2020高中化学人教版选修三教学学案：3-2-2　原子晶体 WORD版含答案 (2).docx

1、第二课时原子晶体学习目标：1. 了解原子晶体的概念。通过分析原子晶体的结构特点，明确分子晶体与原子晶体的区别。2.能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构特征及结构与性质的关系。知识回顾1只含分子的晶体称为分子晶体。2构成微粒及微粒间的作用力分子晶体3微粒堆积方式(1)若分子间作用力只有范德华力，则分子晶体有分子密堆积特征，即每个分子周围有12个紧邻的分子。(2)分子间含有其他作用力，如氢键，则每个分子周围紧邻的分子要少于12个。如冰中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。要点梳理1原子晶体的概念及其性质(1)原子晶体概念：相邻原子间以共价键相结合形成的具有空间立体网状结构的晶体，称为原子晶体。构

2、成微粒：原子晶体中的微粒是原子，原子与原子之间的作用力是共价键。常见的原子晶体：某些非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)、锗(Ge)等。某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。(2)原子晶体的物理性质一般具有很高的熔点和沸点：原子晶体中原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔、沸点越高。难溶于水。硬度大：共价键作用强。2金刚石的结构金刚石的结构模型如图所示：在晶体中每个碳原子都被相邻的4个碳原子包围，处于4个碳原子的中心，以共价键与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构，其中CCC夹角为10928，即金刚石中的碳以sp3杂化轨道形成共价键

3、。其中的CC键长很短，键能很大，故金刚石的硬度最大，熔点很高。知识点一原子晶体的性质1原子晶体的概念和组成(1)概念：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。在原子晶体里，所有原子都以共价键相互结合，整块晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”，又称共价晶体。(2)构成粒子：原子。(3)粒子间的相互作用力：共价键。(4)熔化时破坏的作用力：共价键。2原子晶体的性质特点(1)熔点和沸点很高。原子晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使物质熔化和汽化就要克服共价键作用，需要很多的能量。因此，原子晶体一般都具有很高的熔点和沸点。例如，金刚石的熔点大于3550 。(2)硬度很大。

4、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。问题探究1. “具有共价键的晶体叫做原子晶体”这种说法对吗？为什么？答案不对。如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共价键，而它们都是分子晶体；如金刚石、晶体Si、SiC、SiO2中都有共价键，它们都是原子晶体；只有相邻原子间以共价键相结合形成空间网状结构的晶体才是原子晶体。2原子晶体为什么不像金属晶体那样具有良好的导电性、延展性？为什么原子晶体又具有较高的熔沸点？答案原子晶体的结构特征决定了这类晶体性质的特殊性。原子晶体内键的饱和性和方向性，决定了这类晶体不具有像金属那样的延性、

5、展性和良好的导电性、导热性；又由于共价键的结合力比离子键的结合力强，一般说来原子晶体硬度较大，熔沸点较高，不导电，难溶于一般溶剂。例如，金刚石的熔点高达3550 ，硬度极大；水晶是一种坚硬难熔的固体。常见的原子晶体(1)某些非金属单质，如硼(B)、硅(Si)、金刚石等。(2)某些非金属化合物，如金刚砂(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)等。(3)极少数金属氮化物，如氮化铝(AlN)等。(1)原子晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”，没有小分子存在，原子晶体的化学式不表示实际组成，只表示组成原子的个数比。(2)由原子组成的晶体不一定

6、是原子晶体。如稀有气体组成的晶体属于分子晶体。(3)原子晶体中一定存在共价键，但晶体中有共价键却不一定都是原子晶体，还可以是分子晶体或离子晶体。1下列关于原子晶体的说法不正确的是()A原子晶体中的成键微粒是原子B原子晶体中原子之间全部以共价键结合C原子晶体均是化合物D原子晶体的熔、沸点都比较高解析原子晶体可能是单质，如金刚石、晶体硅，也可能是化合物，如二氧化硅、碳化硅等。答案C2晶体硅(Si)和金刚砂(SiC)都是与金刚石相似的原子晶体，请根据下表中的数据，分析其熔点、硬度的大小与其结构之间的关系。晶体键能/(kJmol1)键长/pm熔点/摩氏硬度金刚石(CC)348154355010碳化硅(

7、CSi)30118426009晶体硅(SiSi)22623414158解析在原子晶体里，所有原子都以共价键相互结合，整块晶体是一个三维的网状结构。所以，影响原子晶体的熔点、硬度的主要因素就是共价键的键能大小，键能越大，原子晶体的熔点、硬度越高。而共价键的键能又与键长相关，一般来说，键长越短，键能越大；键长越长，键能越小。答案键长越短，键能越大，熔点越高，硬度越大；反之，键长越长，键能越小，熔点越低，硬度越小。原子晶体的熔沸点变化规律原子晶体的熔沸点高低与其内部结构密切相关。对结构相似的原子晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔沸点越高。知识点二金刚石与二氧化硅的晶体结构1金刚石晶

8、体的结构金刚石晶体中每个碳原子与它直接相邻的4个碳原子形成正四面体结构，所以金刚石晶体中CCC的夹角为10928。每个碳原子与周围4个碳原子形成4个CC键，平均每个碳原子形成2个CC键，所以金刚石晶体中碳原子数与CC键数之比为12，即含1 mol碳原子的金刚石晶体含有2_mol_CC键。金刚石晶体中最小碳环是由6个碳原子组成的六元环(6个碳原子不在同一平面内)。每个金刚石晶胞中含碳原子数为8648。2二氧化硅晶体的结构在SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子结合，Si在正四面体的中心，O在正四面体的顶点。同时，每个O原子为两个正四面体共有，正四面体内OSiO夹角为10928，而正四面体之间S

9、iOSi夹角为10430。每个正四面体占有一个完整的Si原子，四个“半氧原子”，晶体中Si原子与O原子个数比为112。故SiO2晶体中并不存在单个的SiO2分子，而是由Si原子和O原子按12的比例所组成的空间立体网状结构的晶体。在SiO2晶体中，最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的十二元环。每n mol SiO2晶体中，SiO键最接近4n mol。问题探究在原子晶体中为什么不存在分子？答案构成原子晶体的微粒是原子，这些原子以共价键相结合向空间延伸，形成空间网状结构，因此在晶体中不存在单个分子，也不存在离子。所以原子晶体的化学式如SiO2代表二氧化硅中硅、氧原子个数比为12，并不代表SiO

10、2分子。1金刚石晶体中碳原子呈sp3杂化。2二氧化硅晶体可以看做是在晶体硅中2个硅原子之间插入了1个氧原子。3晶体硅的结构与金刚石类似。由于金刚石、硅和锗的晶体都是原子晶体，形成晶体的粒子均为原子，粒子间的相互作用是共价键，所以熔点和硬度的大小由共价键的强弱决定。由于碳、硅、锗三种原子的半径依次增大，各个原子间共价键的键长依次增大，键的强度依次减弱，所以金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降。1(双选)下列说法正确的是()A12 g金刚石中含有CC键的个数为4NAB60 g SiO2中含有SiO键的个数为4NAC12 g 石墨中含有CC键的个数为2NAD31 g白磷中含有PP键的个数为1.5NA解

11、析解法一：均摊法：金刚石中，1个C原子连接4个CC键，而每个CC键又连接着两个碳原子，则12 g金刚石中含CC键为4 mol2 mol，即为2NA，A项错误；60 g SiO2即1 mol SiO2,1 mol Si 单质含2 mol SiSi 键，而SiO2晶体是每个SiSi 键中插入1个O，即1个SiSi 键变为2个SiO键，所以1 mol SiO2中含4NA个SiO键，B项正确；石墨中，一个C原子形成3个CC键，而每两个C原子形成1个CC键，故12 g石墨中含有1.5 mol CC键，C项错误；白磷为分子，不能使用均摊法，31 g白磷中含有1 mol 磷原子，而1 mol 磷原子有1.5

12、 mol PP键，故D项为1.5 NA正确。解法二：结合共价键的实质，每有2个电子共用就形成1个共价键，所以求共价键数目可以转化为求共用电子对数目的问题。P原子最外层有5个电子，需共用3个电子，1 mol 磷原子中共价键为：1.5 mol; 12 g石墨中含有CC键 mol；12 g 金刚石中含有CC键2 mol；SiO2中共价键由Si、O两种原子组成，60 g SiO2中含有SiO键4 mol。答案BD2干冰和二氧化硅晶体同属第A族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点差别很大的原因是()A二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量BCO键键能比SiO键键能小C干冰为分子晶体，二氧化硅为原

13、子晶体D干冰易升华，二氧化硅不能升华解析干冰和SiO2所属晶体类型不同，干冰为分子晶体，升华时破坏分子间作用力，SiO2为原子晶体，熔化时破坏共价键，所以SiO2熔、沸点较高。答案C原子晶体与由原子构成的晶体稀有气体原子具有稳定结构的电子排布，它们之间并不形成化学键，低温时形成晶体是通过微弱的没有方向性的分子间作用力直接凝聚成晶体。原子晶体的构成微粒虽然也是原子，但是原子通过共用电子对以强共价键结合，其性质与由单个原子构成的分子晶体有明显的不同，如硬度、熔沸点相差很大，可依据其物理性质进行判断。如果只注意到构成晶体的微粒，而没有加以分析构成晶体的微粒间的作用力会导致错误。知识点三分子晶体和原子

14、晶体的比较分子晶体与原子晶体的比较晶体类型分子晶体原子晶体定义分子间通过分子间作用力结合形成的晶体相邻原子间以共价键结合而形成空间立体网状结构的晶体晶体类型分子晶体原子晶体组成微粒分子原子物质类别多数的非金属单质和共价化合物金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等少数非金属单质及共价化合物微粒间的作用力分子间作用力(氢键、范德华力)共价键(极性键、非极性键)熔化时需克服的作用力较弱的分子间作用力很强的共价键硬度较小很大溶解性部分溶于水不溶于大部分溶剂导电性不导电，部分溶于水后导电不导电，个别为半导体实例干冰金刚石、晶体硅问题探究分析下表数据，判断金刚石是否属于分子晶体？若不属于分子晶体，它属于哪类晶

15、体？项目物质干冰金刚石熔点很低3550 沸点很低4827 答案不属于分子晶体。金刚石属于原子晶体。判断晶体类型(原子晶体和分子晶体)的方法非金属单质和共价化合物所形成的晶体是属于原子晶体还是分子晶体，可以从以下角度进行分析判断：(1)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断组成原子晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。(2)依据物质的分类判断常见的原子晶体有：金刚石、晶体硼、晶体硅、晶体锗等单质；SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4等化合物。新型无机非金属材料“家庭”的成员(如Si3N4、BN等)熔点高、硬度大、耐高温、抗氧化，它

16、们大多属于原子晶体。大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅等除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、酸、绝大多数有机物的晶体(有机盐除外)都是分子晶体。(3)依据晶体的熔点判断原子晶体熔、沸点高，常在1000 以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百摄氏度以下至更低温度。(4)依据物质的状态判断常温下呈气态或液态的单质与化合物，其固态时都属于分子晶体。(5)依据物质的挥发性判断易挥发的物质固态时都属于分子晶体。(6)依据导电性判断分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能够导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。(7)依据硬度和机械性能判断原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆

17、。原子晶体几点注意(1)晶体的熔沸点高低取决于共价键的键长和键能。键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高。(2)若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小。一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。原子半径越小，则化学键的键长越短，化学键就越强，键就越牢固，破坏化学键需要的能量就越大，故晶体的熔点就越高。例如，比较金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点高低：原子半径：CSi，则键长：CCCSiCSiSiSi，熔点：金刚石碳化硅晶体硅。1氮化硼是一种新合成的结构材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质。下列各组物质熔化时所克服的微粒间作用力与氮化硼熔化时所克服的微粒间的作用力

18、相同的是()A硝酸钠和金刚石 B晶体硅和水晶C冰和干冰 D苯和碘解析此题为信息迁移题，氮化硼的性质(超硬、耐磨、耐高温)，可推知氮化硼是原子晶体。原子晶体熔化时，要克服共价键，然后分析比较各选项。因此，符合条件的必须也是熔化时破坏的是共价键的晶体，即为原子晶体。答案B2下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是()SiO2和SO3晶体硼和HClCO2和SO2晶体硅和金刚石晶体氖和晶体氮硫黄和碘A BC D解析本题中属于分子晶体的有SO3、HCl、SO2、CO2、晶体氖、晶体氮、硫黄、碘。属于原子晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅、金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子构成的，稀有气体分子间

19、不存在化学键。答案C(1)由原子组成的晶体不一定是原子晶体，如稀有气体组成的晶体。(2)原子晶体中只含有共价键，不存在范德华力。(3)原子晶体中没有单个的小分子，其化学式仅代表原子的个数比。(4)分子晶体中分子内部可能含有共价键，分子间一定没有共价键。知识脉络核心要点1重要概念：原子晶体。2两种原子晶体的结构金刚石、二氧化硅。3会比较分子晶体、原子晶体的熔沸点高低(1)在分子晶体中，分子内的原子间以共价键相结合，分子间以分子间作用力相吸引，因此分子晶体熔点较低。(2)在原子晶体里，所有原子都以共价键相结合，形成三维的网状结构，因此原子晶体熔点高、硬度大。1下列晶体中SiO2CO2P4晶体硅H2

20、SO4P2O5SO3SiC冰醋酸金刚石，属于原子晶体的一组是()A BC D全部解析十种物质中属于分子晶体的有：CO2、P4、H2SO4、P2O5、SO3、冰醋酸，其余的4种物质均为原子晶体。答案B2X是核外电子数最少的元素，Y是地壳中含量最丰富的元素，Z在地壳中的含量仅次于Y，W可以形成自然界最硬的原子晶体。下列叙述错误的是()AWX4是沼气的主要成分B固态X2Y是分子晶体CZW是原子晶体DZY2的水溶液俗称“水玻璃”解析由题给条件可知：X为H元素，Y为O元素，Z为Si元素，W为C元素。则WX4为CH4，X2Y为H2O，其晶体为分子晶体，ZW为SiC，属原子晶体，ZY2为SiO2，SiO2难

21、溶于水，也不能与水反应。答案D3已知C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，且原子间均以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法正确的是()AC3N4晶体是分子晶体BC3N4晶体中CN键的键长比金刚石中CC键的键长要长CC3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子连接3个C原子DC3N4晶体中微粒间通过离子键结合解析由题给信息“具有比金刚石更大的硬度”，说明C3N4晶体是原子晶体，且晶体中CN键比金刚石中CC键长要短；由“原子间均以单键结合”可得每个C原子连接4个N原子，而每个N原子连接3个C原子。答案C4下列关于硅及硅的化合物的叙述不正确的是()硅的晶体结构和金刚石相似，都是原子晶体硅

22、是地壳中含量最多的非金属晶体硅是良好的半导体材料SiO2是制造光导纤维的重要原料SiO2分子是由两个氧原子和硅原子构成的SiO2是酸性氧化物，不溶于任何酸A BC D解析本题考查晶体硅及二氧化硅的结构和性质。硅在地壳中含量仅次于氧，其晶体为原子晶体，其结构与金刚石相似，是良好的半导体材料；二氧化硅是原子晶体，其结构中不存在单个的“SiO2”分子，能溶于氢氟酸。答案D5有下列几种晶体：A.水晶；B.冰醋酸；C.白磷；D.金刚石；E.晶体氩；F.干冰。(1)属于分子晶体的是_，直接由原子构成的分子晶体是_。(2)属于原子晶体的化合物是_。(3)直接由原子构成的晶体是_。(4)受热熔化时，需克服共价

23、键的是_。解析根据构成晶体的微粒不同，分子晶体仅由分子构成，原子晶体中无分子。分子晶体有B、C、E、F，注意晶体氩是单原子分子晶体；原子晶体和单原子分子晶体都是由原子直接构成的，原子晶体有A、D，但属于化合物的只有A；分子晶体熔化时，一般不破坏化学键；原子晶体熔化时，破坏共价键。答案(1)BCEFE(2)A(3)ADE(4)AD6通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(H)，化学反应的H等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。化学键SiOSiClHHHClSiSiSiC键能/(kJmol1)460360436431176347请回答下列问题：(1)比较下列两组物质的熔点高低(填“”或“”)。SiC_Si；SiCl4_SiO2。(2)如图立方体中心的“”表示硅晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用“”表示出与之紧邻的硅原子。解析(1)由提供的键能数据可以看出SiC键能大于SiSi键能，而SiO2为原子晶体，SiCl4为分子晶体，因此它们的熔沸点高低是SiCSi，SiCl4SiO2；(2)根据Si晶体为四面体结构，不难画出其他硅原子的位置，见答案。答案(1)(2)如下图所示