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苏教版 (2019)选择性必修2第四单元 分子间作用力 分子晶体第2课时学案设计
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这是一份苏教版 (2019)选择性必修2第四单元 分子间作用力 分子晶体第2课时学案设计，共13页。学案主要包含了分子晶体，晶体的共性与个性等内容，欢迎下载使用。
一、分子晶体
1．概念
分子通过分子间作用力构成的固态物质叫分子晶体。
2．物理特性
分子晶体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、沸点低，密度小，硬度小，较易熔化和挥发。
3．典型的分子晶体
(1)所有非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、甲烷等。
(2)部分非金属单质，如卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)等。
(3)部分非金属氧化物，如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。
(4)几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等。
(5)绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。
4．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。
干冰晶胞
(2)模型认知：干冰晶体是一种面心立方结构，每8个CO2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。
1．下列物质中，属于分子晶体的是( )
①二氧化硅 ②碘 ③食盐 ④蔗糖 ⑤磷酸
A．②④⑤B．①②④
C．②③④⑤D．①②③⑤
A [二氧化硅属于共价晶体，食盐属于离子晶体，碘、蔗糖、磷酸属于分子晶体。]
2．下列关于分子晶体的说法不正确的是( )
A．晶体的构成微粒是分子
B．干燥或熔融时均能导电
C．分子间以分子间作用力相结合
D．熔、沸点一般比较低
B [分子晶体是分子通过分子间作用力构成的固态物质， 熔、沸点一般比较低，由于分子呈电中性，故干燥或熔融时均不能导电。]
3．干冰晶体是一种立方面心结构，如图所示，即每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2分子，在每个CO2周围距离eq \f(\r(2),2)a(其中a为立方体棱长)的CO2有( )
A．4个B．8个
C．12个D．6个
C [以晶胞顶点CO2分子为研究对象，在每个CO2周围距离eq \f(\r(2),2)a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有8×3×eq \f(1,2)＝12个。]
二、晶体的共性与个性
1．晶体的共性
(1)晶体物质各个部分的宏观性质总是相同的，例如具有相同的密度、相同的化学组成等；
(2)晶体总能自发地形成多面体外形；
(3)晶体都具有确定的熔点。
2．晶体的个性
不同类型的晶体因构成微粒及其相互作用力的不同，常常表现出各自的特性。例如，绝大多数金属晶体是电和热的良导体，延展性好；食盐为离子晶体，质脆，熔融状态下能导电；金刚石为共价晶体，无色透明、坚硬、质脆，常温下不导电；干冰属于分子晶体，只能在低温下存在。
3．混合晶体——石墨晶体
(1)结构模型
(2)结构特点
①在石墨的二维结构平面内，每个碳原子以C—C键与3个碳原子结合，形成六元环层。
②石墨具有导电性，但具有一定的方向性。
③层与层之间靠范德华力维系。
(3)晶体类型
石墨晶体中，既有共价键，又有范德华力，属于混合晶体。
(4)性质
熔点很高、质软、易导电等。
1．BN(氮化硼)和CO2中的化学键均为共价键，BN的晶体熔点高且硬度大，而CO2的晶体(干冰)却松软而且极易升华，由此判断，BN的晶体类型是( )
A．分子晶体B．共价晶体
C．离子晶体D．金属晶体
B [干冰松软而且极易升华、则晶体内二氧化碳分子间作用力小，干冰是分子晶体，氮化硼晶体熔点高且硬度大，则晶体内粒子间作用力强，因为化学键是共价键，因此判断BN的晶体类型为共价晶体，B正确。]
2．下列有关石墨晶体的说法正确的是( )
A．由于石墨晶体导电，所以它是金属晶体
B．由于石墨的熔点很高，所以它是共价晶体
C．由于石墨质软，所以它是分子晶体
D．石墨晶体是一种混合晶体
D [石墨晶体中含有共价键、范德华力，故为混合晶体。]
3．石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是( )
A．10B．18
C．24D．14
D [石墨晶体每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，则每个碳原子被3个环共用，故每个环占有6×eq \f(1,3)＝2个碳原子，7个环占有的碳原子数是14。]
模型认知下列晶体的结构，宏观辨识各晶体的性质，微观探析各晶体的性质与结构的关系：
[问题1] 上述四种物质的晶体类型是否相同？说明你的判断理由。
[提示] 不相同。根据性质、结构微粒及微粒间作用分析，晶体硼属于共价晶体，SF6、S8、冰晶体属于分子晶体。
[问题2] 上述四种晶体中存在的作用力分别有哪些？
[提示] 晶体硼——共价键，SF6——极性键、范德华力，S8——非极性键、范德华力，冰晶体——极性键、范德华力、氢键。
[问题3] 晶体硼熔点比冰晶体熔点高的原因是什么？
[提示] 晶体硼熔化时破坏共价键，冰晶体熔化时破坏分子间作用力。
[问题4] 晶体硼结构单元中有多少个B—B键？含多少个正三角形？
[提示] 晶体硼结构单元中有 30个B—B键，含 20个正三角形。
分子晶体结构与性质
1．支持固态氨是分子晶体的事实是( )
A．氮原子不能形成阳离子
B．铵离子不能单独存在
C．常温下氨是气态物质
D．常温下氨极易溶于水
C [常温下氨是气态物质，说明NH3的熔点和沸点低，微粒之间的结合力小，所以固态的氨是分子晶体。只有分子晶体在常温下才可能呈气态，反之，常温下呈气态的物质一定属于分子晶体，答案选C。]
2.甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( )
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
B [甲烷晶胞中的球只代表1个 CH4分子，A项错；据均摊法分析，晶体中1个 CH4分子周围有12个紧邻的 CH4分子，B项正确；甲烷晶体熔化时需克服范德华力，C项错；1个 CH4晶胞中含有4个CH4分子，D项错。]
3.已知碘晶胞结构如图所示，请回答下列问题：
(1)碘晶体属于________晶体。
(2)碘晶体熔化过程中克服的作用力为________。
(3)假设碘晶胞中立方体的长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘单质的密度为________。
[解析] (1)碘晶胞由I2分子通过范德华力结合，故属于分子晶体；(2)碘晶体熔化过程中克服的作用力为范德华力，分子间距离变大；(3)碘晶胞中立方体的长为a cm，碘晶胞的体积为a3cm3，每个晶胞占有8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4个I2分子，则晶胞质量为(254×4/NA)g，故碘单质的密度为eq \f(254×4,NA·a3) g·cm－3。
[答案] (1)分子 (2)分子间作用力(或范德华力) (3)eq \f(254×4,NA·a3) g·cm－3
我们的生活中有着多种多样的物质，千姿百态的物质用途不一。下表中数据是对应物质的熔点( ℃)：
[问题1] 判断表格中物质的晶体类型，并说明你的判断依据。
[提示] BCl3、AlCl3、干冰属于分子晶体，Al2O3、Na2O、NaCl、AlF3属于离子晶体，SiO2属于共价晶体。依据熔点和组成判断。
[问题2] 上述物质在熔融状态下能导电的有哪些？
[提示] Al2O3、Na2O、NaCl、AlF3
[问题3] Na2O比NaCl熔点高的原因是什么？
[提示] O2－半径小于Cl－，O2－电荷数大于Cl－，则Na2O的晶格能大于NaCl。
[问题4] 通过表格数据总结出什么规律？
[提示] 离子晶体、共价晶体、分子晶体三种晶体中，分子晶体熔点最低。
一、四种类型晶体的比较
二、晶体熔、沸点的比较
1．不同类型晶体熔、沸点的比较
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：共价晶体>离子晶体>分子晶体。
(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。
2．同种类型晶体熔、沸点的比较
(1)共价晶体
原子半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高，如金刚石>碳化硅>硅。
(2)离子晶体
①一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。
②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。
(3)分子晶体
①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常得高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO>N2、CH3OH>CH3CH3。
④同分异构体支链越多，熔、沸点越低，
如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞
(4)金属晶体
金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如Na1．下面的排序不正确的是( )
A．熔点由高到低：Na>Mg>Al
B．硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅
C．晶体熔点由低到高：CF4D．晶格能由大到小：NaF>NaCl>NaBr>NaI
A [A项，金属离子的电荷越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为Al>Mg>Na,错误；B项，键长越短，共价键越强，硬度越大，键长C—C碳化硅>晶体硅，正确；C项，组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，范德华力越大，晶体的熔点越高，则晶体熔点由低到高顺序为CF4NaCl>NaBr>NaI, 正确。]
2．下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是( )
A．共价晶体硬度通常比分子晶体大
B．共价晶体的熔沸点较高
C．分子晶体中有的水溶液能导电
D．金刚石、水晶和干冰都属于共价晶体
D [由于共价晶体中粒子间以共价键结合，而分子晶体中分子间以分子间作用力结合，故共价晶体比分子晶体的熔沸点高，硬度大，A、B正确；有些分子晶体溶于水后能电离出自由移动的离子而导电，如H2SO4、HCl，C正确；金刚石、水晶都属于共价晶体，干冰是分子晶体，D错误。]
3．(1)判断下列晶体类型。
①SiI4：熔点为120.5 ℃，沸点为271.5 ℃，易水解，为________________。
②硼：熔点为2 300 ℃，沸点为2 550 ℃，硬度大，为________________。
③硒：熔点为217 ℃，沸点为685 ℃，溶于氯仿，为________________．
④锑：熔点为630.74 ℃，沸点为1 750 ℃，可导电，为________________．
(2)三氯化铁常温下为固体，熔点为282 ℃，沸点为315 ℃，在300 ℃以上易升华，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，据此判断三氯化铁晶体为__________________________(填晶体类型)。
[解析] (1)SiI4为低熔点化合物，易水解，为分子晶体；②晶体硼熔点高，硬度大，是典型的共价晶体；③硒熔、沸点低，易溶于CHCl3，为分子晶体；④锑可导电，为金属晶体。
(2)FeCl3熔、沸点低，易溶于水及有机溶剂应为分子晶体。
[答案] (1)分子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 (2)分子晶体
1．(双选)根据下列各物质的物理性质，判断构成固体的微粒间以范德华力结合的是( )
A．氮化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电
B．溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电
C．五氟化钒，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、丙酮中
D．溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水时能导电
BC [氮化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电，符合共价晶体的特征，不以范德华力结合，A错误；溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电，符合分子晶体的特征，以范德华力结合，B正确；五氟化钒，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、丙酮中，符合分子晶体的特征，以范德华力结合，C正确；溴化钾是离子晶体，不以范德华力结合，D错误。]
2．H2S的分子结构与H2O类似，对其作出如下推测，其中正确的是( )
A．H2S晶体是共价晶体
B．常温常压下H2S是液体
C．H2S分子内部原子之间以共价键结合
D．H2O分子比H2S分子稳定是因为H2O分子之间存在氢键
C [硫化氢晶体属于分子晶体，不是共价晶体，A错误；常温常压下H2S是具有臭鸡蛋气味的气体，B错误；硫化氢是共价化合物，化合物中原子之间以共价键结合，C正确；氧元素的非金属性比硫元素强，氢化物水的稳定性强于硫化氢，与水分子间形成氢键无关，D错误。]
3．下列晶体中，它们的熔点按由低到高的顺序排列正确的是( )
①金刚石 ②氯化钠 ③干冰 ④汞
A．④②③①B．③①②④
C．④②①③D．③④②①
D [对于不同类型的晶体，其熔点高低顺序一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体，故熔点高低顺序是干冰<氯化钠<金刚石。金属晶体则有的高、有的低，对于同族金属元素的单质，其熔点随核电荷数的增大而降低。判断物质熔、沸点高低，有时还可以结合物质通常状况下的状态、生活常识及物质发生反应时的实验现象推理得出结论，如汞在通常状况下为液态。而氯化钠熔点高于水；干冰通常状况呈气态。故熔点由低到高的顺序为干冰<汞<氯化钠<金刚石。故答案为D。]
4．以NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是( )
图1 冰 图2 晶体硅
图3 干冰 图4 石墨烯
A．18 g冰(图1)中含O—H键数目为4NA
B．28 g晶体硅(图2)中含有Si—Si键数目为4NA
C．88 g干冰(图3)中含有0.5NA个晶胞结构单元
D．12 g石墨烯中含C—C键数目为3NA
C [18 g冰中水分子的物质的量为eq \f(18 g,18 g/ml)＝1 ml，1个水分子中含有2个O—H键，因此1 ml冰中含O—H键数目为2NA，A错误；28 g晶体硅中硅原子的物质的量为eq \f(28 g,28 g/ml)＝1 ml，由晶体硅的结构可知，1个硅原子形成的Si—Si键数为4×eq \f(1,2)＝2，因此1 ml晶体硅中含有Si—Si键数目为2NA，B错误；88 g干冰中CO2的物质的量为eq \f(88 g,44 g/ml)＝2 ml，1个干冰晶胞中含有CO2分子数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，即4个CO2分子形成1个晶胞，所以2 ml CO2分子中含有0.5NA个晶胞结构单元，C正确；12 g石墨烯中碳原子的物质的量为eq \f(12 g,12 g/ml)＝1 ml，在石墨烯中，1个碳原子形成C—C键数目为3×eq \f(1,2)＝1.5，因此1 ml 石墨烯中含C—C键数目为1.5NA，D错误。]
5．(1)已知：碳化硅(SiC)是一种具有类似金刚石结构的晶体，其中碳原子和硅原子是交替排列的。在下列晶体：
①晶体硅、②金刚石、③碳化硅、④干冰、⑤冰中，它们的熔点由高到低的顺序是_____________________________________(填序号)。
(2)继C60后，科学家又合成了Si60、N60。已知熔点：Si60＞N60＞C60，而破坏分子所需要的能量：N60＞C60＞Si60，其原因是__________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)题述晶体中属于共价晶体的是①②③，属于分子晶体的是④⑤。一般来说，共价晶体的熔点>分子晶体的熔点；对于共价晶体，键长：Si—Si键>Si—C键＞C—C键，相应键能：Si—Si键＜Si—C键＜C—C键，故熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。(2)分子晶体熔点与分子间作用力有关，而破坏分子则是破坏分子内的共价键。
[答案] (1)②③①⑤④ (2)一般情况下，对于组成与结构相似的分子晶体，分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔化所需的能量越多，故熔点：Si60＞N60＞C60；而破坏分子需断开化学键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，断键时所需能量越多，故破坏分子所需要的能量：N60＞C60＞Si60学 习 任 务
1．能描述典型分子晶体的结构特点。
2．区分共价晶体和分子晶体。
分子晶体的结构与性质
B的结构单元
(有12个B原子)
SF6分子
S8分子
冰晶体
结构
模型
示意
图
备注
熔点1873 K
－
易溶于CS2
－
常见晶体的结构和性质
BCl3
Al2O3
Na2O
NaCl
AlF3
AlCl3
干冰
SiO2
－107
2 073
920
801
1 291
190
－57
1 723
类型
比较
分子晶体
共价晶体
金属晶体
离子晶体
构成微粒
分子
原子
金属阳离子、
自由电子
阴、阳离子
微粒间的
相互作用力
范德华力(某些含氢键)
共价键
金属键
离子键
硬度
较小
很大
有的很大，
有的很小
较大
熔、沸点
较低
很高
有的很高，
有的很低
较高
溶解性
相似相溶
难溶于任何
常见溶剂
难溶于常
见溶剂
大多易溶于水等极性溶剂
导电、
导热性
一般不导
电，有的
溶于水后
导电
一般不具
有导电性
电和热的
良导体
晶体不导电，
水溶液或熔
融状态导电
物质类别
及举例
大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)
部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)、部分非金属化合物(如SiC、SiO2)
金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)
金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)
一、分子晶体
1．概念
分子通过分子间作用力构成的固态物质叫分子晶体。
2．物理特性
分子晶体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、沸点低，密度小，硬度小，较易熔化和挥发。
3．典型的分子晶体
(1)所有非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、甲烷等。
(2)部分非金属单质，如卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)等。
(3)部分非金属氧化物，如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。
(4)几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等。
(5)绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。
4．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。
干冰晶胞
(2)模型认知：干冰晶体是一种面心立方结构，每8个CO2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。
1．下列物质中，属于分子晶体的是( )
①二氧化硅 ②碘 ③食盐 ④蔗糖 ⑤磷酸
A．②④⑤B．①②④
C．②③④⑤D．①②③⑤
A [二氧化硅属于共价晶体，食盐属于离子晶体，碘、蔗糖、磷酸属于分子晶体。]
2．下列关于分子晶体的说法不正确的是( )
A．晶体的构成微粒是分子
B．干燥或熔融时均能导电
C．分子间以分子间作用力相结合
D．熔、沸点一般比较低
B [分子晶体是分子通过分子间作用力构成的固态物质， 熔、沸点一般比较低，由于分子呈电中性，故干燥或熔融时均不能导电。]
3．干冰晶体是一种立方面心结构，如图所示，即每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2分子，在每个CO2周围距离eq \f(\r(2),2)a(其中a为立方体棱长)的CO2有( )
A．4个B．8个
C．12个D．6个
C [以晶胞顶点CO2分子为研究对象，在每个CO2周围距离eq \f(\r(2),2)a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有8×3×eq \f(1,2)＝12个。]
二、晶体的共性与个性
1．晶体的共性
(1)晶体物质各个部分的宏观性质总是相同的，例如具有相同的密度、相同的化学组成等；
(2)晶体总能自发地形成多面体外形；
(3)晶体都具有确定的熔点。
2．晶体的个性
不同类型的晶体因构成微粒及其相互作用力的不同，常常表现出各自的特性。例如，绝大多数金属晶体是电和热的良导体，延展性好；食盐为离子晶体，质脆，熔融状态下能导电；金刚石为共价晶体，无色透明、坚硬、质脆，常温下不导电；干冰属于分子晶体，只能在低温下存在。
3．混合晶体——石墨晶体
(1)结构模型
(2)结构特点
①在石墨的二维结构平面内，每个碳原子以C—C键与3个碳原子结合，形成六元环层。
②石墨具有导电性，但具有一定的方向性。
③层与层之间靠范德华力维系。
(3)晶体类型
石墨晶体中，既有共价键，又有范德华力，属于混合晶体。
(4)性质
熔点很高、质软、易导电等。
1．BN(氮化硼)和CO2中的化学键均为共价键，BN的晶体熔点高且硬度大，而CO2的晶体(干冰)却松软而且极易升华，由此判断，BN的晶体类型是( )
A．分子晶体B．共价晶体
C．离子晶体D．金属晶体
B [干冰松软而且极易升华、则晶体内二氧化碳分子间作用力小，干冰是分子晶体，氮化硼晶体熔点高且硬度大，则晶体内粒子间作用力强，因为化学键是共价键，因此判断BN的晶体类型为共价晶体，B正确。]
2．下列有关石墨晶体的说法正确的是( )
A．由于石墨晶体导电，所以它是金属晶体
B．由于石墨的熔点很高，所以它是共价晶体
C．由于石墨质软，所以它是分子晶体
D．石墨晶体是一种混合晶体
D [石墨晶体中含有共价键、范德华力，故为混合晶体。]
3．石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是( )
A．10B．18
C．24D．14
D [石墨晶体每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，则每个碳原子被3个环共用，故每个环占有6×eq \f(1,3)＝2个碳原子，7个环占有的碳原子数是14。]
模型认知下列晶体的结构，宏观辨识各晶体的性质，微观探析各晶体的性质与结构的关系：
[问题1] 上述四种物质的晶体类型是否相同？说明你的判断理由。
[提示] 不相同。根据性质、结构微粒及微粒间作用分析，晶体硼属于共价晶体，SF6、S8、冰晶体属于分子晶体。
[问题2] 上述四种晶体中存在的作用力分别有哪些？
[提示] 晶体硼——共价键，SF6——极性键、范德华力，S8——非极性键、范德华力，冰晶体——极性键、范德华力、氢键。
[问题3] 晶体硼熔点比冰晶体熔点高的原因是什么？
[提示] 晶体硼熔化时破坏共价键，冰晶体熔化时破坏分子间作用力。
[问题4] 晶体硼结构单元中有多少个B—B键？含多少个正三角形？
[提示] 晶体硼结构单元中有 30个B—B键，含 20个正三角形。
分子晶体结构与性质
1．支持固态氨是分子晶体的事实是( )
A．氮原子不能形成阳离子
B．铵离子不能单独存在
C．常温下氨是气态物质
D．常温下氨极易溶于水
C [常温下氨是气态物质，说明NH3的熔点和沸点低，微粒之间的结合力小，所以固态的氨是分子晶体。只有分子晶体在常温下才可能呈气态，反之，常温下呈气态的物质一定属于分子晶体，答案选C。]
2.甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( )
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
B [甲烷晶胞中的球只代表1个 CH4分子，A项错；据均摊法分析，晶体中1个 CH4分子周围有12个紧邻的 CH4分子，B项正确；甲烷晶体熔化时需克服范德华力，C项错；1个 CH4晶胞中含有4个CH4分子，D项错。]
3.已知碘晶胞结构如图所示，请回答下列问题：
(1)碘晶体属于________晶体。
(2)碘晶体熔化过程中克服的作用力为________。
(3)假设碘晶胞中立方体的长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘单质的密度为________。
[解析] (1)碘晶胞由I2分子通过范德华力结合，故属于分子晶体；(2)碘晶体熔化过程中克服的作用力为范德华力，分子间距离变大；(3)碘晶胞中立方体的长为a cm，碘晶胞的体积为a3cm3，每个晶胞占有8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4个I2分子，则晶胞质量为(254×4/NA)g，故碘单质的密度为eq \f(254×4,NA·a3) g·cm－3。
[答案] (1)分子 (2)分子间作用力(或范德华力) (3)eq \f(254×4,NA·a3) g·cm－3
我们的生活中有着多种多样的物质，千姿百态的物质用途不一。下表中数据是对应物质的熔点( ℃)：
[问题1] 判断表格中物质的晶体类型，并说明你的判断依据。
[提示] BCl3、AlCl3、干冰属于分子晶体，Al2O3、Na2O、NaCl、AlF3属于离子晶体，SiO2属于共价晶体。依据熔点和组成判断。
[问题2] 上述物质在熔融状态下能导电的有哪些？
[提示] Al2O3、Na2O、NaCl、AlF3
[问题3] Na2O比NaCl熔点高的原因是什么？
[提示] O2－半径小于Cl－，O2－电荷数大于Cl－，则Na2O的晶格能大于NaCl。
[问题4] 通过表格数据总结出什么规律？
[提示] 离子晶体、共价晶体、分子晶体三种晶体中，分子晶体熔点最低。
一、四种类型晶体的比较
二、晶体熔、沸点的比较
1．不同类型晶体熔、沸点的比较
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：共价晶体>离子晶体>分子晶体。
(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。
2．同种类型晶体熔、沸点的比较
(1)共价晶体
原子半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高，如金刚石>碳化硅>硅。
(2)离子晶体
①一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。
②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。
(3)分子晶体
①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常得高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO>N2、CH3OH>CH3CH3。
④同分异构体支链越多，熔、沸点越低，
如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞
(4)金属晶体
金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如Na
A．熔点由高到低：Na>Mg>Al
B．硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅
C．晶体熔点由低到高：CF4
A [A项，金属离子的电荷越多、半径越小，其熔点越高，则熔点由高到低为Al>Mg>Na,错误；B项，键长越短，共价键越强，硬度越大，键长C—C
2．下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是( )
A．共价晶体硬度通常比分子晶体大
B．共价晶体的熔沸点较高
C．分子晶体中有的水溶液能导电
D．金刚石、水晶和干冰都属于共价晶体
D [由于共价晶体中粒子间以共价键结合，而分子晶体中分子间以分子间作用力结合，故共价晶体比分子晶体的熔沸点高，硬度大，A、B正确；有些分子晶体溶于水后能电离出自由移动的离子而导电，如H2SO4、HCl，C正确；金刚石、水晶都属于共价晶体，干冰是分子晶体，D错误。]
3．(1)判断下列晶体类型。
①SiI4：熔点为120.5 ℃，沸点为271.5 ℃，易水解，为________________。
②硼：熔点为2 300 ℃，沸点为2 550 ℃，硬度大，为________________。
③硒：熔点为217 ℃，沸点为685 ℃，溶于氯仿，为________________．
④锑：熔点为630.74 ℃，沸点为1 750 ℃，可导电，为________________．
(2)三氯化铁常温下为固体，熔点为282 ℃，沸点为315 ℃，在300 ℃以上易升华，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，据此判断三氯化铁晶体为__________________________(填晶体类型)。
[解析] (1)SiI4为低熔点化合物，易水解，为分子晶体；②晶体硼熔点高，硬度大，是典型的共价晶体；③硒熔、沸点低，易溶于CHCl3，为分子晶体；④锑可导电，为金属晶体。
(2)FeCl3熔、沸点低，易溶于水及有机溶剂应为分子晶体。
[答案] (1)分子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 (2)分子晶体
1．(双选)根据下列各物质的物理性质，判断构成固体的微粒间以范德华力结合的是( )
A．氮化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电
B．溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电
C．五氟化钒，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、丙酮中
D．溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水时能导电
BC [氮化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电，符合共价晶体的特征，不以范德华力结合，A错误；溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电，符合分子晶体的特征，以范德华力结合，B正确；五氟化钒，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、丙酮中，符合分子晶体的特征，以范德华力结合，C正确；溴化钾是离子晶体，不以范德华力结合，D错误。]
2．H2S的分子结构与H2O类似，对其作出如下推测，其中正确的是( )
A．H2S晶体是共价晶体
B．常温常压下H2S是液体
C．H2S分子内部原子之间以共价键结合
D．H2O分子比H2S分子稳定是因为H2O分子之间存在氢键
C [硫化氢晶体属于分子晶体，不是共价晶体，A错误；常温常压下H2S是具有臭鸡蛋气味的气体，B错误；硫化氢是共价化合物，化合物中原子之间以共价键结合，C正确；氧元素的非金属性比硫元素强，氢化物水的稳定性强于硫化氢，与水分子间形成氢键无关，D错误。]
3．下列晶体中，它们的熔点按由低到高的顺序排列正确的是( )
①金刚石 ②氯化钠 ③干冰 ④汞
A．④②③①B．③①②④
C．④②①③D．③④②①
D [对于不同类型的晶体，其熔点高低顺序一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体，故熔点高低顺序是干冰<氯化钠<金刚石。金属晶体则有的高、有的低，对于同族金属元素的单质，其熔点随核电荷数的增大而降低。判断物质熔、沸点高低，有时还可以结合物质通常状况下的状态、生活常识及物质发生反应时的实验现象推理得出结论，如汞在通常状况下为液态。而氯化钠熔点高于水；干冰通常状况呈气态。故熔点由低到高的顺序为干冰<汞<氯化钠<金刚石。故答案为D。]
4．以NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是( )
图1 冰 图2 晶体硅
图3 干冰 图4 石墨烯
A．18 g冰(图1)中含O—H键数目为4NA
B．28 g晶体硅(图2)中含有Si—Si键数目为4NA
C．88 g干冰(图3)中含有0.5NA个晶胞结构单元
D．12 g石墨烯中含C—C键数目为3NA
C [18 g冰中水分子的物质的量为eq \f(18 g,18 g/ml)＝1 ml，1个水分子中含有2个O—H键，因此1 ml冰中含O—H键数目为2NA，A错误；28 g晶体硅中硅原子的物质的量为eq \f(28 g,28 g/ml)＝1 ml，由晶体硅的结构可知，1个硅原子形成的Si—Si键数为4×eq \f(1,2)＝2，因此1 ml晶体硅中含有Si—Si键数目为2NA，B错误；88 g干冰中CO2的物质的量为eq \f(88 g,44 g/ml)＝2 ml，1个干冰晶胞中含有CO2分子数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，即4个CO2分子形成1个晶胞，所以2 ml CO2分子中含有0.5NA个晶胞结构单元，C正确；12 g石墨烯中碳原子的物质的量为eq \f(12 g,12 g/ml)＝1 ml，在石墨烯中，1个碳原子形成C—C键数目为3×eq \f(1,2)＝1.5，因此1 ml 石墨烯中含C—C键数目为1.5NA，D错误。]
5．(1)已知：碳化硅(SiC)是一种具有类似金刚石结构的晶体，其中碳原子和硅原子是交替排列的。在下列晶体：
①晶体硅、②金刚石、③碳化硅、④干冰、⑤冰中，它们的熔点由高到低的顺序是_____________________________________(填序号)。
(2)继C60后，科学家又合成了Si60、N60。已知熔点：Si60＞N60＞C60，而破坏分子所需要的能量：N60＞C60＞Si60，其原因是__________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)题述晶体中属于共价晶体的是①②③，属于分子晶体的是④⑤。一般来说，共价晶体的熔点>分子晶体的熔点；对于共价晶体，键长：Si—Si键>Si—C键＞C—C键，相应键能：Si—Si键＜Si—C键＜C—C键，故熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。(2)分子晶体熔点与分子间作用力有关，而破坏分子则是破坏分子内的共价键。
[答案] (1)②③①⑤④ (2)一般情况下，对于组成与结构相似的分子晶体，分子晶体的相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔化所需的能量越多，故熔点：Si60＞N60＞C60；而破坏分子需断开化学键，元素电负性越强其形成的化学键越稳定，断键时所需能量越多，故破坏分子所需要的能量：N60＞C60＞Si60学 习 任 务
1．能描述典型分子晶体的结构特点。
2．区分共价晶体和分子晶体。
分子晶体的结构与性质
B的结构单元
(有12个B原子)
SF6分子
S8分子
冰晶体
结构
模型
示意
图
备注
熔点1873 K
－
易溶于CS2
－
常见晶体的结构和性质
BCl3
Al2O3
Na2O
NaCl
AlF3
AlCl3
干冰
SiO2
－107
2 073
920
801
1 291
190
－57
1 723
类型
比较
分子晶体
共价晶体
金属晶体
离子晶体
构成微粒
分子
原子
金属阳离子、
自由电子
阴、阳离子
微粒间的
相互作用力
范德华力(某些含氢键)
共价键
金属键
离子键
硬度
较小
很大
有的很大，
有的很小
较大
熔、沸点
较低
很高
有的很高，
有的很低
较高
溶解性
相似相溶
难溶于任何
常见溶剂
难溶于常
见溶剂
大多易溶于水等极性溶剂
导电、
导热性
一般不导
电，有的
溶于水后
导电
一般不具
有导电性
电和热的
良导体
晶体不导电，
水溶液或熔
融状态导电
物质类别
及举例
大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)
部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)、部分非金属化合物(如SiC、SiO2)
金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)
金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)
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