高中化学第三章 晶体结构与性质第二节 分子晶体与原子晶体教案及反思

第二节　分子晶体与原子晶体

 [学习目标]

[知识梳理]

  1.分子间作用力

    (1)分子间作用力__________；又称范德华力。分子间作用力存在于____________之间。

    (2)影响因素：①分子的极性 ②组成和结构相似的

 2.分子晶体

  (1)定义：________________________________

  (2)构成微粒________________________________

  (3)粒子间的作用力：________________________________

  (4)分子晶体一般物质类别________________________________

  (5)分子晶体的物理性质________________________________________________

    3.原子晶体：相邻原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。

    4.构成粒子：______________；。

    5.粒子间的作用______________，

    6.原子晶体的物理性质

    (1)熔、沸点__________，硬度___________    (2) ______________一般的溶剂。

    (3)______________导电。 原子晶体具备以上物理性质的原因____________________________

    原子晶体的化学式是否可以代表其分子式______________

    原因____________________________。

7.常见的原子晶体有____________________________等。

 [方法导引]

  1.判断晶体类型的依据

  (1)看构成晶体的微粒种类及微粒间的相互作用。

对分子晶体,构成晶体的微粒是______________，微粒间的相互作用是___________；

对于原子晶体，构成晶体的微粒是_______，微粒间的相互作用是___________键。

  (2)看物质的物理性质(如：熔、沸点或硬度)。

  一般情况下，不同类晶体熔点高低顺序是 ________晶体>_______晶体。原子晶体比分子晶体的熔、沸点高得多

（3）依据物质的分类判断

金属氧化物（如K2O、Na2O2等），强碱（如NaCl、KOH等）和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外）、气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、酸、绝大多数有机物（除有机盐外）是分子晶体。常见的原子晶体单质有金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。金属单质（除汞外）与合金都是金属晶体。

2．晶体熔、沸点比较规律：

（1）不同晶体类型的物质：原子晶体>分子晶体 。

（2）同一晶体类型的物质，需比较晶体内部结构粒子间作用力，作用力越大，熔沸点越高。

原子晶体：要比较共价键的强弱，一般地说，原子半径越小，形成共价键的键长越短，键能越大，其晶体熔沸点越高。如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。

分子晶体：组成结构相似的物质，相对分子质量越大，熔沸点越高，如熔沸点：O2>N2, HI>HBr>HCl。组成结构不相似的物质，分子的极性越大，其熔沸点就越高，如熔沸点：CO>N2。

由上述可知，同类晶体熔沸点比较思路为：

原子晶体→共价键键能→键长→原子半径

分子晶体→分子间作用力→相对分子质量

例1．共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是    (    )

    A.干冰        B.氯化钠    C.氢氧化钠    D.碘

  解析：干冰是分子晶体，分于内存在共价键，分子间存在范德华力。NaCl是离子晶体只存在离子键。 NaOH是离子晶体，不仅存在离子键，还存在H—O间共价键。碘也是分子晶体，分子内存在共价键，分子间存在分子间作用力。

答案： B

[例2]单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据

    ①晶体硼的晶体类型属于____________晶体，理由是________________________。

   已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个项点上各有1个B原子。通过视察图形及推算，此晶体体结构单元由

____________________个硼原子构成。其中B—B键的键角为____________。

    [解析]①原子，理由：晶体的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原予晶体，B与C相邻与Si处于对角线处，亦为原于晶体。

    ②每个三角形的顶点被5个三角形所共有，所以，此顶点完全属于一个三角形的只占到1/5，每个三角形中有3个这样的点，且晶体B中有20个这样的角形，因此，晶体B中这样的顶点(B原子)有3/5×20=12个。又因晶体B中的三角形面为正三角形，所以键角为60°

〔例3〕石墨的片层结构如右图1所示：试回答：

（1）片层中平均每个六元环含碳原子数为      个。

（2）在片层结构中，碳原子数、C—C键数、六元环数之比

为    

【解析】在石墨的片层结构中，我们以一个六元环为研究对象，由于碳原子为三个六元环共用，即属于每个六元环的碳原子数为6×1/3＝2；另外碳碳键数为二个六元环共用，即属于每个六元环的碳碳键数为6×1/2＝3。

【答案】（1）．2        （2）．2:3:1

 [基础训练]

1．下列晶体中属于原子晶体的是(    )

  A. 氖    B．食盐    C．干冰    D．金刚石

2．下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是(    )

  A．固态氢     B．固态氖    C．磷    D．三氧化硫 

　3.下列晶体中不属于原子晶体的是  (    )

  A.干冰    B.金刚砂  C.金刚石  D.水晶

4.在金刚石的网状结构中，含有共价键形成的碳原子环，其中最小的环上，碳原子数是(    )

  A.2个    B.3个  C.4个    D.6个

5.共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是 (    )

   A.干冰    B.氯化钠    C.氢氧化钠    D.碘

  6.在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与键能无关的变化规律是(   )

    A.HF、HCI、HBr、HI的热稳定性依次减弱

    B.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减低

    C.F2、C12、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高

    D.H2S的熔沸点小于H2O的熔、沸点 

7．在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C--C键间的夹角是(    )

A．6个120°    B．5个108°    C．4个109°28′    D．6个109°28′

8．结合课本上干冰晶体图分析每个CO2分子周围距离相等且最近的CO2分子数目为(    )

A．6    B．8    C．10    D．12

9．干冰和二氧化硅晶体同属ⅣA元素的最高价氧化物，它们的熔沸点差别很大的原因是(    )

A．二氧化硅分子量大于二氧化碳分子量  B．C、O键键能比Si、O键键能小

C．干冰为分子晶体，二氧化硅为原子晶体  D．干冰易升华，二氧化硅不能

10.最近科学家发现了一种新分子，它具有空心的类似足球的结构，分子式为C60，下列说法正确的是    (    )

   A.C60是一种新型的化合物

   B.C60和石墨都是碳的同素异形体

   C.C60中虽然没有离子键，但固体为离子晶体

   D.C60相对分子质量为720

11.支持固态氨是分子晶体的事实是(    )

   A.氮原子不能形成阳离子   B.铵离子不能单独存在

   C.常温下，氨是气态物质   D.氨极易溶于水

  12.石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原于都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是(    )

    A.10个    B.18个   C.24个    D.14个

13.将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧，可得到氮化硅（Si3N4）固体，氧化硅是一种新型的耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。则氮化硅所属的晶体类型是(    )

A.　原子晶体　　B.　分子晶体     C.　离子晶体　　D.　金属晶体

14.2003年美国《科学》杂志报道：在超高压下，科学家用激光器将CO2加热到1800K，成功制得了类似石英的CO2原子晶体。下列关于CO2晶体的叙述中不正确的是(    )

A.　晶体中C、O原子个数比为1∶2

B.　该晶体的熔点、沸点高、硬度大

C.　晶体中C—O—C键角为180°

D.　晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构

15、氮化硅是一种新合成的结构材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质。下列各组物质熔化时，所克服的微粒间的作用力与氮化硅熔化所克服的微粒间的作用力都相同的是(    )

A、硝石和金刚石    B、晶体硅和水晶   C、冰和干冰     D、萘和蒽

16.碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石②晶体硅③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（      ）

A. ①③②         B. ②③①       C. ③①②       D. ②①③

[拓展提高]

17．右图为金刚石的晶体结构。每个C原子、每条C—C键被多少个六元环共用？

18．右图为晶体硼的基本结构单元，已知它为正二十面体有二十个等边三角形和一定数目的顶角，每一个顶点各有一个硼原子，通过观察，此基本结构单元由多少硼原子构成？

19.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在13000C反应获得。

(1)氮化硅晶体属于______________晶体。

(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式_______.

(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为_________________.

]第二节　分子晶体与原子晶体 答案

1.D  2.B  3.A  4.D  5.D  6.CD  7.D  8.D  9.C  10.BD  11.C  12.D  13.A  14.C  15.B  16.A

5.[解析]干冰是分子晶体，分于内存在共价键，分子间存在范德华力。NaCl是离子晶体只存在离子键。 NaOH是离子晶体，不仅存在离子键，还存在H—O间共价键。碘也是分子晶体，分子内存在共价键，分子间存在分子间作用力。故只有B符合题意。

6.[解析]HF、HCl、HBr、HI热稳定性依次减弱是它们的共价键键能逐渐减小的原因，与键能有关。NaF、 NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减低是它们的离子键能随离子半径增大逐渐减小的原因。F2、C12、Br2、I2为分子晶体。熔、沸点逐渐降低由分子间作用力决定。H2S与H2O的熔沸点高低由分子间作用力及分子的极性决定。故选C、D。

7．D  根据金刚石的棱型结构特点可知最小环上碳原子数为6个，任意两个C—C键间夹角为109°28

8．D  根据干冰结构特点，干冰晶体是一种立方面心结构，每个CO2周围等距离最近的CO2有12个(同层4个，上层4个，下层4个) 

15．解析：本题考查由物理性质特征推知晶体类型以及如何区别不同晶体的微粒间作用力。此题为信息迁移题，解答时先由氮化硅的性质（超硬、耐磨、耐高温），可推知是原子晶体。原子晶体熔化时，要克服共价键。然后分析比较各选项。答案B。

16．[解析] 此题是给出新情境的信息迁移题。给出的新情景。是碳化硅的一种晶体具有类似金刚石的结构；此题的考查内容，是化学键与晶体结构。所列三种晶体均是原子晶体，结构相似，晶体内的结合力是呈空间网状的共价键：

共价键键长：C-C键< C-S键 < S-S键

共价键键能：C-C键> C-S键 > S-S键

共价键键长越短，键能越大，则原子晶体的熔点越高。所以三者的熔点由高到低的顺序是：金刚石、碳化硅、晶体硅。[答案] A。

17解析：任意两条相邻的C—C键参加了2个六元环的形成，每个C原子可形成4条C—C键，两面相邻的组合有C＝6种，故每个C原子被6×2＝12个六元环共用。而每条C—C键可以与相邻的3条C—C键两两相邻，故每条C—C键被3×2＝6个六元环共用。

18解析：该晶体的晶胞由二十个等边三角形构成，而每个等边三角形有3个顶点，这样共有20×3＝60个顶点，但每个顶点又被相邻的5个等边三角形所共有，所以该晶胞实际拥有的顶点数应为：

20×3×＝12个。

19．[解析] （1）这是一道信息题，从题给信息知氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，应是原子晶体。

  （2）氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子, Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，因此氮化硅的化学式为Si3N4。

                        强热

（3）3SiCl4 + 2N2 +6H2＝＝＝ Si3N4 + 12HCl。