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第3章第3节原子晶体与分子晶体,第1课时原子晶体,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。,目标导航,基础知识导学,重点难点探究,随堂达标检测,栏目索引,一、原子晶体的结构和性质,基础知识导学,答案,共价键,1.概念及物理性质,空间立体网状,原子,共价键,较强的共价键,很高,很大,小,短,大,高,大,答案,2.原子晶体与物质的类别,非金属单质,非金属化合物,氧化物,答案,议一议为什么原子晶体结构比金属晶体和离子晶体结构松散，但却比金属晶体和离子晶体有更强的稳定性？,答案共价键具有方向性和饱和性，使原子晶体中某个原子周围结合的其他原子是有限的，因此比较松散。由于整个晶体中各原子都以强作用力共价键相互结合，且构成了空间网状结构，所以原子晶体更稳定。,二、典型原子晶体的结构分析,答案,1.金刚石(1)碳原子采取杂化，CC键键角为。(2)每个碳原子与周围紧邻的个碳原子以共价键结合成结构，向空间伸展形成空间网状结构。(3)最小碳环由个碳原子组成，且最小环上碳原子不在同一平面内。,sp3,109.5,正四面体,6,4,答案,2.晶体硅把金刚石中的C原子换成Si原子，分别得到晶体硅的结构模型和晶胞模型，不同的是SiSi键长CC键长。3.二氧化硅晶体(1)Si原子采取杂化，正四面体内OSiO键角为。(2)每个Si原子与个O原子形成个共价键，原子位于正四面体的中心，_原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被个硅氧正四面体共用；每个O原子和个Si原子形成个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为_。(3)最小环上有个原子，包括个O原子和个Si原子。,sp3,109.5,4,4,Si,O,2,2,2,12,12,6,6,议一议1.原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？,答案不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。,2.观察金刚石和二氧化硅的结构模型讨论：1molC组成的金刚石中含有多少摩尔CC键？1molSiO2晶体中含有多少摩尔SiO键？金刚石晶体中C原子数目与CC键数目之比为多少？,答案2412在金刚石晶体中，1个C原子与4个C原子形成4个CC键，而每2个C原子之间才形成一个键，所以1molC形成的CC键个数为4mol2mol，金刚石晶体中C原子个数与CC键数之比为12。SiO2晶体结构相当于将金刚石中的C原子全都改换为Si原子，同时在SiSi键中间增添一个O原子，所以1molSiO2晶体中含有4molSiO键。,返回,答案,一、原子晶体的结构与性质,重点难点探究,1.原子晶体的结构特征(1)在原子晶体中，各原子均以共价键结合，因为共价键有方向性和饱和性，所以中心原子周围的原子数目是有限的，原子不采取密堆积方式。(2)原子晶体的组成微粒是原子，不存在单个分子，其化学式仅代表原子的个数比。(3)空间构型：空间网状结构。2.原子晶体熔点和硬度的比较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。,(1)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)。(2)平面网状结构的晶体不属于原子晶体。(3)原子晶体中只存在共价键，不存在离子键和范德华力。(4)稀有气体原子组成的晶体不是原子晶体。,关键提醒,解析答案,例1氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是()A.NaCl和金刚石B.晶体硅和水晶C.冰和干冰D.碘和金刚砂,解析氮化硼是由两种非金属元素形成的化合物，根据该化合物的性质可知其为原子晶体，微粒间作用力为共价键。氯化钠和金刚石熔化时分别克服的是离子键和共价键，A项错误；冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力，C项错误；碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，D项错误。,B,判断晶体是否是原子晶体的思路(1)根据原子晶体的构成微粒和微粒间作用力判断。(2)根据原子晶体的物理性质判断。(3)记住常见的原子晶体。,解题反思,变式训练1已知氮化碳晶体是新发现的高硬度材料，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于该晶体的说法错误的是()A.氮化碳属于原子晶体，比金刚石中的硬度更大B.该晶体中每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连，氮化碳的化学式为C3N4C.该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构D.该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成空间网状结构,解析答案,解析氮化碳为高硬度材料且是由非金属元素组成，因此该晶体应为原子晶体。又因为CC键键长大于CN键键长，故CN键的键能大于CC键，硬度更大的是氮化碳，A项正确；每个C原子与4个N原子形成共价单键，每个N原子与3个C原子形成共价单键，C原子和N原子的最外层都达到8电子稳定结构，所以氮化碳的化学式为C3N4，N的非金属性大于C的非金属性，氮化碳中C显4价，N显-3价，B和C均正确；氮化碳晶体原子间以NC极性键形成空间网状结构，D不正确。,答案D,规律总结,结构相似的原子晶体原子半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高。,二、典型的原子晶体,SiO2晶体结构相当于晶体硅结构中每两个Si原子中间插入一个O原子。,关键提醒,解析答案,例2碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。,请回答下列问题：(1)碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为_，每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有_个；设晶胞边长为acm，密度为bgcm3，则阿伏加德罗常数可表示为_(用含a、b的式子表示)。,答案sp34,(2)立方氮化硼晶胞中有_个硼原子，_个氮原子，硼原子的杂化类型为_，若晶胞的边长为acm，则立方氮化硼的密度表达式为_gcm3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。,解析答案,解题反思,原子晶体氮化硼晶胞与金刚石、晶体硅、碳化硅晶体相似。如晶胞中原子数目、原子杂化类型、键角都相同，但BN晶体中存在配位键BN。,变式训练2关于SiO2晶体的叙述正确的是()A.60gSiO2晶体中含有NA个分子(NA表示阿伏加德罗常数的数值)B.60gSiO2晶体中，含有2NA个SiO键C.SiO2晶体中与同一Si原子相连的4个O原子处于同一四面体的4个顶点D.SiO2晶体中，1个Si原子和2个O原子形成2个共价键,解析答案,解析SiO2晶体为原子晶体，晶体中不存在单个分子，A不正确；1molSiO2晶体中含有SiO键4mol，B不正确；SiO2晶体中，与每个Si原子相连的4个O构成四面体结构，O原子位于顶点，Si原子位于四面体的中心，C正确；SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，D不正确。,C,返回,解题反思,1molSiO晶体含2molSiSi键4molSiO键,硅晶胞含8个Si原子,SiO2晶胞含8个Si原子16个O原子,1molSiO2含,1.氮氧化铝(AlON)属原子晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是()A.AlON和石英的化学键类型相同B.AlON和石英晶体类型相同C.AlON和Al2O3的化学键类型不同D.AlON和Al2O3晶体类型相同,D,随堂达标检测,1,2,3,解析答案,4,5,解析AlON与石英(SiO2)均为原子晶体，所含化学键均为共价键，故A、B项正确；Al2O3是离子晶体，晶体中含离子键，不含共价键，故C项正确、D项错误。,6,2.二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如右图所示：,解析答案,1,2,3,4,5,关于二氧化硅晶体的下列说法中，正确的是()A.1molSiO2晶体中SiO键为2molB.二氧化硅晶体的分子式是SiO2C.晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构D.晶体中最小环上的原子数为8,6,1,2,3,4,5,解析A选项错误，SiO2晶体中，1个硅原子与周围4个氧原子形成SiO键，所以1molSiO2晶体中SiO键为4mol；B选项错误，晶体中1个硅原子与周围4个氧原子形成共价键，1个氧原子与周围2个硅原子形成共价键，SiO2表示晶体中Si、O原子个数比为12，并不是分子式；C选项正确，1个硅原子分别与4个氧原子形成4对共用电子对，1个氧原子分别与2个硅原子形成2对共用电子对，所以Si、O原子最外电子层都满足8电子结构；D选项错误，晶体中最小环上硅与氧交替连接，SiO2晶体中最小环上的原子数为12，其中6个为硅原子，6个为氧原子。,答案C,6,3.下表是某些原子晶体的熔点和硬度：,解析答案,1,2,3,4,5,分析表中的数据，判断下列叙述正确的是()构成原子晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高构成原子晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高构成原子晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大构成原子晶体的原子的半径越小，晶体的硬度越大A.B.C.D.,6,解析原子晶体的熔点和硬度与构成原子晶体的原子间的共价键键能有关，而原子间的共价键键能与原子半径的大小有关。,1,2,3,4,5,答案D,6,4.科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是()A.碳、氮原子构成平面结构的晶体B.碳氮键键长比金刚石中的碳碳键键长更短C.氮原子电子数比碳原子电子数多D.碳、氮单质的化学性质均不活泼,解析答案,1,2,3,4,5,6,解析由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知，该晶体应该是一种原子晶体，原子晶体的结构是一种空间网状结构而不是平面结构，A选项错误；氮原子的半径比碳原子的半径小，二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短，所以该晶体的硬度应该比金刚石更高，B选项正确；原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响所形成的晶体的硬度等，所以C、D选项错误。,1,2,3,4,5,答案B,6,5.现有几组物质的熔点()数据：,据此回答下列问题：(1)A组属于_晶体，其熔化时克服的微粒间作用力是_。,解析答案,1,2,3,4,5,解析A组物质熔点均很高，且均由非金属元素组成，故为原子晶体，熔化时克服共价键。,原子,共价键,6,(2)B组晶体共同的物理性质是_(填序号)。有金属光泽导电性导热性延展性,解析B组晶体均为金属单质，故均属于金属晶体，金属晶体的物理通性有金属光泽，易导电、导热，有延展性。,解析答案,1,2,3,4,5,6,(3)C组中HF熔点反常是由于_。,解析C组物质均属于分子晶体，由于HF分子间存在氢键，故HF熔点反常。,解析答案,1,2,3,4,5,HF分子间形成氢键,6,(4)D组晶体可能具有的性质是_(填序号)。硬度小水溶液能导电固体能导电熔融状态能导电,解析D组物质均属于离子晶体，一般来说，硬度较大，水溶液能导电，固体不导电，熔融状态导电。,解析答案,1,2,3,4,5,6,(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaClKClRbClCsCl，其原因为_。,解析答案,1,2,3,4,解析决定离子晶体熔点的因素：晶格能。离子半径越小，离子所带电荷数越多，晶格能越大，离子晶体的熔点越高。,晶格能：NaClKClRbClCsCl,6,5,6.回答下列问题：(1)氮化碳和氮化硅晶体结构相似，是新型的非金属高温陶瓷材料，它们的硬度大、熔点高，化学性质稳定。氮化硅的硬度_(填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度，原因是_。,解析答案,1,2,3,4,5,解析氮化硅和氮化碳均为原子晶体。氮化硅中CSi键的键长比氮化碳中CN键的键长长，键能小，所以氮化硅硬度比氮化碳小。,小于,氮化硅和氮化碳均为原子晶体，氮化硅中NSi键的键长比氮化碳中CN键的键长长，键能小,6,下列物质熔化时所克服的微粒间的作用力与氮化硅熔化时所克服的微粒间的作用力相同的是_。a.单质I2和晶体硅b.冰和干冰c.碳化硅和二氧化硅d.石墨和氧化镁,解析答案,1,2,3,4,5,解析I2、冰、干冰固态时为分子晶体，熔化时克服范德华力；晶体硅、碳化硅、二氧化硅固态时为原子晶体，熔化时克服共价键；石墨为混合晶体，MgO为离子晶体，故选c。,c,6,已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且氮原子与氮原子不直接相连、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_。,解析答案,1,2,3,4,5,解析由题意知氮化硅晶体中每个Si原子连接4个N原子，每个N原子连接3个Si原子，Si和C原子均达到8电子稳定结构，其化学式为Si3N4。,Si3N4,6,(2)第A、A族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料，其晶体结构与单晶硅相似。在GaN晶体中，每个Ga原子与_个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为_，GaN属于_晶体。,解析答案,1,2,3,4,5,解析GaN与单晶硅结构相似，所以每个Ga原子与4个N原子形成共价键，每个N原子与4个Ga原子形成共价键。与同一Ga原子相连的N原子构成的空间构型为正四面体结构，GaN与晶体硅都是原子晶体。,4,正四面体,原子,6,(3)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：金刚砂属于_晶体。金刚砂的熔点比金刚石熔点_。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_。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。碳、硅原子均采取_杂化。,解析答案,1,2,3,4,5,返回,6,返回,解析由于金刚砂是空间网状结构，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109.5；组成的六元环中，有3个碳原子，3个硅原子。,1,2,3,4,5,答案原子低4109.53sp3,6,
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