3.2分子晶体与共价晶体-2023-2024学年高二化学同步教学讲义（人教版2019选择性必修2）

第二节 分子晶体与共价晶体 知识解读·必须会 知识点一 分子晶体的类型和性质 1.分子晶体的概念 只含分子的晶体叫作分子晶体，在分子晶体中，相邻分子靠分子间作用力相互吸引而结合在一起。 2.分子晶体中的粒子和作用力 （1）粒子：分子。 （2）作用力：分于间作用力（一般为范德华力，少数分子间还存在氢键）。 3.典型的分子晶体（物质典型） 物质种类 实例 所有非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等 部分非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等 部分非金属氧化物 CO2、P4O10、SO2、SO3等 所有的含氧酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 绝大多数有机物 甲烷、乙酸、尿素等 4.分子晶体的物理性质 (1)较低的熔点和沸点，易升华。原因：分子间作用力较弱。 (2)较小的硬度。原因：分子间作用力较弱。 (3)固态都是绝缘体，熔融状态也不导电。原因：没有自由移动的离子或电子。 (4)溶解性：分子晶体的溶解性遵循“相似相溶”规律。非极性溶质一般易溶于非极性溶剂；极性溶质一般易溶于极性溶剂。 知识点二 典型分子晶体的结构和特点 1.分子晶体的结构特征 分子堆积方式 密堆积 非密堆积 空间结构特点 通常每个分子周围有12个紧邻的分子 空间利用率不高，每个分子周围紧邻的分子数小于12 分子间作用力 范德华力 范德华力和氢键 实例 C60、干冰、I2、O2 冰、HF、NH3 2.冰晶体的结构和性质 （1）冰晶体的结构：在冰晶体中，水分子间存在氢键和范德华力，每个水分子与周围4个水分子形成分子间氢键。因为氢键有方向性，故冰晶体中形成以1个水分子为中心，4个水分子为顶角的四面体结构单元的空间网状结构（如下图所示）。 冰的结构 （2）冰晶体的性质： ①冰晶体的密度比液态水小，其原因是冰晶体中水分子未采用密堆积，使水分子间的空隙比液态水更大，冰融化成液态水时，分子进入空隙使水的密度增大。 ②冰晶体的硬度小。 3.干冰晶体的结构和性质 固态CO2，称为干冰，其分子内存在C=O键，分子间只存在范德华力，是CO2的晶体。 （1）干冰的结构 干冰的晶胞呈面心立方体形，立方体的每个顶角有一个CO2分子，每个面上也有一个CO2分子。每个CO2分子与12个CO2分子等距离相邻（在三个互相垂直的平面上各4个或互相平行的三层上各4个，如下图所示）。 （2)干冰的性质：熔、沸点低（比冰的熔、沸点低得多），在常温下易升华；硬度小；密度小（比冰的密度大）。干冰可用于灭火，作制冷剂。 知识点三 共价晶体的结构和物理性质 1.共价晶体的概念 晶体中相邻原子间都以共价键结合，整个晶体是一个三维的共价键骨架结构，叫作共价晶体。 2.共价晶体的结构特点 共价晶体的结构特点 （1）构成粒子：直接由原子通过共价键结合形成晶体。 （2）作用力：共价晶体中只存在（原子间）共价键一种作用力。 （3）空间结构：整个晶体是一个三维的共价键骨架结构，不存在单个小分子，是一个“巨分子”。 共价晶体 3.常见的共价晶体 物质种类 实例 某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些非金属化合物 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等 某些氧化物 二氧化硅(SiO2)等 4.共价晶体的物理性质 （1）熔点和沸点很高。共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使物质熔化和气化就要克服共价键，需要很多的能量。因此，共价晶体一般都具有很高的熔点和沸点。 （2）硬度很大。例如，金刚石是天然存在的最硬的物质。 （3）一般不导电，但晶体硅是半导体。 （4）难溶于一些常见的溶剂。 知识点四 典型共价晶体的结构 1.金刚石的结构 ①在金刚石晶体中，每个碳原子都被相邻的4个碳原子包围，以共价键和4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。这些正四面体结构向空间伸展，构成一个坚实、彼此联结的空间网状晶体（如图）。 ②金刚石晶体中所有C—C键的键长相等（均为154 pm），键角相等（均为109°28'）。 ③晶体中最小碳环由6个C原子组成，且6个C原子不在同一平面内；每个碳原子由12个六碳环共用，每个环上平均拥有6×=个碳原子。 ④晶体中每个C原子与4个C原子形成C-C键，则每个碳原子平均能形成的C-C键数为4×=2。即金刚石中每个碳原子平均形成2个C-C键。 金刚石的多面体外形 晶体结构和晶胞示意图 （2）金刚石的晶胞：金刚石的晶胞为面心立方晶胞，每个晶胞平均占有的碳原子数为8×＋6×＋4＝8（有6个C原子位于面心，4个C原子位