2019-2020学年人教版化学选修三江苏专用学案：第三章 第二节 第2课时 原子晶体 Word版含答案

第2课时 原子晶体 1．知道原子晶体的概念，能够从原子晶体的结构特点理解其物理特性。 2．学会原子晶体熔、沸点比较的方法。

原子晶体的概念及其性质

1．原子晶体的结构特点及物理性质 (1)构成微粒及其相互作用

(2)物理性质 ①原子晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点很高，硬度很大，难溶于常见溶剂，一般不导电。 ②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。 2．常见的原子晶体 (1)物质类别

(2)金刚石的结构特点 金刚石的晶体结构模型 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个碳原子结合成正四面体。 ②晶体中 C—C—C夹角为109°28′，碳原子采取sp3杂化。 ③最小环上有6个碳原子。 ④晶体中碳原子个数与C—C键数之比为1∶(4×12)＝1∶2。 (3)二氧化硅的结构特点

二氧化硅的晶体结构模型 ①每个硅原子都采取sp3杂化，以4个共价单键与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，向空间扩展，构成空间网状结构，硅、氧原子个数比为1∶2。 ②晶体中最小的环为6个硅原子、6个氧原子组成的12元环。

1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例)。 语句描述 正误 阐释错因或列举反例 (1)由原子直接构成的晶体一定是原子晶体 (2)具有共价键的晶体叫做原子晶体 (3)原子晶体在固态或熔化时都不导电 (4)原子晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应 (5)SO2与SiO2的化学键类型相同，晶体类型也相同 (6)60 g SiO2晶体中含4 mol Si—O键 答案：(1)× 稀有气体形成的晶体是分子晶体 (2)× 分子晶体中可能含有共价键 (3)× 原子晶体硅是半导体，能导电 (4)× 化学反应与硬度及熔、沸点等物理性质没有直接关系 (5)× SO2是分子晶体而SiO2是原子晶体 (6)√ 2．某碳氮化合物具有立体网状结构，硬度比金刚石还硬，不溶于水，也不导电，你认为其属于什么晶体？ 答案：原子晶体。 3．怎样从原子结构的角度理解金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降？ 答案：从碳到硅，核电荷数增大，电子层数增多，原子半径增大，C—C键、C—Si键、Si—Si键的键长依次增大，键长越短，共价键越牢固，原子晶体熔化时破坏的是共价键，而键的稳定性是C—C键>C—Si键>Si—Si键，所以，金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降。

题组一 原子晶体的概念理解及性质判断 1．金刚石是典型的原子晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是( ) A．晶体中不存在独立的分子 B．碳原子间以共价键相结合 C．是自然界中硬度最大的物质 D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应 解析：选D。在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间立体网状结构，不存在具有固定组成的分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能很高，所以金刚石的硬度很大，故A、B、C选项正确。但是由于金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项错误。

2．美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1 800 K，人们成功制得了原子晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是( ) A．该原子晶体中含有极性键 B．该原子晶体易汽化，可用作制冷材料 C．该原子晶体有很高的熔、沸点 D．该原子晶体的硬度大，可用作耐磨材料 解析：选B。原子晶体具有高硬度、高熔沸点等性质，不易汽化，不可用作制冷材料，B项错误。 题组二 常见的原子晶体 3．下列关于SiO2晶体网状结构的叙述中正确的是( ) A．最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子 B．最小的环上，硅原子数和氧原子数之比为1∶2 C．最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子 D．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 解析：选C。SiO2晶体中，每个硅原子与4个氧原子成键、每个氧原子与2个硅原子成键，晶体中的硅氧四面体中Si原子处于中心、O原子处于4个顶角。最小的环是十二元环，环上有6个Si原子、6个O原子，Si、O原子数之比是1∶1。 4．(双选)设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是( ) A．28 g 晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA B．124 g白磷(P4)晶体中含有P—P键的个数为6NA C．12 g金刚石中含有C—C键的个数为4NA D．SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O键) 解析：选AB。晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅原子与周围4个原子形成4个共价

键，依据“均摊法”，1个硅(或碳)原子分得的共价键数为4×12＝2，A正确，C错误；白磷为正四面体结构，每个P4分子中含有6个P—P键，B正确；SiO2晶体中每个硅原子与周

围4个氧原子形成4个Si—O键，D错误。

5．单质硼有无定形和结晶形两种，参考下表数据回答问题： 金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点/℃ ＞3 550 1 410 2 573 沸点/℃ 5 100 2 628 2 823 硬度 10 7.0 9.5 (1)晶体硼属于________晶体，理由是________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)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∶2 D．金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却 (3)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由________个硼原子构成的，其中B—B键的键角为________，该结构单元共含有________个B—B键。

解析：(1)从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间，而金刚石和晶体硅均为原子晶体，在元素周期表中B与C相邻、与Si处于对角线位置，则晶体硼也属于原子晶体。 (2)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。 (3)从题图可得出，每个顶角上的硼原子均被5个正三角形所共有，故分摊到每个正三角形的硼原子为15个，每个正三角形含有15×3个硼原子，每个结构单元含硼原子数为20×15×

3＝12，而每个B—B键被2个正三角形所共有，故每个结构单元含B—B键的个数为20×12

×3＝30。 答案：(1)原子 晶体硼的熔、沸点高，硬度大 (2)C (3)12 60° 30 分子晶体和原子晶体的比较与判断 1．分子晶体和原子晶体的比较 晶体类型 分子晶体 原子晶体

定义 分子间通过分子间作用力结合形成的晶体 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 组成微粒 分子 原子

物质类别 多数的非金属单质和共价化合物 金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等少数非金属单质及共价化合物 微粒间的作用力 分子间作用力 共价键 熔化时需克服的作用力 较弱的分子间作用力 很强的共价键

物理性质

熔、沸点 较低 很高 硬度 较小 很大

导电性 固态和熔化时一般都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电，如HCl 固态和熔化时一般都不导电 溶解性 相似相溶 难溶于一般溶剂 决定熔、沸点高低的因素 分子间作用力的强弱 共价键的强弱

典型例子 干冰、冰 金刚石、二氧化硅 2.原子晶体与分子晶体的判断方法 (1)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断 组成原子晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。 (2)依据物质的分类判断 ①常见的原子晶体有金刚石、晶体硼、晶体锗等单质；SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4

等化合物。

新型无机非金属材料“家庭”的成员(如Si3N4、BN等)熔点高、硬度大、耐高温、抗氧化，它们大多属于原子晶体。 ②大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅等除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2

除外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)都是分子晶体。

(3)依据晶体的熔、沸点判断 原子晶体的熔、沸点高，常在1 000 ℃以上；分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度甚至更低。 (4)依据物质的状态判断 一般常温下呈气态或液态的单质(Hg除外)与化合物，其呈固态时都属于分子晶体。 (5)依据物质的挥发性判断 一般易挥发的物质呈固态时都属于分子晶体。 (6)依据硬度和机械性能判断 原子晶体的硬度大，分子晶体的硬度小且较脆。 (7)熟记常见的、典型的原子晶体 常见的原子晶体有①单质，如金刚石、晶体硅、晶体硼、晶体锗等；②化合物，如SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4等。除原子晶体外的绝大多数非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物属于分子晶体。

现有下列物质：①水晶；②冰醋酸；③氧化钙；④白磷；⑤晶体氩；⑥氢氧化钠；⑦铝；⑧金刚石；⑨过氧化钠；⑩碳化钙；⑪碳化硅；⑫干冰；⑬过氧化氢。 根据要求填空： (1)属于原子晶体的化合物是____________。 (2)直接由原子构成的晶体是____________。 (3)直接由原子构成的分子晶体是____________。 (4)由极性分子构成的晶体是____________，属于分子晶体的单质是____________。 解析：属于原子晶体的是金刚石、碳化硅和水晶；属于分子晶体的是晶体氩(无化学键)、白磷(非极性分子)、干冰(由极性键构成的非极性分子)、过氧化氢和冰醋酸(由极性键和非极性键构成的极性分子)。 答案：(1)①⑪ (2)①⑤⑦⑧⑪ (3)⑤ (4)②⑬ ④⑤