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（A03）11-12高中化学第三册、、第1章、第1节、 离子晶体 分子晶体和原子晶体（第二课时）
第二课时
［引言］上一课我们学习了离子晶体。离子晶体由阴、阳离子通过离子键在空间规则排列而成。由于离子间存在着较强的离子键，使离子晶体表现出硬度较大，熔、沸点较高等性质特点，如NaCl和CsCl晶体，与之相比，请看下列晶体。
［多媒体展示］碘晶体、萘的晶体、二氧化碳的晶体、雪花晶体、冰晶。
［讲述］屏幕显示的碘的晶体，萘的晶体、二氧化碳的晶体均有易升华的特点，而雪花晶体、冰晶较易熔化，进而汽化。由此可知，这些晶体并无离子晶体较高的熔、沸点。它们是本节将要学习的另一类晶体。
［板书］二、分子晶体
［引导］请同学们参照离子晶体的分析方法，首先思考构成分子晶体的粒子及粒子间的作用力是什么？
［学生活动］
［板书］
1.概念：分子间以分子间作用力相结合而形成的晶体叫分子晶体。
［讲述］任何分子之间都存在分子间作用力。稀有气体，不少非金属单质（如H2、N2、O2、Cl2、I2等）和化合物（如H2O、HX、NH3、CH4、CO2等及大量有机分子）在常温下是气体、易挥发的液体或易熔化易升化的固体，处于气体和液体的分子在降温凝聚时可通过分子间作用力而聚集在一起，形成分子晶体。分子晶体的特点是分子依靠分子间作用力整齐地排列在晶体中。
［模型展示］干冰及其晶体结构模型。
［讲解］此为干冰晶体的一个晶胞，由此晶胞向空间规则、重复地排列即可形成二氧化碳的晶体，同学们仔细观察干冰晶胞的结构，分析分子的排列和取向。
［学生活动］观察、分析
［小结］干冰晶胞呈立方面心结构，其中八个顶角上排列着取向相同的8个二氧化碳分子，三组平行面的面心上各有一个二氧化碳分子，而且每组相对的分子排列取向也相同。由此可知，晶体中分子排列有一定的取向。那么，与离子晶体相比，则有，离子晶体中离子有阴阳之分，而分子晶体中分子有取向之分。其实分子晶体比离子晶体更为复杂些。
［思考］
1.属于一个干冰晶胞中的二氧化碳分子有几个？（8×+6×=4个）
2.在干冰晶体中，设立方体晶胞的棱长为a，则每个二氧化碳分子周围距离相等且最近的二氧化碳分子有几个？其距离为多少？
［解析］在熟悉干冰晶胞结构的基础上，想象晶体的结构，假若选定立方体顶点上的一个CO2分子，则与其等距离最近的CO2分子应在面心上，这样的分子共有12个（同层4个，上层4个，下层4个），且距离为a。
［板书］2.干冰晶体的结构：
［投影］
立方面心结构——每8个CO2分子构成立方体且再在6个面心各占据1个，在每个CO2周围等距离（a/2，a为立方体棱长）最近的CO2有12个（同层4个，上层4个，下层4个）。
［过渡］以上我们以干冰晶体为例，认识到分子晶体是分子间通过分子间作用力结合而成的一类晶体，那么分子间作用力的存在对其物理性质有何影响呢？
［板书］3.性质特点：
［三维动画］CO2由气态变为固态
［讲述］气态物质分子能缩短彼此间的距离，并由无规则运动转变为有规则排列，这说明物质的分子间存在着作用力——分子间作用力。
从常见由分子构成的物质的状态（如气体O2、H2、N2、Cl2、HCl、NH3、CH4、CO2、SO2等，液体H2O、C2H5OH，液溴、H2SO4等）可知分子晶体的熔、沸点较低，也就是说克服分子间引力使物质熔化和汽化所需能量较低，说明分子间作用力较弱，与化学键相比其差别是：
［板书］①分子间作用力与化学键
［投影小结］
①化学键存在于分子或物质内部相邻原子之间，键能约为100～600 kJ·mol－1。
②分子间作用力存在于分子之间，其大小一般在2～20 kJ·mol－1之间。
③分子间作用力很弱，不属于化学键。
［引述］正是由于分子间作用力很弱，所以分子晶体具以下性质特点：
［板书］较低的熔、沸点，较小的硬度。如：
［投影］ 熔点 沸点
N2 －209.86℃ －195.8℃
CO －199℃ －191.5℃
［讨论］有同学说，在一般分子晶体中存在共价键，使其熔化或汽化时就需较多的能量，因此熔、沸点也应较高，此说法有无道理？
［分析］分子晶体是由分子构成的，除稀有气体的晶体外，分子内部存在较强的共价键，而分子之间则通过较弱的分子间作用力聚集在一起。前者影响分子晶体的化学性质，而熔、沸点高低则取决于分子间作用力，即分子间作用力与物质的物理性质有密切关系。所以，该同学的说法没有道理。
［思考］1.食盐和蔗糖熔化所克服的粒子间的相互作用是否相同？
2.碘和干冰的升华所克服的粒子间的相互作用是否相同？
［解析］食盐熔化克服的是离子键、蔗糖熔化克服的是分子间作用力，两者不同。碘和干冰都是分子晶体，升华时克服的都是分子间作用力。此类题目需要考虑晶体类型和粒子间的作用力。
［投影］卤素单质的熔沸点
请分析表中数据，推测使卤素单质从F2I2，熔、沸点发生规律性变化的原因。
［引导］从表中数据不难看出卤素单质的熔、沸点从F2I2逐渐升高。另外，联系卤素单质常温下的状态（F2、Cl2呈气态，Br2为液体，I2为固体，也可得出与实验数据相同的结论。那么，导致卤素单质熔、沸点从F2I2逐渐升高的原因是何呢？这得从晶体类型分析起。
［投影］
问题1：卤素单质属何晶体类型？
［答曰］分子晶体
问题2：卤素单质分子的组成和结构有何特点？
［答曰］卤素单质分子均是由卤原子通过共价单键结合成的双原子非极性分子。其结构式可用通式“X—X”表示。因此卤素单质分子具有组成和结构相似的特点。
问题3：影响卤素单质熔、沸点高低的作用力是何？
［答曰］分子间作用力。
问题4：卤素单质熔沸点从F2I2逐渐升高，可知从F2I2分子间作用力逐渐增强，那么在此影响分子间作用力的主要因素又是何呢？
［答曰］分子体积大小或分子质量大小或相对分子质量大小。
［说明］以上三种答案都对，但便于我们分析判断的当属相对分子质量。
［板书］②分子间作用力与物质的熔、沸点：
一般来说，对于组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，其熔、沸点升高。
［思考］按CF4、CCl4、CBr4、CI4顺序，四卤化碳的熔、沸点如何递变？
［分析］四卤化碳属组成和结构相似的物质，因此按CF4、CCl4、CBr4、CI4顺序，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。
［投影］
卤素单质的熔、沸点与相对分子质量的关系 四卤化碳的熔、沸点与相对分子质量的关系
［过渡］从以上分析可知，对于由分子构成的物质，分子间作用力大小是直接影响其熔、沸点高低的因素，而分子间作用力的大小除取决于相对分子质量外，还与分子的极性、氢键等因素有关。
［投影］
一些氢化物的沸点
［设疑］从上图可看出，ⅤA、ⅥA、ⅦA元素氢化物的沸点与ⅣA相比出现了反常，为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常呢？
［转引］HF、H2O和NH3的沸点反常，是因为它们的分子间存在着一种比分子间作用力稍强的相互作用，它叫氢键。
［板书］③氢键
［阅读］弄清以下几个问题：
1.氢键如何形成？
2.氢键形成的条件？
3.氢键的表示方法？
4.氢键对物质熔、沸点的影响？
［讲述］氢键如何形成呢？现以HF为例说明。在HF分子中，由于F原子半径小，吸引电子能力强，导致H—F键极性很强，其间共用电子对强烈偏向F原子，使H原子几乎成为“裸露”的质子。这个半径很小，带部分正电荷的H核，可使另一分子中带部分负电荷的F原子几乎无阻碍地充分接近它，产生静电吸引作用而形成氢键。氢键比化学键弱得多，但比分子间作用力稍强。为区别与化学键，氢键常用“…”来表示，如F—H…F，同学们观察课本P4图1—7，图1—8，可发现形成氢键的三原子处于一条直线上，这就是说形成氢键具有方向的选择性。而且H原子周围只连两个其他原子（一个为共价键，另一为氢键）。一个氢原子不可能同时形成两个氢键，即说，氢键具有饱和性。
那么分子形成氢键必须具备怎样的条件呢？
［投影小结］
1.氢键形成的条件
①分子中必须有H原子与它原子形成的强极性键。如H—F。
②分子中必须有吸引电子能力很强、原子半径很小的非金属原子。如F、O、N等。
2.氢键的表示方法：用“X—H…Y”表示，三原子要在一条直线上，其中X、Y可同可不同，如：F—H…F、O—H…O、N—H…O等。
3.氢键的特点：
①比化学键弱得多，比分子间作用力稍强。
②具有方向性和饱和性。
4.氢键的本质：一般认为是一种静电吸引作用。
［讲述］由于分子间氢键的形成，使分子间产生了较强的结合力，因而使化合物的熔、沸点显著升高。这是由于要使固体熔化或液体汽化，必须给予额外的能量去破坏分子间的氢键。
从投影图“一些氢化物的沸点”可看出，在分子间没有氢键形成的情况下（如IVA元素的氢化物），化合物的沸点随相对分子质量的增加而升高，这是由于随分子量的增大，分子间作用力依次增强。但在分子间有较强的氢键时（如HF、H2O、NH3），化合物的沸点与同族同类化合物相比则显著升高。
［投影小结］5.分子间氢键的形成使物质的熔、沸点升高。
［转引］从投影图可看出H2O的沸点按沸点曲线下降趋势应该在－70℃以下，而分子间氢键的形成使它的沸点实际为100℃，试设想如果水分子之间没有氢键存在，地球上将会是什么面貌？
［讨论］P5同学们可畅所欲言。
［概述］从投影图氧族元素氢化物的沸点变化规律来看，如果水分子间没有氢键，水的沸点将在－70℃以下。
地球上生存着的各种动植物是依存于当地的自然环境和气候条件的，而水的变化能直接影响自然环境和气候。如果水的沸点降为－80℃左右，占据地球表面70%以上的浩瀚的海洋，川流不息的江河和湖泊及其他地表上的水，几乎全要变成水蒸气。就是终年冰雪覆盖的极地，也只有极少量液态的水存在（极地个别地方温度可能在－70℃以下）。于是地表会干涸龟裂，动植物要灭绝，地球将会失去生机，成为不毛之地……
［转述］水分子间氢键的存在，使水表现出很多不同寻常的物理性质。如水的沸点比同族其他化合物显著高，水的比热特别大，水结冰时体积膨胀，密度减小等。单说水结冰，水结冰时，水分子大范围地以氢键结合，形成相当疏松有很多空隙的结构（水分子缔合），从而使冰的密度小于水，冰能浮于水面上。正是由于氢键造成的这一重要自然现象，才使得寒冷冬季江湖中一切生物免遭冻死的灾难。
［过渡］以上我们从分子间作用力和氢键角度主要讨论了物质的熔、沸点。那么，分子晶体的导电性，溶解性如何？
［设疑］分子晶体在固态和熔融态时能否导电？
［回答］固态和熔融态时只有中性分子，故不导电。
［说明］有些分子晶体溶于水时可发生电离而导电，如冰醋酸、硫酸等。
［转引］至于分子晶体的溶解性，由于分子不同，情况各异。
［演示］实验1—1，蔗糖、磷酸、碘和萘晶体分别在水、四氯化碳中的溶解现象。
［结论］蔗糖和磷酸易溶于水，不易溶于四氯化碳，而碘和萘却易溶于甲氯化碳，不易溶于水。
［学生活动］从分子极性角度进行分析。
［投影小结］
“相似相溶”规则：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂；极性溶质一般能溶于极性溶剂。
［思考］常用的硫粉是一种硫的小晶体，熔点112.8℃，易溶于CS2、CCl4等溶剂，试推测它可能属于哪一类晶体？
［分析］硫的晶体熔点较低，且易溶于CS2、CCl4非极性分子形成的溶剂，可推断它是由非极性分子形成的分子晶体。
［思考］单质氯的熔点和沸点都很低，而氯化钠的熔、沸点都很高，为什么？
［分析］单质氯形成分子晶体，分子间存在较弱的分子间作用力，故熔、沸点都较低，而NaCl晶体属离子晶体，离子间有较强离子键，故熔沸点都较高。
［总结］本节主要学习了分子晶体的结构与其性质的关系，希望同学们课后将分子晶体和离子晶体进行对比。
［布置作业］课本P8一、1.2 二、1.3.4.5
●板书设计
二、分子晶体
1.概念：分子间以分子间作用力相结合的晶体。
2.干冰晶体的结构：
3.性质特点：
较低的熔、沸点，较小的硬度，不导电。
①分子间作用力与化学键
②分子间作用力与物质的熔、沸点。
一般来说，对于组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。
③氢键
●综合能力训练题
1.下列变化过程中，共价键被破坏的是
A.碘晶体升华 B.溴蒸气被木炭吸附
C.酒精溶于水 D.HCl气体溶于水
［解析］A中碘升华是I2由固态变为气态，只破坏了分子间的作用力。B是一个物理过程，物质本身没发生变化，C中酒精分子扩散到水分子中，分子间作用力发生了变化。D中HCl气体溶于水，HCl分子变成了水合氢离子（H3O＋）和Cl－，共价键被破坏。
［答案］D
2.参考下表熔点，回答下列问题：
（1）钠的卤化物熔点比相应硅的卤化物熔点高得多，这与 有关，因为 ，故前者熔点远远高于后者。
（2）硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物熔点与 有关，随 增大， 增大，故熔点依次升高。
（3）钠的卤化物及碱金属的氯化物熔点与 有关，随着 增大， 减小，故熔点降低。
［解析］晶体熔点高低首先是与晶体类型有关。一般，原子晶体熔点高于离子晶体熔点；离子晶体熔点高于分子晶体熔点。其次，同类型的晶体熔点与决定作用力的粒子的结构有关。同类型原子晶体熔点与组成晶体的原子半径有关。同类型离子晶体熔点与组成晶体的离子半径和离子电荷数等因素有关。同类型分子晶体的熔点与相对分子质量大小等有关。
（1）小题中钠的卤化物是离子晶体，硅的卤化物形成分子晶体，所以前者熔点比后者高很多，这与晶体类型有关，因离子键键能比分子间作用力大得多。
（2）小题中硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物形成分子晶体，且组成和结构相似，因此，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔点升高。
（3）小题中钠的氯化物及碱金属的氯化物属离子晶体，熔点高低与离子半径有关，随离子半径的增大，离子键减弱，熔点降低。
［答案］（1）晶体类型，离子键键能比分子间作用力大得多。
（2）相对分子质量，相对分子质量，分子间作用力。
（3）离子半径，离子半径，离子键能。
［点拨］此类题目应明确晶体结构与物质性质的关系，把握粒子半径规律及以上12条规律即可解决问题。
3.第28届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类1000年的能源需求。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个CH4或1个游离水分子。据以上信息完成下列两题。
（1）下列关于天然气水合物中两种分子极性的描述正确的是
A.两种都是极性分子
B.两种都是非极性分子
C.CH4是极性分子
D.水是极性分子，CH4是非极性分子
［答案］D
（2）若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离水分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为
A.CH4·14H2O B.CH4·8H2O
C.CH4·7H2O D.CH4·6H2O
［解析］n（CH4）∶n（H2O）=6∶（46+2）=1∶8
［答案］B

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