高中化学苏教版（2021） 选择性必修2 专题3 第四单元 第2课时　分子晶体　混合型晶体

第2课时　分子晶体　混合型晶体
[核心素养发展目标]　
1.能辨识常见的分子晶体，理解分子晶体中构成微粒之间的作用。
2.理解分子晶体中微粒的堆积模型，并能利用均摊法对晶胞进行计算。
3.了解石墨晶体的结构，会比较不同类型晶体的熔、沸点。
一、分子晶体
1．概念及微粒间的作用
(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)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．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。
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)、碳-60(C60)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。
(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．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)组成分子晶体的微粒是分子，在分子晶体中一定存在共价键和分子间的作用力(　　)
(2)分子晶体熔化时一定破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键(　　)
(3)分子晶体熔化或溶于水均不导电(　　)
(4)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
2．分子晶体在熔化时，破坏的作用力是什么？
提示　破坏分子间作用力(氢键、范德华力)。
3．分子晶体溶于水时，化学键如何变化？
提示　有的溶于水破坏化学键，例如HCl，有的不破坏化学键，例如蔗糖、乙醇。
1．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．NH3、HD、C10H18 B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SO2、C60、P2O5 D．CCl4、Na2S、H2O2
答案　B
解析　分子晶体的构成微粒为分子，分子内部以共价键结合。HD属于分子晶体，但为单质，故A错误；PCl3、CO2、H2SO4均属于分子晶体，且为化合物，故B正确；C60属于分子晶体，但为单质，故C错误；Na2S中含有离子键，不属于分子晶体，故D错误。
2．下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是(　　)
①HCl　②HBr　③HI　④CO　⑤N2　⑥H2
A．①②③④⑤⑥ B．③②①⑤④⑥
C．③②①④⑤⑥ D．⑥⑤④③②①
答案　C
解析　相对分子质量越大，分子间的范德华力越大，分子晶体的熔、沸点越高，相对分子质量接近的分子，极性越强，熔、沸点越高。
3．如图为干冰的晶胞结构示意图。
(1)将CO2分子视作质点，设晶胞边长为a pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为________ pm。
(2)其密度ρ为________ g·cm－3(1 pm＝10－10 cm)。
答案　(1)a　(2)
解析　两个紧邻CO2分子的距离为面对角线的一半。ρ＝ g·cm－3。
(1)分子晶体的判断方法
①依据物质的类别判断
部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。
②依据组成晶体的粒子及粒子间作用力判断
组成分子晶体的微粒是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。
③依据物质的性质判断
分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固态时均不导电。
(2)分子晶体熔、沸点高低的判断
①组成和结构相似，不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越强，熔、沸点越高，如I2＞Br2＞Cl2＞F2，HI＞HBr＞HCl。
②组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高，如CH3OH＞CH3CH3。
③含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常升高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
④对于有机物中的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低，如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞＞。
⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加，熔、沸点升高，如C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。
二、混合型晶体——石墨晶体
1．结构模型
2．结构特点——二维网状结构
(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
石墨晶体层内每个碳原子以共价键与周围的三个碳原子结合，层间为分子间作用力，属于混合型晶体。
4．性质
熔点很高、质软、易导电等。
5．除石墨外，CaI2、CdI2、MgI2等晶体也属于混合型晶体。
1．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，回答下列问题。
(1)熔点：石墨________(填“＞”“＜”或“＝”)金刚石。
答案　＞
(2)石墨中C—C键的键长小于金刚石中C—C键键长的原因：________________________。
答案　金刚石中只存在C—C键间的σ键，而石墨中层内的C—C键间不仅存在σ键，还存在π键，电子层重叠程度大，所以C—C键间的键长短
2．石墨晶体的二维平面结构如图所示，每个C原子参与______个C—C键和______个六元环的形成，而每个键被______个C原子共用，故每一个六元环平均占有______个C原子，C原子数与C—C键键数之比为________。
答案　3　3　2　2　2∶3
1．2018年3月5日，《Nature》连刊两文报道了21岁的中国留美博士曹原等研究人员制得了具有超导特性的双层石墨烯新材料。以下对石墨烯的推测不正确的是(　　)
A．石墨烯性质稳定，不能在氧气中燃烧
B．石墨烯与石墨都具有导电性
C．石墨烯与金刚石互为同素异形体
D．石墨烯与石墨都具有较高的熔点
答案　A
解析　石墨烯是只由碳原子构成的单质，能在氧气中燃烧，A项错误；石墨烯具有超导特性，可以导电，石墨中含有自由电子，所以石墨也可以导电，B项正确；石墨烯只由碳原子构成，是C元素形成的单质，所以石墨烯与金刚石是同素异形体，C项正确；石墨属于混合型晶体，石墨烯属于二维晶体，二者都具有较高的熔点，D项正确。
2.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，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是(　　)
A．10 B．18 C．24 D．14
答案　D
解析　每个六元环平均占有的碳原子数为6×＝2，
7个六元环完全占有的碳原子数为2×7＝14。
三、晶体的共性和个性
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
晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 共价晶体
构成微粒 分子 阴、阳离子 金属离子、自由电子 原子
微粒间作用力 范德华力(少数有氢键) 离子键 金属键 共价键
性质 熔、沸点 较低 较高 一般较高 很高
硬度 小 略硬而脆 一般较大 很大
溶解性 相似相溶 多数溶于水 不溶，有些与水反应 不溶
机械加工性能 不良 不良 良好 不良
导电性 固态、液态均不导电，部分溶于水时导电 固态时不导电，熔融时导电，能溶于水的溶于水时导电 固态、熔融态时导电 大部分固态、熔融时都不导电
作用力大小规律 组成和结构相似的分子，相对分子质量大的范德华力大 离子所带电荷数多、半径小的离子键强 金属原子的外围电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强 共价键键长短(电子云重叠多)、原子半径小的共价键稳定
3.晶体类型的判断方法
(1)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用判断
分子间通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体；由原子通过共价键形成的晶体属于共价晶体；由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。
(2)依据物质的分类判断
①活泼金属的氧化物(如Na2O、MgO等)、强碱[如KOH、Ba(OH)2等]和绝大多数的盐类是离子晶体。
②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硼、晶体硅等外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。
③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼、晶体硅等；常见的共价晶体化合物有碳化硅、SiO2等。
④金属单质(除汞外)与合金均属于金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
离子晶体的熔点较高，常在数百至几千摄氏度；共价晶体的熔点高，常在一千至几千摄氏度；分子晶体的熔点较低，常在数百摄氏度以下或很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有熔点相当低的。
(4)依据导电性判断
离子晶体在水溶液中和熔融状态下都导电；共价晶体一般为非导体，但晶体硅能导电；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子，也能导电；金属晶体是电的良导体。
(5)依据硬度和机械性能判断
离子晶体硬度较大或略硬而脆；共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，但也有硬度较小的，且具有延展性。
1．关于晶体的叙述正确的是(　　)
A．共价晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高
B．分子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高
C．存在自由电子的晶体一定是金属晶体，存在阳离子的晶体一定是离子晶体
D．离子晶体中可能存在共价键，分子晶体中可能存在离子键
答案　A
解析　共价晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高，A正确；分子晶体中，分子间作用力越大，熔、沸点越高，分子间作用力影响物质的熔、沸点，共价键影响物质的热稳定性，B错误；存在自由电子的晶体不一定是金属晶体，如石墨中也含有自由电子，它是一种混合型晶体。存在阳离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中存在阳离子和自由电子，C错误；离子晶体中可能存在共价键，如NaOH属于离子晶体，其中含有H—O共价键，分子晶体中一定不存在离子键，D错误。
2．下列各组物质的沸点按由低到高的顺序排列的是(　　)
A．NH3、CH4、NaCl、Na
B．H2O、H2S、MgSO4、SO2
C．CH4、H2O、NaCl、SiO2
D．Li、Na、K、Rb、Cs
答案　C
解析　C项中SiO2是共价晶体，NaCl是离子晶体，CH4、H2O都是分子晶体，且常温下水为液态，CH4是气态。
3．四种物质的一些性质如下表：
物质 熔点/℃ 沸点/℃ 其他性质
单质硫 120.5 271.5 —
单质硼 2 300 2 550 硬度大
氯化铝 190 182.7 177.8 ℃升华
苛性钾 300 1 320 晶体不导电，熔融态导电
晶体类型：单质硫是____________晶体；单质硼是________晶体；氯化铝是________________晶体；苛性钾是____________晶体。
答案　分子　共价　分子　离子
解析　单质硫为非金属单质，其熔、沸点都较低，为分子晶体；单质硼为非金属单质，其熔、沸点都很高，为共价晶体；氯化铝为化合物，其熔、沸点都较低，并能在较低温度下升华，为分子晶体；苛性钾为化合物，其熔点较高，沸点很高，晶体不导电，熔融态导电，为离子晶体。
比较不同晶体熔、沸点的基本思路
首先看物质的状态，一般情况下是固体>液体>气体；再看物质所属类型，一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体(注意：不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅)，结构类型相同时再根据相应规律进行判断。同类晶体熔、沸点比较思路：共价晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径；金属晶体→金属键强弱→金属阳离子所带电荷数、金属阳离子半径。
1．(2020·重庆高二联考)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．②④⑤ B．①②④ C．②③④⑤ D．①②③⑤
答案　A
解析　由常见分子晶体对应的物质类别可知：碘、蔗糖、磷酸都属于分子晶体。
2．某化学兴趣小组，在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：
NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔点/℃ 801 712 190 －68 782
沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
根据这些数据分析，属于分子晶体的是(　　)
A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4
C．NaCl、CaCl2 D．全部
答案　B
解析　由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间作用力相互作用，而分子间作用力较小，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔、沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸点很高，很明显不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，B项正确，A、C、D三项错误。
3.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
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，B正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时克服范德华力，C错误；甲烷晶胞中甲烷分子的个数为8×＋6×＝4，D错误。
4．石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原子填充在石墨各层原子中。比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写为CxK，其平面图形如图所示。x的值为(　　)
A．8 B．12 C．24 D．60
答案　A
解析　可选取题图中6个钾原子围成的正六边形为结构单元，每个钾原子被3个正六边形共用，则该结构单元中实际含有的钾原子数为6×＋1＝3，该六边形内的碳原子数为24，故钾原子数与碳原子数之比为1∶8。
5．下列各组物质中，按熔、沸点由低到高顺序排列正确的是________(填字母)。
A．KCl、NaCl、MgCl2、MgO
B．金刚石、SiC、SiO2、硅
C．H2O、H2S、H2Se、H2Te
D．Na、K、Rb、Al
E．CO2、Na、KCl、SiO2
F．O2、I2、Hg、MgCl2
G．钠、钾、钠钾合金
H．CH4、H2O、HF、NH3
I．CH4、C2H6、C4H10、C3H8
J．CH3CH2CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH3、C(CH3)4
答案　AE
解析　A中离子半径：K＋＞Na＋＞Mg2＋，O2－＜Cl－，离子所带电荷数：K＋＝Na＋＜Mg2＋，O2－＞Cl－，离子所带电荷数越少，离子半径越大，熔、沸点越低，正确；B中键长：C—C＜Si—O＜Si—C＜Si—Si，键长越长，熔、沸点越低，错误；C中相对分子质量逐渐增大，熔、沸点应该逐渐升高，但水分子间形成氢键，导致其熔、沸点较高，错误；D中原子半径：Al＜Na＜K＜Rb，半径越大，熔、沸点越低，错误；E中常温下，CO2为气体，Na为金属晶体，KCl为离子晶体，SiO2为共价晶体，正确；F中常温下，O2为气态，I2为固态，Hg为液态，MgCl2为离子晶体，错误；G中合金的熔、沸点低于任何一种组分金属，错误；H中H2O、HF、NH3分子间分别会形成氢键，它们的沸点均高于CH4的沸点，常温下H2O为液态，沸点最高，错误；I中的几种物质互为同系物，它们都是分子晶体，其熔、沸点随着碳原子数增多(即相对分子质量增大)而逐渐升高，错误；J中的几种物质互为同分异构体，支链越多，分子对称性越好，范德华力越弱，熔、沸点越低，错误。
6．请回答下列问题：
(1)下列有关石墨晶体的说法正确的是________(填字母，下同)。
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，所以它是原子晶体
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型晶体
(2)据报道，科研人员应用电子计算机模拟出来类似C60的物质N60，试推测下列有关N60的说法正确的是________。
a．N60易溶于水
b．N60是一种分子晶体，有较高的熔点和硬度
c．N60的熔点高于N2
d．N60的稳定性比N2强
(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边长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘单质的密度为________。
答案　(1)d　(2)c　(3)①分子　②分子间作用力　③ g·cm－3
解析　(1)石墨晶体中存在共价键、范德华力、大π键，故为混合型晶体。(2)C60是一种单质，属于分子晶体，而N60类似于C60，所以N60也是单质，属于分子晶体，即具有分子晶体的一些性质，如硬度较小和熔、沸点较低。分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点越高。单质一般是非极性分子，难溶于水这种极性溶剂，因此a、b项错误，c项正确；N2分子以N≡N键结合，N60分子中只存在N—N键，而N≡N键比N—N键牢固得多，所以d项错误。(3)I2分子之间以分子间作用力结合，所以I2晶体属于分子晶体。观察碘的晶胞结构发现，一个晶胞中含有I2分子的数目为8×＋6×＝4，碘原子为8个。一个晶胞的体积为a3 cm3，质量为 g，则碘单质的密度为 g·cm－3。
题组一　分子晶体及其性质
1．下列有关分子晶体的叙述正确的是(　　)
A．分子内均存在共价键
B．非金属氧化物呈固态时，一定属于分子晶体
C．分子晶体中一定存在氢键
D．分子晶体熔化时一定破坏了范德华力
答案　D
解析　稀有气体分子内无化学键，A项错误；非金属氧化物中的SiO2为共价晶体，B项错误；分子晶体中不一定存在氢键，如CO2晶体，C项错误；分子晶体中分子间一定存在范德华力，可能存在氢键，所以分子晶体熔化时一定破坏了范德华力，D项正确。
2．下列性质符合分子晶体的是(　　)
A．熔点是1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
B．熔点是10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电
C．不能溶于水，熔点是1 723 ℃，沸点是2 230 ℃
D．熔点是97.81 ℃，质软、导电，密度是0.97 g·cm－3
答案　B
3.现代无机化学对硫—氮化合物的研究是最为活跃的领域之一。其中如图所示是已经合成的最著名的硫—氮化合物的分子结构。下列说法正确的是(　　)
A．该物质的分子式为S4N4
B．该物质具有很大的硬度
C．该物质具有很高的熔、沸点
D．该物质与化合物S2N2互为同素异形体
答案　A
解析　根据分子结构可知，该物质的分子式为S4N4，选项A正确；该物质形成的晶体是分子晶体，分子晶体的硬度一般较小，熔、沸点一般较低，选项B、C错误；由同一种元素形成的不同单质互为同素异形体，该物质是化合物，不是单质，选项D错误。
题组二　常见分子晶体的结构
4.冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，其晶胞结构如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A．冰晶胞内水分子间以共价键结合
B．每个冰晶胞平均含有4个水分子
C．水分子间的氢键具有方向性和饱和性，也是σ键的一种
D．冰变成水，氢键部分被破坏
答案　D
解析　冰晶胞内水分子间以氢键结合，氢键不是化学键，故A错误；由冰晶胞的结构可知，根据均摊法计算，每个冰晶胞平均含有4＋8×＋6×＝8个水分子，故B错误；水分子间的氢键具有方向性和饱和性，但氢键不是化学键，故C错误；冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，液态水中仍存在氢键，故D正确。
5．正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如下图)。下列有关说法正确的是(　　)
A．正硼酸晶体属于共价晶体
B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关
C．分子中硼原子最外层为8电子稳定结构
D．含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键
答案　D
解析　A项，正硼酸属于分子晶体；B项，H3BO3分子稳定性与分子内部的共价键有关，与分子间的氢键无关；C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结构。
6.晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．C60摩尔质量是720
B．C60与苯互为同素异形体
C．在C60晶胞中有14个C60分子
D．每个C60分子周围与它距离最近且等距离的C60分子有12个
答案　D
题组三　混合型晶体
7．中科院的科学家已研制出一种高性能超级电容器电极材料——氮掺杂有序介孔石墨烯。该材料可用作电动车的“超强电池”：充电只需7秒钟，即可续航35公里。相关研究成果已于2015年12月18日发表在世界顶级期刊美国《Science》上。下面有关石墨晶体的说法不正确的是(　　)
A．石墨晶体内既有共价键又有分子间作用力
B．石墨晶体熔、沸点很高，硬度很大
C．石墨晶体内每个六边形平均含完整碳原子2个
D．石墨晶体中，每个C原子连接3个六元环
答案　B
解析　石墨晶体是混合型晶体，在层内存在共价键，在层之间有分子间作用力，A项正确；由于石墨晶体的层内原子之间以共价键结合，所以石墨的熔、沸点很高，但是由于层与层之间以微弱的分子间作用力结合，所以其硬度很小，B项错误；石墨晶体内每个碳原子属于三个六边形，所以六边形平均含完整碳原子数是6×＝2，C项正确；石墨晶体中，每个C原子与三个碳原子形成共价键，键角是120°，因此连接3个六元环，D项正确。
8．2015年03月02日，全球首批3万部石墨烯手机在渝发布，石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。有关石墨烯的说法不正确的是(　　)
A．金刚石、富勒烯、石墨烯互为碳元素的同素异形体
B．石墨烯中每一层内碳原子排列成平面正六边形
C．由于同素异形体是同种元素组成，所以石墨转化为金刚石属于物理变化
D．金刚石属于共价晶体，由C60构成的晶体属于分子晶体
答案　C
解析　金刚石、富勒烯、石墨烯都是由碳元素组成的单质，故A正确；石墨烯是由碳原子排列成六边形结构而形成的，故B正确；石墨转化为金刚石属于化学变化，故C错误；金刚石属于共价晶体，由C60构成的晶体属于分子晶体，故D正确。
9．石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。其结构如图。有关说法正确的是(　　)
A．固态时，碳的各种单质的晶体类型相同
B．石墨烯中含有极性共价键
C．从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键
D．石墨烯具有导电性
答案　D
解析　碳形成的晶体有多种，如石墨、金刚石、C60等，金刚石为共价晶体，C60为分子晶体，故A错误；石墨烯中只含有C—C键，为非极性共价键，故B错误；石墨晶体中，层与层之间的作用力为分子间作用力，从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力，故C错误；石墨烯具有石墨的性质，具有导电性，故D正确。
题组四　晶体类型的比较
10．下列晶体的分类正确的一组是(　　)
选项 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
A CaC2 石墨 Ar Hg
B 玻璃 金刚石 CH3CH2OH Ag
C CH3COONa SiC Mg
D Ba(OH)2 Si C60 NaH
答案　C
解析　石墨的层与层之间是分子间作用力，而碳原子间是共价键，石墨之中也会有自由电子在层内移动，石墨属于混合型晶体，故A不符合题意；玻璃是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅的混合物，不是纯净物，不属于离子晶体，故B不符合题意；CH3COONa是由醋酸根离子和钠离子组成的离子晶体，碳化硅是由碳原子和硅原子组成的共价晶体，属于有机物，属于分子晶体，镁是由金属阳离子和自由电子组成的金属晶体，故C符合题意；NaH是钠离子和氢负离子形成的离子晶体，不属于金属晶体，故D不符合题意。
11．下列数据是对应物质的熔点(℃)：
BCl3 Al2O3 Na2O NaCl AlF3 AlCl3 干冰 SiO2
－170 2 073 920 801 1 291 190 －51 1 723
据此做出的下列判断错误的是(　　)
A．铝的化合物的晶体中有的不是分子晶体
B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
答案　B
解析　由表中数据分析，氧化铝和氟化铝的熔点很高，两者不是分子晶体，故A正确；表中氯化铝、氯化硼和干冰的熔点都较低，是分子晶体，故B错误；碳和硅同主族，但氧化物的晶体类型不同，分别属于分子晶体和共价晶体，故C正确；钠和铝不同族，但对应的氧化物都为离子晶体，说明不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体，故D正确。
12．科学家艾哈迈德·泽维尔使“运用激光技术观测化学反应时原子的运动”成为可能。泽维尔研究发现，当激光脉冲照射NaI时，Na＋和I－两核间距在10～15 (埃，1 ＝1×10－10 m)，呈现离子键；当两核靠近约2.8 时，呈现共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是(　　)
A．NaI晶体是离子晶体和分子晶体的混合物
B．共价键和离子键没有明显的界限
C．NaI晶体中既有离子键，又有共价键
D．离子晶体可能含有共价键
答案　B
解析　NaI晶体是离子化合物，如改变离子的核间距，可能为共价化合物，但为纯净物，不是混合物，故A错误；当激光脉冲照射NaI时，Na＋和I－两核间距在10～15 ，呈现离子键；当两核靠近约2.8 时，呈现共价键，由此可知共价键和离子键没有严格的界限，但不存在既有离子键，又有共价键的情形，故B正确、C错误；NaOH晶体中就有离子键和共价键，但不是泽维尔的研究成果，故D错误。
13．如图是某无机化合物的二聚分子结构示意图，该分子中A、B两种元素都是第3周期的元素，分子中所有原子的最外层都达到8电子的稳定结构。下列说法不正确的是(　　)
A．该物质的化学式是Al2Cl6
B．该物质是离子化合物，在熔融状态下能导电
C．该物质在固态时所形成的晶体是分子晶体
D．该物质中不存在离子键，也不含有非极性键
答案　B
解析　由A、B元素都在第3周期，并且所有原子最外层都达到8电子的稳定结构，可知A为Cl元素，B为Al元素，A项正确；因该物质是二聚分子，故其固态时形成分子晶体，该物质是共价化合物，在熔融状态下不导电，B项错误、C项正确；该物质中不含离子键，只含极性键和配位键，D项正确。
14．(2020·山东枣庄高二下月考)下列关于微粒间作用力与晶体的说法不正确的是(　　)
A．某物质呈固体时不导电，熔融状态下能导电，则该物质一定是离子晶体
B．H2O和CCl4的晶体类型相同，且每个原子的最外层都达到8电子稳定结构
C．F2、Cl2、Br2、I2的沸点逐渐升高，是因为分子间作用力逐渐增大
D．干冰溶于水中，既有分子间作用力的破坏，也有共价键的断裂
答案　B
解析　离子化合物固态时不导电，熔融状态下能导电，故A正确；水中的氢原子达2电子的稳定结构，故B不正确；结构相似且不含氢键的分子晶体相对分子质量越大，分子间作用力越大，晶体的沸点越高，故C正确；干冰变为CO2气体破坏了分子间作用力，二氧化碳与水反应生成碳酸，共价键发生了断裂，故D正确。
15．观察C60分子结构和晶胞示意图(如图所示)，回答下列问题：
(1)一个C60分子中含有σ键的个数为______个。与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有______个，其距离为______ cm(列出计算式即可)。
(2)C60晶体中，C60和C60之间的作用力属于__________(填“离子键”“共价键”或“分子间作用力”)。
答案　(1)90　12　×1.42×10－7　(2)分子间作用力
解析　(1)根据C60分子结构可知，每个碳原子形成3个σ键，每个σ键被2个碳原子共用，因此，一个C60分子中σ键数目为60×1.5＝90。由C60晶胞示意图可知，与每个C60分子距离最近且相等的C60分子有12个，其距离为晶胞面对角线的一半。(2)C60晶体中，C60和C60之间的作用力属于分子间作用力。
16．(1)苯胺()的晶体类型是__________。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近，但苯胺的熔点(－5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(－95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃)，原因是_____________________________________________________________。
(2)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于______________晶体。碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：
①在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有______个C原子。
②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接____个六元环，六元环中最多有______个C原子在同一平面。
答案　(1)分子晶体　苯胺分子之间存在氢键　(2)分子
①3　2　②12　4
解析　(1)大多数有机物都是分子晶体，除了一部分有机酸盐和有机碱盐是离子晶体。苯胺比甲苯的熔、沸点都高，同一种晶体类型熔、沸点不同，首先要考虑的就是是否有氢键，苯胺中存在电负性较强的N，所以可以形成氢键，因此比甲苯的熔、沸点高。
(2)①每个C原子参与形成3个六元环，每个碳原子对六元环的贡献为，则每个六元环占有6×＝2个C原子。②每个C原子周围形成4个共价键，最小的环为6元环，每个单键为3个环共有，则每个C原子连接4×3＝12个六元环；根据数学知识，3个C原子可形成一个平面，而每个C原子都可构成1个正四面体，所以六元环中最多有4个C原子共面。
17．据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60。
已知：①N60分子中每个氮原子均以N—N键结合3个N原子而形成8电子稳定结构；
②N—N键的键能为167 kJ·mol－1。
请回答下列问题：
(1)N60分子组成的晶体为__________晶体，其熔、沸点比N2__________(填“高”或“低”)，原因是______________________________________________________________________。
(2)1 mol N60分解成N2时__________(填“吸收”或“放出”)的热量是__________ kJ(已知N≡N键的键能为942 kJ·mol－1)，表明稳定性N60__________(填“>”“<”或“＝”)N2。
(3)由(2)列举N60的用途(举一种)：_________________________________________________。
答案　(1)分子　 高　N60、N2均为分子晶体，且N60的相对分子质量大，分子间作用力大，故熔、沸点高　(2)放出　13 230　<　(3)高能炸药(或火箭推进剂)
解析　(1) N60晶体的构成微粒为分子，所以属于分子晶体；分子晶体中结构和组成相似，其相对分子质量越大，熔、沸点越高， N60和N2都是分子晶体， N60相对分子质量大于N2 ，所以N60的熔、沸点比N2高。
(2)每个N原子均以氮氮单键结合三个氮原子，每个氮氮键被2个氮原子共用，每个氮原子有1.5个氮氮键，1个N60分子的结构中含有60×1.5＝90个N—N键，则1 mol N60的总键能为167 kJ·mol－1×90 mol＝15 030 kJ，生成30 mol N≡N键的键能为942 kJ·mol－1×30 mol＝28 260 kJ，则反应放出能量为28 260 kJ－15 030 kJ＝13 230 kJ,1 mol N60分解成N2时放出热量13 230 kJ，N60能量高，所以稳定性：N60(3)N60分解为N2时释放大量的能量，可用作高能炸药和火箭推进剂等。