师：同学们好，今天我们一起来学习高二人教版化学选择性必修2第三章晶体结构与性质复习第二课时——四类典型晶体。
本节课的学习目标有三点：一是知道分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体的结构特点，能借助具体晶体模型说明四类典型晶体中的粒子及粒子间的相互作用；二是能结合具体实例说出四类典型晶体的粒子间相互作用与其性质之间的关系；三是知道介于典型晶体之间的过渡晶体和混合型晶体普遍存在。
我们先来看第一种典型晶体——分子晶体，这是比较常见的，例如空气中的氧气、氮气、二氧化氮等都属于分子晶体。接下来我们从概念、构成微粒、微粒间作用力、物理性质以及结构特点五个角度分析分子晶体。只含分子的晶体称为分子晶体，从概念可知构成分子晶体的微粒是分子。那么分子是通过什么作用力结合成分子晶体的呢？分子是通过分子间作用力结合成分子晶体的，分子间作用力包括范德华力和氢键。一般来说，氢键的作用力比范德华力强，但相对于其他粒子间作用力，例如共价键、离子键等，分子间作用力就小得多了。因此，分子晶体的熔点一般比较低，硬度一般比较小。例如我们熟悉的干冰，也就是由二氧化碳构成的分子晶体，在常压下就很容易升华。
下表给出了4种常见分子晶体的摩尔质量以及熔点，大家能总结出影响分子晶体熔点的因素吗？我们先依据分子间作用力的不同，将这4种分子晶体分为两类，其中氧气、白磷和硫化氢的分子间作用力均为范德华力，水的分子间作用力包括范德华力和氢键。前面提到，一般来说，氢键的作用力比范德华力强，因此水的分子间作用力主要为氢键。对比氧气和白磷的摩尔质量和熔点，可以总结得到：当分子间作用力仅为范德华力时，分子的相对分子质量越大，对应分子晶体的熔点越高。水的摩尔质量比氧气和硫化氢小，但水的熔点远高于氧气和硫化氢，这是由于水的分子间作用力主要为氢键，氢键的作用力大于范德华力，因此水的熔点较高。另外，氧气和硫化氢的摩尔质量相当，但硫化氢的熔点远高于氧气，这是由于硫化氢是极性分子，氧气是非极性分子，当分子间作用力仅为范德华力且分子的摩尔质量相当，分子的极性越大，熔点越高。
接下来我们回顾一下分子晶体的结构特点。下面两张图片分别是干冰和冰的结构，其中干冰是由二氧化碳分子通过范德华力结合形成的，冰是由水分子主要通过氢键结合而成的，这是二者在分子间作用力上的区别。认真观察干冰的晶体结构，我们可以发现每个二氧化碳分子周围有12个紧邻的二氧化碳分子，晶体的这一结构特征称为分子密堆积，这也是大多数分子晶体的结构特征。而与干冰不同，冰是由水分子主要通过氢键结合在一起形成的。我们前面学过，氢键跟共价键一样具有方向性，因此在水分子形成冰晶体时，位于中心的每个水分子与四面体顶角方向的四个相邻的水分子相互吸引，这就造成了冰晶体中水分子的空间利用率不高，这也是为什么冰的密度比液态水的密度小的原因。
下面我们来讲第二种典型晶体——共价晶体，比较典型的共价晶体有金刚石和二氧化硅。顾名思义，共价晶体是指组成晶体的相邻原子间通过共价键结合而成的晶体。从这个定义可知组成共价晶体的微粒是原子，将原子结合在一起的作用力是共价键。相对于分子晶体中的分子间作用力，共价键的键能大得多，因此共价晶体的熔点一般很高，硬度也一般很大，像金刚石就是所有已知晶体中硬度最大的。
下表给出了几种常见共价晶体的熔点和硬度数据，大家能从这些数据中总结出共价键是如何影响共价晶体的熔点和硬度的吗？构成这六种共价晶体的元素中，碳、硅、锗是同族元素，且原子半径依次增大，而金刚石、晶体硅和晶体锗的熔点和硬度均依次减小。由此，我们可以总结出：当组成共价晶体的元素为同族元素时，原子半径越小，共价键能越大，对应的共价晶体的熔点和硬度就越大。对比金刚石和碳化硅，金刚石是仅由碳原子组成的共价晶体，而碳化硅是由碳原子和比碳原子半径大的硅原子组成的共价晶体。利用上述结论，我们可以推断出金刚石的熔点和硬度均比碳化硅大，而实验数据也印证了我们的推断。因此，影响共价晶体熔点和硬度的主要因素是：组成晶体的原子半径越小，共价键键长越短，共价键键能越大，共价晶体的熔点越高，硬度越大。
讨论完分子晶体和共价晶体，我们通过一个题目对比一下二者的区别。碳和硅为同族元素，它们分别与氧形成化合物二氧化碳和二氧化硅，为什么干冰晶体的熔点很低，而二氧化硅晶体的熔点却很高呢？虽然它们都是氧化物，但是干冰是分子晶体，由二氧化碳分子形成，干冰晶体的作用力为范德华力，范德华力远小于共价键，因此干冰晶体的熔点很低。从图中我们可以看出，二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子通过共价键结合而成的，共价键的键能一般较大，因此二氧化硅的熔点远高于干冰。
第三种典型的晶体是金属晶体，除汞以外的金属在常温下都是晶体。从生活经验可知，金属一般都具有良好的延展性、导电性和导热性。但是不同金属的熔点和硬度差别很大，例如金属钠的熔点较低，跟水反应时会融化成小球，而且我们做实验时是用小刀切出一小块金属钠来进行实验的，这说明金属钠的硬度也比较小。但是用作白炽灯灯丝的金属钨的熔点就很高，达3410摄氏度。另外，金属铬的硬度很大，它的莫氏硬度约为9，只比金刚石的莫氏硬度10小一点。
为什么同样是金属晶体，它们的熔点和硬度相差那么大呢？这主要与构成金属晶体的微粒以及微粒间的作用力有关。构成金属晶体的微粒为金属阳离子和自由电子，它们之间的相互作用称为金属键。金属键的本质是一种电性作用，由于金属键的键能差别较大，所以不同金属晶体的熔点和硬度差别也就比较大了。描述金属键本质的最简单理论称为电子气理论，我们结合图回顾一下电子气理论。电子气理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的电子气，被所有金属原子共用，从而把所有金属原子维系在一起。电子气理论除了用来描述金属键的本质以外，还可以用来解释金属晶体的延展性、导电性和导热性。从图中我们可以看到，当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，而弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间的润滑剂的作用，因此，金属有良好的延展性。对于导电性和导热性的解释，请同学们回顾课本，认真理解。