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3.2.1 分子晶体（导学案）
1. 能辨认常见的分子晶体，并能从微观角度分析分子晶体的结构特征。
2. 借助分子晶体模型说明分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用，以及范德华力与氢键对
分子晶体结构与性质的影响，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。
重点：分子晶体的结构与物理性质。
难点：分子晶体的结构与物理性质。
1．分子晶体及其物理特性
只含分子的晶体称为分子晶体。在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引。
分子晶体有低熔点、硬度很小等特性。
2．典型的分子晶体及其类别
物质种类 实例
所有非金属氢化物 HO、NH 、CH 等
2 3 4
部分非金属单质 卤素(X )、O、N、白磷(P )、硫(S )、碳60(C )等
2 2 2 4 8 60
部分非金属氧化物 CO、PO 、SO 、SO 等
2 4 10 2 3
几乎所有的酸 HNO、HSO 、HPO 、HSiO 等
3 2 4 3 4 2 3
绝大多数有机物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
3．分子晶体的结构特征
(1) 分子晶体的堆积方式
分子密堆积 分子非密堆积
微粒间作用力 范德华力 范德华力和氢键
通常每个分子周围有12 个紧邻 每个分子周围紧邻的分子小于12
空间特点
的分子(见图Ⅰ) 个，空间利用率不高(见图Ⅱ)
举例 C 、干冰、I、O HF、NH 、冰
60 2 2 3(2) 两种典型的分子晶体的组成和结构
①冰中水分子之间的主要作用力是氢键，在冰的晶体中，每个水分子周围只有 4 个紧
邻的水分子。尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键，却跟共价键一样具有方向性(见图
Ⅱ)。
②干冰是CO 的晶体，干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，而熔点却比冰低得多，
2
在常压下极易升华，由于干冰中的CO 分子之间只存在范德华力，不存在氢键，一个分子
2
周围有12 个紧邻分子(见图Ⅲ)，密度比冰的高。干冰在工业上广泛用作制冷剂。
1．下列物质中，属于分子晶体的化合物是( )
A．石英 B．白磷
C．干冰 D．氯化钠
【答案】 C
【解析】 白磷和干冰是分子晶体，但白磷是单质。
2．下列有关分子晶体的说法中正确的是( )
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．分子晶体均为化合物
【答案】 B
【解析】 由稀有气体组成的晶体中，不存在由多个原子组成的分子，而是原子间通过范德华力结合成晶体，所以不存在化学键，A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，而氢键只存在于部分晶体中，B正确，C错误。
分子晶体还包括一些单质，如稀有气体，D错误。
3．某科学杂志报道，国外有一研究发现了一种新的球形分子，它的分子式为C Si ，
60 60
其分子结构类似中国传统工艺品“镂雕”，经测定其中包含C ，也有Si 结构。下列叙述
60 60
正确的是( )
A．该物质有很高的熔点、很大的硬度
B．该物质形成的晶体属于分子晶体
C．该物质分子中Si 被包裹在C 里面
60 60
D．该物质的摩尔质量为2400
【答案】 B
【解析】 由分子式及题中信息可知该物质为分子晶体，分子晶体的熔点低、硬度
小，A错误，B正确；硅的原子半径比碳大，所以C Si 的外层为Si ，内层为C ，C错
60 60 60 60
误；它的分子式为C Si ，所以该物质的相对分子质量＝(12＋28)×60＝2400，摩尔质量为
60 60
2400 g/mol，D错误。
4．如图所示，甲、乙、丙分别表示C 、二氧化碳、碘晶体的晶胞结构模型。
60
请回答下列问题：
(1)C 的熔点为280 ℃，从晶体类型来看，C 属于________晶体。
60 60
(2)二氧化碳晶胞中显示出的二氧化碳分子数为14，实际上一个二氧化碳晶胞中含有
____个二氧化碳分子，二氧化碳分子中σ键与π键的个数比为________。
(3)①碘晶体属于________晶体。
②碘晶体熔化过程中克服的作用力为________。
【答案】 (1)分子 (2)4 1∶1 (3)①分子 ②分子间作用力
考点1分子晶体的结构特点和物理性质1. 两种典型分子晶体的结构
物质 晶胞 结构特点
a.相邻分子间只存在范德华力
干冰 b．每个晶胞中有4个CO 分子，12个原子
2
c．每个CO 分子周围等距离且紧邻的CO 分子有12个
2 2
a.水分子之间的作用力有范德华力和氢键，但主要作用力
是氢键
冰
b．由于氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面
体顶角方向的4个相邻的水分子相互吸引
2. 分子晶体的物理性质
(1)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不导电。有些分子晶体的水溶液
能导电，如HI、乙酸等。
(2)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。
(3)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，具体熔、沸点高低比较如
下：
①组成和结构相似、不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，
熔、沸点越高。如：I>Br >Cl>F ，HI>HBr>HCl。
2 2 2 2
②组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越
高。如：CO>N。
2
③分子间氢键会导致熔、沸点反常升高。如：HO>HTe>HSe>H S。
2 2 2 2
④对于有机物来讲，分子式相同，支链越多，熔、沸点越低。如：CH—CH—CH—
3 2 2
CH—CH > > 。
2 3⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点升
高。如：C H>CH ，C HCl>CH Cl，CHCOOH>HCOOH。
2 6 4 2 5 3 3
甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( )
A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子
B．晶体中1个CH 分子有12个紧邻的CH 分子
4 4
C．甲烷晶体熔化时需克服共价键
D．1个CH 晶胞中含有8个CH 分子
4 4
【答案】 B
【解析】 题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错
误；由甲烷晶胞分析，位于晶胞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个甲烷分子在晶胞的面上，因此每个都被2个晶胞共用，故与1个甲烷分子紧邻的
甲烷分子数目为3×8×＝12，B正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C错
误；甲烷晶胞中甲烷分子的个数为8×＋6×＝4，D错误。
晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C 晶胞结构如下图所示，下列说
60
法正确的是( )
A．C 摩尔质量是720
60
B．C 与苯互为同素异形体
60
C．在C 晶胞中有14个C 分子
60 60
D．每个C 分子周围与它距离最近且等距离的C 分子有12个
60 60
【答案】 D
比较下列物质的熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。
(1)CO ________SO 。
2 2
(2)NH ____PH 。
3 3
(3)O ____O。
3 2(4)Ne____Ar。
(5)CH CHOH____CH OH。
3 2 3
(6)CO____N 。
2
【答案】(1)< (2)> (3)> (4)< (5)> (6)>
（1）下列物质，按沸点降低顺序排列的一组是( )
A．HF、HCl、HBr、HI B．F、Cl、Br 、I
2 2 2 2
C．HO、HS、HSe、HTe D．CI 、CBr 、CCl 、CF
2 2 2 2 4 4 4 4
【答案】D
【解析】A、C中HF和HO分子间含有氢键，沸点反常；对结构相似的物质，B中沸点随
2
相对分子质量的增加而增大；D中沸点依次降低。
（2）(多选)下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述中，正确的是( )
A．Cl＞I B．SiCl ＞CCl
2 2 4 4
C．NH ＞PH D．C(CH)＞CHCHCHCHCH
3 3 3 4 3 2 2 2 3
【答案】BC
【解析】A、B项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大的熔沸点高；C
选项属于分子结构相似的情况，但存在氢键的熔、沸点高；D项属于相对分子质量相同，
但分子结构不同的情况，支链少的熔沸点高。
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1.分子晶体具有某些特征的本质原因是( )
A．组成晶体的基本微粒是分子
B．熔融时不导电
C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合
D．熔点一般比较低
【答案】 C
2.HF分子晶体、NH3分子晶体与冰的结构极为相似，在HF分子晶体中，与F原子距离最
近的HF分子有几个( )
A．3 B．4 C．5 D．12
【答案】 B
【解析】根据HF分子晶体与冰结构相似可知，每个 HF分子周围有4个HF分子与之最近，构成四面体，故B项正确。
3.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体，层内的 H3BO3分子通过氢键相连(如下
图)。下列有关说法正确的是 ( )
A．正硼酸晶体属于原子晶体 B．HBO 分子的稳定性与氢键有关
3 3
C．分子中硼原子符合8电子稳定结构 D．含1 mol H BO 的晶体中有3 mol氢键
3 3
【答案】 D
【解析】A项，正硼酸属于分子晶体；B项，HBO 分子稳定性与分子内部的共
3 3
价键有关，与分子间的氢键无关；C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结
构；D项，中的3个氢均形成氢键。
4.如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子有几个氢
键( )
A．2 B．4 C．8 D．12
【答案】 A
【解析】每个水分子与四个方向的4个水分子形成氢键，每个氢键为2个水分子共用，故
1
其氢键个数为4× ＝2。
2
5.下列说法中正确的是( )
A．C 汽化和I 升华克服的作用力不相同
60 2
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl 是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl 属于分
4 4
子晶体
【答案】 A
【解析】C 、I 均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子可形成氢
60 2
键，其熔、沸点比甲酸甲酯高。
6.下列关于分子晶体的说法正确的是( )
A．干冰升华时，分子内共价键被破坏B．稀有气体元素组成的晶体中存在非极性键
C．水汽化时分子间距离增大
D．白磷熔化时，分子间氢键被破坏
【答案】 C
【解析】 干冰升华，只是由CO 固体变成CO 气体，改变的是CO 的分子间距离和分子间
2 2 2
作用力，与分子内的共价键无关，A错误；稀有气体元素组成的晶体是原子间通过范德华
力结合而成，不存在化学键，B错误；白磷中不存在氢键，D错误。
7.下列关于物质沸点高低的比较正确的是( )
A．CH>SiH >GeH
4 4 4
B．NH >AsH >PH
3 3 3
C．Cl>Br >I
2 2 2
D．C(CH)>(CH )CHCH CH>CH CHCHCHCH
3 4 3 2 2 3 3 2 2 2 3
【答案】 B
【解析】 一般情况下，对于组成和结构相似的分子晶体，分子晶体的沸点随相对分子质量
的增大而升高，即沸点：CHAsH >PH ，B正确；相对分子质量相同的烷烃，其支链越
3 3 3
多，沸点越低，即沸点：C(CH)<(CH )CHCH CHHSe
2
C．第三组物质溶于水后，溶液的酸性：HF>HCl>HBr>HI
D．第一组物质是分子晶体，一定含有共价键
【答案】 B
【解析】 第四组物质中HO的沸点最高，是因为HO分子之间可以形成氢键，A错误；
2 2
Se和Br同为第四周期元素，Br的非金属性较强，故氢化物的稳定性：HBr>HSe，B正
2
确；第三组物质溶于水后，HF溶液的酸性最弱，C错误；第一组物质是分子晶体，但分子
中不一定含有共价键，如稀有气体中无共价键，D错误。
14.已知干冰的晶胞结构如图所示，晶胞中距离最近的两个 CO2分子间的距 离为 a
pm。下列说法正确的是( )
A．晶胞中每个CO 分子周围有8个紧邻的CO 分子
2 2
B．晶胞的体积为2a3×10－30 cm3
C．一个晶胞中平均含6个CO 分子
2
D．CO 分子的空间结构是直线形，中心C原子采用sp3杂化
2
【答案】 B
【解析】 晶胞中每个CO 分子周围紧邻的CO 分子数为3×8÷2＝12，A错误；该晶胞中距
2 2离最近的两个CO 分子间的距离为a pm，即晶胞同一平面上顶角和面心上的两个二氧化碳
2
分子之间的距离为a pm，则晶胞棱长为a pm＝a×10－10 cm，晶胞体积为(a×10－10 cm)3＝
1 1
2a3×10－30 cm3，B正确；该晶胞中二氧化碳分子的个数为8× ＋6× ＝4，C错误；二氧化
8 2
碳分子是直线形分子，C原子的价层电子对数是2，则C原子采用sp杂化，D错误。
二、非选择题
15.已知A、B、C、D四种分子所含原子的数目依次为 1、3、6、6,且都含有18个电子,B、
C是由两种元素的原子组成,且分子中两种原子的个数比均为1∶2。D是一种有毒的有机物
(1)组成A分子的原子的元素符号是
(2)从B分子的立体结构判断,该分子属于 分子(填“极性”或“非极性”)
(3)C分子中都包含 个σ键, 个π键
(4)D的熔、沸点比C H 的熔、沸点高,其主要原因是(需指明D是何物质)：
2 6
Ⅱ.CO的结构可表示为 ,N 的结构可表示为
2
(5)下表是两者的键能数据：(单位:kJ·mol-1)
A—B
CO 357.7 798. 9 1 071.9
N 154.8 418.4 941.7
2
结合数据说明CO比N 活泼的原因:
2
Ⅲ.Fe、Co、Ni、Cu等金属能形成配合物与这些金属原子的电子层结构有关
(6)基态Ni原子的核外电子排布式为 ，基态Cu原子的价电子排布式为
(7)Fe(CO) 常温下呈液态,熔点为-20.5 ℃,沸点为 103 ℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断
5
Fe(CO) 晶体属于 (填晶体类型)。
5
【答案】(1)Ar
(2)极性
(3)5 0
(4)D是CHOH,分子之间能形成氢键
3
(5)CO中断裂1 mol π键需吸收能量273 kJ,N 中断裂1 mol π键需吸收能量523.3 kJ,所以CO
2
分子中的π键比N 分子中的π键更容易发生反应
2
(6)1s22s22p63s23p63d84s2 3d104s1
(7)分子晶体
【解析】(1)18个电子的单原子分子是氩。(2)B是由两种元素的3原子构成的含有18个电子的分子,则B是HS,是极性分子。(3)C是由两种元素的6原子构成的含有18个电子的分
2
子,原子个数比为1∶2,则C是NH,N原子采取sp3杂化,分子内有5个σ键,无π键。(4)D是由
2 4
6原子构成的含有18个电子有毒的有机物,应是甲醇。CHOH分子之间能形成氢键,因此
3
熔、沸点比C H 的熔、沸点高。(5)CO分子中的一个 π键的键能=1 071.9 kJ·mol-1-798.9
2 6
kJ·mol-1=273 kJ·mol-1。N 分子内的一个 π 键的键能=941.7 kJ·mol-1-418.4 kJ·mol-1=523.3
2
kJ·mol-1,键能越大越稳定,CO分子中的π键比N 更容易断裂,所以CO比N 活泼。(6)基态Ni
2 2
原子的核外电子排布式是 1s22s22p63s23p63d84s2,基态Cu原子的价电子排布式为 3d104s1。
(7)Fe(CO) 熔、沸点低,易溶于非极性溶剂,是分子晶体。
5
16.已知A、B、C、D、E、F都是元素周期表前四周期的元素，它们的核电荷数：B＜A＜
C＜D＜E＜F。B、C两种元素都能引起水体富营养化。E原子得到一个电子后3p轨道全充
满。A＋比E原子形成的离子少1个电子层。D可以形成两种氧化物，其中一种氧化物是形
成酸雨的主要气体之一。F的原子序数为26。请回答下列问题：
(1)C、D、E的第一电离能由小到大的顺序为________(用元素符号表示)
(2)写出B的氢化物与水反应的离子方程式：________________，B的氢化物极易溶于水的
原因是______________ (3)化合物BE3的分子空间构型为________________
(4)F元素原子的核外电子排布式为________。F的一种常见化合物F(CO)5在常温下呈液
态，熔点为－20.5℃，沸点为 103℃，易溶于非极性溶剂，则 F(CO)5 的晶体类型为
__________________
(5) 将 FE3 的 饱 和 溶 液 滴 入 沸 水 中 ， 请 写 出 有 关 反 应 的 离 子 方 程 式 ：
________________________________________
(6)比较B、C两种元素的氢化物稳定性并说明理由： ____________________
【答案】(1)S＜P＜Cl
(2)NH ＋HO⇌NH ·H O⇌NH4 ＋OH－ NH 与HO之间能形成氢键；NH 和HO都是极
3 2 3 2 ＋ 3 2 3 2
性分子，根据“相似相溶”原理，NH 在HO中的溶解度较大
3 2
(3)三角锥形
(4)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 分子晶体
(5)Fe3＋＋3H
2
O≜Fe(OH)
3
(胶体)＋3H＋
(6)稳定性：NH ＞PH ，键长越短，键能越大，化合物越稳定
3 3
