干冰(CO₂)晶胞

实验目的

认识干冰的晶胞结构,会计算晶胞中CO₂分子数并判断配位数。

实验原理

干冰是分子晶体,CO₂分子位于晶胞的8个顶点和6个面心,属于面心立方堆积。晶胞中分子数 = 8×1/8 + 6×1/2 = 4。每个CO₂分子周围紧邻12个CO₂分子。分子间作用力较弱,所以干冰熔点低,常压下约-78.5 ℃升华。

实验器材

• 干冰三维晶胞模型
• 顶点上的CO₂分子
• 面心上的CO₂分子
• CO₂分子(直线形,O=C=O)

实验步骤

1. 旋转晶胞,观察CO₂分子在立方体中的位置。
2. 区分顶点上的分子和面心上的分子。
3. 用均摊法计算晶胞中CO₂分子的个数。
4. 任选一个顶点分子,数出与它距离最近的分子个数。
5. 思考晶体内CO₂分子之间靠什么作用力结合。

实验现象与结论

CO₂分子分布在顶点和面心,一个晶胞含4个CO₂分子。每个分子周围有12个最近的分子,配位数为12。结论:干冰是面心立方堆积的分子晶体。

注意事项

• 实物干冰温度极低,取用要戴隔热手套,防止冻伤。
• 干冰不能密闭保存,升华产生的气体会使容器压力升高。

常见问题

一个干冰晶胞含有几个CO₂分子?

4个。顶点8×1/8=1,面心6×1/2=3,合计4个。

干冰为什么容易升华?

干冰是分子晶体,CO₂分子间只有较弱的分子间作用力,所以熔点低,常压下直接升华。