【2020秋備課】高中化學(xué)教案新人教版選修3-3.2-分子晶體與原子晶體

3.2原子晶體與分子晶體 一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1．把握原子晶體的概念，能夠區(qū)分原子晶體、離子晶體和分子晶體。2．把握金剛石等典型原子晶體的結(jié)構(gòu)特征，理解原子晶體中“相鄰原子間通過共價(jià)鍵結(jié)合而成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”的特征。3．以金剛石為例，了解原子晶體的物理性質(zhì)（熔、沸點(diǎn)，導(dǎo)電性和溶解性）。4．能夠依據(jù)金剛石、石墨的晶體結(jié)構(gòu)特征，分析比較兩種物質(zhì)的性質(zhì)特征。由此培育依據(jù)晶體的微觀結(jié)構(gòu)解釋晶體的物理性質(zhì)的觀念。5．學(xué)會比較離子晶體、分子晶體、原子晶體三類晶體的性質(zhì)特征和結(jié)構(gòu)特征。 二、學(xué)習(xí)過程[復(fù)習(xí)提問]（一）基本學(xué)問點(diǎn)（同學(xué)自學(xué)完成）1．原子晶體：相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。2．構(gòu)成粒子：______________；3.粒子間的作用______________；4．原子晶體的物理性質(zhì)熔、沸點(diǎn)__________，硬度___________；______________一般的溶劑；_____導(dǎo)電。原子晶體具備以上物理性質(zhì)的緣由____________________________原子晶體的化學(xué)式是否可以代表其分子式______________。為什么？5．常見的原子晶體有____________________________等。6．推斷晶體類型的依據(jù)（1）看構(gòu)成晶體的微粒種類及微粒間的相互作用。對分子晶體,構(gòu)成晶體的微粒是______________，微粒間的相互作用是___________；對于離子晶體，構(gòu)成晶體的是微粒是______________，微粒間的相互作__________鍵。對于原子晶體，構(gòu)成晶體的微粒是_______，微粒間的相互作用是___________鍵。（2）看物質(zhì)的物理性質(zhì)(如：熔、沸點(diǎn)或硬度)。一般狀況下，不同類晶體熔點(diǎn)凹凸挨次是________晶體>_______晶體>_______晶體。原子晶體、離子晶體比分子晶體的熔、沸點(diǎn)高得多（二）重點(diǎn)點(diǎn)撥1．晶體晶體是指具有規(guī)章幾何外形的固體。其結(jié)構(gòu)特征是其內(nèi)的原子或分子在主維空間的排布具有特定的周期性，即隔確定距離重復(fù)毀滅。重復(fù)的單位可以是單個(gè)原子或分子，也可以是多個(gè)分子或原子團(tuán)。重復(fù)的單位必需具備3個(gè)條件，化學(xué)組成相同，空間結(jié)構(gòu)(包括化學(xué)鍵)相同，化學(xué)環(huán)境和空間環(huán)境相同。2．晶胞的概念在晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的基本的重復(fù)單位稱為晶胞。晶胞在三維空間無限地重復(fù)就產(chǎn)生了宏觀的晶體?？梢哉f，晶體的性質(zhì)是由晶胞的大小，外形和質(zhì)點(diǎn)的種類(分子、原子或離子)以及它們之間的作用力所打算的。3．納米材料我們平常所見到的材料，絕大多數(shù)是固體物質(zhì)，它的顆粒一般在微米級，一個(gè)顆粒包含著很多個(gè)原子和分子，這時(shí)候，材料所顯示的是大量分子所顯示的宏觀性質(zhì)。當(dāng)人們用特殊的方法把顆粒加工到納米級大小，這時(shí)的材料則被稱之為納米材料，一個(gè)納米級顆粒所含的分子數(shù)則大為削減。驚異的是，納米材料具有驚異的光、電、熱、力和化學(xué)特性，和微米級材料的性質(zhì)迥然不同。納米材料的粒子是超微小的，粒子數(shù)多、表面積大，而且處于粒子界面上的原子比例甚高，一般可達(dá)總數(shù)的一半左右。這就使納米材料具有不尋常的表面效應(yīng)，界面效應(yīng)等。因此而呈現(xiàn)出一系列獨(dú)特的性質(zhì)。納米顆粒和晶胞是兩個(gè)完全不同的概念：晶胞是晶體中最小的重復(fù)單元，這種重復(fù)單元向空間延長，構(gòu)成晶體，而納米顆粒本身就是一個(gè)分子，納米材料在結(jié)構(gòu)上與分子晶體有相像的地方，但并不相同。納米材料并不是新的物質(zhì)，只不過是將傳統(tǒng)材料的顆粒進(jìn)一步超微小化，這樣對物質(zhì)的物理性質(zhì)的轉(zhuǎn)變格外巨大，使之具備了一些傳統(tǒng)材料所無法具備的性質(zhì)。為什么與傳統(tǒng)材料相比，納米材料的性質(zhì)轉(zhuǎn)變?nèi)绱司薮螅茖W(xué)界目前還無法做出最終解釋。4．各類晶體主要特征 在離子晶體、原子晶體均不存在分子，因此NaCl、SiO2等均為化學(xué)式。只有分子晶體中才存在分子。類型比較離子晶體原子晶體分子晶體構(gòu)成晶體微粒陰、陽離子原子分子形成晶體作用力離子鍵共價(jià)鍵范德華力物理性質(zhì)熔沸點(diǎn)較高很高低硬度硬而脆大小導(dǎo)電性不良（熔融或水溶液中導(dǎo)電）絕緣、半導(dǎo)體不良傳熱性不良不良不良延展性不良不良不良溶解性易溶于極性溶劑，難溶于有機(jī)溶劑不溶于任何溶劑極性分子易溶于極性溶劑；非極性分子易溶于非極性溶劑中典型實(shí)例NaOH、NaCl金剛石P4、干冰、硫 （三）講練（先練后講）[例1]下列的晶體中，化學(xué)鍵種類相同，晶體類型也相同的是（）A．SO2與SiO2B.C02與H2OC．NaCl與HClD．CCl4與KCl[解析]抓住晶體粒子的化學(xué)鍵去推斷晶體類型這一關(guān)鍵進(jìn)行對比。如SO2與SiO2都是共價(jià)化合物，但是，晶體內(nèi)的作用力是分子間作用力，SO2為分子晶體，而SiO2中硅與氧以共價(jià)鍵結(jié)合形成網(wǎng)狀的原子晶體。[答案]B[例2]碳化硅SiC的一種晶體具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列三種晶體①金剛石②晶體硅③碳化硅中，它們的熔點(diǎn)從高到低的挨次是（）A．①③②B．②③①C．③①②D．②①③[解析]C與Si同為IVA族元素，它們的相像性表現(xiàn)在金剛石是原子晶體，硅晶體，碳化硅也是原子晶體。從碳到硅原子半徑漸漸增大，形成共價(jià)鍵的鍵能漸漸減弱?？赏茢嗵蓟钁?yīng)在Si與C之間。三種原子晶體，空間結(jié)構(gòu)相像，熔點(diǎn)打算于它們的鍵長與鍵能，故熔點(diǎn)從高到低分別是金剛石碳化硅、晶體硅。[答案]A[例3]下列晶體分類中正確的一組是（）離子晶體原子晶體分子晶體ANaOHArSO2BH2SO4石墨SCCH3COONa水晶DBa(OH)2金剛石玻璃[例4]單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)金剛石晶體硅晶體硼熔點(diǎn)>382316832573沸點(diǎn)510026282823硬度107.09.5①晶體硼的晶體類型屬于____________晶體，理由是________________________。已知晶體硼結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個(gè)等邊三角形的面和確定數(shù)目的頂點(diǎn)，每個(gè)項(xiàng)點(diǎn)上各有1個(gè)B原子。通過視察圖形及推算，此晶體體結(jié)構(gòu)單元由____________________個(gè)硼原子構(gòu)成。其中B—B鍵的鍵角為____________。[解析]①原子，理由：晶體的熔、沸點(diǎn)和硬度都介于晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si均為原予晶體，B與C相鄰與Si處于對角線處，亦為原于晶體。②每個(gè)三角形的頂點(diǎn)被5個(gè)三角形所共有，所以，此頂點(diǎn)完全屬于一個(gè)三角形的只占到1/5，每個(gè)三角形中有3個(gè)這樣的點(diǎn)，且晶體B中有20個(gè)這樣的角形，因此，晶體B中這樣的頂點(diǎn)(B原子)有3/5×20=12個(gè)。又因晶體B中的三角形面為正三角形，所以鍵角為60°[例5]1999年美國《科學(xué)》雜志報(bào)道：在40GPa高壓下，用激光器加熱到1800K，人們成功制得了原子晶體干冰，下列推斷中不正確的是（）。A．原子晶體干冰有很高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)，有很大的硬度B．原子晶體干冰易氣化，可用作制冷材料C．原子晶體干冰的硬度大，可用作耐磨材料D．每摩爾原子晶體干冰中含4molC—O鍵[解析]解答前，應(yīng)先弄清命題者是要考查干冰的性質(zhì)、還是要考查原子晶體的性質(zhì)。有的同學(xué)沒有分析清楚這一點(diǎn)，認(rèn)為是考查干冰的性質(zhì)，因而造成錯(cuò)解。通過“原子晶體干冰”來考測解題者對“原子晶體性質(zhì)”的理解程度。原子晶體硬度大、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高，所以A和C兩種說法正確。聯(lián)想到二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)，可得出D說法也是正確的。答案應(yīng)選B。（四）總結(jié)1．相鄰原子間通過共價(jià)鍵結(jié)合而成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體屬于離子晶體。2．構(gòu)成原子晶體的微粒是原子。原子間以較強(qiáng)共價(jià)鍵相結(jié)合，而且形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。鍵能大。原子晶體的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高。3．同種晶體:若同為原子晶體，成鍵的原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體熔點(diǎn)越高：如金剛石>SiC>Si。針對性訓(xùn)練1．下列晶體中不屬于原子晶體的是 （） A．干冰 B．金剛砂 C．金剛石 D．水晶2．在金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，含有共價(jià)鍵形成的碳原子環(huán)，其中最小的環(huán)上，碳原子數(shù)是（） A．2個(gè) B．3個(gè) C．4個(gè) D．6個(gè)3．下列各物質(zhì)中，按熔點(diǎn)由低到高排列正確的是 （） A．O2、I2、Hg B．CO2、KCl、SiO2 C．Na、K、Rb D．SiC、NaCl、SO24．下列各晶體申琪中任御一個(gè)原子都被相鄰的4個(gè)原子所包圍；似共價(jià)鍵潞戒正四周體結(jié)構(gòu)，并向空間伸展虞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的是 （） A．甲烷 B．石墨 C．晶體硅 D．水晶5．在xmol石英晶體中，含有Si-O鍵數(shù)是 （） A．xmol B．2xmol C．3xmol D．4xmol6．固體熔化時(shí)，必需破壞非極性共價(jià)鍵的是（） A．冰 B．晶體硅 C．溴 D．二氧化硅7．石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)；每一個(gè)碳原于都跟其他3個(gè)碳原子相結(jié)合，如圖是其晶體結(jié)構(gòu)的俯視圖，則圖中7個(gè)六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是（） A．10個(gè) B．18個(gè) C．24個(gè) D．14個(gè)8．石英玻璃是將純石英在1600℃高溫下熔化，冷卻后形成的玻璃體。關(guān)于石英玻璃的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的敘述中正確的是 （） A．石英玻璃屬于原子晶體 B．石英玻璃耐高溫且能抵制一切酸的腐蝕 C．石英玻璃的結(jié)構(gòu)類似于液體 D．石英玻璃能經(jīng)受高溫劇變且能抗堿的腐蝕9．已知C3N4晶體具有比金剛石還大的硬度，且構(gòu)成該晶體的微粒間只以單鍵結(jié)合。下列關(guān)于C3N4晶體的說法錯(cuò)誤的是 （） A．該晶體屬于原子晶體，其化學(xué)鍵比金剛石中的碳碳鍵更牢固 B．該晶體中每個(gè)碳原子連接4個(gè)氮原子、每個(gè)氮原子連接3個(gè)碳原子 C．該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結(jié)構(gòu) D．該晶體與金剛石相像，都是原子間以非極性鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)10．晶體可以分為分子晶體、離子晶體、原子晶體等，在以下①②兩個(gè)題目中，分別對不同晶體的組成、微粒間的作用力以及晶體的幾何構(gòu)型等進(jìn)行了描述，請依據(jù)各題的提問做出選擇：（1）下列關(guān)于只含非金屬元素的化合物的說法正確的是 （） A．確定是共價(jià)化合物，且只能構(gòu)成分子晶體； B．其晶體不行能是離子晶體，由于微粒間的作用力只有分子間作用力； C．其晶體不行能是原子晶體，原子晶體只有非金屬單質(zhì)，沒有化合物； D．可能是離子化合物。（2）有下列離子晶體空間結(jié)構(gòu)示意圖:●為陽離子，○為陰離子。以M代表陽離子，N代表陰離子，化學(xué)式為MN2的晶體結(jié)構(gòu)為 （）A．B．C．D．11．石英晶體的平面示意圖如圖所示，實(shí)際上是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中硅，氧原子個(gè)數(shù)比為____________12．SiO44-離子結(jié)構(gòu)用周表示，在二聚硅酸根離子Si2O76-中只有硅氧鍵，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)是__________13．氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上曾普遍接受高純硅與純氮在1300℃（1）氮化硅晶體屬于__________晶體。（2）已知氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中，原子間以單鍵相連，且N原子和N原子，Si原子和S原子不直接相連，同時(shí)每個(gè)原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。請寫出氮化硅的化學(xué)式__________（3）現(xiàn)用SiCl4和凡在H，氣氛疼惜下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅。反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________14．短周期元素K、Y、Z在周期表中位置關(guān)系如圖：XYZ（1）x元素的單質(zhì)分子式是_______，若x核內(nèi)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)相等，x單質(zhì)的摩爾質(zhì)量為_______，單質(zhì)是_______晶體。（2）自然界中存在一種含Y的自然礦物名稱是：電子式為_______，屬于_______晶體。（3）z單質(zhì)的晶體類型屬于_______，Z的氫化物和最高價(jià)氧化物的濃溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________。15．有A、B、C三種晶體，分別由C、H、Na、Cl四種元素中的一種或幾種形成，對這三種晶體進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如下圖所示（1）晶體的化學(xué)式分別為：A_______B_______C_______（2）晶體的類型分別為：A_______B_______C_______（3）晶體中粒子間的作用分別為：A_______B__