一、分子晶體
1．概念
分子通過(guò)分子間作用力構(gòu)成的固態(tài)物質(zhì)叫分子晶體。
2．物理特性
分子晶體是以范德華力或范德華力和氫鍵而形成的晶體，因此，分子晶體的熔、沸點(diǎn)低，密度小，硬度小，較易熔化和揮發(fā)。
3．典型的分子晶體
(1)所有非金屬氫化物，如水、硫化氫、氨、甲烷等。
(2)部分非金屬單質(zhì)，如鹵素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)等。
(3)部分非金屬氧化物，如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。
(4)幾乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等。
(5)絕大多數(shù)有機(jī)物的晶體，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。
4．典型分子晶體的結(jié)構(gòu)特征
(1)構(gòu)成干冰晶體的結(jié)構(gòu)微粒是CO2分子，微粒間的相互作用力是范德華力。
干冰晶胞
(2)模型認(rèn)知：干冰晶體是一種面心立方結(jié)構(gòu)，每8個(gè)CO2分子構(gòu)成立方體，在六個(gè)面的中心又各占據(jù)1個(gè)CO2分子。每個(gè)CO2分子周圍，離該分子最近且距離相等的CO2分子有12個(gè)。每個(gè)晶胞中有4個(gè)CO2分子。
1．下列物質(zhì)中，屬于分子晶體的是( )
①二氧化硅 ②碘 ③食鹽 ④蔗糖 ⑤磷酸
A．②④⑤B．①②④
C．②③④⑤D．①②③⑤
A [二氧化硅屬于共價(jià)晶體，食鹽屬于離子晶體，碘、蔗糖、磷酸屬于分子晶體。]
2．下列關(guān)于分子晶體的說(shuō)法不正確的是( )
A．晶體的構(gòu)成微粒是分子
B．干燥或熔融時(shí)均能導(dǎo)電
C．分子間以分子間作用力相結(jié)合
D．熔、沸點(diǎn)一般比較低
B [分子晶體是分子通過(guò)分子間作用力構(gòu)成的固態(tài)物質(zhì)， 熔、沸點(diǎn)一般比較低，由于分子呈電中性，故干燥或熔融時(shí)均不能導(dǎo)電。]
3．干冰晶體是一種立方面心結(jié)構(gòu)，如圖所示，即每8個(gè)CO2構(gòu)成立方體，且在6個(gè)面的中心又各占據(jù)1個(gè)CO2分子，在每個(gè)CO2周圍距離eq \f(\r(2),2)a(其中a為立方體棱長(zhǎng))的CO2有( )
A．4個(gè)B．8個(gè)
C．12個(gè)D．6個(gè)
C [以晶胞頂點(diǎn)CO2分子為研究對(duì)象，在每個(gè)CO2周圍距離eq \f(\r(2),2)a的CO2即為每個(gè)面心上的CO2分子，共有8×3×eq \f(1,2)＝12個(gè)。]
二、晶體的共性與個(gè)性
1．晶體的共性
(1)晶體物質(zhì)各個(gè)部分的宏觀性質(zhì)總是相同的，例如具有相同的密度、相同的化學(xué)組成等；
(2)晶體總能自發(fā)地形成多面體外形；
(3)晶體都具有確定的熔點(diǎn)。
2．晶體的個(gè)性
不同類型的晶體因構(gòu)成微粒及其相互作用力的不同，常常表現(xiàn)出各自的特性。例如，絕大多數(shù)金屬晶體是電和熱的良導(dǎo)體，延展性好；食鹽為離子晶體，質(zhì)脆，熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電；金剛石為共價(jià)晶體，無(wú)色透明、堅(jiān)硬、質(zhì)脆，常溫下不導(dǎo)電；干冰屬于分子晶體，只能在低溫下存在。
3．混合晶體——石墨晶體
(1)結(jié)構(gòu)模型
(2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
①在石墨的二維結(jié)構(gòu)平面內(nèi)，每個(gè)碳原子以C—C鍵與3個(gè)碳原子結(jié)合，形成六元環(huán)層。
②石墨具有導(dǎo)電性，但具有一定的方向性。
③層與層之間靠范德華力維系。
(3)晶體類型
石墨晶體中，既有共價(jià)鍵，又有范德華力，屬于混合晶體。
(4)性質(zhì)
熔點(diǎn)很高、質(zhì)軟、易導(dǎo)電等。
1．BN(氮化硼)和CO2中的化學(xué)鍵均為共價(jià)鍵，BN的晶體熔點(diǎn)高且硬度大，而CO2的晶體(干冰)卻松軟而且極易升華，由此判斷，BN的晶體類型是( )
A．分子晶體B．共價(jià)晶體
C．離子晶體D．金屬晶體
B [干冰松軟而且極易升華、則晶體內(nèi)二氧化碳分子間作用力小，干冰是分子晶體，氮化硼晶體熔點(diǎn)高且硬度大，則晶體內(nèi)粒子間作用力強(qiáng)，因?yàn)榛瘜W(xué)鍵是共價(jià)鍵，因此判斷BN的晶體類型為共價(jià)晶體，B正確。]
2．下列有關(guān)石墨晶體的說(shuō)法正確的是( )
A．由于石墨晶體導(dǎo)電，所以它是金屬晶體
B．由于石墨的熔點(diǎn)很高，所以它是共價(jià)晶體
C．由于石墨質(zhì)軟，所以它是分子晶體
D．石墨晶體是一種混合晶體
D [石墨晶體中含有共價(jià)鍵、范德華力，故為混合晶體。]
3．石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)，每個(gè)碳原子都跟其他3個(gè)碳原子相結(jié)合，則圖中7個(gè)六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是( )
A．10B．18
C．24D．14
D [石墨晶體每一層內(nèi)，每個(gè)碳原子都跟其他3個(gè)碳原子相結(jié)合，則每個(gè)碳原子被3個(gè)環(huán)共用，故每個(gè)環(huán)占有6×eq \f(1,3)＝2個(gè)碳原子，7個(gè)環(huán)占有的碳原子數(shù)是14。]
模型認(rèn)知下列晶體的結(jié)構(gòu)，宏觀辨識(shí)各晶體的性質(zhì)，微觀探析各晶體的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系：
[問(wèn)題1] 上述四種物質(zhì)的晶體類型是否相同？說(shuō)明你的判斷理由。
[提示] 不相同。根據(jù)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)微粒及微粒間作用分析，晶體硼屬于共價(jià)晶體，SF6、S8、冰晶體屬于分子晶體。
[問(wèn)題2] 上述四種晶體中存在的作用力分別有哪些？
[提示] 晶體硼——共價(jià)鍵，SF6——極性鍵、范德華力，S8——非極性鍵、范德華力，冰晶體——極性鍵、范德華力、氫鍵。
[問(wèn)題3] 晶體硼熔點(diǎn)比冰晶體熔點(diǎn)高的原因是什么？
[提示] 晶體硼熔化時(shí)破壞共價(jià)鍵，冰晶體熔化時(shí)破壞分子間作用力。
[問(wèn)題4] 晶體硼結(jié)構(gòu)單元中有多少個(gè)B—B鍵？含多少個(gè)正三角形？
[提示] 晶體硼結(jié)構(gòu)單元中有 30個(gè)B—B鍵，含 20個(gè)正三角形。
分子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
1．支持固態(tài)氨是分子晶體的事實(shí)是( )
A．氮原子不能形成陽(yáng)離子
B．銨離子不能單獨(dú)存在
C．常溫下氨是氣態(tài)物質(zhì)
D．常溫下氨極易溶于水
C [常溫下氨是氣態(tài)物質(zhì)，說(shuō)明NH3的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)低，微粒之間的結(jié)合力小，所以固態(tài)的氨是分子晶體。只有分子晶體在常溫下才可能呈氣態(tài)，反之，常溫下呈氣態(tài)的物質(zhì)一定屬于分子晶體，答案選C。]
2.甲烷晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說(shuō)法正確的是( )
A．甲烷晶胞中的球只代表1個(gè) C原子
B．晶體中1個(gè) CH4分子有12個(gè)緊鄰的 CH4分子
C．甲烷晶體熔化時(shí)需克服共價(jià)鍵
D．1個(gè) CH4晶胞中含有8個(gè) CH4分子
B [甲烷晶胞中的球只代表1個(gè) CH4分子，A項(xiàng)錯(cuò)；據(jù)均攤法分析，晶體中1個(gè) CH4分子周圍有12個(gè)緊鄰的 CH4分子，B項(xiàng)正確；甲烷晶體熔化時(shí)需克服范德華力，C項(xiàng)錯(cuò)；1個(gè) CH4晶胞中含有4個(gè)CH4分子，D項(xiàng)錯(cuò)。]
3.已知碘晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)碘晶體屬于________晶體。
(2)碘晶體熔化過(guò)程中克服的作用力為_(kāi)_______。
(3)假設(shè)碘晶胞中立方體的長(zhǎng)為a cm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則碘單質(zhì)的密度為_(kāi)_______。
[解析] (1)碘晶胞由I2分子通過(guò)范德華力結(jié)合，故屬于分子晶體；(2)碘晶體熔化過(guò)程中克服的作用力為范德華力，分子間距離變大；(3)碘晶胞中立方體的長(zhǎng)為a cm，碘晶胞的體積為a3cm3，每個(gè)晶胞占有8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4個(gè)I2分子，則晶胞質(zhì)量為(254×4/NA)g，故碘單質(zhì)的密度為eq \f(254×4,NA·a3) g·cm－3。
[答案] (1)分子 (2)分子間作用力(或范德華力) (3)eq \f(254×4,NA·a3) g·cm－3
我們的生活中有著多種多樣的物質(zhì)，千姿百態(tài)的物質(zhì)用途不一。下表中數(shù)據(jù)是對(duì)應(yīng)物質(zhì)的熔點(diǎn)( ℃)：
[問(wèn)題1] 判斷表格中物質(zhì)的晶體類型，并說(shuō)明你的判斷依據(jù)。
[提示] BCl3、AlCl3、干冰屬于分子晶體，Al2O3、Na2O、NaCl、AlF3屬于離子晶體，SiO2屬于共價(jià)晶體。依據(jù)熔點(diǎn)和組成判斷。
[問(wèn)題2] 上述物質(zhì)在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的有哪些？
[提示] Al2O3、Na2O、NaCl、AlF3
[問(wèn)題3] Na2O比NaCl熔點(diǎn)高的原因是什么？
[提示] O2－半徑小于Cl－，O2－電荷數(shù)大于Cl－，則Na2O的晶格能大于NaCl。
[問(wèn)題4] 通過(guò)表格數(shù)據(jù)總結(jié)出什么規(guī)律？
[提示] 離子晶體、共價(jià)晶體、分子晶體三種晶體中，分子晶體熔點(diǎn)最低。
一、四種類型晶體的比較
二、晶體熔、沸點(diǎn)的比較
1．不同類型晶體熔、沸點(diǎn)的比較
(1)不同類型晶體的熔、沸點(diǎn)高低的一般規(guī)律：共價(jià)晶體>離子晶體>分子晶體。
(2)金屬晶體的熔、沸點(diǎn)差別很大，如鎢、鉑等熔、沸點(diǎn)很高，汞、銫等熔、沸點(diǎn)很低。
2．同種類型晶體熔、沸點(diǎn)的比較
(1)共價(jià)晶體
原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，熔、沸點(diǎn)越高，如金剛石>碳化硅>硅。
(2)離子晶體
①一般地說(shuō)，陰、陽(yáng)離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子間的作用力就越強(qiáng)，其離子晶體的熔、沸點(diǎn)就越高，如MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。
②衡量離子晶體穩(wěn)定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，熔點(diǎn)越高，硬度越大。
(3)分子晶體
①分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)越高；具有氫鍵的分子晶體熔、沸點(diǎn)反常得高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔、沸點(diǎn)越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
③組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對(duì)分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，其熔、沸點(diǎn)越高，如CO>N2、CH3OH>CH3CH3。
④同分異構(gòu)體支鏈越多，熔、沸點(diǎn)越低，
如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞

(4)金屬晶體
金屬離子半徑越小，離子電荷數(shù)越多，其金屬鍵越強(qiáng)，金屬熔、沸點(diǎn)就越高，如NaAl
B．硬度由大到?。航饎偸?碳化硅>晶體硅
C．晶體熔點(diǎn)由低到高：CF4NaI
A [A項(xiàng)，金屬離子的電荷越多、半徑越小，其熔點(diǎn)越高，則熔點(diǎn)由高到低為Al>Mg>Na,錯(cuò)誤；B項(xiàng)，鍵長(zhǎng)越短，共價(jià)鍵越強(qiáng)，硬度越大，鍵長(zhǎng)C—C晶體硅，正確；C項(xiàng)，組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越大，晶體的熔點(diǎn)越高，則晶體熔點(diǎn)由低到高順序?yàn)镃F4NaI, 正確。]
2．下列關(guān)于共價(jià)晶體和分子晶體的說(shuō)法不正確的是( )
A．共價(jià)晶體硬度通常比分子晶體大
B．共價(jià)晶體的熔沸點(diǎn)較高
C．分子晶體中有的水溶液能導(dǎo)電
D．金剛石、水晶和干冰都屬于共價(jià)晶體
D [由于共價(jià)晶體中粒子間以共價(jià)鍵結(jié)合，而分子晶體中分子間以分子間作用力結(jié)合，故共價(jià)晶體比分子晶體的熔沸點(diǎn)高，硬度大，A、B正確；有些分子晶體溶于水后能電離出自由移動(dòng)的離子而導(dǎo)電，如H2SO4、HCl，C正確；金剛石、水晶都屬于共價(jià)晶體，干冰是分子晶體，D錯(cuò)誤。]
3．(1)判斷下列晶體類型。
①SiI4：熔點(diǎn)為120.5 ℃，沸點(diǎn)為271.5 ℃，易水解，為_(kāi)_______________。
②硼：熔點(diǎn)為2 300 ℃，沸點(diǎn)為2 550 ℃，硬度大，為_(kāi)_______________。
③硒：熔點(diǎn)為217 ℃，沸點(diǎn)為685 ℃，溶于氯仿，為_(kāi)_______________．
④銻：熔點(diǎn)為630.74 ℃，沸點(diǎn)為1 750 ℃，可導(dǎo)電，為_(kāi)_______________．
(2)三氯化鐵常溫下為固體，熔點(diǎn)為282 ℃，沸點(diǎn)為315 ℃，在300 ℃以上易升華，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑，據(jù)此判斷三氯化鐵晶體為_(kāi)_________________________(填晶體類型)。
[解析] (1)SiI4為低熔點(diǎn)化合物，易水解，為分子晶體；②晶體硼熔點(diǎn)高，硬度大，是典型的共價(jià)晶體；③硒熔、沸點(diǎn)低，易溶于CHCl3，為分子晶體；④銻可導(dǎo)電，為金屬晶體。
(2)FeCl3熔、沸點(diǎn)低，易溶于水及有機(jī)溶劑應(yīng)為分子晶體。
[答案] (1)分子晶體 共價(jià)晶體 分子晶體 金屬晶體 (2)分子晶體
1．(雙選)根據(jù)下列各物質(zhì)的物理性質(zhì)，判斷構(gòu)成固體的微粒間以范德華力結(jié)合的是( )
A．氮化鋁，黃色晶體，熔點(diǎn)2 200 ℃，熔融態(tài)不導(dǎo)電
B．溴化鋁，無(wú)色晶體，熔點(diǎn)98 ℃，熔融態(tài)不導(dǎo)電
C．五氟化釩，無(wú)色晶體，熔點(diǎn)19.5 ℃，易溶于乙醇、丙酮中
D．溴化鉀，無(wú)色晶體，熔融時(shí)或溶于水時(shí)能導(dǎo)電
BC [氮化鋁，黃色晶體，熔點(diǎn)2 200 ℃，熔融態(tài)不導(dǎo)電，符合共價(jià)晶體的特征，不以范德華力結(jié)合，A錯(cuò)誤；溴化鋁，無(wú)色晶體，熔點(diǎn)98 ℃，熔融態(tài)不導(dǎo)電，符合分子晶體的特征，以范德華力結(jié)合，B正確；五氟化釩，無(wú)色晶體，熔點(diǎn)19.5 ℃，易溶于乙醇、丙酮中，符合分子晶體的特征，以范德華力結(jié)合，C正確；溴化鉀是離子晶體，不以范德華力結(jié)合，D錯(cuò)誤。]
2．H2S的分子結(jié)構(gòu)與H2O類似，對(duì)其作出如下推測(cè)，其中正確的是( )
A．H2S晶體是共價(jià)晶體
B．常溫常壓下H2S是液體
C．H2S分子內(nèi)部原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合
D．H2O分子比H2S分子穩(wěn)定是因?yàn)镠2O分子之間存在氫鍵
C [硫化氫晶體屬于分子晶體，不是共價(jià)晶體，A錯(cuò)誤；常溫常壓下H2S是具有臭雞蛋氣味的氣體，B錯(cuò)誤；硫化氫是共價(jià)化合物，化合物中原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合，C正確；氧元素的非金屬性比硫元素強(qiáng)，氫化物水的穩(wěn)定性強(qiáng)于硫化氫，與水分子間形成氫鍵無(wú)關(guān)，D錯(cuò)誤。]
3．下列晶體中，它們的熔點(diǎn)按由低到高的順序排列正確的是( )
①金剛石 ②氯化鈉 ③干冰 ④汞
A．④②③①B．③①②④
C．④②①③D．③④②①
D [對(duì)于不同類型的晶體，其熔點(diǎn)高低順序一般是共價(jià)晶體>離子晶體>分子晶體，故熔點(diǎn)高低順序是干冰

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第四單元 分子間作用力 分子晶體

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