高二化学鲁科版选修3学案：第3章第3节原子晶体与分子晶体含解析
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学必求其心得，业必贵于专精
第3节 原子晶体与分子晶体
课堂合作探究
问题导学
一、原子晶体的性质
活动与探究1
(1）分析下表数据,判断金刚石是否属于分子晶体？若不属于分子晶体，它属于哪类晶体？
(2）原子晶体为什么不像金属晶体那样具有良好的导电性、延展性？为什么原子晶体又具有较高的熔沸点？
迁移与应用
晶体硅（Si）和金刚砂(SiC）都是与金刚石相似的原子晶体，请根据下表中的数据，分析其熔点、硬度的大小与其结构之间的关系。
晶体 键能/（kJ·mol－1) 键长/pm 熔点/℃ 摩氏硬度
金刚石 (C—C)348 154 3 550 10
碳化硅 （C—Si)301 184 2 600 9
晶体硅 (Si—Si）226 234 1 415 8
原子晶体的熔沸点变化规律：原子晶体的熔点、沸点高低与其内部结构密切相关。对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,晶体的熔点、沸点越高。 学必求其心得，业必贵于专精
二、金刚石与二氧化硅的晶体结构
活动与探究2
（1）观察下图：讨论金刚石的物理性质与C-C共价键参数[共价键的键长（154 pm），键能(347.7 kJ·mol－1）］有什么关系?
(2)观察下图填写下列空白：在SiO2晶体中,1个Si原子和________个氧原子形成________个共价键，每个Si原子周围结合________个O原子形成________个共价键,每个Si原子周围结合________个氧原子；同时，每个氧原子跟________个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按________的比例所组成的立体网状的晶体。最小的环上有________个原子。
迁移与应用
硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题。
(1）基态硅原子的核外电子排布式为______________。
(2）晶体硅的微观结构与金刚石相似,晶体硅中Si-Si键之间的夹角大小约为____________。
(3）请在下框图中补充完成SiO2晶体的结构示意图(部分原子已画出)，并进行必要的标注。 学必求其心得，业必贵于专精
(4)下表列有三种物质（晶体）的熔点：
物质 SiO2 SiCl4 SiF4
熔点/℃ 1
710 －70.4 －90。2
简要解释熔点产生差异的原因：
①SiO2和SiCl4：_____________________________________________________________;
②SiCl4和SiF4:_____________________________________________________________。
原子晶体与由原子构成的晶体
稀有气体原子具有稳定结构的电子排布，它们之间并不形成化学键,低温时形成晶体是通过微弱的没有方向性的分子间作用力直接凝聚成晶体。原子晶体的构成微粒虽然也是原子，但是原子通过共用电子对以强共价键结合，其性质与由单个原子构成的分子晶体有明显的不同，如硬度、熔沸点相差很大,可依据其物理性质进行判断。如果只注意到构成晶体的微粒，而没有加以分析构成晶体的微粒间的作用力会导致错误。
三、分子晶体的性质
活动与探究3
（1)分子晶体的熔沸点为什么较低？
(2）分子晶体及其熔融态时能否导电？为什么？ 学必求其心得，业必贵于专精
（3)讨论分析分子晶体在物理性质方面有哪些特点？
迁移与应用
下表列举了几种物质的性质，据此判断属于分子晶体的是__________.
物质 性质
X 熔点为10。31 ℃,液态不导电，水溶液导电
Y 易溶于CCl4，熔点为11.2 ℃，沸点为44.8 ℃
Z 常温下为气态，极易溶于水，溶液pH＞7
W 常温下为固体，加热变为紫红色蒸气，遇冷变为紫黑色固体
M 熔点为1 170 ℃,易溶于水，水溶液导电
N 熔点97。81 ℃,质软、导电，密度为0.97 g·cm－3
分子晶体熔沸点高低的比较规律:
1．分子晶体分子间作用力越大，物质的熔沸点越高。
2．具有分子间形成氢键的分子晶体,熔沸点较高，而分子内形成氢键的分子晶体，熔沸点较低。
3．组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量相近）,分子的极性越大，其熔沸点越高。
当堂检测
1．据美国《科学》杂志报道：在40 GPa高压下，用激光器加热到1 800 K，制得具有高熔点、高硬度的二氧化碳晶体。下列关于学必求其心得，业必贵于专精
该晶体的说法正确的是（ )
A．该晶体属于分子晶体
B．该晶体易汽化，可用作制冷材料
C．该晶体不再跟氢氧化钠反应
D．每摩尔该晶体中含4 mol C—O键
2．下列有关分子晶体熔点高低的叙述中，正确的是( ）
A．Cl2＞I2
B．SiCl4＞CCl4
C．NH3＜PH3
D．C(CH3)4＞CH3(CH2）3CH3
3．下列说法中，正确的是( )
A．冰熔化时,分子中H-O键发生断裂
B．原子晶体中,共价键越强，熔点越高
C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔点越高
D．分子晶体中,分子间作用力越大，该物质越稳定
4．关于SiO2晶体的叙述正确的是（ )
A．通常状况下，60 g SiO2晶体中含有的分子数为NA（NA表示阿伏加德罗常数的数值)
B．60 g SiO2晶体中，含有2NA个Si—O键
C．晶体中与同一硅原子相连的4个氧原子处于同一四面体的4个顶点
D．1个SiO2分子中含有1个硅原子、2个氧原子
5．根据下列几种物质的熔点和沸点数据，判断下列有关说法中,错误的是( ）
NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 单质B
熔点/℃ 810 710 190 －68 2 300 学必求其心得，业必贵于专精
沸点/℃ 1
465 1
418 182。7 57 2 500
注:AlCl3熔点在2.5×105 Pa条件下测定。
A．SiCl4是分子晶体
B．单质B是原子晶体
C．AlCl3加热能升华
D．MgCl2所含离子键的强度比NaCl大
6．碳化硅（SiC)的晶体具有类似金刚石的结构,其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石，②晶体硅,③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（ ）
A．①③② B．②③①
C．③①② D．②①③
答案：
课堂·合作探究
【问题导学】
活动与探究1：(1）答案：由表中数据可以推测干冰与金刚石不属于同种类型晶体，干冰属于分子晶体，金刚石属于另一类晶体——原子晶体。
（2)答案:原子晶体的结构特征决定了这类晶体性质的特殊性。原子晶体内键的饱和性和方向性,决定了这类晶体不具有像金属那样的延性、展性和良好的导电性、导热性；又由于共价键的结合力比离子键的结合力强，一般说来原子晶体硬度较大，熔沸点较高,不导电，难溶于一般溶剂。例如，金刚石的熔点高达3 550 ℃,硬度极大；水晶是一种坚硬难熔的固体。
迁移与应用：答案：键长越短，键能越大，熔点越高，硬度越大；反之,键长越长，键能越小，熔点越低，硬度越小.
解析：在原子晶体里,所有原子都以共价键相互结合,整块晶体是一个三维的网状结构。所以，影响原子晶体的熔点、硬度的主要因学必求其心得，业必贵于专精
素就是共价键的键能大小，键能越大，原子晶体的熔点、硬度越高。而共价键的键能又与键长相关,一般来说，键长越短，键能越大;键长越长，键能越小。
活动与探究2：(1）答案：金刚石里的C-C共价键的键长（154 pm）很短，键能(347.7 kJ·mol－1）很大，这一结构使金刚石在所有天然晶体中硬度最大，而且熔点(＞3 550 ℃)也很高。高硬度、高熔点是原子晶体的特性。
（2）答案：4 4 4 4 4 2 1∶2 12
迁移与应用：答案：(1）1s22s22p63s23p2
(2）109。5°
（3)如图所示
(4)①SiO2是原子晶体，微粒间作用力为共价键。SiCl4是分子晶体，微粒间作用力为范德华力,故SiO2熔点高于SiCl4 ②SiCl4和SiF4均为分子晶体,微粒间作用力为范德华力，结构相似时相对分子质量越大，范德华力越大，故SiCl4熔点高于SiF4
解析：(1）略。（2)晶体硅以一个硅原子为中心，与另外4个硅原子形成正四面体结构，所以Si—Si键之间的夹角大小约为109。5°。（3)图中给出的是硅晶体的结构，SiO2晶体相当于在硅晶体结构中的每个Si-Si键中“插入”一个氧原子，所以只要在上述每两个硅原子之间“画"一个半径比硅原子小的原子，再用实线连起来即可。(4)晶体类型不同,其熔点具有很大的差别，一般原子晶体的熔点高，而分子晶体的熔点低。
活动与探究3:答案：(1)分子晶体熔化时要破坏分子间作用力,由于分子间作用力很弱，所以分子晶体一般熔点、沸点较低。 学必求其心得，业必贵于专精
（2）不能。因为分子晶体在固态和熔融状态均不存在自由电子，因而不能导电，易溶于水的电解质在水中全部或部分电离而能够导电，不溶于水的物质或易溶于水的非电解质不能导电。
（3)①具有较低的熔点和沸点;
②有较强的挥发性,部分分子晶体如干冰、碘、红磷、萘等易升华；
③硬度很小;
④在固态和熔融状态时都不导电;
⑤一般来讲，极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性溶剂.
迁移与应用：答案：X、Y、Z、W
解析：分子晶体熔沸点一般比较低，硬度较小，固体不导电.M的熔点高,肯定不是分子晶体；N是金属钠的性质；其余X、Y、Z、W均为分子晶体。
【当堂检测】
1．D 2．B
3．B 解析：A项中,冰为分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，故A项错误。B项中，原子晶体熔点的高低取决于共价键的强弱,共价键越强,熔点越高，故B项正确。C项中，分子晶体的熔点高低取决于分子间作用力的大小，而共价键键能大小决定了分子晶体的稳定性强弱，所以C项错误，D项也错误。
4．C 解析：SiO2晶体是原子晶体，不存在分子，其化学式仅表示晶体中原子的个数比，因此A、D选项不正确。SiO2晶体中每个硅原子形成4个Si-O键，60 g SiO2晶体为1 mol,因此含Si-O键4NA个.
5．D 解析：三类不同的晶体由于形成晶体的粒子和粒子间的作用力不同，因而表现出不同的性质。原子晶体具有高的熔点、较大的硬度、不能导电。而离子晶体也具有较高的熔点及较大的硬度，
