师：同学们好，今天我们一起研究和学习微粒间的相互作用力。首先，请大家看一幅图片，这是我国南海全球首次试开采可燃冰成功的场景，以及可燃冰燃烧时的现象。什么是可燃冰呢？可燃冰是天然气水合物，极具魅力。它生成于严寒之地，温度在0摄氏度以下，压力常高达30兆帕斯卡，相当于一个人要承受300余人的重量。

　　为应对这种极端环境，水分子手拉手连在一起，为核心部分的甲烷客体构筑像笼子一样的安全空间，保障天然气水合物的生成和成长。在漫长时间里，天然气水合物已习惯这种苛刻条件，对环境变化十分敏感。当温度升高或压力降低，天然气所受束缚解除，甲烷等气体便会逸出。

　　针对可燃冰，我们来研究以下几个问题：一、可燃冰晶体中有哪些微粒，为什么只能在低温高压环境下稳定存在？二、水分子手拉手形成笼子，甲烷在笼内安全居住，晶体内部存在哪些作用力？三、甲烷走出“卧室”，来到广阔世界，破坏了哪些作用力？四、可燃冰作为能源，在燃烧过程中又破坏了哪些作用力？五、如何合理开采可燃冰？

　　首先研究第一个问题，可燃冰晶体中有哪些微粒？为什么只能在低温高压环境下稳定存在？可燃冰是天然气和水的混合物，天然气主要成分是甲烷，所以可燃冰晶体存在甲烷分子和水分子。

　　可燃冰属于什么晶体呢？由于该晶体是通过分子间作用力形成的，所以它叫做分子晶体。分子晶体有什么特性呢？其熔沸点较低，硬度较小。为什么可燃冰只能在低温高压下稳定存在呢？因为可燃冰属于分子晶体，其核心部分甲烷受温度和压强影响，所以可燃冰只有在低温高压环境下才能存在。

　　那么晶体除了分子晶体外，还有哪些类型呢？它们的特性又如何？晶体除分子晶体外，还有离子晶体、金属晶体、原子晶体。离子晶体的构成微粒是阴阳离子，微粒间作用力是离子键，因此具有较高熔沸点和较大硬度。原子晶体构成微粒是原子，微粒间通过共价键形成晶体，具有很高的熔沸点和很大的硬度。金属晶体构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间通过金属键形成晶体，也具有较高熔点和较大硬度，但不同金属晶体在熔点和硬度等物理性质上差异较大。

　　如何判断晶体类型呢？可以从三个角度判断。第一，从构成晶体的微粒以及微粒间作用力判断；第二，通过晶体的物理性质判断；第三，从晶体所属物质类别判断。从物质类别看，大多数金属氧化物、强碱、大多数盐属于离子晶体；大多数非金属单质及其氢化物、非金属氧化物以及大部分有机化合物属于分子晶体；金属及金属合金属于金属晶体；硅、金刚石、二氧化硅等属于原子晶体。从物理性质判断，熔沸点很高、硬度很大的一般是原子晶体；熔沸点较高、硬度较大，且在水溶液或熔融状态下能导电的晶体，一般视为离子晶体；熔沸点较高、硬度较大，自身能导电的视为金属晶体；熔沸点低、硬度小的一般视为分子晶体。从构成微粒及微粒间作用力判断，构成微粒是阴阳离子，通过离子键形成的晶体是离子晶体；构成微粒是原子，通过共价键形成的晶体是原子晶体；构成微粒是金属阳离子和自由电子，通过金属键形成的晶体是金属晶体；构成微粒是分子，通过分子间作用力形成的晶体是分子晶体。

　　接着看可燃冰晶体结构，每个晶胞有46个水分子，构成8个笼，每个笼可容纳一个甲烷分子或一个水分子，8个笼中有6个容纳了甲烷分子，2个填充的是水分子。从晶胞构成看，可燃冰中有46个水分子，加上笼内充入的2个水分子，一个晶胞共含48个水分子，同时容纳6个甲烷分子，其表示式可表示为CH?·8H?O。

　　水分子手拉手形成笼子，甲烷能在笼内安全居住，晶体内部存在哪些作用力呢？先分析水分子间形成的作用力，水分子由电负性较大的氧原子和氢原子通过共价键形成，水分子中的氢原子会与另一个水分子中电负性较大的氧原子之间形成氢键，从而构成笼子。氢键形成的条件是什么呢？是与电负性较大的氮、氧、氟原子形成共价键的氢原子。水分子和甲烷分子间还存在什么作用力呢？分子间存在分子间作用力，又称范德华力。氢键和范德华力的大小如何呢？氢键是分子间一种特殊作用力，比范德华力大，但氢键不是化学键，只对物质物理性质有影响，比如对熔沸点及溶解性的影响。像氮、氧、氟形成的氢化物比同族其他氢化物熔沸点高，即氨的熔沸点大于磷化氢，水的熔沸点大于硫化氢，氟化氢的熔沸点大于氯化氢。同时，氨和乙醇极易溶于水，是因为氨分子与水分子、乙醇分子与水分子间形成了氢键，增大了溶解度。

　　比较一下可燃冰与冰的密度大小。冰和可燃冰都存在氢键，但可燃冰中氢键少，冰中氢键多，氢键会使分子间距离变小，所以冰的体积相对较小，冰的密度比可燃冰大。既然冰能浮在水上，为什么可燃冰却沉在海洋底部呢？能不能预测可燃冰的形成条件？可燃冰的形成与温度和压强有关。

　　可燃冰的生成有三个条件：首先是低温，超过20摄氏度就会分解；其次是高压，在0摄氏度时，只需海水产生29个标准大气压即可生成；最后要有充足的碳源，海底有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化可产生充足碳源。根据可燃冰生成条件回答下面两个问题：一、若要在0摄氏度的海底生成可燃冰，海水深度要多少米？二、如果取0.5立方米的可燃冰分解，其中天然气中甲烷含量最低80%，最高99.9%，甲烷完全燃烧放出的热量在标准状况下至少可以将质量为多少千克、温度为20摄氏度的水加热至沸腾呢？