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第2课时原子晶体

[目标定位] 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.学会晶体熔、沸点比较的方法。

一、原子晶体的概念及其性质

1.金刚石的晶体结构模型如图所示。回答下列问题：

(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个碳原子相结合，形成正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。

(2)晶体中相邻碳碳键的夹角为109°28′，碳原子采取了sp3杂化。

(3)最小环上有6个碳原子。

(4)晶体中C原子个数与C—C键数之比为1∶2。

(5)晶体中C—C键键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。

2．通过以上分析，总结原子晶体的概念

(1)概念：相邻原子间以共价键相结合形成的具有空间立体网状结构的晶体，称为原子晶体。

(2)构成微粒：原子晶体中的微粒是原子，原子与原子之间的作用力是共价键。

(3)常见的原子晶体：常见的非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)等；某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。

如二氧化硅的结构为

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。

(4)由于原子晶体中原子间以较强的共价键相结合，故原子晶体：①熔、沸点很高，②硬度大，

③一般不导电，④难溶于溶剂。

原子晶体的特点

(1)构成原子晶体的微粒是原子，其相互作用力是共价键。

(2)原子晶体中不存在单个分子，化学式仅仅表示的是物质中的原子个数比关系，不是分子式。

1．关于SiO2晶体的叙述中，正确的是()

A．通常状况下，60gSiO2晶体中含有的分子数为N A(N A表示阿伏加德罗常数)

B．60gSiO2晶体中，含有2N A个Si—O键

C．晶体中与同一硅原子相连的4个氧原子处于同一四面体的4个顶点

D．SiO2晶体中含有1个硅原子和2个氧原子

答案 C

解析60 g SiO2晶体即 1 mol SiO2，晶体中含有Si—O键数目为 4 mol(每个硅原子、氧原子

分别含有4个、2个未成对电子，各拿出一个单电子形成Si—O共价键)，含4N A个Si—O键；SiO2晶体中含有无数的硅原子和氧原子，只是硅、氧原子个数比为1∶2；在SiO2晶体中，每个硅原子和与其相邻且最近的4个氧原子形成正四面体结构，硅原子处于该正四面体的中

心，而4个氧原子处于该正四面体的4个顶点上。

2．金刚石与金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原

子交替以共价单键相结合。

试回答：

(1)金刚砂属于________晶体。金刚砂的熔点比金刚石的熔点________。

(2)金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合________个碳原子，其中键角是________。

(3)金刚砂的结构中含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有________个硅原子。

(4)碳、硅原子均采取________杂化。

答案(1)原子低(2)4109°28′(3)3(4)sp3

解析由于金刚砂是网状结构，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合，故金刚砂是原子晶

体；硅原子半径比碳原子大，故金刚砂熔点低；硅和碳电子层结构、成键方式相同，均采取

sp3杂化，硅原子周围有4个碳原子，键角为109°28′；组成的六元环中，有3个碳原子、3个硅原子。

二、原子晶体和分子晶体比较

1．填写下表

晶体类型原子晶体分子晶体

概念相邻原子间以共价键相结合而形

成的空间立体网状结构的晶体

分子间以分子间作用力相结合的晶

体

组成微粒原子分子

微粒间作用力共价键分子间作用力

物理性质熔、沸点高，硬度大，不溶于常见

的溶剂，不导电，个别为半导体

熔、沸点较低，硬度较小，部分溶

于水，不导电，部分溶于水导电

熔化时破坏

的作用力破坏共价键

一定破坏范德华力，有时还破坏氢

键，如冰熔化

实例金刚石、二氧化硅等冰、干冰等

2.硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答硅及其化

合物的相关问题。

(1)基态硅原子的核外电子排布式为____________________________________________。

(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似，晶体硅中Si—Si键之间的夹角大小约为__________。

(3)下表列有三种物质(晶体)的熔点：

物质SiO2SiCl4SiF4

熔点/℃1710 －70.4 －90.2

简要解释熔点产生差异的原因：

①SiO2和SiCl4：_________________________________________________________；

②SiCl4和SiF4：_________________________________________________________。

答案(1)1s22s22p63s23p2

(2)109°

28′

(3)①SiO2是原子晶体，微粒间作用力为共价键。SiCl4是分子晶体，微粒间作用力为范德华力，故SiO2熔点高于SiCl4

②SiCl4和SiF4均为分子晶体，微粒间作用力为范德华力，结构相似时相对分子质量越大，范德华力越大，故SiCl4熔点高于SiF4

解析晶体硅以一个硅原子为中心，与另外4个硅原子形成正四面体结构，所以Si—Si键之间的夹角大小约为109°28′。晶体类型不同，其熔点具有很大的差别，一般原子晶体的熔点

高，而分子晶体的熔点低。

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