教案3：1-1-3原子晶體
第一節(jié) 離子晶體、分子晶體和原子晶體（三）
一、學(xué)習(xí)目標(biāo)
1．掌握原子晶體的概念，能夠區(qū)分原子晶體、離子晶體和分子晶體。
2．掌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．能夠根據(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。由此培養(yǎng)根據(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）基本知識點(diǎn)（學(xué)生自學(xué)完成）
1．原子晶體：相鄰原子間以共價鍵相結(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)的原因____________________________
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．判斷晶體類型的依據(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)。
一般情況下，不同類晶體熔點(diǎn)高低順序是 ________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)則幾何外形的固體。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，即隔一定距離重復(fù)出現(xiàn)。重復(fù)的單位可以是單個原子或分子，也可以是多個分子或原子團(tuán)。重復(fù)的單位必須具備3個條，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，形狀和質(zhì)點(diǎn)的種類(分子、原子或離子)以及它們之間的作用力所決定的。
3．納米材料
我們平時所見到的材料，絕大多數(shù)是固體物質(zhì)，它的顆粒一般在微米級，一個顆粒包含著無數(shù)個原子和分子，這時候，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，這時的材料則被稱之為納米材料，一個納米級顆粒所含的分子數(shù)則大為減少。奇怪的是，納米材料具有奇特的光、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細(xì)微的，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)單元向空間延伸，構(gòu)成晶體，而納米顆粒本身就是一個分子，納米材料在結(jié)構(gòu)上與分子晶體有相似的地方，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)一步超細(xì)微化，這樣對物質(zhì)的物理性質(zhì)的改變十分巨大，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)改變?nèi)绱司薮�，科學(xué)界目前還無法做出最終解釋。
4．各類晶體主要特征
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
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。
（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SiO2 B.C02與H2O （C）NaCl與HCl （D）CCl4與Cl
[解析]抓住晶體粒子的化學(xué)鍵去判斷晶體類型這一關(guān)鍵進(jìn)行對比。如SO2與SiO2都是共價化合物，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)從高到低的順序是（ ）
（A）①③② （B）②③① （C）③①② （D）②①③
[解析]C與Si同為IVA族元素，它們的相似性表現(xiàn)在金剛石是原子晶體，硅晶體，碳化硅也是原子晶體。從碳到硅原子半徑逐漸增大，形成共價鍵的鍵能逐漸減弱�？赏茢嗵蓟钁�(yīng)在Si與C之間。三種原子晶體，空間結(jié)構(gòu)相似，熔點(diǎn)決定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
ANaOHArSO2
BH2SO4 石墨S
CCH3COONa 水晶
DBa(OH)2金剛石玻璃
[解析]從晶體中結(jié)構(gòu)粒子的性質(zhì)去判斷晶體的類型。NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是通過離子鍵相互結(jié)合的離子晶體，純H2S04，無H+，系分子晶體。Ar是氣體，分子間以范德華力相互結(jié)合為分子晶體，石墨是過渡型或混合型晶體，水晶Si02與金剛石是典型原子晶體。硫的化學(xué)式以1個S表示，實(shí)際上是S8，氣體時為S2，是以范德華力結(jié)合的分子晶體。
玻璃無一定的熔點(diǎn)，加熱時逐漸軟化，為非晶體，是無定形物質(zhì)。
[答案]C
[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107.09.5
①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個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點(diǎn)，每個項點(diǎn)上各有1個B原子。通過視察圖形及推算，此晶體體結(jié)構(gòu)單元由
____________________個硼原子構(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每個三角形的頂點(diǎn)被5個三角形所共有，所以，此頂點(diǎn)完全屬于一個三角形的只占到1/5，每個三角形中有3個這樣的點(diǎn)，且晶體B中有20個這樣的角形，因此，晶體B中這樣的頂點(diǎn)(B原子)有3/5×20=12個。
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)》雜志報道：在40GPa高壓下，用激光器加熱到1800，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)，因而造成錯解。
通過“原子晶體干冰”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。
第三時（原子晶體）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 （B）3個 （C）4個 （D）6個
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、Cl、SiO2
（C）Na、、Rb （D）SiC、NaCl、SO2
4．下列各晶體申琪中任御一個原子都被相鄰的4個原子所包圍；似共價鍵潞戒正四面體結(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x mol石英晶體中，含有Si-O鍵數(shù)是（ ）
（A）x mol （B）2x mol （C）3 x mol （D）4x mol
6．固體熔化時，必須破壞非極性共價鍵的是（ ）
（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)；每一個碳原于都跟其他3個碳原子相結(jié)合，如圖是其晶體結(jié)構(gòu)的俯視圖，則圖中7個六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是( )
（A）10個 （B）18個 （C）24個 （D）14個
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抗一切酸的腐蝕
（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）該晶體中每個碳原子連接4個氮原子、每個氮原子連接3個碳原子
（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）該晶體與金剛石相似，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，請根據(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）一定是共價化合物，且只能構(gòu)成分子晶體；
（B）其晶體不可能是離子晶體，因?yàn)槲⒘ｉg的作用力只有分子間作用力；
（C）其晶體不可能是原子晶體，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。以代表陽離子，N代表陰離子，化學(xué)式為N2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)上曾普遍采用高純硅與純氮在1 300℃反應(yīng)獲得。
(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，同時每個原子都滿足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，氣氛保護(hù)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、Y、Z在周期表中位置關(guān)系如圖：
X
Y
Z
（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的天然礦物名稱是：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)行實(shí)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_______ C_______
第三時（原子晶體）針對練習(xí)答案
1.A 2.D 3.B 4.C 5.D 6.B 7.D 8C 9D 10.（1）D；（2）B。
11．1∶2。
12．
13．(1)原子。(2)S3N4。
(3)3SiCl4+2N2+6H=Si3N4+12HCl
14．（1）He；4g•mol-1；分于。(2)螢石。(3)分子晶體 H2S+H2S04(濃)=S↓+ SO2↑+2H2O
15．(1)A NaCl；B C；C HCl。
(2)A 離子晶體 B 原于晶體 C 分子晶體
(3)A 離子鍵 B共價鍵 C 分子間作用力。
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