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第二节 分子晶体和共价晶体
第三章 晶体结构和性质
第一课时
分子晶体
分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
分子间作用力
金属键
共价键
离子键
根据组成晶体粒子间作用力的不同，对下列各种晶体进行分类：
粒子间作用力
晶体分类
问题1 从组成粒子和粒子间相互作用的角度分析
以下四种晶体结构的共同特点是什么？
【思考与讨论】
碘(I2)
干冰(CO2)
碳60(C60)
冰(H2O)
组成粒子
粒子间相互作用
：分子
：范德华力及氢键
分子晶体
一：分子晶体
1、 概念
只含分子的晶体叫做分子晶体。如图：碘晶体只含I2属于分子晶体。相邻分子靠分子间作用力相互吸引。
构成粒子
分子晶体
分子
粒子间的作用力
分子间作用力
分子内各原子间
共价键
注意：
①并非所有的分子晶体中都含共价键，如稀有气体
②分子晶体熔化时一般破坏分子间作用力
③分子晶体构成微粒是分子，化学式就是分子式
碘晶体晶胞
(1)部分非金属单质：X2、O2、H2、 S8、P4、C60
(4)部分非金属氧化物: CO2、SO2、NO2……
(5)几乎所有的酸： H2SO4、HNO3、H3PO4
(6)绝大多数有机物：乙醇、冰醋酸、蔗糖……
(2)稀有气体：
(除 SiO2 等）
(除B、Si、Ge等的单质、金刚石等)
大部分共价单质和共价化合物
2、 常见的分子晶体
(3)所有非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX……
3、分子晶体的物理性质
I.分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。
[注意]分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力，分子间作用力很弱。
II.分子晶体不导电。
[提示]分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、CH3COOH等。
III.分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律。
[举例]H2O(极性溶剂)—溶解度:SO2(极性分子)>N2(非极性分子)
CCl4(非极性溶剂)—溶解度:I2(非极性分子)>水(极性分子)
原因：分子间作用力很弱
①组成和结构相似的物质(且不含氢键的分子晶体),相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高。
②相对分子质量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高。
分子晶体熔沸点的比较规律
如：HI>HBr>HCl。
如：CO>N2
③含有分子间氢键的分子晶体，熔沸点较高。
如：H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3
⑤在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低。
如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷；
分子晶体熔沸点的比较规律
④烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加,熔、沸点升高
如：C2H6> CH4， C2H5CI>CH3CI， CH3COOH> HCOOH。
⑥芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“邻位>间位>对位”的顺序。
→下列晶体是否属于分子晶体？
√
√
√
√
√
╳
╳
H2S、O2、 SO2、 H2SO4、乙醇、 He、 NaCl、Cu、SiO2、C(金刚石)
判断
√
╳
╳
①所有非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX
②部分非金属单质:X2、O2、H2、S8、P4、C60
③部分非金属氧化物: CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10
④几乎所有的酸：H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等
⑤绝大多数有机物：乙醇、冰醋酸、蔗糖、蛋白质、尿素等
2、典型的分子晶体：
例外：金刚石、晶体硅等
例外：SiO2等
⑥稀有气体为单原子分子，固态时为分子晶体
课堂练习1：判断正误
(1)组成分子晶体的微粒是分子，在分子晶体中一定存在共价键和分子间作用力(　　)
(2)分子晶体熔化时一定破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键(　　)
(3)分子晶体熔化或溶于水均不导电(　　)
(4)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大(　　)
(5)水分子间存在着氢键，故水分子较稳定(　　)
(6)H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的(　　)
(7)SiCl4晶体是分子晶体，熔点高于CCl4(　　)
×
√ 　　
×
×
×
×
√ 　　
课堂练习2：比较下列化合物的熔、沸点的高低（填“>”或“<”）
①CO2 SO2; ②NH3 PH3;
③O3 O2; ④Ne Ar;
⑤CH3CH2OH CH3OH; ⑥CO N2;
<
>
>
<
>
>
课堂练习3：已知AlCl3的熔点为190℃（2.02×105Pa），但它在180℃即开始升华，设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。
若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其在熔融状态下是否可导电，若不导电，则是共价化合物，若导电，则是离子化合物。
密堆积——
密堆积指的是晶体中原子或分子的排列方式
一维堆积 球成线
二维堆积 线成面
三维堆积 面成体
密堆积方式
心对心
心对空
非最密堆积
最密堆积
资料链接
(分子间空隙更小)
→微观粒子总是趋向于能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。
√
4、 分子晶体的结构特征
特点：分子间作用力都只是范德华力，在立方体的顶角各有一个分子，6个面的中心又各有一个分子，这种堆积称为分子密堆积。
(1)、分子密堆积
碳60的晶胞
——大多数分子晶体的结构特征
碘晶体晶胞
干冰晶胞
面心立方最密堆积
认识CO2晶体
→分析干冰晶体结构中每个CO2分子周围距离最近紧密相邻的CO2分子共有 个？
分子抽象成质点
干冰的晶胞
面心立方最密堆积
以干冰晶体结构为例分析：分子密堆积的结构
干冰的晶体结构图
中心
CO2分子
①干冰中的CO2分子间只存在 ，不存在 。
②干冰晶胞是一种面心立方结构，每个晶胞中均摊 个CO2分子
③每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为 个。
4
12
范德华力
氢键
用途：干冰在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂。
3.分子晶体的结构特征
总结：干冰晶体的结构特征
④观察分析，有___种取向不同的CO2分子。
顶角一种取向，三对平行面分别为三种取向，所以共有4种取向。
4
二氧化碳与镁的反应
（2Mg+CO2 2MgO+C)。
块状的干冰与镁粉接触面积不大，为什么镁粉可以继续燃烧呢？
现象：镁粉在干冰内继续燃烧，像冰灯中装进一个电灯泡一样，发出耀眼的白光。（切勿用手接触干冰，以免冻伤！）
干冰在常压下极易升华
舞台烟雾特效
装饰菜品
食品冷藏保鲜
二氧化碳与镁的反应
（2Mg+CO2 2MgO+C)。
通常用作制冷剂
只有范德华力→分子密堆积
氧(O2)的晶体结构
碳60的晶胞
→是否所有分子晶体的分子周围与其紧邻且等距的分子都是12个？
Δ
均为面心立方晶胞
碘晶体晶胞
分子周围与其紧邻且等距的分子都是12个
心对空
否
[典例2]冰—非密堆积
冰
氢键具有方向性和饱和性
认识冰晶体
冰的晶体结构
冰晶体中有氢键→分子非密堆积
0-4℃时，当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大。
超过4℃时，温度升高，水分子热运动速度加快，使得分子的平均距离加大，密度减小。
水在4℃时的密度最大
①水分子之间的作用力有 ,且主要是 。
②由于氢键具有 ,使四面体中心的每个水分子与 个相邻的水分子相互吸引。
4
范德华力、氢键
氢键
方向性
→冰的硬度和干冰相似，而熔点比干冰的熔点高得多。
总结：冰晶体的结构特征
③水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成__ mol“氢键”
2
[思考讨论5]硫化氢和水分子结构相似，但一个硫化氢分子周围有12个紧邻分子，而冰中一个水分子周围只有4个紧邻分子，这是为什么？
H2S分子中不存在氢键，晶体堆积方式为最密堆积。
H2O分子中存在氢键，晶体堆积方式为非最密堆积。
①分子间只有范德华力
→分子非密堆积（每个分子周围紧邻的分子少于12个）
②分子间存在范德华力和氢键
总结：分子晶体的结构特征
→分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子）
如：C60、干冰 、O2
如：HF 、NH3、冰(每个水分子周围只有4个紧邻的水分子)。
③分子晶体中存在单个分子，化学式代表真实的分子组成。
课堂练习5：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CH4分子有12个紧邻的CH4分子C．甲烷晶体熔化时需克服共价键
D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
B
课堂练习6：医院在进行外科手术时，常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂，已知HgCl2有如下性质：①HgCl2晶体熔点较低；②HgCl2熔融状态下不导电；③HgCl2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl2的叙述中正确的是( )
A.HgCl2晶体属于分子晶体
B.HgCl2属于离子化合物
C.HgCl2属于电解质，且属于强电解质
D.HgCl2属于非电解质
A
7.如图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H，下列有关说法正确的是
A.冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体
B.冰晶体具有空间网状结构，不是分子晶体
C.水分子间通过H—O形成冰晶体
D.冰晶体融化时，水分子之间的空隙增大
A
解析　B项，冰晶体属于分子晶体；
C项，水分子间通过分子间作用力、氢键形成晶体；
D项，冰融化，氢键部分断裂，空隙减小。
天然气水合物 ——一种潜在的能源
20世纪末，科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体。其主要气体成分是甲烷，称甲烷水合物，外形像冰，在常温常压下会迅速分解释放出甲烷又称“可燃冰”。
P80页“科学·技术·社会”
理想可燃冰化学式8CH4.46H2O，水分子通过氢键形成四边形、五边形或六边形，进而形成笼状多面体。
一种甲烷水合物晶体中，平均每46个水分子构成8个水分子笼，每个水分子笼可容纳1个甲烷分子或水分子，若这8个分子笼中有6个容纳的是甲烷分子，另外2个被水分子填充，这种可燃冰的平均组成可表示为
A. CH4·5H2O B. CH4·6H2O
C. CH4·7H2O D. CH4·8H2O
迁移练习
D
相当于分子数之比 CH4 : H2O = 6:(46+2) = 1:8
分子
晶体
冰
性质
熔点低
硬度小
不导电
分子
分子间作用力
影响因素
有分子间氢键
只有范德华力
类型
分子密堆积
分子非密堆积
干冰、碘、C60
【课堂小结】
（每个分子周围有12个紧邻的分子）
A、依据物质的类别判断
B、依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断
C、依据物质的性质判断
部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。
组成分子晶体的微粒是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。
分子晶体硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。
小结：分子晶体的判断方法
1、下列关于分子晶体的说法正确的是( )
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. 晶体的熔、沸点一般较高
2、下列各组物质都属于分子晶体的是( )
A．碘、二氧化碳、白磷、C60
B．NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硫
C．SO2、金刚石、N2、铜
D．醋酸、甲烷、石墨、氧化钠
B
A
3. 已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190 ℃，则下列说法不正确的是(　 　)
A．氯化铝是电解质 B．固态氯化铝是分子晶体
C．氯化铝是极性分子 D．氯化铝是非极性分子
C
解析　由“相似相溶”规律可推知AlCl3为非极性分子
4．某研究所合成了一种球形分子，它的分子式为C60Si60，其结构中包含有C60和Si60结构。下列对该分子的叙述中正确的是(　　)
A．分子中Si60被包裹在C60里面
B．形成的晶体属于分子晶体
C．其摩尔质量为2 400
D．熔点高、硬度大
硅的原子半径比碳大，
所以化合物C60Si60，外层球壳为Si60
该晶体是由分子构成的，属于分子晶体
2 400 g·mol－1
该物质是分子晶体，熔点低，硬度小
D
5.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是
A.正硼酸晶体属于分子晶体
B.H3BO3分子的稳定性与氢键有关
C.分子中硼原子最外层为8电子稳定结构
D.含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键
AD
1个H3BO3分子对应6个氢键，
1个氢键被2个H3BO3分子拥有，
因此，含1 mol H3BO3的晶体中有6×1/2=3 mol氢键
√
√
∴每个H3BO3分子拥有该氢键的1/2
(2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.02×105 Pa)，但它在180 ℃即开始升华。请回答：①AlCl3固体是_______晶体。
②设计一个可靠的实验，判断AlCl3是离子化合物还是共价化合物。
你设计的实验是_______________________________________。
7．(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。
①CO2________SO2　②NH3________PH3　③O3________O2　
④Ne________Ar　 ⑤CH3CH2OH______CH3OH　⑥CO_____N2
<
<
>
>
>
>
分子
在熔融状态下，试验其是否导电，
若不导电是共价化合物，若导电是离子化合物
【课堂练习】
(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________________________________________________。
8.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结合三个N原子而形成8电子稳定结构；②N—N的键能为167 kJ·mol－1。
请回答下列问题：
分子
高
N60、N2均形成分子晶体，且N60的相对分子质量大，分子间作用力大，故熔、沸点高
注意：回答问题的严谨性和逻辑性
8.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结合三个N原子而形成8电子稳定结构；②N—N的键能为167 kJ·mol－1。
请回答下列问题：
(2)1mol N60分解成N2时_____(填“吸收”或“放出”)的热量是______kJ
(已知N≡N的键能为942 kJ·mol－1)，表明稳定性N60 N2。
放出
13230
<
(填“>”“<”或“＝”)
(3)由(2)列举N60的用途(举一种)：_____________________________。
N60可作高能炸药(答案合理即可)
一个N60分子中，每个N原子均摊到1.5个N-N键
1molN60分子中，含有60×1.5=90mol N-N键
N60 =30 N2
N60分解:

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