高中化学课件《原子晶体》
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原子晶体
[明确学习目标] 了解原子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点； 能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。
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一、原子晶体及其物理性质
1．原子晶体
所有原子都以 □01 共价键 相互结合形成 □02 三维的共价键网状 结构的晶 体叫原子晶体。原子晶体又叫 □03 共价 晶体。
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1．从结构上说明同族氧化物 CO2 和 SiO2 的性质差异。
提示：CO2 属于分子晶体，由分子间作用力形成晶体，硬度小、熔点低， 而 SiO2 为原子晶体，由共价键构成立体空间网状结构，硬度大，熔点高。
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提示
2．晶体硅中的最小环为几元环？
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[即时练] 1．下列关于原子晶体和分子晶体的说法不正确的是( ) A．原子晶体硬度通常比分子晶体大 B．原子晶体的熔点较高 C．分子晶体中有的水溶液能导电 D．金刚石、水晶和干冰都属于原子晶体
答案 D
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答案
解析 由于原子晶体中粒子间以共价键结合，而分子晶体中分子间以分 子间作用力结合，故原子晶体比分子晶体的熔点高，硬度大。有些分子晶体 溶于水后能电离出自由移动的离子而导电，如 H2SO4、HCl 等；D 选项中的 干冰(CO2)是分子晶体，D 错。
2．常见的原子晶体
(1)某些单质，如硼(B)、 □04 硅(Si) 、锗(Ge)、□05 灰锡(Sn) 等。 (2)某些非金属化合物，如 □06 碳化硅(SiC) ，俗称 □07 金刚砂 、氮化硼
(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
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3．原子晶体的物理性质
(1)熔点 □08 很高 。原子晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使
体。
(3)金刚石晶体中所有的 C—C 键键长□06 相等 (154 pm)，键角 □07 相等 ( □08 109°28′ )。
(4)晶体中最小的碳环由 □09 6 个碳组成，且 □10 不在 同一平面内。 (5)晶体中每个碳参与了 □11 4 条 C—C 键的形成，而在每条键中的 贡献只有 □12 一半 ，故碳原子与 C—C 键键数之比为 □13 1∶2 。
物质熔化就要克服共价键，需要很高的能量。因此，原子晶体一般都具有很
高的 □09 熔点 。如金刚石的熔点 □10 大于 3550 ℃。 (2)硬度 □11 高 。如金刚石是天然存在的 □12 最硬 的物质。 (3)一般不导电，但晶体硅是□13 半导体 。
(4)难溶于一般的溶剂。
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[即时练] 3．下列说法正确的是( ) A．在含 4 mol Si—O 键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为 4NA B．金刚石晶体中，碳原子数与 C—C 键数之比为 1∶2 C．30 g 二氧化硅晶体中含有 0.5NA 个二氧化硅分子 D．晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的原子晶体
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解析
2．氮化碳晶体是新发现的高硬度材料，该晶体类型应该是________晶体。 试根据物质结构推测，氮化碳晶体与金刚石相比较，硬度更大的应该是 ________晶体，熔点较低的应是________晶体。
答案 原子 氮化碳 金刚石
解析 由于氮化碳为高硬度材料且是由非金属元素组成的，因此该晶体 应为原子晶体，又因为 C—C 键的键长大于 C—N 键的键长，故 C—N 键的 键能大于 C—C 键，硬度更大的是氮化碳，熔点较低的为金刚石。
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二、二氧化硅晶体的结构分析
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(1)SiO2 晶体可看成在晶体硅(结构类似于金刚石)的每个 Si—Si 键中插入 1 个氧原子而形成的，1 个硅原子和 4 个氧原子形成 4 个共价键，同时，每个 氧原子与 2 个硅原子相结合形成 2 个共价键。
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2．非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法 (1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断：构成原子晶体的粒子是原 子，微粒间的作用是共价键；构成分子晶体的粒子是分子，微粒间的作用是 分子间作用力。 (2)依据晶体的熔点判断：原子晶体的熔点高，常在 1000 ℃以上；分子 晶体的熔点低，常在数百摄氏度以下甚至更低。 (3)依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导 电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。 (4)依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。
提示：Si 与 C 为同族元素，晶体硅的结构与金刚石相同，只不过是金刚 石结构中的碳原子改为硅原子了。因此晶体硅中的最小环为六元环。
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一、原子晶体及其物理性质 1．分子晶体与原子晶体的比较
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二、典型原子晶体的结构分析 金刚石
(1)每个碳原子都采取 □01 sp3 杂化，被相邻的 □02 4 个碳原子包围，以 □03 共价单键 跟 4 个碳原子结合，形成 □04 正四面体 ，被包围的碳原子
处于 □05 正四面体 的中心。
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(2)这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状晶
(2)每个硅原子与相邻的 4 个氧原子以共价键相结合构成正四面体结构， 硅原子在正四面体的中心，4 个氧原子在正四面体的 4 个顶点，则每个正四 面体占有 1 个完整的硅原子、2 个氧原子。因此，二氧化硅晶体中硅原子和 氧原子的个数比为 1∶4×12＝1∶2，化学式为 SiO2。最小的环由 6 个硅原子 和 6 个氧原子组成的 12 元环；1 mol SiO2 中含有 4 mol Si—O 键。
[明确学习目标] 了解原子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点； 能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。
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一、原子晶体及其物理性质
1．原子晶体
所有原子都以 □01 共价键 相互结合形成 □02 三维的共价键网状 结构的晶 体叫原子晶体。原子晶体又叫 □03 共价 晶体。
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1．从结构上说明同族氧化物 CO2 和 SiO2 的性质差异。
提示：CO2 属于分子晶体，由分子间作用力形成晶体，硬度小、熔点低， 而 SiO2 为原子晶体，由共价键构成立体空间网状结构，硬度大，熔点高。
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[即时练] 1．下列关于原子晶体和分子晶体的说法不正确的是( ) A．原子晶体硬度通常比分子晶体大 B．原子晶体的熔点较高 C．分子晶体中有的水溶液能导电 D．金刚石、水晶和干冰都属于原子晶体
答案 D
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解析 由于原子晶体中粒子间以共价键结合，而分子晶体中分子间以分 子间作用力结合，故原子晶体比分子晶体的熔点高，硬度大。有些分子晶体 溶于水后能电离出自由移动的离子而导电，如 H2SO4、HCl 等；D 选项中的 干冰(CO2)是分子晶体，D 错。
2．常见的原子晶体
(1)某些单质，如硼(B)、 □04 硅(Si) 、锗(Ge)、□05 灰锡(Sn) 等。 (2)某些非金属化合物，如 □06 碳化硅(SiC) ，俗称 □07 金刚砂 、氮化硼
(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
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3．原子晶体的物理性质
(1)熔点 □08 很高 。原子晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使
体。
(3)金刚石晶体中所有的 C—C 键键长□06 相等 (154 pm)，键角 □07 相等 ( □08 109°28′ )。
(4)晶体中最小的碳环由 □09 6 个碳组成，且 □10 不在 同一平面内。 (5)晶体中每个碳参与了 □11 4 条 C—C 键的形成，而在每条键中的 贡献只有 □12 一半 ，故碳原子与 C—C 键键数之比为 □13 1∶2 。
物质熔化就要克服共价键，需要很高的能量。因此，原子晶体一般都具有很
高的 □09 熔点 。如金刚石的熔点 □10 大于 3550 ℃。 (2)硬度 □11 高 。如金刚石是天然存在的 □12 最硬 的物质。 (3)一般不导电，但晶体硅是□13 半导体 。
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答案 原子 氮化碳 金刚石
解析 由于氮化碳为高硬度材料且是由非金属元素组成的，因此该晶体 应为原子晶体，又因为 C—C 键的键长大于 C—N 键的键长，故 C—N 键的 键能大于 C—C 键，硬度更大的是氮化碳，熔点较低的为金刚石。
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二、二氧化硅晶体的结构分析
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(1)SiO2 晶体可看成在晶体硅(结构类似于金刚石)的每个 Si—Si 键中插入 1 个氧原子而形成的，1 个硅原子和 4 个氧原子形成 4 个共价键，同时，每个 氧原子与 2 个硅原子相结合形成 2 个共价键。
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2．非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法 (1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断：构成原子晶体的粒子是原 子，微粒间的作用是共价键；构成分子晶体的粒子是分子，微粒间的作用是 分子间作用力。 (2)依据晶体的熔点判断：原子晶体的熔点高，常在 1000 ℃以上；分子 晶体的熔点低，常在数百摄氏度以下甚至更低。 (3)依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导 电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。 (4)依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。
提示：Si 与 C 为同族元素，晶体硅的结构与金刚石相同，只不过是金刚 石结构中的碳原子改为硅原子了。因此晶体硅中的最小环为六元环。
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一、原子晶体及其物理性质 1．分子晶体与原子晶体的比较
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二、典型原子晶体的结构分析 金刚石
(1)每个碳原子都采取 □01 sp3 杂化，被相邻的 □02 4 个碳原子包围，以 □03 共价单键 跟 4 个碳原子结合，形成 □04 正四面体 ，被包围的碳原子
处于 □05 正四面体 的中心。
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(2)这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状晶
(2)每个硅原子与相邻的 4 个氧原子以共价键相结合构成正四面体结构， 硅原子在正四面体的中心，4 个氧原子在正四面体的 4 个顶点，则每个正四 面体占有 1 个完整的硅原子、2 个氧原子。因此，二氧化硅晶体中硅原子和 氧原子的个数比为 1∶4×12＝1∶2，化学式为 SiO2。最小的环由 6 个硅原子 和 6 个氧原子组成的 12 元环；1 mol SiO2 中含有 4 mol Si—O 键。