2019_2020学年高中化学第三章第二节分子晶体与原子晶体第2课时原子晶体教案新人教版选修3

第2课时原子晶体

[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析：能辨识常见的原子晶体，并能从微观角度分析原子晶体中各构成微粒之间的作用对原子晶体物理性质的影响。2.证据推理与模型认知：能利用原子晶体的通性推断常见的原子晶体，理解原子晶体中微粒的堆积模型，并能利用均摊法对晶胞进行分析。

一、原子晶体及其结构特点

1．概念

相邻原子间以共价键相结合形成三维的共价键网状结构的晶体叫原子晶体。又叫共价晶体。2．构成微粒及微粒间作用

3．常见原子晶体及物质类别

(1)某些单质：如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、金刚石等。

(2)某些非金属化合物：如金刚砂(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。

(3)极少数金属氧化物，如刚玉(α­Al2O3)等。

4．两种典型原子晶体的组成与结构

(1)金刚石

金刚石晶体中，每个碳原子均以4个共价键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成C—C—C 夹角为109°28′的正四面体结构(即金刚石中的碳采取sp3杂化轨道形成共价键)，整块金刚石晶体就是以共价键相连的空间网状结构。其中最小的环是六元环。

(2)二氧化硅

二氧化硅晶体中，每个硅原子均以4个共价键对称地与相邻的4个氧原子相结合，每个氧原子与2个硅原子相结合，向空间扩展，形成空间网状结构。晶体结构中最小的环上有6个硅原子和6个氧原子，硅、氧原子个数比为1∶2。

(1)原子晶体中不存在单个的分子，其化学式不是分子式，仅表示该物质中原子个数比。

(2)由原子构成的晶体不一定是原子晶体，如稀有气体分子构成的晶体属于分子晶体。

(3)原子晶体中一定存在共价键，而物质中存在共价键的晶体不一定是原子晶体，如干冰中碳原子与氧原子之间存在共价键，但干冰是分子晶体。

例1(2019·长沙高二检测)下列物质的晶体直接由原子构成的一组是( )

①CO2②SiO2③晶体Si ④白磷⑤氨基乙酸⑥固态He

A．①②③④⑤⑥B．②③④⑥

C．②③⑥D．①②⑤⑥

【考点】原子晶体的判断

【题点】由物质类别判断

答案 C

解析CO2、白磷、氨基乙酸、固态He是分子晶体，其晶体由分子构成，稀有气体He由单原子分子构成；SiO2、晶体Si属于原子晶体，其晶体直接由原子构成。

例2最近科学家成功研制成了一种新型的碳氧化物，该化合物晶体与SiO2的晶体的结构相似，晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，形成一种无限伸展的空间网状结构。下列对该晶体的叙述错误的是( )

A．该晶体是原子晶体

B．该晶体中碳原子和氧原子的个数比为1∶2

C．该晶体中碳原子数与C—O键数之比为1∶2

D．该晶体中最小的环由12个原子构成

【考点】原子晶体的组成与结构

【题点】原子晶体组成与结构的分析

答案 C

解析该化合物晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，形成一种无限伸展的空间网状结构，则该化合物晶体中不存在分子，属于原子晶体，A项正确；晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合，所以碳、氧原子个数比为1∶2，B项正确；该晶体中每个碳原子形成4个C—O共价键，所以C原子与C—O 键数目之比为1∶4，C项错误；该晶体中最小的环由6个碳原子和6个氧原子构成，D项正确。

二、原子晶体的物理性质

1．物理性质

(1)熔点很高。

(2)硬度很大。金刚石是天然存在的最硬的物质。

(3)一般不导电。但晶体硅是半导体。

(4)不溶于一般溶剂。

2．原子晶体熔点和硬度的比较规律

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，硬度越大。

原子晶体与分子晶体的比较

例3下表是某些原子晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是( )

①构成原子晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高

②构成原子晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高

③构成原子晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大

④构成原子晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大

A．①②B．③④C．①③D．②④

【考点】原子晶体的性质及应用

【题点】影响原子晶体物理性质的因素

答案 D

解析原子晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成原子晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，对应原子晶体的熔、沸点越高，硬度越大。

例4(2019·邢台高二月考)下列晶体性质的比较中不正确的是( )

A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅

B．沸点：NH3>PH3

C．硬度：白磷>冰>二氧化硅

D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4

【考点】原子晶体的性质及应用

【题点】原子晶体熔点高低的比较

答案 C

解析A项中三种物质都是原子晶体，因原子半径r(C)C—Si>Si—Si。键能越大，原子晶体的熔点越高，A项正确；因为NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点大于PH3的沸点，B项正确；二氧化硅是原子晶体，硬度很大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；四卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D项正确。

比较原子晶体和分子晶体熔点高低的基本思路

1．正误判断

(1)凡是由原子构成的晶体都是原子晶体( )

(2)原子晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他的化学键( )

(3)CO2和SiO2中化学键类型相同，晶体类型也相同( )

(4)1molSiO2晶体中含4molSi—O键( )

(5)互为同素异形体的单质的晶体类型一定相同( )