2019-2020学年人教版选修3 第3章第2节 分子晶体与原子晶体(第2课时) 学案

第2节分子晶体与原子晶体第2课时原子晶体[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析：能辨识常见的原子晶体，并能从微观角度分析原子晶体中各构成微粒之间的作用对原子晶体物理性质的影响。

2.证据推理与模型认知：能利用原子晶体的通性推断常见的原子晶体，理解原子晶体中微粒的堆积模型，并能利用均摊法对晶胞进行分析。

一、原子晶体及其结构特点1．概念相邻原子间以共价键相结合形成三维的共价键网状结构的晶体叫原子晶体。

又叫共价晶体。

2．构成微粒及微粒间作用3．常见原子晶体及物质类别(1)某些单质：如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、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)、氮化硅(Si3N4)等。

(3)极少数金属氧化物，如刚玉(α­Al2O3)等。

4．两种典型原子晶体的组成与结构(1)金刚石金刚石晶体中，每个碳原子均以4个共价键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成C—C—C 夹角为109°28′的正四面体结构(即金刚石中的碳采取sp3杂化轨道形成共价键)，整块金刚石晶体就是以共价键相连的空间网状结构。

其中最小的环是六元环。

(2)二氧化硅二氧化硅晶体中，每个硅原子均以4个共价键对称地与相邻的4个氧原子相结合，每个氧原子与2个硅原子相结合，向空间扩展，形成空间网状结构。

晶体结构中最小的环上有6个硅原子和6个氧原子，硅、氧原子个数比为1∶2。

(1)原子晶体中不存在单个的分子，其化学式不是分子式，仅表示该物质中原子个数比。

(2)由原子构成的晶体不一定是原子晶体，如稀有气体分子构成的晶体属于分子晶体。

(3)原子晶体中一定存在共价键，而物质中存在共价键的晶体不一定是原子晶体，如干冰中碳原子与氧原子之间存在共价键，但干冰是分子晶体。

例1(2019·长沙高二检测)下列物质的晶体直接由原子构成的一组是()①CO2②SiO2③晶体Si④白磷⑤氨基乙酸⑥固态HeA．①②③④⑤⑥B．②③④⑥C．②③⑥D．①②⑤⑥【考点】原子晶体的判断【题点】由物质类别判断答案 C解析CO2、白磷、氨基乙酸、固态He是分子晶体，其晶体由分子构成，稀有气体He由单原子分子构成；SiO2、晶体Si属于原子晶体，其晶体直接由原子构成。

例2最近科学家成功研制成了一种新型的碳氧化物，该化合物晶体与SiO2的晶体的结构相似，晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，形成一种无限伸展的空间网状结构。

下列对该晶体的叙述错误的是()A．该晶体是原子晶体B．该晶体中碳原子和氧原子的个数比为1∶2C．该晶体中碳原子数与C—O键数之比为1∶2D．该晶体中最小的环由12个原子构成【考点】原子晶体的组成与结构【题点】原子晶体组成与结构的分析答案 C解析该化合物晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，形成一种无限伸展的空间网状结构，则该化合物晶体中不存在分子，属于原子晶体，A项正确；晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合，所以碳、氧原子个数比为1∶2，B项正确；该晶体中每个碳原子形成4个C—O共价键，所以C原子与C—O键数目之比为1∶4，C项错误；该晶体中最小的环由6个碳原子和6个氧原子构成，D项正确。

二、原子晶体的物理性质1．物理性质(1)熔点很高。

(2)硬度很大。

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)不溶于一般溶剂。

2．原子晶体熔点和硬度的比较规律结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高，硬度越大。

原子晶体与分子晶体的比较晶体类型原子晶体分子晶体构成微粒原子分子微粒间作用力共价键分子间作用力结构特点空间网状结构分子密堆积或非密堆积物理性质熔点高，硬度大，不溶于一般溶剂熔、沸点低，硬度小，遵守“相似相溶”规律熔化时破坏的作用力共价键范德华力(有时破坏氢键) 举例金刚石冰、干冰例3下表是某些原子晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是() 原子晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/℃ 3 900 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211硬度10 9.5 9.5 7 6.5 6.0①构成原子晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高②构成原子晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高③构成原子晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大④构成原子晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大A．①②B．③④C．①③D．②④【考点】原子晶体的性质及应用【题点】影响原子晶体物理性质的因素答案 D解析原子晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成原子晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，对应原子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。

例4(2019·邢台高二月考)下列晶体性质的比较中不正确的是()A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅B．沸点：NH3>PH3C．硬度：白磷>冰>二氧化硅D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4【考点】原子晶体的性质及应用【题点】原子晶体熔点高低的比较答案 C解析A项中三种物质都是原子晶体，因原子半径r(C)<r(Si)，所以键长：C—C<C—Si<Si －Si，故键能：C—C>C—Si>Si—Si。

键能越大，原子晶体的熔点越高，A项正确；因为NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点大于PH3的沸点，B项正确；二氧化硅是原子晶体，硬度很大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；四卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D项正确。

比较原子晶体和分子晶体熔点高低的基本思路1．正误判断(1)凡是由原子构成的晶体都是原子晶体()(2)原子晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他的化学键()(3)CO2和SiO2中化学键类型相同，晶体类型也相同()(4)1 mol SiO2晶体中含4 mol Si—O键()(5)互为同素异形体的单质的晶体类型一定相同()(6)由于共价键的键能远大于分子间作用力，故原子晶体的熔点比分子晶体高()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√2．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C．金刚石D．干冰【考点】原子晶体的判断【题点】由物质类别判断答案 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，干冰属于化合物，但它是分子晶体。

3．下列有关原子晶体的叙述错误的是()A．原子晶体中，只存在共价键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【考点】原子晶体的组成与结构【题点】原子晶体的结构分析答案 D解析A项，原子晶体中原子之间通过共价键相连；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，原子晶体中原子是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键。

4．(2019·聊城高二检测)下列排序不正确的是()A．硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅B．熔点：SiC>SiO2>Si>GeC．沸点：HF>HBr>HClD．硬度：白磷>冰>二氧化硅【考点】原子晶体的性质及应用【题点】原子晶体的物理通性答案 D5．金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。

其结构如图所示，下列判断正确的是()A．金刚石中C—C键的键角均为109°28′，所以金刚石和CH4的晶体类型相同B．金刚石的熔点高与C—C键的键能无关C．金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为1∶2D．金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却【考点】原子晶体的综合考查【题点】原子晶体结构与性质的综合答案 C解析选项A，金刚石是原子晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同；选项B，金刚石熔化过程中C—C键断裂，因C—C键的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高；选项C，金刚石中每个C都参与了4个C—C键的形成，而每个C对每条键的贡献只有一半，故碳原子个数与C—C键键数之比为(4×12)∶4＝1∶2；选项D，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化。

6．现有两组物质的熔点数据如表所示：A组B组金刚石：3 550 ℃HF：－83 ℃晶体硅：1 410 ℃HCl：－115 ℃晶体硼：2 300 ℃HBr：－89 ℃二氧化硅：1 710 ℃HI：－51 ℃根据表中数据回答下列问题：(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是____________。

(2)B组中HF熔点反常是由于__________。

(3)B组晶体不可能具有的性质是__________(填序号)。

①硬度小②水溶液能导电③固体能导电④液体状态能导电【考点】原子晶体的综合考查【题点】分子晶体与原子晶体的综合答案(1)原子共价键(2)HF分子间能形成氢键(3)③④解析A组熔点很高，应是原子晶体，原子晶体熔化时破坏的是共价键；B组是分子晶体，且结构相似，一般是相对分子质量越大，熔点越高；HF的相对分子质量最小但熔点比HCl 高，出现反常的原因是HF分子间存在氢键，HF熔化时除了破坏范德华力，还要破坏氢键，所需能量更多，因而熔点更高。

分子晶体在固态和熔化状态都不导电。

题组一原子晶体的判断及其结构特点1．下列事实能说明刚玉(Al2O3)是一种原子晶体的是()①Al2O3是两性氧化物②硬度很大③它的熔点为2 045 ℃④几乎不溶于水⑤自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石A．①②③B．②③④C．④⑤D．②⑤【考点】原子晶体的判断【题点】由物质性质判断答案 B解析①指的是Al2O3的分类，⑤指的是刚玉的种类，这两项都无法说明Al2O3是一种原子晶体。

2．(2019·南京高二调研)下列晶体中，最小的平面或立体环不是由6个原子构成的是() A．金刚石B．石墨C．水晶D．晶体硅【考点】原子晶体的组成与结构【题点】原子晶体的结构分析答案 C解析金刚石、石墨中的最小碳环及晶体硅中最小硅环都是由6个原子构成的，水晶(主要成分为SiO2)中的最小环上有6个硅原子、6个氧原子，共12个原子。

3．(不定项)下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是()A．存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角B．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子C．最小的环上，Si原子和O原子个数之比为1∶2D．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子【考点】原子晶体的组成与结构【题点】原子晶体的结构分析答案BD解析二氧化硅是原子晶体，为空间网状结构，存在四面体结构，硅原子处于中心，氧原子处于4个顶角，A不正确；晶体硅的结构与金刚石相似(金刚石中最小碳环为6个碳原子)，而SiO2晶体只是在两个Si原子间插入1个O原子，即最小环含6个Si原子和6个O原子，故C不正确，B、D正确。