高中化学选修 原子晶体

会计学1高中化学选修高中化学选修 原子晶体原子晶体第1页/共23页第2页/共23页第3页/共23页晶体类型晶体类型分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体结结构构粒子间的作用力粒子间的作用力性性质质硬度硬度溶、沸点溶、沸点导电导电溶解性溶解性构成晶体粒子构成晶体粒子分子分子原子原子分子间作用力分子间作用力共价键共价键结构、性质结构、性质较小较小较大较大较低较低很高很高固态和熔融状固态和熔融状态都不导电态都不导电不导不导电电相似相溶相似相溶难溶于常见溶剂难溶于常见溶剂第4页/共23页第5页/共23页【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法判断方法（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键：原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华；分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。力。（2）记忆常见的、典型的原子晶体。）记忆常见的、典型的原子晶体。（3）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点高，常在高，常在1000以上；分子晶体熔、沸点低，常在以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百度以下至很低的温度。数百度以下至很低的温度。（4）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但）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。导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。（5）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度）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。大，分子晶体硬度小且较脆。 第6页/共23页思考思考:1为何为何CO2熔沸点低？而破坏熔沸点低？而破坏CO2分子却比分子却比SiO2更更难？难？因为CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，所以熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。所以SiO2熔沸点高。破坏CO2分子与SiO2时，都是破坏共价键，而CO键能Si-O键能，所以CO2分子更稳定。思考思考2怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅和锗怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅和锗的熔点和硬度依次下降？的熔点和硬度依次下降？因为结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高，所以熔点和硬度有如下关系：金刚石碳化硅锗。第7页/共23页10928 共价键第8页/共23页 思考：在金刚石晶体中，每个碳与周围多少个思考：在金刚石晶体中，每个碳与周围多少个碳原子成键？形成怎样的空间结构？最小碳环由碳原子成键？形成怎样的空间结构？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？ 在金刚石晶体中，碳原子个数与在金刚石晶体中，碳原子个数与C-C键数键数之比为多少？每个碳原子被几个六元环共有？之比为多少？每个碳原子被几个六元环共有？12g金刚石金刚石C-C键数为多少键数为多少NA？第9页/共23页第10页/共23页金刚石中每个金刚石中每个C C原子以原子以spsp3 3杂化，分别与杂化，分别与4 4个个相邻的相邻的C C 原子形成原子形成4 4个个键，故键角为键，故键角为1091092828，每个，每个C C原子的配位数为原子的配位数为4 4；每个每个C C原子均可与相邻的原子均可与相邻的4 4个个C C构成实心的构成实心的正四面体正四面体，向空间无限延伸得到立体网状的金，向空间无限延伸得到立体网状的金刚石晶体，在一个小正四面体中平均含有刚石晶体，在一个小正四面体中平均含有1+41+41/4 =1/4 =2 2个碳原子；个碳原子；在金刚石中最小的环是在金刚石中最小的环是六元环六元环，1 1个环中个环中平均含有平均含有6 61/12=1/12=1/21/2个个C C原子，含原子，含C-CC-C键数为键数为6 61/6=1/6=1 1；金刚石的晶胞中含有金刚石的晶胞中含有C C原子为原子为8 8个个, ,内含内含4 4个个小正四面体，含有小正四面体，含有C-CC-C键数为键数为1616。第11页/共23页10928SiO共价键第12页/共23页二氧化硅中二氧化硅中SiSi原子均以原子均以spsp3 3杂化，分别杂化，分别与与4 4个个O O原子成键，每个原子成键，每个O O原子与原子与2 2个个SiSi原子原子成键；成键；晶体中的最小环为晶体中的最小环为十二元环十二元环，其中有，其中有6 6个个SiSi原子和原子和6 6个个O O原子，含有原子，含有1212个个Si-OSi-O键；键；每个每个SiSi原子被原子被1212个十二元环共有，每个个十二元环共有，每个O O原原子被子被6 6个十二元环共有，每个个十二元环共有，每个Si-OSi-O键被键被6 6个个十二元环共有；每个十二元环所拥有的十二元环共有；每个十二元环所拥有的SiSi原子数为原子数为6 61/12=1/12=1/21/2，拥有的，拥有的O O原子数为原子数为6 61/6=1/6=1 1，拥有的，拥有的Si-OSi-O键数为键数为12121/6=1/6=2 2，则则SiSi原子数与原子数与O O原子数之比为原子数之比为1 1：2 2。晶体中。晶体中SiSi原子数与原子数与Si-OSi-O键之比为键之比为1 1：4 4。第13页/共23页思考思考3原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？ 不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构，无不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在小分子存在。思考思考4以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？子晶体有哪些不同？（1）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子。分子。（2）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键。第14页/共23页知识拓展石墨知识拓展石墨第15页/共23页（1）石墨中）石墨中C原子以原子以sp2杂化；杂化；（2）石墨晶体中最小环为六元环，含有）石墨晶体中最小环为六元环，含有C 2个，个，C-C键为键为 3；（3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电；，可导电；（4）石墨中）石墨中r（C-C）比金刚石中）比金刚石中r（C-C）短。）短。第16页/共23页第17页/共23页石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。容易滑动，所以石墨很软。它们都有很强的它们都有很强的C-CC-C共价键。在石共价键。在石墨中各层均为平面网状结构，碳墨中各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大原子之间存在很强的共价键（大键）键）， C-CC-C键长比金刚石的短键长比金刚石的短，键的强度大，键的强度大，故其熔点金刚石故其熔点金刚石高。高。石墨为混合键型晶体。石墨为混合键型晶体。 熔点熔点（） 沸点沸点（）石墨石墨3652365248274827金刚石金刚石 3550355048274827第18页/共23页例例1. 氮化硅（氮化硅（Si3N4）是一种新型的耐高温耐）是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于磨材料，在工业上有广泛用途，它属于A.原子晶体原子晶体 B. 分子晶体分子晶体 C. 金属晶体金属晶体 D. 离子晶体离子晶体答案：答案：A 典型例题典型例题第19页/共23页例例2 碳化硅（碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中的结构，其中C原子和原子和Si原子的位置是交替的。在原子的位置是交替的。在下列三种晶体下列三种晶体金刚石金刚石 晶体硅晶体硅 碳化硅中，它碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是们的熔点从高到低的顺序是 （ ）A. B. C. D.分析：分析：C与与Si同为同为IVA族元素，它们的相似性表现族元素，它们的相似性表现在金刚石是原子晶体，晶体硅，碳化硅也是原子晶在金刚石是原子晶体，晶体硅，碳化硅也是原子晶体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱。可推断碳化硅应在能逐渐减弱。可推断碳化硅应在Si与与C之间。三种之间。三种原子晶体，空间结构相似，熔点决定于它们的键长原子晶体，空间结构相似，熔点决定于它们的键长与键能，故熔点从高到低分别是金刚石、碳化硅、与键能，故熔点从高到低分别是金刚石、碳化硅、晶体硅。晶体硅。答案：答案：A第20页/共23页例例3 3、单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据、单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据 金刚石金刚石晶体硅晶体硅晶体硼晶体硼熔点熔点382316832573沸点沸点510026282823硬度硬度107.09.5（1）晶体硼的晶体类型属于）晶体硼的晶体类型属于_晶体，晶体， 理由是理由是_。（2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有每个顶点上各有1个个B原子。通过视察图形及推算，此原子。通过视察图形及推算，此晶体结构单元由晶体结构单元由_个硼原子构成。其中个硼原子构成。其中BB键的键的键角为键角为_。第21页/共23页分析：分析：晶体硼的熔、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均为原子晶体，B与C相邻与Si处于对角线处，则晶体硼也为原子晶体。晶体硼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个这样的三角形，因此，晶体B中这样的顶点（B原子）有3/520=12个。又因晶体硼中的三角形面为正三角形，所以键角为60。答案：答案：原子，晶体硼具有很高的熔沸点和很大的硬度；12，60第22页/共23页