高中化学 第3章 物质的聚集状态与物质性质 第3节 原子晶体与分子晶体 第1课时学案 鲁科版选修3-鲁科版高二选修3化学学案.doc

第1课时原子晶体
[学习目标定位]知道原子晶体的概念，熟知常见的原子晶体的结构与性质，能从原子结构的特点，分析理解其物理特性。

一、常见的原子晶体的结构
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109.5°，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。
(6)1molC原子组成的金刚石中含有2molC—C键。
2．二氧化硅是由硅原子和氧原子组成的空间立体网状的原子晶体。其结构示意图如下：

观察分析二氧化硅晶体结构示意图，回答下列问题：
(1)在二氧化硅晶体中，每个Si原子周围结合4个O原子，同时每个O原子与2个Si原子结合。
(2)在二氧化硅晶体中，位于四面体中心的原子是硅原子，位于四面体四个顶点上的原子是氧原子。
(3)在二氧化硅晶体中，硅原子采取sp3杂化，Si—O—Si键与Si—O—Si键的夹角是109.5°。
(4)二氧化硅晶体中最小环上的原子数是12，包括6个O原子和6个Si原子。
(5)1mol二氧化硅晶体中含有4molSi—O键。

(1)原子晶体：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。
①构成原子晶体的基本微粒是原子。
②形成原子晶体的作用力是共价键。在原子晶体中只存在共价键(极性键或非极性键)，没有分子间作用力和其他相互作用。
(2)原子晶体的结构特征
①由于共价键的方向性和饱和性，每个中心原子周围排列的原子数目是有限的，故原子不遵循紧密堆积原则。
②原子晶体呈空间立体网状结构，原子晶体中不存在单个分子，原子晶体的化学式仅仅表示晶体中的原子个数关系。
(3)常见的原子晶体：①常见的非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)等。②某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。
例1下列物质的晶体直接由原子构成的一组是()
①CO2②SiO2③晶体Si④白磷⑤氨基乙酸⑥固态He
A．①②③④⑤⑥ B．②③④⑥
C．②③⑥ D．①②⑤⑥
答案C
例2下列有关原子晶体的叙述不正确的是()
A．金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体
B．含1molC的金刚石中C—C键数目是2NA,1molSiO2晶体中Si—O键数目是4NA
C．水晶和干冰在熔化时，晶体中的共价键都会断裂
D．SiO2晶体是原子晶体，所以晶体中不存在分子，SiO2不是它的分子式
答案C
解析金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子，二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子，均为正四面体，A项正确；金刚石中，1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键，这个C原子对每个单键的贡献只有eq\f(1,2)，所以1molC原子形成的C—C键为4mol×eq\f(1,2)＝2mol，而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键，则1molSiO2晶体中Si—O键为4mol，B项正确；干冰熔化时只破坏分子间作用力，共价键不会断裂，C项错误；原子晶体的构成微粒是原子不是分子，D项正确。
规律总结
(1)晶体硅的结构与金刚石相似，即将金刚石中的碳原子换成硅原子。不同的是，硅晶体中的Si—Si键的键长比金刚石中的C—C键的键长长。
(2)SiO2晶体结构相当于晶体硅结构中每个Si—Si键中间插入一个O原子。
(3)碳化硅晶体与金刚石结构相似，其空间结构中碳原子和硅原子交替排列。碳原子和硅原子个数之比为1∶1。
二、原子晶体的性质与共价键的关系
晶体硅(Si)和金刚砂(SiC)都是与金刚石相似的原子晶体。其结构与性质比较如下表所示：
晶体键能/kJ·mol－1键长/pm熔点/℃摩氏硬度金刚石(C—C)347154335010金刚砂(C—Si)30118626009晶体硅(Si—Si)22623414157
请根据上表中的数据，分析其熔点、硬度的大小与其结构之间的关系。
答案键长越短，键能越大，熔点越高，硬度越大；反之，键长越长，键能越小，熔点越低，硬度越小。

(1)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。
(2)原子晶体具有不同的结构类型，对于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，晶体的稳定性越高，熔、沸点越高，硬度越大。
提醒原子晶体的熔、沸点不一定高于金属晶体和离子晶体。如MgO(2800℃)＞SiO2(1713℃)、钨(3410℃)＞SiO2(1713℃)。

例3根据下列