【知识解析】分子晶体-“黄冈杯”一等奖

分子晶体温故1．晶体中的粒子可以是分子、原子或离子；粒子间的相互作用可以是共价键、离子键、金属键或分子间作用力。2．根据晶体中粒子间的相互作用及排列方式，可把晶体分为分子晶体、共价晶体、离子晶体和金属晶体。分子晶体的定义只含分子的晶体，或者分子间以分子间作用力结合形成的晶体叫分子晶体。如I2、H2O、NH3、H3PO4、萘等在固态时都是分子晶体。分子晶体的定义名师提醒（1）定义中的“分子”指真实存在的小分子、分子的聚集体、缔合分子、大分子（高分子），因此，H2SO4、H2O2、C4H10等既是化学式也是分子式。（2）离子化合物、金属单质、原子间相互结合形成空间网状结构（如金刚石、SiO2）的物质中没有分子，因此，Na2O2、Fe、SiO2等是化学式而不是分子式。（3）稀有气体的分子是单原子分子，因此，由稀有气体单质形成的晶体也是分子晶体。分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用分子晶体构成微粒分子（稀有气体为原子）微粒间的作用力分子间作用力分子内各原子间共价键（稀有气体除外）常见的典型分子晶体（1）所有非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX（卤化氢）等。（2）部分非金属单质：X2（卤素单质）、O2、H2、S8、N2、P4、C60、稀有气体等。（3）部分非金属氧化物：CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。（4）几乎所有的酸：H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。（5）绝大多数有机物：苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。分子晶体的物理性质（1）分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华（如干冰、碘、红磷、萘等），且硬度较小。（2）分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。分子晶体的物理性质（3）分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。如：H2O是极性溶剂，SO2、H2S、HBr等都是极性分子，它们在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非极性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非极性溶剂，则Br2、I2等非极性分子易溶于其中，而水则不溶于苯和CCl4中。分子晶体的结构特征分子非密堆积分子密堆积微粒间作用力范德华力和氢键范德华力空间特点每个分子周围紧邻的分子数小于12，空间利用率不高通常每个分子周围有12个紧邻的分子举例HF、NH3、冰C60、干冰、I2、O2常见分子晶体的结构分析（1）冰（分子非密堆积形式）①如图所示，冰中水分子之间的相互作用力除范德华力外还有氢键，冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。②氢键的方向性→1个水分子与周围4个水分子相结合→水分子中的氧原子

共4个氢原子。通过共价键结合2个氢原子通过氢键结合2个氢原子常见分子晶体的结构分析③氢键H—O…H较长→分子间距离增大并在水分子中间留有空隙→固态水的密度比液态水的小。冰和液态水的结构对比（虚线表示氢键）常见分子晶体的结构分析（2）干冰（分子密堆积形式）①分子间作用力为范德华力。②图表示的是CO2晶体晶胞的结构。晶胞类型为面心立方结构。③属于晶胞的CO2分子数

共4个④每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个（同层、上层、下层各4个）。顶角：8×＝1面心：6×＝3⑤无数个CO2晶胞在空间“无隙并置”形成CO2晶体。常见分子晶体的结构分析名师提醒（1）由冰的结构可知，含有氢键的晶体中，分子间的堆积较疏松，属于分子非密堆积。（2）冰晶体中，每个水分子与其他4个水分子形成氢键，每个水分子平均形成2个氢键（每个氢键由2个水分子均摊，故4×＝2）。典例详析例1－1下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是（）A．NH3、HD、C10Hl8B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、C60、P2O5D．CCl4、Na2S、H2O2B典例详析解析：分子晶体的构成微粒为分子，分子内部以共价键结合，分子间存在分子间作用力。HD属于分子晶体，但为单质，A项错误；PCl3、CO2、H2SO4均属于分子晶体，且均为化合物，B项正确；C60属于分子晶体，但为单质，C项错误；Na2S中含有离子键，不属于分子晶体，D项错误。典例详析例1－2（2020河北衡水月考）下列有关分子晶体的说法一定正确的是（）A．分子内均存在共价键B．分子间一定存在范德华力C．分子间一定存在氢键D．其结构一定为分子密堆积B典例详析解析：稀有气体是单原子分子，呈固态时原子间通过范德华力结合成晶体，其分子内不存在任何化学键，A项错误；分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而只有部分分子晶体的分子间存在氢键，B项正确，C项错误；分子间只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，D项错误。典例详析例1－3（2020江苏徐州一中期末）如图所示是某无机化合物二聚分子的模型，该分子中A、B两种元素都是第三周期元素，分子中所有原子的最外层都达到8电子稳定结构。下列说法不正确的是（）BA．该化合物的分子式是Al2Cl6B．该化合物是离子化合物，在熔融状态下能导电C．该化合物在固态时所形成的晶体是分子晶体D．该化合物中不存在离子键，也不含有非极性共价键典例详析解析：将二聚分子变成单分子，得BA3，根据两种元素都处于第三周期可知，BA3可能是PCl3或AlCl3，而在PCl3中所有原子均已达到稳定结构，不可能形成二聚分子，故只可能是AlCl3，则该化合物的分子式是Al2Cl6，A项正确；由题给分子结构模型可知，该化合物属于共价化合物，不存在离子键，只有极性共价键，在熔融状态下不能导电，固态时形成的晶体是分子晶体，B项错误，C、D项正确。典例详析例1－4（1）如图为干冰的晶胞结构示意图。通过观察分析，每个CO2分子周围紧邻且等距离的CO2分子有________个，有________种取向不同的CO2分子。124典例详析例1－4（2）在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是________，还有__________，由于该主要作用力与共价键一样具有________性，故1个水分子周围只有________个紧邻的水分子，这些水分子位于________的顶角。这种排列方式使冰晶体中水分子的空间利用率________（填“较高”或“较低”），故冰的密度比液态水的密度要________（填“大”或“小”）。氢键范德华力方向4四面体较低小典例详析解析：（1）观察并分析干冰的晶胞结构可知，在干冰晶胞中，位于顶角的CO2分子为一种取向，位于三对平行面的CO2分子分别为三种不同取向。（2）在冰晶体中，水分子间的主要作用力是氢键，氢键具有方向性，1个水分子周