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1 2 31.概念和特性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称为原子晶体。原子晶体中的原子以共价键相结合,因此在晶体中,原子遵循(填“遵循”或“不遵循”)紧密堆积原则。原子晶体的熔点很高,硬度很大,这是由于原子晶体熔化时必须破坏其中的共价键,而共价键键能相对较大,破坏它们需要很高的温度。原子晶体熔点的高低与其内部结构密切相关:对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,晶体的熔点就越高。 1 2 32.金刚石的结构在金刚石晶体中,每个碳原子周围排列的碳原子只能有4个,这是由共价键的饱和性和方向性决定的,且形成以碳原子为中心的正四面体结构。正是因为中心原子周围排列的原子的数目是有限的,所以这种比较松散排列的结构与金属晶体和离子晶体中的紧密堆积的排列有很大的不同。 1 2 33.SiO2晶体的结构SiO2是由Si和O组成的空间立体网状的原子晶体,一个硅原子与4个氧原子形成4个共价键,每个氧原子与2个硅原子形成2个共价键,从而形成以硅氧四面体为骨架的结构,且只存在共价键。二氧化硅晶体中硅和氧原子个数比为1 2,不存在单个的分子,可以把整个晶体看成巨型分子。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测探究一 常见原子晶体的结构型式1.观察金刚石结构模型,思考下列问题:(1)在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有多少个?(2)在金刚石晶体中每个碳原子连接有几个共价键?(3)在金刚石晶体中碳原子个数与CC共价键个数之比是多少?提示：(1)金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有4个。(2)金刚石晶体中每个碳原子连接有4个共价键。 (3)在金刚石晶体中碳原子个数与CC共价键个数之比是1 2。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测2.水晶是一种古老的宝石,晶体完好时呈六棱柱钻头形,它的成分是二氧化硅。水晶的结构可以看成是硅晶体中每个SiSi键中“插入”一个氧原子形成的,那么在二氧化硅中原子是怎样排列的呢? 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测提示：在二氧化硅晶体里,硅原子和氧原子交替排列,不会出现SiSi键和OO键,而只有SiO键,即1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键,每个硅原子周围结合4个氧原子;同时,每个氧原子跟2个硅原子形成2个共价键,每个氧原子周围与2个硅原子相结合。实际上,SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1 2的比例所组成的立体网状的晶体。由此可知,在二氧化硅晶体里也不存在单个的二氧化硅分子。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测1.原子晶体的结构特征(1)构成原子晶体的基本微粒:原子。晶体中不存在单个分子,原子晶体的化学式仅仅表示物质中的原子个数关系,不是分子式。(2)形成原子晶体的作用力: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。(3)原子晶体中的原子以共价键相结合,共价键有方向性和饱和性,因此在原子晶体中,每个原子周围的其他原子的数目是一定的,原子之间的相对位置也是确定的,彼此连接形成稳定的空间立体网状结构。原子的堆积不遵循紧密堆积原则。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测2.常见的几种原子晶体的结构(1)金刚石。如图,金刚石晶体中所有CC键长相等,键角相等(均为109.5);晶体中最小碳环由6个C组成且六者不在同一平面内;晶体中每个C参与了4条CC键的形成,而在每条键中的贡献只有一半,故C原子个数与CC键数目之比为1 (4 )=1 2。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测说明：若把金刚石中的碳原子换成硅原子,便可得到晶体硅的结构,跟金刚石不同的是,硅晶体中SiSi键的键长大于金刚石晶体中CC键的键长。碳化硅晶体的结构类似于金刚石晶体的结构,其中碳原子和硅原子的位置是交替的,每个碳原子结合4个硅原子,同时每个硅原子结合4个碳原子,所以在整个晶体中硅与碳的原子个数比是1 1,碳化硅的化学式是SiC。碳化硅晶体中的SiC键的键长小于硅晶体中SiSi键的键长,大于金刚石晶体中CC键的键长。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测(2)二氧化硅。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,在SiO2晶体中,每个硅原子周围结合4个氧原子,硅原子位于四面体的中心,氧原子分别位于4个顶点,同时每个氧原子与2个硅原子相结合,也就是说,每个氧原子被2个硅氧四面体所共用,在每个四面体中占有1个硅原子、2个氧原子,所以SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1 2的比例组合成的立体网状的晶体,并不存在单个的SiO2分子。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测说明：SiO2晶体结构相当于将金刚石中的碳原子全都改换为硅原子,同时在每两个硅原子中心连线的中间增添一个氧原子,在晶体中只存在SiO键,不存在SiSi键和OO键。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测【例题1】 二氧化硅是立体网状结构,其晶体模型如图所示,请认真观察该晶体模型后回答以下问题: (导学号52720028)(1)二氧化硅晶体中最小环为元环。 (2)每个硅原子为个最小环共有;每个最小环中有个硅原子,个氧原子。 (3)每个最小环平均拥有个硅原子,个氧原子。 (4)1 mol SiO2中含有 mol SiO键。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测解析：(1)SiO2晶体中硅原子的排列方式和金刚石晶体中碳原子的排列方式是相同的。在金刚石晶体中,每个最小环上有6个碳原子,因此SiO2晶体中每个最小环上有6个硅原子,另外六边形的每条边上都插入了1个氧原子,所以最小环为12元环。(2)据图可知,每个硅原子周围有四条边,而每条边又被6个环所共有,同时由于每个环上有两条边是同一个硅原子周围的,因此还要除以2以剔除重复。所以最终计算式为 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测(4)据图可知,1个硅原子周围有4条SiO键,无共用,所以1 mol SiO2中有4 mol SiO键。答案：(1)12(2)1266(3) 1(4)4易错警示空间想象能力差或者无转换策略,容易导致本题错解。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测变式训练1金刚砂(SiC)与金刚石具有相似的晶体结构(如图所示),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)在金刚砂的结构中,一个硅原子周围结合了个碳原子,其中的键角是。 (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。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测解析：由于金刚砂是空间立体网状结构,碳原子和硅原子交替以共价单键结合,所以金刚砂是原子晶体;硅原子的半径比碳原子的半径大,所以金刚砂的熔点比金刚石的低。硅和碳是同主族元素,所以硅原子周围同样有4个碳原子,键角为109.5。构成的六元环中,有3个碳原子、3个硅原子。答案：(1)原子低(2)4109.5(3)3 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测探究二 原子晶体的性质分析下表中的数据,这几种结构相似的原子晶体的熔点为什么差别较大?部分原子晶体的键能、熔点和硬度表提示：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,因此,熔点高低顺序为金刚石碳化硅晶体硅。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测原子晶体的性质1.物理性质的特点(1)因为原子晶体中原子间以较强的共价键相结合,熔化时需要很多的能量克服共价键,所以原子晶体的熔点、沸点很高,硬度很大。(2)因为构成原子晶体的原子最外层价电子一般都成键,结构稳定,键能较大,所以原子晶体一般不导电,难溶于水。2.物理性质的变化规律在结构相似的情况下,原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的熔点就越高,硬度越大。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测【例题2】 “神舟”太空飞船的外壳是一种新型结构陶瓷材料,它的主要成分是氮化硅。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。 (导学号52720029)(1)下列物质熔化时,所克服的微粒间作用力与氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力相同的是(填编号)。 单质I2和金刚石晶体硅和二氧化硅冰和干冰金刚石和碳化硅(2)已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子与氮原子、硅原子与硅原子不直接相连,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 。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测解析：(1)氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力为共价键,所给的4组物质中,单质I2、冰和干冰都是分子晶体,只需破坏分子间作用力。(2)氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子和氮原子、硅原子和硅原子不直接相连,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。答案：(1)(2)Si 3N4(3)3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl方法技巧在解答信息题时,既要注意题中有效信息的提取又要与已有知识体系有机地结合在一起。 探究一探究二问题引导名师精讲即时检测变式训练2某些原子晶体的熔点如下表所示: 根据上表中的数据回答下列问题:(1)从原子结构角度分析,金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低的原因是。 (2)A族与A族元素组成的晶体多是原子晶体,如氮化碳、氮化硅等。试写出氮化碳、氮化硅的化学式并预测两者的熔点高低:。 答案：(1)金刚石、硅、锗晶体的结构相似,由于碳、硅、锗的原子半径逐渐增大,共价键的键能逐渐减小,所以金刚石、硅、锗的 熔点逐渐降低(2)C3N4Si3N4 探究一探究二即时检测1.熔化时,必须破坏非极性共价键的是()A.冰B.金刚石C.铁D.二氧化硅解析：熔化时必须破坏共价键的是原子晶体,非极性共价键常存在于非金属单质中。尽管二氧化硅是原子晶体,但SiO共价键是极性键。答案：B 探究一探究二即时检测2.下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是()A.最小的环上,有3个硅原子和3个氧原子B.最小的环上,硅原子数和氧原子数之比为1 2C.最小的环上,有6个硅原子和6个氧原子D.存在四面体结构单元,O处于中心,Si处于4个顶角解析：SiO2晶体中,每个硅原子与4个氧原子成键、每个氧原子与2个硅原子成键,晶体中的硅氧四面体中Si处于中心、O处于4个顶角。最小的环是十二元环,环上有6个硅原子、6个氧原子,Si、O原子数之比是1 1。答案：C 探究一探究二即时检测3.关于SiO2晶体的叙述正确的是(NA表示阿伏加德罗常数的值)()A.通常状况下,60 g SiO2晶体中含有的分子数为NA B.60 g SiO2晶体中,含有2NA个SiO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,2个氧原子解析：60 g SiO 2晶体即1 mol SiO2,原子晶体不是由分子构成的,晶体中含有SiO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SiO共价键),含4NA个SiO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。答案：C 探究一探究二即时检测4.氮化铝(AlN)常用作砂轮及高温炉衬材料,熔融状态下不导电,可知它属于()A.离子晶体B.原子晶体 C.分子晶体D.无法判断解析：熔融状态下不导电的化合物不可能是离子化合物,故不能是离子晶体;又因为氮化铝(AlN)具有硬度大、耐高温的性能,所以必定是原子晶体。答案：B 探究一探究二即时检测5.单质硼有无定形和晶体两种,参考下表数据: (导学号52720030)(1)晶体硼的晶体类型属于,理由是。 探究一探究二即时检测(2)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体,如图所示,其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点,每个顶点各有一个硼原子。通过观察图形及推算,得出此基本结构单元由个硼原子构成,其中BB键的键角为,共含有个BB键。 探究一探究二即时检测解析：(1)晶体硼的熔点、沸点和硬度都介于晶体硅和金刚石之间,而金刚石和晶体硅均为原子晶体,且从元素周期表中位置看硼与碳相邻,与硅处于对角线处(相似),也能推知晶体硼属于原子晶体。答案：(1)原子晶体晶体硼的熔点、沸点和硬度均介于金刚石和晶体硅之间,而金刚石和晶体硅都是原子晶体(2)126030
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