范德華力屬于既沒(méi)有方向性也沒(méi)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(shí)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(diǎn)以及溶解性等)的因素之一；在常見(jiàn)氣體中，Cl2的相對(duì)分子質(zhì)量較大，分子間范德華力較強(qiáng)，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。所以只有D選項(xiàng)正確。2下列敘述正確的是()AF2、Cl2、Br2、I2單質(zhì)的熔點(diǎn)依次升高，與分子間作用力大小有關(guān)BH2S的相對(duì)分子質(zhì)量比H2O的大，其沸點(diǎn)比水的高C稀有氣體的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，是因?yàn)槠滏I能很大D干冰汽化時(shí)破壞了共價(jià)鍵A本題主要考查分子間作用力、氫鍵、共價(jià)鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響。A項(xiàng)，從F2I2，相對(duì)分子質(zhì)量增大，分子間作用力增大，熔、沸點(diǎn)升高。B項(xiàng)，H2O分子之間有氫鍵，其沸點(diǎn)高于H2S。C項(xiàng)，稀有氣體分子為單原子分子，分子之間無(wú)化學(xué)鍵，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定是因?yàn)樵拥淖钔鈱訛?電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(He為2個(gè))。D項(xiàng)，干冰汽化破壞的是范德華力，并未破壞共價(jià)鍵。3(雙選)下列排序不正確的是()A晶體熔點(diǎn)由低到高：H2OH2SH2SeH2TeB硬度由大到?。航饎偸蓟杈w硅C熔點(diǎn)由高到低：NaMgAlD晶格能由大到小：NaFNaClNaBrNaIAC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(diǎn)較高，則晶體熔點(diǎn)由低到高的順序?yàn)镠2SH2SeH2TeH2O，故A錯(cuò)誤；鍵長(zhǎng)越短，共價(jià)鍵越強(qiáng)，硬度越大，鍵長(zhǎng)：CC鍵CSi鍵SiSi鍵，則硬度由大到小的順序?yàn)榻饎偸蓟杈w硅，故B正確；金屬原子的價(jià)電子數(shù)越多、半徑越小，其熔點(diǎn)越高，則熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)锳lMgNa，故C錯(cuò)誤；離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)，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?yàn)镹aFNaClNaBrNaI，故D正確。4下列晶體分類(lèi)中正確的一組是()ABCD離子晶體NaOHH2SO4CH3COONaBa(OH)2原子晶體Ar石墨水晶金剛石分子晶體SO2S玻璃CNaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是通過(guò)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(guò)觀察分析，可得出每個(gè)CO2分子周?chē)衉個(gè)等距離且最近的CO2分子。(2)SiO2CO2CS2晶體的熔點(diǎn)由高到低排列的順序是_(填序號(hào))。(3)在一定溫度下，用X射線衍射法測(cè)得干冰晶胞的邊長(zhǎng)a5.72×108cm，則該溫度下干冰的密度為_(kāi)。解析(1)觀察固態(tài)CO2晶體結(jié)構(gòu)示意圖，以某個(gè)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(diǎn)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(gè)。(3)利用均攤法計(jì)算每個(gè)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1.56 g·cm3。答案(1)12(2)(3)1.56 g·cm3