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第2课 分子晶体、混合型晶体
高中化学 高二年级
1
分子晶体————浪漫唯美晶莹剔透之雪花晶体
雪花
分子晶体：是分子之间通过分子间作用力结合，
从而在三维空间呈有序排列形成的。
2.组成微粒：
分子
3.分子间作用力：
相邻分子间靠范德华力或氢键相互吸引
1.定义：
由分子间力凝聚而形成的晶体叫做分子晶体
一、分子晶体
分子内原子间以_______结合
气化或熔化时破坏的作用力：
分子间作用力
共价键
（5）绝大多数有机物的晶体：
（1）所有非金属氢化物：
（2）部分非金属单质:
（3）部分非金属氧化物:
（4）几乎所有的酸：
H2O，H2S，NH3，CH4，HX等
X2，O2，H2， S8，P4，C60 ，稀有气体等
CO2， SO2， NO2，P4O6， P4O10等
乙醇，冰醋酸，苯甲酸 蔗糖等
H2SO4，HNO3，H3PO4
4.典型的分子晶体：
一、分子晶体
只要存在小分子，其固体就是分子晶体。
喜剧变惨剧！ 只因30公斤干冰！
干冰常被大家用来制造烟雾缭绕、宛如仙境的浪漫效果，
但其实，它也蕴含着杀机，发生恐怖意外。
近日，俄罗斯某网红的丈夫将30公斤干冰倒入浴池中庆生，
导致自己及两名客人窒息死亡，
另有多人冻伤。

干冰大量吸热升华,变成高浓度CO2气体
神奇之“冰”—“干冰”
干冰的温度很低，它急剧升华的时候，会使周围的空气温度迅速降低，空气里的水蒸气就会凝结成雾。利用干冰的这个特点，拍电影的时候，在周围撒点干冰，就可以造成云雾缭绕的景象。
在必要的情况下，从飞机上往云朵里撒干冰，还可以进行人工降雨。现在很多在运送食品的过程中有时候也会使用干冰来降温，干冰的用途还是很多的，虽然它看起来只是由二氧化碳组成，但是也不能小看它哦！
二、典型分子晶体结构
（3）CO2分子之间的作用力 。
1.干冰的晶胞结构
（1）晶胞为面心立方体
8个顶点和6个面心上各有一个CO2分子
8×1/8+6×1/2=4
（2）每个晶胞含二氧化碳分子的个数为 。
二、典型分子晶体结构
(4)若晶胞边长为a cm,则晶胞密度为
（5）与每个二氧化碳分子等距离且最近的二氧化碳分子有 。
1.干冰的晶胞结构
2.碘晶体的晶胞
二、典型分子晶体结构
答案
(1)碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的 各有1个I2分子，每个晶胞中有___个I2分子。
(2)I2分子之间以 结合。
每个顶点和面心上
4
范德华力
二、典型分子晶体结构
2.碘晶体的晶胞
分子的密堆积
每个碘分子周围有 个紧邻的碘分子
干冰的晶体结构图
12
I2的晶体结构图
二、典型分子晶体结构
神奇之“冰”—由水构成的“冰”
冰的结构
氢键具有饱和性
氢键具有方向性
分子的非密堆积
3.冰的晶体结构
冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似（每个球表示一个水分子）
二、典型分子晶体结构
分子间作用力主要为氢键
------不具有分子密堆积特征
冰中1个水分子周围有4个水分子
(1)水分子之间的主要作用力是 ，当然也存在 。
(2) 有方向性，它的存在迫使在 的每个水分子与_____________方向的 个相邻水分子互相吸引。
氢键
范德华力
四面体中心
四面体
顶角
氢键
4
思考：1mol冰周围有 mol氢键
3.冰的晶体结构
（4）与每个水分子等距离且最近的水分子有 个。
（3）每个冰晶胞平均占有____个水分子，
（5）假如冰晶胞边长为a cm，则冰的密度是_________ g·cm-3
4+8×1/8+6×1/2=8
144/(a3.NA)
4
3.冰的晶体结构
总结：分子晶体结构特征
（1）有分子间氢键—分子非密堆积
氢键具有方向性和饱和性,使晶体中的空间利率不高,留有相当大的空隙。 如：HF 、NH3、冰（每个水分子周围只有4个紧邻的水分子）。
（2）只有范德华力，无分子间氢键－分子密堆积
分子密堆积– 通常每个分子周围有12个紧邻的分子。
如：C60、干冰 、I2 O2
大多数分子晶体的结构特点：
分子的密堆积
通常每个分子周围有 个紧邻的分子
氧（O2）的晶体结构
C60的晶胞
12
（3）分子晶体中存在单个分子，化学式就是分子式
C60分子
神奇之“冰”—“可燃冰”
石油级别的宝藏
三、其它分子晶体
可燃冰资源储量丰富，其广泛分布于全球大洋海域，甲烷含量是天然气资源量的60倍，估算其资源量相当于全球已探明传统化石燃料碳总量的两倍。
天然气水合物晶体，又称可燃冰，属于分子晶体。
理想的甲烷水合物的化学式为8CH4 · 46H2O。
天然气分子藏在水分子笼内
水分子笼是多种多样的
气体分子
水分子
如图为甲烷晶体的晶胞，根据图形回答：
(1)每个晶胞中有________个甲烷分子。
(2)此晶体在常温、常压下不能存在的原因是:
4
甲烷晶体为分子晶体，甲烷分子间靠分子间作用力结合，故而分子晶体熔、沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量很小，分子间作用力很小，故在常温、常压下甲烷以气体形式存在而不能形成晶体!
单质硫有多种同素异形体，其中最常见的是斜方硫和单斜硫。
斜方硫亦称为菱形硫或α-硫，单斜硫又叫β-硫。斜方硫在368.4K以下稳定，单斜硫在368.4K以上稳定。368.4K是这两种变体的转变温度，在这个温度时这两种变体处于平衡状态：
硫黄晶体
单质硫
斜方硫和单斜硫都易溶于CS2中，都是由S8环状分子(皇冠构型)组成的，在这个环状分子中，每个S原子采取sp3杂化态，与另外两个硫原子形成共价单键相联结。在此构型中键长是206pm，内键角为108°，两个面之间的夹角为98°。
硫在熔化时，S8环状分子破裂
并发生聚合作用，形成很长的硫链。
一个白磷分子中有
______个共价键，
有_____ 对共用电子对，白磷的分子式为______
6
6
P4
红磷
P
甲烷分子键角109°28'
磷的同素异形体的
分子结构模型
三、分子晶体的物理性质
（1）性质：
分子晶体熔沸点低、硬度小、易升华，固体和熔融状态不导电，有些在水溶液中能导电，溶解度相似相溶原理。
（2）本质原因： 分子间作用力很弱。
（3）熔沸点的比较：
①分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高。
如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
②不含氢键且组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。
如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高。
如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。
④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如CH3CH2CH2CH3 ＞ CH3CH(CH3)CH3.
---分子间作用力强弱
四、石墨晶体——混合型晶体
实验测定，石墨的熔点高达3850℃，高于金刚石的熔点，这说明石墨晶体具有原子晶体的特点；但是，石墨很软并且能导电，是非常好的润滑剂，这说明它又不同于原子晶体。那么石墨究竟属于哪种类型的晶体呢？
联想.质疑
四、石墨晶体——混合型晶体
石墨的晶体结构图
键角： 1200，
键长： 1.42×10－10 m
层间距：3.35×10－10 m
空间结构俯视图
石墨层状结构中，平均每个正六边形占有的
C原子数 ;C—C键数
小结：金刚石、石墨的比较
项目 金刚石 石墨
晶体形状
晶体中的键或作用力
由最少碳原子形成环的形状与个数
碳原子成键数
　　　 　　 键的平均数
原子的平均数
每个环中
正四面体空间网状
六边形平面层状
共价键
共价键与范德华力
６个原子不同面
６个原子同面
４
３
6*1/6=1
6*1/2=3
6*1/12=1/2
6*1/3=2
只有范德华力，无分子间氢键－分子密堆积
有分子间氢键－不具有分子密堆积特征如冰等 。
课时小结
分子晶体
由分子构成
分子间作用力
低熔点、升华、硬度很小等
结构特征
特点
一、四种晶体类型的比较
总结提升
1.四种晶体类型的结构与性质
　　类型 项目　　 离子晶体 共价 晶体 分子 晶体 金属
晶体
构成晶体的粒子 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子和自由电子
粒子间的作用 离子键 共价键 分子间作用力 (范德华力或氢键) 金属离子和自由电子之间的强烈相互作用
溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少数与水反应
机械加工性 不良 不良 不良 优良
延展性 差 差 差 优良
确定作用力强弱的一般判断方法 晶格能 键长(原子半径) 组成结构相似时，比较相对分子质量 离子半径、价电子数
熔、沸点 较高 很高 较低 差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410 ℃)
硬度 略硬而脆 很大 较小 差别较大
导电性 不良导体(熔化后或溶于水导电) 不良导体(个别为半导体) 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 良导体
　　类型 项目　　 离子晶体 共价 晶体 分子 晶体 金属
晶体
2.晶体类型的判断方法
(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断
共价晶体：原子→共价键；
分子晶体：分子→分子间作用力；
离子晶体：离子→离子键；
金属晶体：金属阳离子和自由电子→金属键。
总结提升：晶体类型的判断
(2)依据物质的分类判断
①常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；
②分子晶体：大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)；
③离子晶体：金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类；
④金属晶体：金属单质与合金。
(3)依据晶体的熔点判断
①离子晶体的熔点较高，常在数百至1 000余度；
②共价晶体熔点很高，常在1 000度至几千度；
③分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度；
④金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点很低。
(4)依据导电性判断
①共价晶体：一般不导电；
②分子晶体：
若不是电解质：固态、液态不导电、溶于水(不反应)
不导电
若是电解质：固态、液态不导电，溶于水导电
③离子晶体：固态不导电，熔融或溶于水导电；
④金属晶体：固态或熔融均导电。
(5)依据硬度和机械性能判断
共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；离子晶体硬度较大或较硬、脆；金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。
总结提升：比较晶体的熔点沸点
3.晶体熔、沸点的比较
(1)不同类型晶体熔、沸点的比较：
①不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：
___________>___________>___________。
②金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点
很高，汞、铯等熔、沸点很低。

　分子晶体
共价晶体
　离子晶体
(2)同种晶体类型熔、沸点的比较：
如熔点：金刚石____碳化硅____硅。
小
短
大　
高
>
>
①共价晶体：
a．一般地说，阴、阳离子的电荷数越____，离子半径越
____，则离子间的作用力就越____，其离子晶体的熔、
沸点就越____，
如熔点：MgO____MgCl2____NaCl____CsCl。
b．衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越____，
形成的离子晶体越____，熔点越____，硬度越____。

②离子晶体：
多
小
强
高
>
>
>
大
稳定
高
大
a．分子间作用力越____，物质的熔、沸点越____；具有
氢键的分子晶体熔、沸点反常地____。
如H2O____H2Te____H2Se____H2S。
b．组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越____，
熔、沸点越____，如SnH4____GeH4____SiH4____CH4。
③分子晶体：
大
高
高
大
高
>
>
>
>
>
>
c．组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，
其熔、沸点越高，如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。
d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。
金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、
沸点就越高，如熔、沸点：Na④金属晶体：
解析答案
例1 下表列举了几种物质的性质，据此判断属于分子晶体的是________。
物质 性质
X 熔点为10.31 ℃，液态不导电，水溶液导电
Y 易溶于CCl4，熔点为11.2 ℃，沸点为44.8 ℃
Z 常温下为气态，极易溶于水，溶液pH>7
W 常温下为固体，加热变为紫红色蒸气，遇冷变为紫黑色固体
M 熔点为1 170 ℃，易溶于水，水溶液导电
N 熔点为97.81 ℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm－3
答案　X、Y、Z、W
例2. 碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：
回答下列问题：
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为____________。
同素异形体
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为_____、_______。
(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。
(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的_____共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在_____共价键，还有____键。
混合型
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、C10H8 B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、Na2S、H2O2
B
2．下列各物质的固体，属于分子晶体且分子内只含极性键的是 (　　)
A．CO2 B．O2 C．NH4 Br D．Ar
A
随堂小练习

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