分子晶体和原子晶体-教案

第二节分子晶体和原子晶体学案（第一课时）

一、分子晶体

（一）、概念：分子间以分子间作用力相结合的晶体叫分子晶体。注意：（1 ）构成分子晶体的粒子是分子。

（2）在分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，而相邻分子靠分子间作用力（范德华力）相互吸引。

（3）范德华力会影响化学键的作用:

（4 ）分子晶体熔化破坏的是分子间作用力。

（二）•分子晶体的物理特性：

（1）不高的熔点和沸点，（2）较小的硬度，易挥发，易升华

（3）—般都是液体，固体和熔融状态都不能导电。

（4）分子晶体的溶解性与溶质和溶剂的分子的极性和非极性相关――相似相容思考：1、为什么分子晶体熔沸点低、易挥发、易升华、硬度小？

原因：分子晶体发生这些变化时条件只破坏分子间作用力，分子间作用力很弱，克服它时需要的能量小。所以分子

晶体熔沸点低、易挥发、易升华、硬度小。

2、为什么分子晶体在晶体和熔融状态均不导电？

它们在晶体和熔融状态均不存在自由离子。部分分子晶体溶于水在水分子作用下

发生电离导电，如HCI,H2SO4 ;有些溶于水与水反应生成酸而导电，SO3,SO2。

（三）典型的分子晶体：

1氢化物:H2O，H2S，NH3, CH4，HX

2•酸：H2SO4, HNO3，H3PO4

3.单质：X2，O2，H2，S8，P4，C60

4•氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6, P4O10

5有机物:乙醇，冰醋酸，蔗糖

绝大多数全部由分子间作用力形成的非金属单质和共价化合物都形成分子晶体，只有很少的

一部分

全部由共价键形成的非金属固体单质和氧化物形成原子晶体（如金刚石，晶体硅，SiO2,碳化

硅，晶体硼等。）

（四）分子晶体结构特征

1. 如果分子间作用力只有范德华力，若以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分

子――分子密堆积

每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰、12、O2

分子间存在其他作用力的分子晶体一一不具有分子密堆积特征

女口：HF、冰、NH3

冰中1个水分子周围有4个水分子，1mol冰周围有4 mol氢键。

冰中1个水分子周围有4个水分子形成什么空间构型？正四面体

1归纳要点〗分子的密度取决于晶体的体积，取决于紧密堆积程度，分子晶体的紧密堆积由以下两个因素决定：

（1）分子间作用力（2）是否含有氢键

（五）、分子晶体熔、沸点高低的比较规律

分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子间的作用力。分子间作用力越大，物质熔化和汽化时需要的能量就越多，物

质的熔、沸点就越高。因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力（包括范力和氢键）的

大小。

（1）组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大,熔沸点越高。如：02>N2>HI>HBr>HCI 。

（2）分子量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高，如_ C0>N2。

（3）含有氢键的，熔沸点比较高。女口HF>HCI ， NH3>PH3。

（4）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低。女如沸点: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。

科学视野：笼装化合物

20世纪末，科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体。这种晶体的主要气体成分是甲烷，因

而又称甲烷水合物。它的外形像冰，而且在常温常压下会迅速分解释放出可燃的甲烷，因而又称

“可燃冰” ....

1. 下列性质适合于分子晶体的是（ B ）

A. 熔点1 070 C，易溶于水，水溶液导电

B. 熔点10.31 C，液态不导电、水溶液能导电

C. 能溶于CS2、熔点112.8 C，沸点444.6C

D. 熔点97.81 C，质软、导电、密度0.97 g/ cm3

2. 下列叙述不正确的是（C ）

A •由分子构成的物质其熔点一般较低

B •分子晶体在熔化时，共价键没有被破坏

C •分子晶体中一定存在共价键

D •分子晶体中分子间作用力越大，其化学性质越稳定

3. 下列关于分子晶体的说法中正确的是（AC ）

A. 晶体中分子间作用力越大，分子越稳定

B. 在分子晶体中一定存在共价键

C. 冰和干冰都是分子晶体

D. 稀有气体的原子能形成分子晶体

4 •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 ）。

A•NH3、HD、C10H8 B •PCl3' CO?、H2SO4

C. SO2、SQ2、P2O5 D•CCI4、Na2S、H2O2

5 •下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是（C ）。

①SiO2和SO3②晶体硼和HCI③CO2和SO2④晶体硅和金刚石⑤晶

体氖和晶体氮⑥硫磺和碘

A .①②③

B .④⑤⑥

C .③④⑥

D .①③⑤

二、原子晶体

1定义：相邻原子间以共价键相结合形成的—空间网状结构—的晶体。

2、特点：不存在间个分子，化学式只表示_其原子个数比。基本粒子是原子 _，并以

结合向空间发展形成_________ 空间网状结构______________ 。

问题：原子晶体为什么呈空间网状结构呢？

因原子晶体中原子间相互作用是共价键，由于共价键不同于金属键，又不同于离子键；它既有饱和性，又有方向性。因而在共价型晶体中，在微粒间相互位置上，就既不可能像金属晶体那样，主要按等径圆球尽可能堆积的规律，尽量以高配位数配置；又不能像离子晶体那样，主要根据正、负离子的半径大小和数量的不同比不同取其可能的堆积方式，以一定的配位数相互配置。共价键的饱和性和方向性在晶体结构中表现出十分明显的决定作用。首先在种类型晶体中，微粒

（原子）的配位数由具有饱和性的键的数量决定。其次，原子之间的联结（键合），都必须采取一定的方向。这样，就从根本上决定了晶体结构的空间构型。可见原子晶体的结构特征是键的饱和性和方向性，它决定了其配位数比一般金属晶体和离子晶体都要小。

3、原子晶体的物理性质

___ 很高 _______ 的熔、沸点，______ 很大 ______ 的硬度，_不 _____ 导电，_______ 难溶—于一般溶剂。

总结：原子晶体中，各个原子都和数个其他原子以共价键相结合，使整个晶体形成了一个牢固的整体。由于原子晶体内键的饱和性和方向性，决定了这类晶体不具有象金属那样的延性、展性和良好的导电性；又由于共价键的结合能力比离子键的结合能力强，故一般来说，其熔点、沸点较高，硬度较大。

（1）、怎样从原子结构的角度理解金属石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？

从碳到锗，核电荷数增大，电子层数增多，原子半径增大，C—C键、Si—Si键和Ge—Ge

键的键长依次增大。键长越短，共价键越牢固，而熔化时破坏的是共价键，因此共价键的稳定性是C—C键＞Si —Si键＞Ge—Ge键。所以，金刚石、晶体硅和晶体锗的熔点和硬度依次下降。

（2）、“含有共价键的晶体叫做原子晶体。”这种说法对吗？为什么？

不对。如：HCI、出0、CO2、CH3CH2OH分子中都有共价键，而它们都是分子晶体；又如：金刚石、晶体硅、SiC、SiO2中也都有共价键，它们却都是原子晶体。只有相邻原子间以共价键结合形成空间网状结构的晶体才是原子晶体。

4、常见原子晶体

少数非金属单质（如金刚石、单晶硅、晶体硼、晶体锗等）；

少数非金属化合物（碳化硅SiC、二氧化硅SiO2、氮化硼BN 等）。