高中化学 第三章 晶体结构与性质 第二节 第2课时 原子晶体课件高二选修3化学课件

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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
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语句描述
原子晶体
物质类别
金刚石、晶体硅、碳化硅、 多数的非金属单质
二氧化硅等少数非金属 和共价化合物
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
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晶体类型
分子晶体
原子晶体
熔、
较低
很高
沸点
物
硬度
较小
很大
理
固态和熔化时一般都不
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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。
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(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。
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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
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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
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(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。
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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。
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(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。
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解析：选 A。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 错误；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。
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(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。
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(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
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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)√
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性
固态和熔化时一般
导电性 导电，但某些分子晶体溶
质
都不导电
于水能导电，如 HCl
溶解性
相似相溶
难溶于一般溶剂
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晶体类型
分子晶体
决定熔、沸
点高低的 分子间作用力的强弱
因素
典型例子
干冰、冰
原子晶体 共价键的强弱 金刚石、二氧化硅
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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
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(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．1金2/6/刚2021石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
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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
分子间通过分子间 相邻原子间以共价键结
定义 作用力结合形成的 合而形成的具有空间立
晶体
体网状结构的晶体
组成微粒
分子
原子
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晶体类型
分子晶体
正误 阐释错
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
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语句描述
正误 阐释错因或列举反例
(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
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4．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 4NA 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)
(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。
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(3)二氧化硅的结构特点
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二氧化硅的晶体结构模型
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①每个硅原子都采取__sp_3__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 _1_2___元环。
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。
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(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。
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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
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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。
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。
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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。
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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。
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2．常见的原子晶体 (1)物质类别
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(2)金刚石的结构特点
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金刚石的晶体结构模型
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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_1_0_9_°_2_8_′_，碳原子采取__s_p_3_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。
第三章 晶体结构与性质(xìngzhì)
第 2 课时 原子晶体
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第三章 晶体结构与性质 (xìngzhì)
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。
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原子晶体的概念及其性质