2018-2019学年高中化学(人教版)选修3教案：第三章晶体结构与性质--原子子晶体结构Word版含解析

教学过程
一、课堂导入
通过初中和必修课程的学习我们知道，碳和硅虽然都是ⅣA族元素，但他们的氧化物二氧化硅和二氧化碳的性质却差别较大。

例如，常温下，二氧化碳是气体，二氧化硅却是熔点高、硬度大的晶体，这是为什么呢？这与它们的结构有什么关系？
二、复习预习
1.什么叫原子晶体？
2. 在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有多少个？
3. 在金刚石晶体中每个碳原子连接有几个共价键？
4.在金刚石晶体中碳原子个数与C-C共价键个数之比是多少？
三、知识讲解
考点1：原子晶体
1．概念
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称为原子晶体。

2．特点
原子晶体的熔点很高，硬度很大。

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，晶体的熔点就越高。

3.堆积形式
由于共价键具有方向性和饱和性，原子晶体中每个原子周围排列的原子的数目是有限的，故原子的排列不服从紧密堆积方式。

考点2：几种原子晶体的结构
1．金刚石的结构
金刚石的晶体结构
在晶体中，碳原子以sp3杂化轨道与周围4个碳原子以共价键相结合，C—C键间的夹角为109.5°。

因为中心原子周围排列的原子的数目是有限的，所以这种比较松散的排列与金属晶体和离子晶体中的紧密堆积排列有很大的不同。

2．SiO2晶体的结构
二氧化硅的晶体结构
水晶是由Si和O构成的空间立体网状的二氧化硅晶体，一个硅原子与4个氧原子形成4个共价键，每个氧原子与2个硅原子形成2个共价键，从而形成以硅氧四面体为骨架的结构，且只存在Si—O键。

二氧化硅晶体中硅原子和氧原子个数比为1∶2，不存在单个分子，
可以把整个晶体看成巨型分子。

3．SiC晶体的结构
SiC晶体的结构类似于金刚石晶体结构，其中C原子和Si原子的位置是交替的，所以在整个晶体中Si原子与C原子个数比为1∶1。

四、例题精析
【例题1】1．关于金刚石的下列说法中，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．是硬度最大的物质之一
D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应
【答案】D
【解析】金刚石在高温下与O2反应生成CO2。

【例题2】2．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处于中心，Si处于4个顶点
B．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子
C．最小的环上，Si和O原子数之比为1∶2
D．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子
【答案】D
【解析】SiO2晶体中的正四面体单元中，Si处于中心，O处于4个顶点；在SiO2晶体中的最小环上有12个原子，其中有6个硅原子和6个氧原子。

【例题3】3．在x mol石英晶体中，含有Si—O键的数目是()
A．x mol B．2x mol C．3x mol D．4x mol
【答案】D
【解析】SiO 2的结构类似于金刚石的空间网状结构，但每个Si 键合4个O ，每个O 键合2个Si 。

x mol
石英(SiO 2)晶体有x mol Si ，由于每个Si 键合4个O ，就形成4个Si —O 键，所以形成的Si —O 键的
物质的量为4x mol 。

【例题4】4．通常人们把拆开1 mol 某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。

键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(ΔH )，化学反应的ΔH 等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。

请回答下列问题：
(1)比较下列两组物质的熔点高低(填“＞”或“＜”)。

SiC________Si ；SiCl 4________SiO 2。

(2)如图立方体中心的“●”表示硅晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用“●”表示出与之紧邻
的硅原子。

(3)工业上高纯硅可通过下列反应制取：
SiCl 4(g)＋2H 2(g)=====高温Si(s)＋4HCl(g)
该反应的反应热ΔH ＝________ kJ·
mol -1。

【解析】(1)SiC 和晶体Si 皆为原子晶体，由于碳化硅晶体中的Si-C 键的键能大于硅晶体中Si －Si 键的键能，故SiC 的熔点比Si 高；SiCl 4为分子晶体，SiO 2为原子晶体，故SiCl 4的熔点比SiO 2低。

(2)晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅原子都被相邻的4个硅原子包围，这4个硅原子位于四面体的四个顶点上，被包围的硅原子处于正四面体的中心。

(3)根据题目所给反应，需要断裂的旧化学键键能之和为：4×360 kJ ·mol -1＋2×436 kJ ·mol -1＝2312kJ ·mol -1，形成的新化学键键能之和为：4×431 kJ ·mol -1＋2×226 kJ ·mol -1＝2 176。