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第三章 晶体结构与性质
第二节　分子晶体与共价晶体
第1课时 分子晶体
二氧化硅
碳和硅为同主族元素,它们对应的氧化物CO2和SiO2的物理性质相似吗？为什么
CO2（干冰）
1. 知道分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体。
2. 认识分子晶体中微粒及其微粒间的相互作用。
3.借助冰、干冰等模型认识分子晶体的结构特点及物理特性。
1. 能辨识常见的分子晶体，并能从微观角度分析分子晶体中各构成微粒之间的作用和对分子晶体物理性质的影响。（宏观辨识与微观探析）
2. 能利用分子晶体的通性推断常见的分子晶体，理解分子晶体中微粒的堆积模型，并能利用均摊法对晶胞进行分析。（证据推理与模型认知）
组成相似
化学性质相似
干冰 石英
样品
熔点
沸点
干冰、石英的溶沸点为何相差如此之大？
构成晶体的微粒及微粒间的作用力不同
干冰是由CO2分子通过分子间作用力结合在一起
1.分子晶体的概念
只含分子的晶体叫做分子晶体。如：I2、H2O、NH3、H3PO4、萘等在固态时都是分子晶体。
2.构成分子晶体的微粒
3.分子晶体中微粒间的作用
分子晶体中相邻的分子间以分子间作用力相互吸引，原子间通常以共价键结合。
分子
一、分子晶体
物质种类 实例
所有非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等
部分非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等
部分非金属氧化物 CO2、P4O10、SO2、SO3等
几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4等
绝大多数有机物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
4.分子晶体与物质的类别
大多数分子晶体中，如果分子间作用力只是范德华力(无分子间氢键)，若以一个分子为中心，其周围最多可以有12个紧邻的分子，分子晶体的这一特征称为分子密堆积。如：C60、干冰 、I2、O2。
（1）分子密堆积
5.分子晶体的常见堆积方式：
碳60（C60）
干冰晶胞
碘 I2
分子间的作用力：范德华力
晶胞特点：
晶胞粒子数：
配位数：
顶点和面心各有1个分子
4
12
面心立方
干冰的晶体结构图
中心
CO2分子
以干冰晶体结构为例分析：分子密堆积的结构
①干冰中的CO2分子间作用力只存在 ，不存在 。
②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
分子间氢键
（2）非密堆积
水分子间的主要作用力是氢键，由于氢键具有方向性，使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，使得晶体中分子的空间利用率降低，留有相当大的空隙，这种晶体不具有分子密堆积特征。如HF、NH3、冰。
冰的结构
氢键有方向性
思考1.为什么冰的密度比水小？
由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，其密度比液态水小。
2.为什么水在4℃时的密度最大？
氢键的存在迫使在四面体中心的水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，其密度比液态水小。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，由于热运动加剧，分子间距离加大，密度逐渐减小，所以4℃时水的密度最大。
结合表格和已有知识,分析:分子晶体有哪些物理特性？为什么
【思考讨论】
(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)一般分子晶体不导电。
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自由电子，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。
6.分子晶体的物理特性：
(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。
二、两种典型的分子晶体的组成和结构
1．干冰
干冰的晶体结构在干冰晶体中，CO2分子在范德华力作用下，以密堆积方式排列而成：8个CO2分子分别位于立方体的8个顶点，6个CO2分子位于立方体的6个面心。每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子共12个，分别分布于3个相互垂直的平面上，每个平面上有4个。
（1）干冰中的CO2分子间只存在 ，不存在 。
（2）每个晶胞中均摊 个CO2分子,含有 个原子。
（3）每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为 个。
（4）干冰在常压下极易 ，在工业上广泛用作制冷剂。
范德华力
氢键
4
12
12
升华
2．冰
冰晶体的结构由于水分子中O原子采取sp3杂化，因此成键电子对与孤对电子之间有特定的伸展方向，所以分子间氢键的形成也有特定的方向和数目。每个H2O分子只能通过氢键与4个H2O直接相邻排列。冰晶体中每个水分子均在氢键的作用下形成以它为中心其他4个水分子为顶点的变形四面体结构。
冰的结构模型
①水分子之间的作用力有 ，但主要是 。
②由于氢键具有 ，使四面体中心的每个水分子与四面体顶点 的 个相邻的水分子相互吸引。
③冰的硬度和干冰相似，而熔点比干冰的熔点 。
范德华力、氢键
氢键
方向性
4
高
观察下图冰和干冰的晶体结构,回答下列问题:
(1)为什么干冰的熔点比冰低而密度却比冰大
(2)干冰升华过程中破坏共价键吗
【及时巩固】
(1)为什么干冰的熔点比冰低而密度却比冰大
提示:冰中水分子间除了范德华力外还有氢键作用,而干冰中CO2分子间只有范德华力,所以冰的熔点比干冰高。由于水分子间形成的氢键具有方向性,导致冰晶体不具有分子密堆积特征,晶体中有较大的空隙,所以相同状况下冰的密度较小。由于干冰中CO2分子采取密堆积方式形成晶体,所以干冰的密度较大。
(2)干冰升华过程中破坏共价键吗
提示:干冰升华过程中只破坏范德华力,不破坏共价键。
从下图中能得到什么信息？
如何解释同主族元素所对应的简单氢化物的沸点变化规律？
【思考讨论】
（1）分子晶体熔、沸点的特点：
三、分子晶体熔沸点的特点及比较
（2）分子晶体熔、沸点高低的判断方法：
①组成和结构相似的物质，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。如：O2>N2，HI>HBr>HCl。
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。
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
熔、沸点均较低，有些分子晶体具有易挥发、升华的性质。
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；
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。
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。
四、分子晶体的判断方法
(1)依据物质的类别判断,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、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。
(2)依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断,组成分子晶体的粒子是分子，粒子间作用是分子间作用力。
(3)依据物质的性质判断,分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。
分子晶体
构成粒子：分子
粒子间作用力：分子间作用力
典型的晶体：冰、干冰、I2、S8、稀有气体（固态）、
P4、C60
晶体特征：熔、沸点低，熔融状态不导电，熔融时
不破坏共价键
结构特征：存在分子，分子内原子之间形成共价键，
个别分子晶体中无共价键
C
1.下列分子晶体：①H2O ②HCl ③HBr ④HI ⑤CO ⑥N2 ⑦H2 熔、沸点由高到底的顺序是（ ）
A.①②③④⑤⑥⑦ B.④③②①⑤⑥⑦
C.①④③②⑤⑥⑦ D.⑦⑥⑤④③②①
2、HgCl2的稀溶液可作手术刀的消毒剂，已知其熔点是227℃，熔融状态的HgCl2不能导电，HgCl2的稀溶液有弱的导电能力，由下列关于HgCl2(s)的叙述中正确的是（ ）
①属于分子晶体； ②属于离子化合物；
③属于非电解质； ④属于弱电解质。
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
B
3、四氯化硅的结构和四氯化碳类似，对其性质的推断，正确的是（ ）
① 四氯化碳晶体是分子晶体；
② 通常情况下为液态；
③熔点高于四氯化碳；
④属于正四面体的分子构型。
A. ①③ B.①② C. ③④ D. 全部
D
4、HCl、HBr、HI 三种物质从左至右稳定性和沸点如何变化？
递减
气态氢化物稳定性：
沸点：
递增
决定因素：共价键键能
决定因素：分子间作用力
5、冰醋酸固体中不存在的作用力是（ ）
A、离子键 B、极性键
C、非极性键 D、范德华力
A
6、以下晶体中哪些属于分子晶体？
S、 H2SO4、 C60、 尿素、 He 、
NH3、 SiO2、 SO2、 P4O6、 P、
Cl2、 C(金刚石)、 H2S、 冰醋酸
判断标准----只含分子
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