2019版高中化学 第3章第3节 原子晶体与分子晶体 第1课时学案 鲁科版选修3.doc
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1、1第第 1 1 课时课时 原子晶体原子晶体学习目标定位 知道原子晶体的概念,熟知常见的原子晶体的结构与性质,能从原子结构的特点,分析理解其物理特性。一、常见的原子晶体的结构1金刚石的晶体结构模型如图所示。回答下列问题:(1)在晶体中每个碳原子以 4 个共价单键对称地与相邻的 4 个碳原子相结合,形成正四面体结构,这些正四面体向空间发展,构成彼此联结的立体网状结构。(2)晶体中相邻碳碳键的夹角为 109.5,碳原子采取了 sp3杂化。(3)最小环上有 6 个碳原子。(4)晶体中 C 原子个数与 CC 键数之比为 12。(5)晶体中 CC 键键长很短,键能很大,故金刚石的硬度很大,熔点很高。(6)
2、1 mol C 原子组成的金刚石中含有 2 mol CC 键。2二氧化硅是由硅原子和氧原子组成的空间立体网状的原子晶体。其结构示意图如下:观察分析二氧化硅晶体结构示意图,回答下列问题:(1)在二氧化硅晶体中,每个 Si 原子周围结合 4 个 O 原子,同时每个 O 原子与 2 个 Si 原子结合。(2)在二氧化硅晶体中,位于四面体中心的原子是硅原子,位于四面体四个顶点上的原子是2氧原子。(3)在二氧化硅晶体中,硅原子采取 sp3杂化,SiOSi 键与 SiOSi 键的夹角是109.5。(4)二氧化硅晶体中最小环上的原子数是 12,包括 6 个 O 原子和 6 个 Si 原子。(5)1 mol
3、二氧化硅晶体中含有 4 mol SiO 键。(1)原子晶体:相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。构成原子晶体的基本微粒是原子。形成原子晶体的作用力是共价键。在原子晶体中只存在共价键(极性键或非极性键),没有分子间作用力和其他相互作用。(2)原子晶体的结构特征由于共价键的方向性和饱和性,每个中心原子周围排列的原子数目是有限的,故原子不遵循紧密堆积原则。原子晶体呈空间立体网状结构,原子晶体中不存在单个分子,原子晶体的化学式仅仅表示晶体中的原子个数关系。(3)常见的原子晶体:常见的非金属单质,如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)等。某些非金属化合物,如碳化硅(SiC)、氮化
4、硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。例 1 下列物质的晶体直接由原子构成的一组是( )CO2 SiO2 晶体 Si 白磷 氨基乙酸 固态 HeA BC D答案 C例 2 下列有关原子晶体的叙述不正确的是( )A金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体B含 1 mol C 的金刚石中 CC 键数目是 2NA,1 mol SiO2晶体中 SiO 键数目是 4NAC水晶和干冰在熔化时,晶体中的共价键都会断裂DSiO2晶体是原子晶体,所以晶体中不存在分子,SiO2不是它的分子式答案 C解析 金刚石是 1 个中心碳原子连接 4 个碳原子,二氧化硅是 1 个中心硅原子连接 4 个氧原3子,均为正四面
5、体,A 项正确;金刚石中,1 个 C 原子与另外 4 个 C 原子形成 4 个 CC 键,这个 C 原子对每个单键的贡献只有 ,所以 1 mol C 原子形成的 CC 键为 4 mol 2 1 21 2mol,而二氧化硅晶体中 1 个 Si 原子分别与 4 个 O 原子形成 4 个 SiO 键,则 1 mol SiO2晶体中 SiO 键为 4 mol,B 项正确;干冰熔化时只破坏分子间作用力,共价键不会断裂,C 项错误;原子晶体的构成微粒是原子不是分子,D 项正确。规律总结 (1)晶体硅的结构与金刚石相似,即将金刚石中的碳原子换成硅原子。不同的是,硅晶体中的 SiSi 键的键长比金刚石中的 C
6、C 键的键长长。(2)SiO2晶体结构相当于晶体硅结构中每个 SiSi 键中间插入一个 O 原子。(3)碳化硅晶体与金刚石结构相似,其空间结构中碳原子和硅原子交替排列。碳原子和硅原子个数之比为 11。二、原子晶体的性质与共价键的关系晶体硅(Si)和金刚砂(SiC)都是与金刚石相似的原子晶体。其结构与性质比较如下表所示:晶体键能/kJmol1键长/pm熔点/摩氏硬度金刚石(CC)3471543 35010金刚砂(CSi)3011862 6009晶体硅(SiSi)2262341 4157请根据上表中的数据,分析其熔点、硬度的大小与其结构之间的关系。答案 键长越短,键能越大,熔点越高,硬度越大;反之
7、,键长越长,键能越小,熔点越低,硬度越小。(1)由于原子晶体中原子间以较强的共价键相结合,故原子晶体:熔、沸点很高;硬度大;一般不导电;难溶于溶剂。(2)原子晶体具有不同的结构类型,对于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,晶体的稳定性越高,熔、沸点越高,硬度越大。提醒 原子晶体的熔、沸点不一定高于金属晶体和离子晶体。如 MgO(2 800 )SiO2(1 713 )、钨(3 410 )SiO2(1 713 )。4例 3 根据下列物质的性质,判断其属于原子晶体的是( )A熔点 2 700 ,导电性强,延展性强B无色晶体,熔点 3 550 ,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂C
8、无色晶体,能溶于水,质硬而脆,熔点为 800 ,熔化时能导电D熔点56.6 ,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电答案 B解析 原子晶体一般不导电,没有延展性,A 项错误;原子晶体难溶于水,C 项错误;原子晶体一般熔点很高,硬度很大,D 项错误。例 4 下表是某些原子晶体的熔点和硬度。原子晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/3 9003 0002 7001 7101 4101 211硬度109.59.57.06.56.0分析表中的数据,判断下列叙述正确的是( )A构成原子晶体的原子种类越多,晶体的熔点越高B构成原子晶体的原子间的共价键键能越大,晶体的熔点越高C构成原子晶体的原子的半径越大,晶体
9、的硬度越大D构成原子晶体的原子的相对分子质量越大,晶体的硬度越大答案 B1下列物质中,属于原子晶体的化合物是( )A无色水晶 B晶体硅5C金刚石 D干冰答案 A解析 A 项,无色水晶是原子晶体,属于化合物;B 项,晶体硅是单质;C 项,金刚石是单质;D 项,干冰是分子晶体。2下列有关原子晶体的叙述中正确的是( )A原子晶体中只存在非极性共价键B原子晶体的熔点一定比金属晶体的高C在 SiO2晶体中,1 个硅原子和 2 个氧原子形成 2 个共价键D石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体答案 D解析 原子晶体单质中含有非极性共价键,原子晶体化合物中存在极性共价键;在 Si
10、O2晶体中,1 个硅原子与周围 4 个氧原子形成 4 个 SiO 键;金属晶体的熔点差别很大,有些金属晶体(如 W)熔点可能高于某些原子晶体的熔点。3二氧化硅晶体是空间立体网状结构,如图所示,下列关于二氧化硅晶体的说法中正确的是 ( )A1 mol SiO2晶体中 SiO 键为 2 molB二氧化硅晶体的分子式是 SiO2C晶体中 Si、O 原子最外电子层都满足 8 电子结构D晶体中最小环上的原子数为 8答案 C解析 A 选项错误,SiO2晶体中,1 个硅原子与周围 4 个氧原子形成 SiO 键,所以 1 mol SiO2晶体中 SiO 键为 4 mol;B 选项错误,晶体中 1 个硅原子与周
11、围 4 个氧原子形成共价键,1 个氧原子与周围 2 个硅原子形成共价键,SiO2表示晶体中 Si、O 原子个数比为 12,并不是分子式;C 选项正确,1 个硅原子分别与 4 个氧原子形成 4 对共用电子对,1 个氧原子分别与 2 个硅原子形成 2 对共用电子对,所以 Si、O 原子最外电子层都满足 8 电子结构;6D 选项错误,晶体中最小环上硅与氧交替连接,SiO2晶体中最小环上的原子数为 12,其中 6个为硅原子,6 个为氧原子。4科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松,与此同时再用射频电火花喷射氮气,此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称,这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是
12、 ( )A碳、氮原子构成平面结构的晶体B碳氮键键长比金刚石中的碳碳键键长更短C氮原子电子数比碳原子电子数多D碳、氮单质的化学性质均不活泼答案 B解析 由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知,该晶体应该是一种原子晶体,原子晶体的结构是一种空间网状结构而不是平面结构,A 选项错误;氮原子的半径比碳原子的半径小,二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短,所以该晶体的硬度应该比金刚石更高,B选项正确;原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响所形成的晶体的硬度等,所以 C、D选项错误。5回答下列问题:(1)氮化碳和氮化硅晶体结构相似,是新型的非金属高温陶瓷材料,它们的硬度大、熔点高,化学性质稳定。氮化硅
13、的硬度_(填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度,原因是_。已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子与氮原子不直接相连、硅原子与硅原子不直接相连,同时每个原子都满足 8 电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式_。(2)第A、A 族元素组成的化合物 GaN、GaP、GaAs 等是人工合成的新型半导体材料,其晶体结构与单晶硅相似。在 GaN 晶体中,每个 Ga 原子与_个 N 原子相连,与同一个 Ga 原子相连的 N 原子构成的空间构型为_,GaN 属于_晶体。三种新型半导体材料的熔点由高到低的顺序为_。7答案 (1)小于 氮化硅和氮化碳均为原子晶体,氮化硅中 NSi 键的键长比氮化碳中CN
14、键的键长长,键能小 Si3N4(2)4 正四面体 原子 GaNGaPGaAs解析 (1)氮化硅和氮化碳均为原子晶体。氮化硅中 NSi 键的键长比氮化碳中 CN 键的键长长,键能小,所以氮化硅硬度比氮化碳小。由题意知,氮化硅晶体中每个 Si 原子连接 4 个 N 原子,每个 N 原子连接 3 个 Si 原子,Si和 N 原子均达到 8 电子稳定结构,其化学式为 Si3N4。(2)GaN 与单晶硅结构相似,所以每个 Ga 原子与 4 个 N 原子形成共价键,每个 N 原子与 4个 Ga 原子形成共价键。与同一个 Ga 原子相连的 N 原子构成的空间构型为正四面体结构,GaN 与晶体硅都是原子晶体。
15、原子半径越小,共价键越强,晶体的熔点越高。对点训练题组 1 原子晶体的结构1下列有关原子晶体的叙述错误的是( )A原子晶体中,原子不遵循紧密堆积原则B原子晶体具有空间网状结构C原子晶体中不存在独立的分子D原子晶体熔化时不破坏共价键答案 D解析 A 项,原子晶体中原子之间通过共价键相连,而共价键具有方向性和饱和性,所以原子晶体中,原子不遵循紧密堆积原则;B 项,原子晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构;C 项,原子晶体是由原子以共价键相结合形成的,不存在独立的分子;D项,原子晶体是原子通过共价键连接的,熔化时需要破坏共价键。2在单质的晶体中一定不存在的微粒是( )A原子 B分子C阴
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