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分子晶体
晶体结构的复杂性
课时3
第3章
第
2
节
学
习
目
标
1.了解分子晶体的概念、构成微粒及微粒间的作用力。
2.了解常见的分子晶体晶胞并会进行简单计算，能够分析、解释分子晶体的物理特性(重、难点)。
3.了解石墨晶体的结构与性质，知道晶体结构的复杂性。
内
容
索
引
目标一　分子晶体
目标二　晶体结构的复杂性
分子晶体
< 目标一 >
联想质疑
在金属晶体、离子晶体和共价晶体中，原子或离子之间都是通过化学键相互结合的，相应化学键的特点对晶体中微粒的空间排布方式会产生影响。那么，像碘、干冰等这些以分子为基本构成微粒的晶体中，分子会如何排列呢
碘晶体
干冰
冰
1.分子晶体
分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。
非金属单质、非金属的氧化物和氢化物等无机物以及多数有机化合物形成的晶体，大都属于分子晶体。
碘晶体
干冰
冰
2.典型的分子晶体
单质碘 干冰 冰
晶胞或结构模型
微粒间作用力
晶胞中微粒数 —
配位数 —
范德华力
范德华力
范德华力和氢键
4
4
12
4
硫化氢和水分子结构相似，但硫化氢晶体中，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？
因硫化氢晶体中分子间作用力只有范德华力，若以一个分子为中心，其周围最多可以有12个紧邻的分子。而冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性，迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。
3.分子晶体中相互作用力的影响
(1)熔、沸点
熔点较低，硬度较小
分子晶体以比较弱的分子间作用力相结合
原因
含有氢键的分子晶体熔、沸点较高，不含氢键的分子晶体，若组成和结构相似，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。
3.分子晶体中相互作用力的影响
(2)溶解性
分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”原理。
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)导电性
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。
3.分子晶体中相互作用力的影响
(4)典型的分子晶体
有限数目的原子
共价键
分子
分子间作用力
晶体
分子在无方向性的分子间作用力的作用下堆积时，尽可能利用空间紧密地堆积在一起。
常温下，液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0 ℃以下，水凝结为冰，其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用？这对冰晶体的结构与性质产生了怎样的影响？
冰晶体主要是水分子依靠氢键结合形成的。由于氢键具有一定的方向性，每个水分子都与周围四个水分子结合，四个水分子也按照同样的规律再与其他水分子结合。这样，每个水分子中的每个氧原子周围都有四个氢原子，氧原子与其中的两个氢原子通过共价键结合，而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合在一起。可以看出，在这种排列中，分子的间距比较大，有很多空隙，类似于蜂巢结构。因此，液态水变成固态水，即水凝固成冰、雪、霜时密度会变小。
1.正误判断
(1)分子晶体结构一定遵循紧密堆积原理
(2)分子晶体的状态变化，只需克服分子间作用力，不破坏化学键
(3)分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点越高
(4)分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
(5)互为同素异形体的单质的晶体类型一定相同
(6)分子晶体在熔融状态或溶于水均不导电
×
√
×
×
×
×
2.如图为干冰的晶胞结构示意图。
(1)将CO2分子视作质点，设晶胞边长为a pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为　 　pm。
a
(2)其密度ρ＝　 　 g·cm-3(1 pm＝10-10 cm，NA为阿伏加德罗常数的值)。
归纳总结
类型 实例
大部分非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等
大部分非金属氧化物 CO2、P4O6、P4O10、SO2等
稀有气体 He、Ne等
非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等
几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
多数有机化合物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
晶体结构的复杂性
< 目标二 >
联想质疑
实验测定，石墨的熔点高达 3 850 ℃，这说明石墨晶体具有共价晶体的特点。但是，石墨很软并且能导电，是非常好的润滑剂，这说明它又不同于共价晶体。那么，石墨究竟属于哪种类型的晶体呢
1.混合型晶体——石墨晶体的结构与性质
(1)结构模型
(2)结构特点
①石墨晶体具有层状结构，同一层中每个碳原子以sp2杂化轨道与邻近的3个碳原子以共价键相结合，形成无限的六边形平面网状结构，键角为120°。
②每个碳原子还各剩下一个未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子形成大π键，具有金属键的性质。
石墨沿层的平行方向导电性强的原因
③层与层之间以范德华力相结合，可以相对滑动。
使石墨具有润滑性
④晶体类型：混合型晶体
(3)用途
制造电极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等。
石墨电极 石墨乳润滑剂 铅笔芯 石墨坩埚
(1)物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间作用。
2．晶体结构复杂性的原因
例如，BaTiO3含有一种阴离子和多种阳离子，
Ca5(PO4)3OH含有一种阳离子和多种阴离子。
(2)原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。
由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体，也可能是居于
金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。
金属键、离子键、共价键、配位键等
典型的晶体结构模型
1.正误判断
(1)石墨属于共价晶体，能导电，也属于电解质
(2)石墨中含有范德华力，所以石墨的熔点低
(3)石墨的硬度比金刚石大
(4)石墨能导电，所以属于金属晶体
(5)物质组成的复杂性及微粒间的作用存在键型过渡导致了晶体结构的复杂性
×
√
×
×
×
2.碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石晶胞的结构图：
回答下列问题：
(1)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化方式分别为　　　　、
　　　　。
sp3杂化
sp2杂化
(2)C60属于　　　晶体，石墨属于　　　　晶体。
分子
混合型
(3)在金刚石晶体中，碳原子数与化学键数之比为　　　　；在石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的化学键数为　　，该晶体中碳原子数与共价键数之比为　　　　。
1∶2
3
2∶3
(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。推测金刚石的熔点　　　　(填“>”“<”或“=”)石墨的熔点。
<
返回
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、C10H18
B.PCl3、CO2、H2SO4
C.SO2、SiO2、P2O5
D.CCl4、Na2S、H2O2
√
2.石墨晶体是层状结构(如图)，下列有关石墨晶体的说法正确的一组是
①石墨层与层间靠范德华力维系　
②石墨中的C为sp2杂化
③石墨的熔、沸点都比金刚石低　
④石墨和金刚石的硬度相同　
⑤石墨层内导电性和层间导电性不同
A.全对　　　　B.①②③　　　　C.①②⑤　　　　D.②③④
√
3.(1)CO能与金属Fe形成化合物Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于　　 晶体。
分子
(2)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，如ClF3、BrF3，常温下它们都是易挥发的液体。ClF3的熔、沸点比BrF3的　 (填“高”或“低”)。
低
②NH3　　PH3；
4.(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。
①CO2　　SO2；
<　
>
③O3　　O2； ④Ne　　Ar；
>
<
⑤CH3CH2OH　　CH3OH。
>
(2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.202×105 Pa)，但它在180 ℃即开始升华。请回答：
①AlCl3固体是　 　晶体。
分子
②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。你设计的实验是___________________________________________________
　　　　　 。
在熔融状态下，检测AlCl3是否导电，若不导电则AlCl3是
共价化合物
本课结束
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