专项3第四单元第2课时

专项3第四单元第2课时

[学习目标定位] 1.熟知分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体。2.能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。3.了解石墨晶体的结构，会比较不同类型的晶体熔、沸点。

【一】分子晶体

1．概念及微粒间的作用

(1)概念：分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体叫分子晶体。

(2)微粒间的作用：分子晶体中相邻分子之间以分子间作用力相互吸引。

2．典型分子晶体的结构特征

(1)构成干冰晶体的结构微粒是CO2分子，微粒间的相互作用力是范德华力。

(2)从结构模型可以看出：干冰晶体是一种面心立方结构——每8个C O2分子构成立方体，在六个面的中心又各占据1个CO2分子。每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个。每个晶胞中有4个CO2分子。

3．分子晶体的物理特性

分子晶体中的微粒间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，因此，分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。

(1)常见的分子晶体

①所有非金属氢化物：H2O、NH3、CH4、H2S等；

②多数非金属单质：卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、红磷、硫、稀有气体(固态)等；

③多数非金属氧化物：CO2、SO2、SO3、P2O5等；

④几乎所有的酸：H2SO4、CH3COOH、H3PO4等；

⑤绝大多数有机物：乙醇、蔗糖等。

(2)分子晶体的性质

①分子晶体一般具有较低的熔点和沸点，较小的硬度、较强的挥发性。

②分子晶体在固态、熔融时均不导电。

③不同分子晶体在溶解度上存在较大差别，并且同一分子晶体在不同的溶剂中溶解度也有较大差别。

提醒(1)稀有气体固态时形成分子晶体，微粒之间只存在分子间作用力，分子内不存在化学键。

(2)分子晶体汽化或熔融时，克服分子间作用力，不破坏化学键。

例1

根据以下性质判断所描述的物质可

能属于分子晶体的是()

A、熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电

B、熔点1 128 ℃，沸点4 446 ℃，硬度很大

C、熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电

D、熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3

答案C

解析A项，熔点1 070 ℃，熔点高，不符合分子晶体的特点，错误；B项，熔点1 128 ℃，沸点4 446 ℃，硬度很大，属于离子晶体或原子晶体或金属晶体的特点，分子晶体分子间只存在分子间作用力，熔、沸点低，错误；C项，熔点10.31 ℃，熔点低，符合分子晶体的熔点特点，液态不导电，只存在分子，水溶液能导电，溶于水后，分子被水分子离解成自由移动的离子，如CH3COOH CH3COO－＋H＋，有自由移动的离子，就能导电，正确；D项，熔点97.81 ℃，质软、导电、密度0.97 g·cm－3，是金属钠的物理性质，金属钠属于金属晶体，错误。

例2

甲烷晶体的晶胞结构如下图，以下说法正确的选项是()

A、甲烷晶胞中的球只代表1个C原子

B、晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子

C、甲烷晶体熔化时需克服共价键

D、1个CH4晶胞中含有8个CH4分子

答案B

解析 题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C 原子，A 错误；由甲烷晶胞分析，位于晶胞的顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在晶胞的面上，因此每个都被2个晶胞共用，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×12＝12，B 正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C 错误；甲烷晶胞属于面心立方晶胞，该晶胞中甲烷分子的个数为8×18＋6×12＝4，D 错误。

例3

以下物质，按沸点降低顺序排列的一

组是( )

A 、HF 、HCl 、HBr 、HI

B 、F2、Cl2、Br2、I2

C 、H2O 、H2S 、H2Se 、H2Te

D 、CI4、CBr4、CCl4、CF4

答案 D

解析 A 、C 中HF 和H2O 分子间含有氢键，沸点反常；对结构相似的物质，B 中沸点随相对分子质量的增加而增大；D 中沸点依次降低。

【二】混合晶体——石墨

以下图分别是石墨的二维平面结构、层状结构、层内的π键结构示意图。

回答以下问题：

1．在石墨晶体中，同层的碳原子以3个共价键与另外三个碳原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环，伸展成平面网状结构。

2．在同一平面的碳原子还各剩下一个2p 轨道，并含有一个未成对电子形成π键。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体的特征。

3．石墨晶体中网络状的平面结构以范德华力结合形成层状的结构，距离较大，结合力较弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性。

石墨晶体中既存在共价键，还存在范德华力，不能简单地归属于任何一种晶体，所以石墨是一种混合晶体。

例4

碳元素的单质有多种形式，以下图依

次是C60、石墨和金刚石的结构图：

回答以下问题：

(1)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。

(2)在金刚石晶体中，碳原子数与化学键数之比为________________。

(3)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。

答案 (1)分子 混合 (2)1∶2 (3)<

解析 (1)C60中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；石墨晶体有共价键、金属键和范德华力，所以石墨属于混合晶体。

(2)金刚石晶体中每个碳原子平均拥有的化学键数为4×12＝2，那么碳

原子数与化学键数之比为1∶2。

(3)石墨中的C —C 键比金刚石中的C —C 键键长短，键能大，故石墨的熔点高于金刚石。

方法规律——金刚石与石墨比较

1．分子晶体具有某些特征的本质原因是( )

A 、组成晶体的基本微粒是分子

B 、熔融时不导电

C 、基本构成微粒间以分子间作用力相结合