人教版選修3第3章第2節(jié)分子晶體與原子晶體(第2課時)學案

1、天才是百分之一的靈感加百分之九十九的勤奮金戈鐵騎第2節(jié) 分子晶體與原子晶體第二課時原子晶體學習目標：1. 了解原子晶體的概念。通過分析原子晶體的結(jié)構(gòu) 特點，明確分子晶體與原子晶體的區(qū)別。2.能描述金剛石、二氧化硅 等原子晶體的結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。教材為壟琉理新知課前自主預習K知識回顧1 .只含分子的晶體稱為分子晶體。2 .構(gòu)成微粒及微粒間的作用力構(gòu)成微粒分子分子晶體微粒間的作用力分子間作用力 分子內(nèi)原子間以共價鍵結(jié)合3 .微粒堆積方式4 1)若分子間作用力只有范德華力，則分子晶體有分子密堆積特 征，即每個分子周圍有12個緊鄰的分子。5 2)分子間含有其他作用力，如氫鍵，則每個分子周圍緊

2、鄰的分 子要少于12個。如冰中每個水分子周圍只有 4個緊鄰的水分子。6 要點梳理1 .原子晶體的概念及其性質(zhì)(1)原子晶體概念：相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合形成的具有空間立體網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)的晶體，稱為原子晶體。構(gòu)成微粒：原子晶體中的微粒是原子，原子與原子之間的作用 力是共價鍵。常見的原子晶體：某些非金屬單質(zhì)，如金剛石 (C)、硼(B)、 晶體硅(Si)、錯(Ge)等。某些非金屬化合物，如碳化硅(SiC)、氮 化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。(2)原子晶體的物理性質(zhì)一般具有很高的熔點和沸點:原子晶體中原子半徑越小，鍵長 越短,鍵能越大,晶體熔、沸點越高。難溶于水。硬度乂 共價鍵作用強。2 .金剛石

3、的結(jié)構(gòu)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)模型金剛石的結(jié)構(gòu)模型如圖所示：在晶體中每個碳原子都被相鄰的 4個碳原子包圍，處于4個碳原子的中心，以共價鍵與相鄰的4個碳原 子相結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu),其中 C C C夾角為109 28',即 金剛石中的碳以 應雜化軌道形成共價鍵。其中的 C- C鍵長很赳 鍵能很為故金剛石的硬度最大，熔點很高。課堂互動探究ecanghudongt-jnii.j»師生互動合作探究知識點一原子晶體的性質(zhì)起精研教材型教材抓基礎1 .原子晶體的概念和組成(1)概念：相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 的晶體。在原子晶體里，所有原子都以共價鍵相互結(jié)合，整塊晶體是一個

4、三維的共價鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是一個“巨分子”，又稱共價晶體。(2)構(gòu)成粒子：原子。(3)粒子間的相互作用力：共價鍵。(4)熔化時破壞的作用力：共價鍵。2 .原子晶體的性質(zhì)特點(1)熔點和沸點很最 原子晶體中，原子間以較強的共價鍵相結(jié) 合，要使物質(zhì)熔化和汽化就要克服共價鍵作用，需要很多的能量。因此，原子晶體一般都具有很高的熔點和沸點。例如，金剛石的熔點大于 3550 C。(2)硬度很A例如，金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)。3 3) 一般不導電，但晶體硅是半導體。(4)筵溶于一些常見的溶劑。問題探究1 .“具有共價鍵的晶體叫做原子晶體”這種說法對嗎？為什么？答案 不對。如HCl、HQ CO、CHCHOH子

5、中都有共價鍵, 而它們都是分子晶體；如金剛石、晶體Si、SiC、SiO2中都有共價鍵, 它們都是原子晶體；只有相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合形成空間網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)的晶體才是原子晶體。2 .原子晶體為什么不像金屬晶體那樣具有良好的導電性、延展 性？為什么原子晶體又具有較高的熔沸點？答案原子晶體的結(jié)構(gòu)特征決定了這類晶體性質(zhì)的特殊性。 原 子晶體內(nèi)鍵的飽和性和方向性，決定了這類晶體不具有像金屬那樣的 延性、展性和良好的導電性、導熱性；又由于共價鍵的結(jié)合力比離子 鍵的結(jié)合力強，一般說來原子晶體硬度較大，熔沸點較高，不導電， 難溶于一般溶劑。例如，金剛石的熔點高達 3550 C,硬度極大；水 晶是一一種堅硬難熔的

6、固體。卷名嬸歸要抓重點破難點常見的原子晶體(1)某些非金屬單質(zhì)，如硼(B)、硅(Si)、金剛石等。(2)某些非金屬化合物，如金剛砂(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)、氮化硅(Si3N4)等。(3)極少數(shù)金屬氮化物，如氮化鋁(AlN)等。(i)原子晶體是一個三維的共價鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是一個“巨分子”沒有小分子存在，原子晶體的化學式不表示實際組成， 只表示組成原 子的個數(shù)比。(2)由原子組成的晶體不一定是原子晶體。如稀有氣體組成的晶 體屬于分子晶體。(3)原子晶體中一定存在共價鍵，但晶體中有共價鍵卻不一定都 是原子晶體，還可以是分子晶體或離子晶體。提能力練規(guī)范露活學即用

7、/1.下列關(guān)于原子晶體的說法不正確的是()A.原子晶體中的成鍵微粒是原子B.原子晶體中原子之間全部以共價鍵結(jié)合C.原子晶體均是化合物D.原子晶體的熔、沸點都比較高解析原子晶體可能是單質(zhì)，如金剛石、晶體硅，也可能是化 合物，如二氧化硅、碳化硅等。答案C2.晶體硅（Si）和金剛砂（SiC）都是與金剛石相似的原子晶體，請 根據(jù)下表中的數(shù)據(jù)，分析其熔點、硬度的大小與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。晶體鍵能/(kJ - mol1)鍵長/pm熔點/ c摩氏硬度金剛石(CC)348154355010碳化硅(C-Si)30118426009晶體硅(Si Si)22623414158解析在原子晶體里，所有原子都以共價鍵相互結(jié)

8、合，整塊晶 體是一個三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。所以，影響原子晶體的熔點、硬度的主要 因素就是共價鍵的鍵能大小，鍵能越大，原子晶體的熔點、硬度越高。 而共價鍵的鍵能又與鍵長相關(guān)，一般來說，鍵長越短，鍵能越大；鍵 長越長，鍵能越小。答案鍵長越短，鍵能越大，熔點越高，硬度越大；反之，鍵 長越長，鍵能越小，熔點越低，硬度越小。名師指導原子晶體的熔沸點變化規(guī)律原子晶體的熔沸點高低與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。對結(jié)構(gòu)相似的原 子晶體來說，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔沸點越 高。知識點二金剛石與二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)研教材抓基砒K3精研教材/1.金剛石晶體的結(jié)構(gòu)北金剛石晶體的結(jié)構(gòu)E金剛石晶胞金剛石晶體中每個碳原子與

9、它直接相鄰的土個碳原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，所以金剛石晶體中 c- C-C的夾角為109 28'。每個碳 原子與周圍4個碳原子形成4個C- C鍵，平均每個碳原子形成2個 C-C鍵，所以金剛石晶體中碳原子數(shù)與 C-C鍵數(shù)之比為12,即含1 mol碳原子的金剛石晶體含有 2 mol C C鍵。金剛石晶體中最 小碳環(huán)是由6_個碳原子組成的六元環(huán)（6個碳原子不在同一平面內(nèi)）。 每個金剛石晶胞中含碳原子數(shù)為 8X1+ 6x1 + 4= 8。822.二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)OSi 0 aSiO2晶體結(jié)構(gòu)OSi Qb*SiO2晶胞示意圖在SiO2晶體中，每個Si原子與4個。原子結(jié)合，Si在正四面體 的中心，。

10、在正四面體的頂點。同時，每個 。原子為兩個正四面體共 有，正四面體內(nèi)O-SiO夾角為109 28',而正四面體之間SiO -Si夾角為104 30'。每個正四面體占有一個完整的 Si原子，四 人一， 一， 一，一1個“半氧原子”，晶體中Si原子與O原子個數(shù)比為1 ： 4><2 =1 : 2。故SiO2晶體中并不存在單個的SiO2分子，而是由Si原子和O原子按 1 : 2的比例所組成的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。在 SiO2晶體中，最 小的環(huán)是由6_個Si原子和6個。原子組成的十二元環(huán)。每n mol SiO2 晶體中，Si O鍵最接近4n mol。問題探究在原子晶體中為什

11、么不存在分子？答案構(gòu)成原子晶體的微粒是原子，這些原子以共價鍵相結(jié)合 向空間延伸，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此在晶體中不存在單個分子，也 不存在離子。所以原子晶體的化學式如SiO2代表二氧化硅中硅、氧原子個數(shù)比為12,并不代表SiO2分子。稼名師歸要抓重點破難點1 .金剛石晶體中碳原子呈sp3雜化。2 .二氧化硅晶體可以看做是在晶體硅中2個硅原子之間插入了1個氧原子。3 .晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類似|特別提醒A由于金剛石、硅和錯的晶體都是原子晶體，形成晶體的粒子均為 原子，粒子間的相互作用是共價鍵，所以熔點和硬度的大小由共價鍵 的強弱決定。由于碳、硅、錯三種原子的半徑依次增大，各個原子間 共價鍵的鍵長依

12、次增大，鍵的強度依次減弱，所以金剛石、硅和錯的 熔點和硬度依次下降。窿活學即用/提能力練規(guī)范1 .（雙選）下列說法正確的是（）A. 12 g金剛石中含有C- C鍵的個數(shù)為4MB. 60 g SiO2中含有SiO鍵的個數(shù)為4NAC. 12 g石墨中含有C- C鍵的個數(shù)為2NAD. 31 g白磷中含有P P鍵的個數(shù)為1.5NA解析解法一：均攤法：金剛石中，1個C原子連接4個C C 鍵，而每個C- C鍵又連接著兩個碳原子，則 12 g金剛石中含C- C 1鍵為 4 molx2=2 mol,即為 2NA, A項錯誤；60 g SQ即 1 mol SiO2,1 mol Si單質(zhì)含2 mol Si Si鍵

13、，而SiO2晶體是每個 Si - Si鍵中 插入1個Q 即1個Si Si鍵變?yōu)?個Si 。鍵，所以1 mol SiO 2 中含4NA個SiO鍵，B項正確；石墨中，一個 C原子形成3個C C 鍵，而每兩個C原子形成1個C C鍵，故12 g石墨中含有1.5 mol C- C鍵，C項錯誤；白磷為分子，不能使用均攤法，31 g白磷中含有1 mol磷原子，而1 mol磷原子有1.5 mol P P鍵，故D項為 1.5 NA正確。解法二：結(jié)合共價鍵的實質(zhì)，每有2個電子共用就形成1個共價 鍵，所以求共價鍵數(shù)目可以轉(zhuǎn)化為求共用電子對數(shù)目的問題。P原子3最外層有5個電子，需共用3個電子，1 mol磷原子中共價鍵

14、為：2 =- 3. ，1.5 mol; 12 g 石墨中含有C C鍵萬mol; 12 g金剛石中含有C-C 一4鍵2= 2 mol; SiO2中共價鍵由Si、。兩種原子組成，60 g SiO2中含4 + 2X2有 Si O鍵一2=4 mol。答案BD2.干冰和二氧化硅晶體同屬第IV A族元素的最高價氧化物，它 們的熔、沸點差別很大的原因是（）A.二氧化硅的相對分子質(zhì)量大于二氧化碳的相對分子質(zhì)量B. C-。鍵鍵能比SiO鍵鍵能小C.干冰為分子晶體，二氧化硅為原子晶體D.干冰易升華，二氧化硅不能升華解析干冰和SiO2所屬晶體類型不同，干冰為分子晶體，升 華時破壞分子間作用力，SiO2為原子晶體，熔

15、化時破壞共價鍵，所以 SiO2熔、沸點較高。答案C名師指導原子晶體與由原子構(gòu)成的晶體稀有氣體原子具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的電子排布，它們之間并不形成化學 鍵，低溫時形成晶體是通過微弱的沒有方向性的分子間作用力直接凝 聚成晶體。原子晶體的構(gòu)成微粒雖然也是原子， 但是原子通過共用電 子對以強共價鍵結(jié)合，其性質(zhì)與由單個原子構(gòu)成的分子晶體有明顯的 不同，如硬度、熔沸點相差很大，可依據(jù)其物理性質(zhì)進行判斷。如果 只注意到構(gòu)成晶體的微粒，而沒有加以分析構(gòu)成晶體的微粒間的作用 力會導致錯誤。知識點三分子晶體和原子晶體的比較鍥精研教材研教材抓基眥分子晶體與原子晶體的比較晶體類型分子晶體原子晶體定義分子間通過分子間作用力結(jié)合

16、形成的晶體相鄰原子間以共價鍵 結(jié)合而形成空間立體 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體晶體類型分子晶體原子晶體組成微粒分子原子物質(zhì)類別多數(shù)的非金屬單質(zhì)和共價化合物金剛石、晶體硅、碳 化硅、二氧化硅等少 數(shù)非金屬單質(zhì)及共價 化合物微粒間的作用力分子間作用力（氫鍵、 范德華力）共價鍵（極性鍵、非極 性鍵）熔化時需克服的作用力較弱的分子間作用力很強的共價鍵硬度較小很大溶解性部分溶于水丕溶于大部分溶劑導電性不導電，部分溶于水后導電不導電，個別為半導體實例干冰金剛石、晶體硅問題探究分析下表數(shù)據(jù)，判斷金剛石是否屬于分子晶體？若不屬于分子晶體，它屬于哪類晶體?項目物質(zhì)干冰金剛石熔點很低3550 C沸點很低4827 C答案不屬于分

17、子晶體。金剛石屬于原子晶體。鍥名師歸要抓重點破難點判斷晶體類型（原子晶體和分子晶體）的方法天才是百分之一的靈感加百分之九十九的勤奮非金屬單質(zhì)和共價化合物所形成的晶體是屬于原子晶體還是分子晶體，可以從以下角度進行分析判斷：(1) 依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用力判斷組成原子晶體的粒子是原子， 粒子間的作用力是共價鍵； 組成分 子晶體的粒子是分子，粒子間的作用力是分子間作用力。(2) 依據(jù)物質(zhì)的分類判斷常見的原子晶體有： 金剛石、 晶體硼、 晶體硅、 晶體鍺等單質(zhì)； SiO2、SiC、BN AlN、Si 3N等化合物。新型無機非金屬材料“家庭”的成員(如SisN、BN等)熔點高、 硬度大、耐高溫

18、、抗氧化，它們大多屬于原子晶體。大多數(shù)非金屬單質(zhì)(金剛石、 石墨、 晶體硅等除外 ) 、 氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物 (SiO 2 除外 ) 、酸、絕大多數(shù)有機物的晶體(有機鹽除外 ) 都是分子晶體。(3) 依據(jù)晶體的熔點判斷原子晶體熔、 沸點高， 常在 1000 以上； 分子晶體熔、 沸點低， 常在數(shù)百攝氏度以下至更低溫度。(4) 依據(jù)物質(zhì)的狀態(tài)判斷常溫下呈氣態(tài)或液態(tài)的單質(zhì)與化合物，其固態(tài)時都屬于分子晶體。(5) 依據(jù)物質(zhì)的揮發(fā)性判斷 易揮發(fā)的物質(zhì)固態(tài)時都屬于分子晶體。(6)依據(jù)導電性判斷分子晶體為非導體，但部分分子晶體溶于水后能夠?qū)щ姡?原子晶 體多數(shù)為非導體，但晶體硅、晶體錯是半導體。(7

19、)依據(jù)硬度和機械性能判斷原子晶體硬度大，分子晶體硬度小且較脆。特別提醒A原子晶體幾點注意(1)晶體的熔沸點高低取決于共價鍵的鍵長和鍵能。鍵長越短， 鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，物質(zhì)的熔沸點越高。(2)若沒有告知鍵長或鍵能數(shù)據(jù)時，可比較原子半徑的大小。一 般原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點就越高。原子半 徑越小，則化學鍵的鍵長越短，化學鍵就越強，鍵就越牢固，破壞化 學鍵需要的能量就越大，故晶體的熔點就越高。例如，比較金剛石、 碳化硅、晶體硅的熔點高低：原子半徑：C<Si,則鍵長：C-C<G-Si<Si Si ,故鍵能：C-C>CSi>Si Si,熔點：金剛石

20、 >碳化硅>晶體硅。提能力練規(guī)范1 .氮化硼是一種新合成的結(jié)構(gòu)材料，它是一種超硬、耐磨、耐 高溫的物質(zhì)。下列各組物質(zhì)熔化時所克服的微粒間作用力與氮化硼熔 化時所克服的微粒間的作用力相同的是( )A.硝酸鈉和金剛石B.晶體硅和水晶C,冰和干冰D.苯和碘解析此題為信息遷移題，氮化硼的性質(zhì)（超硬、耐磨、耐高 溫），可推知氮化硼是原子晶體。原子晶體熔化時，要克服共價鍵， 然后分析比較各選項。因此，符合條件的必須也是熔化時破壞的是共 價鍵的晶體，即為原子晶體。答案B2 .下列各組晶體物質(zhì)中，化學鍵類型相同，晶體類型也相同的 是（）SiO2和SO晶體硼和HClC廓HSQ晶體硅和金剛石 晶體覆和

21、晶體氮硫黃和碘A.B.C.D.解析本題中屬于分子晶體的有 SQ、HCl、SQ、C®晶體覆、 晶體氮、硫黃、碘。屬于原子晶體的有 SiQ2、晶體硼、晶體硅、金剛 石。但晶體覆是由稀有氣體分子構(gòu)成的， 稀有氣體分子間不存在化學 鍵。答案C名師指導A（1）由原子組成的晶體不一定是原子晶體，如稀有氣體組成的晶 體。(2)原子晶體中只含有共價鍵，不存在范德華力。(3)原子晶體中沒有單個的小分子，其化學式僅代表原子的個數(shù)(4)分子晶體中分子內(nèi)部可能含有共價鍵，分子間一定沒有共價纏掌歸納知識脈絡，結(jié)構(gòu)特點：形成晶體的微粒是原子，微粒間的作用丈 是共價健厚子晶體性質(zhì)特點：熔，沸點高.硬度大j金剛石：

22、碳原子采用sp3雜化.每個碳金剛石和二原子與周圍的4個碳原子形氧化硅晶胞j成正四面體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)二氧化硅：每個硅與周圍的4個氧原、<了形成正四面體結(jié)構(gòu)核心要點1 .重要概念：原子晶體。2 .兩種原子晶體的結(jié)構(gòu)金剛石、二氧化硅。3 .會比較分子晶體、原子晶體的熔沸點高低(1)在分子晶體中，分子內(nèi)的原子間以共價鍵相結(jié)合，分子間以 分子間作用力相吸引，因此分子晶體熔點較低。（2）在原子晶體里，所有原子都以共價鍵相結(jié)合，形成三維的網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)，因此原子晶體熔點高、硬度大。|S心叫由b尸口加學以致用達標檢測金戈鐵騎1.下列晶體中SiO2CO P4晶體硅 H2SO P2OSOSiC 冰醋酸 金剛石，屬于

23、原子晶體的一組是（）B.A.C.D.全部解析十種物質(zhì)中屬于分子晶體的有：CG P4、HSO、P2Q、 SO、冰醋酸，其余的4種物質(zhì)均為原子晶體。答案B2. X是核外電子數(shù)最少的元素，Y是地殼中含量最豐富的元素， Z在地殼中的含量僅次于 Y, W可以形成自然界最硬的原子晶體。下 列敘述錯誤的是（ ）A. WX是沼氣的主要成分B.固態(tài)XY是分子晶體C. ZW是原子晶體D. ZY2的水溶液俗稱“水玻璃”解析由題給條件可知：X為H元素，Y為O元素，Z為Si元 素，W為C元素。則 WX為CH, XY為H2Q其晶體為分子晶體，ZW 為SiC,屬原子晶體，ZY2為SiO2, SiO2難溶于水，也不能與水反應

24、。天才是百分之一的靈感加百分之九十九的勤奮 答案 D3已知C3N4 晶體很可能具有比金剛石更大的硬度，且原子間均以單鍵結(jié)合。下列關(guān)于C3N4 晶體的說法正確的是()A C3N4 晶體是分子晶體B. GN晶體中C N鍵的鍵長比金剛石中C C鍵的鍵長要長C. C3N晶體中每個C原子連接4個N原子，而每個N原子連接3 個C原子D C3N4 晶體中微粒間通過離子鍵結(jié)合 解析 由題給信息“具有比金剛石更大的硬度” ，說明C3N4 晶體是原子晶體，且晶體中C- N鍵比金剛石中C- C鍵長要短；由“原 子間均以單鍵結(jié)合”可得每個C原子連接4個N原子，而每個N原子 連接3個C原子。 答案 C4下列關(guān)于硅及硅的化合物的敘述不正確的是()硅的晶體結(jié)構(gòu)和金剛石相似， 都是原子晶體硅是地殼中含量最多的非金屬 晶體硅是良好的半導體材料 SiO2 是制造光導纖維的重要原料 SiO2 分子是由兩個氧原子和硅原子構(gòu)成的 SiO2 是酸性氧化物，不溶于任何酸A.B.D.C. 解析 本題考查晶體硅及二氧化硅的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 硅在地殼中含量僅次于氧， 其晶體為原子晶體， 其結(jié)構(gòu)與金剛石相