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第二節 分子晶體和共價晶體
第三章 晶體結構和性質
第一課時
分子晶體
分子晶體 共價晶體 金屬晶體 離子晶體
分子間作用力
金屬鍵
共價鍵
離子鍵
根據組成晶體粒子間作用力的不同，對下列各種晶體進行分類：
粒子間作用力
晶體分類
問題1 從組成粒子和粒子間相互作用的角度分析
以下四種晶體結構的共同特點是什么？
【思考與討論】
碘(I2)
干冰(CO2)
碳60(C60)
冰(H2O)
組成粒子
粒子間相互作用
：分子
：范德華力及氫鍵
分子晶體
一：分子晶體
1、 概念
只含分子的晶體叫做分子晶體。如圖：碘晶體只含I2屬于分子晶體。相鄰分子靠分子間作用力相互吸引。
構成粒子
分子晶體
分子
粒子間的作用力
分子間作用力
分子內各原子間
共價鍵
注意：
①并非所有的分子晶體中都含共價鍵，如稀有氣體
②分子晶體熔化時一般破壞分子間作用力
③分子晶體構成微粒是分子，化學式就是分子式
碘晶體晶胞
(1)部分非金屬單質：X2、O2、H2、 S8、P4、C60
(4)部分非金屬氧化物: CO2、SO2、NO2……
(5)幾乎所有的酸： H2SO4、HNO3、H3PO4
(6)絕大多數有機物：乙醇、冰醋酸、蔗糖……
(2)稀有氣體：
(除 SiO2 等）
(除B、Si、Ge等的單質、金剛石等)
大部分共價單質和共價化合物
2、 常見的分子晶體
(3)所有非金屬氫化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX……
3、分子晶體的物理性質
I.分子晶體具有較低的熔、沸點和較小的硬度。
[注意]分子晶體熔化時破壞的是分子間作用力，分子間作用力很弱。
II.分子晶體不導電。
[提示]分子晶體在固態和熔融狀態下均不存在自由移動的離子。有些分子晶體的水溶液能導電，如HI、CH3COOH等。
III.分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規律。
[舉例]H2O(極性溶劑)—溶解度:SO2(極性分子)>N2(非極性分子)
CCl4(非極性溶劑)—溶解度:I2(非極性分子)>水(極性分子)
原因：分子間作用力很弱
①組成和結構相似的物質(且不含氫鍵的分子晶體),相對分子質量越大，范德華力越大，熔沸點越高。
②相對分子質量相等或相近，極性分子的范德華力大，熔沸點高。
分子晶體熔沸點的比較規律
如：HI>HBr>HCl。
如：CO>N2
③含有分子間氫鍵的分子晶體，熔沸點較高。
如：H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3
⑤在烷烴的同分異構體中，一般來說，支鏈數越多，熔沸點越低。
如沸點：正戊烷>異戊烷>新戊烷；
分子晶體熔沸點的比較規律
④烴、鹵代烴、醇、醛、羧酸等有機物一般隨分子中碳原子數的增加,熔、沸點升高
如：C2H6> CH4， C2H5CI>CH3CI， CH3COOH> HCOOH。
⑥芳香烴及其衍生物苯環上的同分異構體一般按照“鄰位>間位>對位”的順序。
→下列晶體是否屬于分子晶體？
√
√
√
√
√
╳
╳
H2S、O2、 SO2、 H2SO4、乙醇、 He、 NaCl、Cu、SiO2、C(金剛石)
判斷
√
╳
╳
①所有非金屬氫化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX
②部分非金屬單質:X2、O2、H2、S8、P4、C60
③部分非金屬氧化物: CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10
④幾乎所有的酸：H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等
⑤絕大多數有機物：乙醇、冰醋酸、蔗糖、蛋白質、尿素等
2、典型的分子晶體：
例外：金剛石、晶體硅等
例外：SiO2等
⑥稀有氣體為單原子分子，固態時為分子晶體
課堂練習1：判斷正誤
(1)組成分子晶體的微粒是分子，在分子晶體中一定存在共價鍵和分子間作用力(　　)
(2)分子晶體熔化時一定破壞范德華力，有些分子晶體還會破壞氫鍵(　　)
(3)分子晶體熔化或溶于水均不導電(　　)
(4)分子晶體的熔、沸點越高，分子晶體中共價鍵的鍵能越大(　　)
(5)水分子間存在著氫鍵，故水分子較穩定(　　)
(6)H2SO4為強電解質，硫酸晶體是能導電的(　　)
(7)SiCl4晶體是分子晶體，熔點高于CCl4(　　)
×
√ 　　
×
×
×
×
√ 　　
課堂練習2：比較下列化合物的熔、沸點的高低（填“>”或“<”）
①CO2 SO2; ②NH3 PH3;
③O3 O2; ④Ne Ar;
⑤CH3CH2OH CH3OH; ⑥CO N2;
<
>
>
<
>
>
課堂練習3：已知AlCl3的熔點為190℃（2.02×105Pa），但它在180℃即開始升華，設計一個可靠的實驗，判斷氯化鋁是離子化合物還是共價化合物。
若驗證一種化合物是共價化合物還是離子化合物，可測其在熔融狀態下是否可導電，若不導電，則是共價化合物，若導電，則是離子化合物。
密堆積——
密堆積指的是晶體中原子或分子的排列方式
一維堆積 球成線
二維堆積 線成面
三維堆積 面成體
密堆積方式
心對心
心對空
非最密堆積
最密堆積
資料鏈接
(分子間空隙更小)
→微觀粒子總是趨向于能充分利用空間的堆積密度最大的那些結構。
√
4、 分子晶體的結構特征
特點：分子間作用力都只是范德華力，在立方體的頂角各有一個分子，6個面的中心又各有一個分子，這種堆積稱為分子密堆積。
(1)、分子密堆積
碳60的晶胞
——大多數分子晶體的結構特征
碘晶體晶胞
干冰晶胞
面心立方最密堆積
認識CO2晶體
→分析干冰晶體結構中每個CO2分子周圍距離最近緊密相鄰的CO2分子共有 個？
分子抽象成質點
干冰的晶胞
面心立方最密堆積
以干冰晶體結構為例分析：分子密堆積的結構
干冰的晶體結構圖
中心
CO2分子
①干冰中的CO2分子間只存在 ，不存在 。
②干冰晶胞是一種面心立方結構，每個晶胞中均攤 個CO2分子
③每個CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子數為 個。
4
12
范德華力
氫鍵
用途：干冰在常壓下極易升華，在工業上廣泛用作制冷劑。
3.分子晶體的結構特征
總結：干冰晶體的結構特征
④觀察分析，有___種取向不同的CO2分子。
頂角一種取向，三對平行面分別為三種取向，所以共有4種取向。
4
二氧化碳與鎂的反應
（2Mg+CO2 2MgO+C)。
塊狀的干冰與鎂粉接觸面積不大，為什么鎂粉可以繼續燃燒呢？
現象：鎂粉在干冰內繼續燃燒，像冰燈中裝進一個電燈泡一樣，發出耀眼的白光。（切勿用手接觸干冰，以免凍傷！）
干冰在常壓下極易升華
舞臺煙霧特效
裝飾菜品
食品冷藏保鮮
二氧化碳與鎂的反應
（2Mg+CO2 2MgO+C)。
通常用作制冷劑
只有范德華力→分子密堆積
氧(O2)的晶體結構
碳60的晶胞
→是否所有分子晶體的分子周圍與其緊鄰且等距的分子都是12個？
Δ
均為面心立方晶胞
碘晶體晶胞
分子周圍與其緊鄰且等距的分子都是12個
心對空
否
[典例2]冰—非密堆積
冰
氫鍵具有方向性和飽和性
認識冰晶體
冰的晶體結構
冰晶體中有氫鍵→分子非密堆積
0-4℃時，當冰剛剛融化為液態水時，熱運動使冰的結構部分解體，水分子間的空隙減小，密度反而增大。
超過4℃時，溫度升高，水分子熱運動速度加快，使得分子的平均距離加大，密度減小。
水在4℃時的密度最大
①水分子之間的作用力有 ,且主要是 。
②由于氫鍵具有 ,使四面體中心的每個水分子與 個相鄰的水分子相互吸引。
4
范德華力、氫鍵
氫鍵
方向性
→冰的硬度和干冰相似，而熔點比干冰的熔點高得多。
總結：冰晶體的結構特征
③水分子以氫鍵相連接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成__ mol“氫鍵”
2
[思考討論5]硫化氫和水分子結構相似，但一個硫化氫分子周圍有12個緊鄰分子，而冰中一個水分子周圍只有4個緊鄰分子，這是為什么？
H2S分子中不存在氫鍵，晶體堆積方式為最密堆積。
H2O分子中存在氫鍵，晶體堆積方式為非最密堆積。
①分子間只有范德華力
→分子非密堆積（每個分子周圍緊鄰的分子少于12個）
②分子間存在范德華力和氫鍵
總結：分子晶體的結構特征
→分子密堆積（每個分子周圍有12個緊鄰的分子）
如：C60、干冰 、O2
如：HF 、NH3、冰(每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子)。
③分子晶體中存在單個分子，化學式代表真實的分子組成。
課堂練習5：甲烷晶體的晶胞結構如圖所示，下列說法正確的是（ ）
A．甲烷晶胞中的球只代表1個C原子
B．晶體中1個CH4分子有12個緊鄰的CH4分子C．甲烷晶體熔化時需克服共價鍵
D．1個CH4晶胞中含有8個CH4分子
B
課堂練習6：醫院在進行外科手術時，常用HgCl2稀溶液作為手術刀的消毒劑，已知HgCl2有如下性質：①HgCl2晶體熔點較低；②HgCl2熔融狀態下不導電；③HgCl2在水溶液中可發生微弱電離。下列關于HgCl2的敘述中正確的是( )
A.HgCl2晶體屬于分子晶體
B.HgCl2屬于離子化合物
C.HgCl2屬于電解質，且屬于強電解質
D.HgCl2屬于非電解質
A
7.如圖為冰晶體的結構模型，大球代表O，小球代表H，下列有關說法正確的是
A.冰晶體中每個水分子與另外四個水分子形成四面體
B.冰晶體具有空間網狀結構，不是分子晶體
C.水分子間通過H—O形成冰晶體
D.冰晶體融化時，水分子之間的空隙增大
A
解析　B項，冰晶體屬于分子晶體；
C項，水分子間通過分子間作用力、氫鍵形成晶體；
D項，冰融化，氫鍵部分斷裂，空隙減小。
天然氣水合物 ——一種潛在的能源
20世紀末，科學家發現海底存在大量天然氣水合物晶體。其主要氣體成分是甲烷，稱甲烷水合物，外形像冰，在常溫常壓下會迅速分解釋放出甲烷又稱“可燃冰”。
P80頁“科學·技術·社會”
理想可燃冰化學式8CH4.46H2O，水分子通過氫鍵形成四邊形、五邊形或六邊形，進而形成籠狀多面體。
一種甲烷水合物晶體中，平均每46個水分子構成8個水分子籠，每個水分子籠可容納1個甲烷分子或水分子，若這8個分子籠中有6個容納的是甲烷分子，另外2個被水分子填充，這種可燃冰的平均組成可表示為
A. CH4·5H2O B. CH4·6H2O
C. CH4·7H2O D. CH4·8H2O
遷移練習
D
相當于分子數之比 CH4 : H2O = 6:(46+2) = 1:8
分子
晶體
冰
性質
熔點低
硬度小
不導電
分子
分子間作用力
影響因素
有分子間氫鍵
只有范德華力
類型
分子密堆積
分子非密堆積
干冰、碘、C60
【課堂小結】
（每個分子周圍有12個緊鄰的分子）
A、依據物質的類別判斷
B、依據組成晶體的粒子及粒子間作用判斷
C、依據物質的性質判斷
部分非金屬單質、所有非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸、絕大多數有機物都是分子晶體。
組成分子晶體的微粒是分子，粒子間的作用力是分子間作用力。
分子晶體硬度小，熔、沸點低，在熔融狀態或固體時均不導電。
小結：分子晶體的判斷方法
1、下列關于分子晶體的說法正確的是( )
A. 分子內均存在共價鍵 B. 分子間一定存在范德華力
C. 分子間一定存在氫鍵 D. 晶體的熔、沸點一般較高
2、下列各組物質都屬于分子晶體的是( )
A．碘、二氧化碳、白磷、C60
B．NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硫
C．SO2、金剛石、N2、銅
D．醋酸、甲烷、石墨、氧化鈉
B
A
3. 已知氯化鋁易溶于苯和乙醚，其熔點為190 ℃，則下列說法不正確的是(　 　)
A．氯化鋁是電解質 B．固態氯化鋁是分子晶體
C．氯化鋁是極性分子 D．氯化鋁是非極性分子
C
解析　由“相似相溶”規律可推知AlCl3為非極性分子
4．某研究所合成了一種球形分子，它的分子式為C60Si60，其結構中包含有C60和Si60結構。下列對該分子的敘述中正確的是(　　)
A．分子中Si60被包裹在C60里面
B．形成的晶體屬于分子晶體
C．其摩爾質量為2 400
D．熔點高、硬度大
硅的原子半徑比碳大，
所以化合物C60Si60，外層球殼為Si60
該晶體是由分子構成的，屬于分子晶體
2 400 g·mol－1
該物質是分子晶體，熔點低，硬度小
D
5.正硼酸(H3BO3)是一種片層狀結構的白色晶體，層內的H3BO3分子通過氫鍵相連(如圖所示)。下列有關說法正確的是
A.正硼酸晶體屬于分子晶體
B.H3BO3分子的穩定性與氫鍵有關
C.分子中硼原子最外層為8電子穩定結構
D.含1 mol H3BO3的晶體中有3 mol氫鍵
AD
1個H3BO3分子對應6個氫鍵，
1個氫鍵被2個H3BO3分子擁有，
因此，含1 mol H3BO3的晶體中有6×1/2=3 mol氫鍵
√
√
∴每個H3BO3分子擁有該氫鍵的1/2
(2)已知AlCl3的熔點為190 ℃(2.02×105 Pa)，但它在180 ℃即開始升華。請回答：①AlCl3固體是_______晶體。
②設計一個可靠的實驗，判斷AlCl3是離子化合物還是共價化合物。
你設計的實驗是_______________________________________。
7．(1)比較下列化合物熔、沸點的高低(填“>”或“<”)。
①CO2________SO2　②NH3________PH3　③O3________O2　
④Ne________Ar　 ⑤CH3CH2OH______CH3OH　⑥CO_____N2
<
<
>
>
>
>
分子
在熔融狀態下，試驗其是否導電，
若不導電是共價化合物，若導電是離子化合物
【課堂練習】
(1)N60分子組成的晶體為_____晶體，其熔、沸點比N2____(填“高”或“低”)，原因是________________________________________________。
8.據報道，科研人員應用計算機模擬出結構類似C60的物質N60。
已知：①N60分子中每個氮原子均以N—N結合三個N原子而形成8電子穩定結構；②N—N的鍵能為167 kJ·mol－1。
請回答下列問題：
分子
高
N60、N2均形成分子晶體，且N60的相對分子質量大，分子間作用力大，故熔、沸點高
注意：回答問題的嚴謹性和邏輯性
8.據報道，科研人員應用計算機模擬出結構類似C60的物質N60。
已知：①N60分子中每個氮原子均以N—N結合三個N原子而形成8電子穩定結構；②N—N的鍵能為167 kJ·mol－1。
請回答下列問題：
(2)1mol N60分解成N2時_____(填“吸收”或“放出”)的熱量是______kJ
(已知N≡N的鍵能為942 kJ·mol－1)，表明穩定性N60 N2。
放出
13230
<
(填“>”“<”或“＝”)
(3)由(2)列舉N60的用途(舉一種)：_____________________________。
N60可作高能炸藥(答案合理即可)
一個N60分子中，每個N原子均攤到1.5個N-N鍵
1molN60分子中，含有60×1.5=90mol N-N鍵
N60 =30 N2
N60分解:

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