3.2原子晶体与分子晶体
一、学习目标
1．掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体、离子晶体和分子晶体。
2．掌握金刚石等典型原子晶体的结构特征，理解原子晶体中“相邻原子间通过共价键结合而成空间网状结构”的特征。
3．以金刚石为例，了解原子晶体的物理性质（熔、沸点，导电性和溶解性）。
4．能够根据金刚石、石墨的晶体结构特征，分析比较两种物质的性质特征。由此培养根据晶体的微观结构解释晶体的物理性质的观念。
5．学会比较离子晶体、分子晶体、原子晶体三类晶体的性质特征和结构特征。
二、学习过程
[复习提问]
（一）基本知识点（学生自学完成）
1．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。
2．构成粒子：______________；
3.粒子间的作用______________；
4．原子晶体的物理性质
熔、沸点__________，硬度___________；______________一般的溶剂；_____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______________。为什么？
5．常见的原子晶体有____________________________等。
6．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___________；
对于离子晶体，构成晶体的是微粒是______________，微粒间的相互作__________键。
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>_______晶体。原子晶体、离子晶体比分子晶体的熔、沸点高得多
（二）重点点拨
1．晶体
晶体是指具有规则几何外形的固体。其结构特征是其内的原子或分子在主维空间的排布具有特定的周期性，即隔一定距离重复出现。重复的单位可以是单个原子或分子，也可以是多个分子或原子团。重复的单位必须具备3个条件，化学组成相同，空间结构(包括化学键)相同，化学环境和空间环境相同。
2．晶胞的概念
在晶体结构中具有代表性的基本的重复单位称为晶胞。晶胞在三维空间无限地重复就产生了宏观的晶体。可以说，晶体的性质是由晶胞的大小，形状和质点的种类(分子、原子或离子)以及它们之间的作用力所决定的。
3．纳米材料
我们平时所见到的材料，绝大多数是固体物质，它的颗粒一般在微米级，一个颗粒包含着无数个原子和分子，这时候，材料所显示的是大量分子所显示的宏观性质。当人们用特殊的方法把颗粒加工到纳米级大小，这时的材料则被称之为纳米材料，一个纳米级颗粒所含的分子数则大为减少。奇怪的是，纳米材料具有奇特的光、电、热、力和化学特性，和微米级材料的性质迥然不同。
纳米材料的粒子是超细微的，粒子数多、表面积大，而且处于粒子界面上的原子比例甚高，一般可达总数的一半左右。这就使纳米材料具有不寻常的表面效应，界面效应等。因此而呈现出一系列独特的性质。
纳米颗粒和晶胞是两个完全不同的概念：晶胞是晶体中最小的重复单元，这种重复单元向空间延伸，构成晶体，而纳米颗粒本身就是一个分子，纳米材料在结构上与分子晶体有相似的地方，但并不相同。
纳米材料并不是新的物质，只不过是将传统材料的颗粒进一步超细微化，这样对物质的物理性质的改变十分巨大，使之具备了一些传统材料所无法具备的性质。为什么与传统材料相比，纳米材料的性质改变如此巨大，科学界目前还无法做出最终解释。
4．各类晶体主要特征
在离子晶体、原子晶体均不存在分子，因此NaCl、SiO2等均为化学式。只有分子晶体中才存在分子。
类型
比较
离子晶体
原子晶体
分子晶体
构成晶体微粒
阴、阳离子
原子
分子
形成晶体作用力
离子键
共价键
范德华力
物理性质
熔沸点
较高
很高
低
硬度
硬而脆
大
小
导电性
不良（熔融或水溶液中导电）
绝缘、半导体
不良
传热性
不良
不良
不良
延展性
不良
不良
不良
溶解性
易溶于极性溶剂，难溶于有机溶剂
不溶于任何溶剂
极性分子易溶于极性溶剂；非极性分子易溶于非极性溶剂中
典型实例
NaOH、NaCl
金刚石
P4、干冰、硫
（三）讲练（先练后讲）
[例1]下列的晶体中，化学键种类相同，晶体类型也相同的是（ ）
A．SO2与SiO2 B.C02与H2O C．NaCl与HCl D．CCl4与KCl
[解析]抓住晶体粒子的化学键去判断晶体类型这一关键进行对比。如SO2与SiO2都是共价化合物，但是，晶体内的作用力是分子间作用力，SO2为分子晶体，而SiO2中硅与氧以共价键结合形成网状的原子晶体。
[答案]B
[例2]碳化硅SiC的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C原子和S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
[解析]C与Si同为IVA族元素，它们的相似性表现在金刚石是原子晶体，硅晶体，碳化硅也是原子晶体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱。可推断碳化硅应在Si与C之间。三种原子晶体，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、晶体硅。
[答案]A
[例3]下列晶体分类中正确的一组是（ ）
离子晶体
原子晶体
分子晶体
A
NaOH
Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S
C
CH3COONa
水晶
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
[例4]单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据
金刚石
晶体硅
晶体硼
熔点
>3823
1683
2573
沸点
5100
2628
2823
硬度
10
7.0
9.5
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5]1999年美国《科学》杂志报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，人们成功制得了原子晶体干冰，下列推断中不正确的是（ ）。
A．原子晶体干冰有很高的熔点、沸点，有很大的硬度
B．原子晶体干冰易气化，可用作制冷材料
C．原子晶体干冰的硬度大，可用作耐磨材料
D．每摩尔原子晶体干冰中含4molC—O键
[解析]解答前，应先弄清命题者是要考查干冰的性质、还是要考查原子晶体的性质。有的同学没有分析清楚这一点，认为是考查干冰的性质，因而造成错解。
通过“原子晶体干冰”来考测解题者对“原子晶体性质”的理解程度。原子晶体硬度大、熔点和沸点高，所以A和C两种说法正确。联想到二氧化硅晶体结构，可得出D说法也是正确的。答案应选B。
（四）总结
1．相邻原子间通过共价键结合而成空间网状结构的晶体属于离子晶体。
2．构成原子晶体的微粒是原子。原子间以较强共价键相结合，而且形成空间网状结构。键能大。原子晶体的熔点和沸点高。
3．同种晶体:若同为原子晶体，成键的原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高：如金刚石>SiC>Si。
针对性训练
1．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
2．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
3．下列各物质中，按熔点由低到高排列正确的是 （ ）
A．O2、I2、Hg B．CO2、KCl、SiO2
C．Na、K、Rb D．SiC、NaCl、SO2
4．下列各晶体申琪中任御一个原子都被相邻的4个原子所包围；似共价键潞戒正四面体结
构，并向空间伸展虞网状结构的是 （ ）
A．甲烷 B．石墨 C．晶体硅 D．水晶
5．在x mol石英晶体中，含有Si-O键数是 （ ）
A．x mol B．2x mol C．3 x mol D．4x mol
6．固体熔化时，必须破坏非极性共价键的是（ ）
A．冰 B．晶体硅
C．溴 D．二氧化硅
7．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
8．石英玻璃是将纯石英在1600℃高温下熔化，冷却后形成的玻璃体。关于石英玻璃的结构
和性质的叙述中正确的是 （ ）
A．石英玻璃属于原子晶体
B．石英玻璃耐高温且能抵抗一切酸的腐蚀
C．石英玻璃的结构类似于液体
D．石英玻璃能经受高温剧变且能抗碱的腐蚀
9．已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关
于C3N4晶体的说法错误的是 （ ）
A．该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石中的碳碳键更牢固
B．该晶体中每个碳原子连接4个氮原子、每个氮原子连接3个碳原子
C．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
10．晶体可以分为分子晶体、离子晶体、原子晶体等，在以下①②两个题目中，分别对不同晶体的组成、微粒间的作用力以及晶体的几何构型等进行了描述，请根据各题的提问做出选择：
（1）下列关于只含非金属元素的化合物的说法正确的是 （ ）
A．一定是共价化合物，且只能构成分子晶体；
B．其晶体不可能是离子晶体，因为微粒间的作用力只有分子间作用力；
C．其晶体不可能是原子晶体，原子晶体只有非金属单质，没有化合物；
D．可能是离子化合物。
（2）有下列离子晶体空间结构示意图:●为阳离子，○为阴离子。以M代表阳离子，N
代表阴离子，化学式为MN2的晶体结构为 （ ）
A． B． C． D．
11．石英晶体的平面示意图如图所示，实际上是立体网状结构，其中硅，氧原子个数比为____________
12．SiO44-离子结构用周表示，在二聚硅酸根离子Si2O76-中只有硅氧键，它的结构应是__________
13．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1 300℃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，原子间以单键相连，且N原子和N原子，Si原子和S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SiCl4和凡在H，气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为__________________________________________________
14．短周期元素K、Y、Z在周期表中位置关系如图：
X
Y
Z
（1）x元素的单质分子式是_______，若x核内中子数和质子数相等，x单质的摩尔质量为_______，单质是_______晶体。
（2）自然界中存在一种含Y的天然矿物名称是：电子式为_______，属于_______晶体。
（3）z单质的晶体类型属于_______，Z的氢化物和最高价氧化物的浓溶液反应的化学方程式为____________________________。
15．有A、B、C三种晶体，分别由C、H、Na、Cl四种元素中的一种或几种形成，对这三种晶体进行实验，结果如下图所示
（1）晶体的化学式分别为：A_______B_______C_______
（2）晶体的类型分别为：A_______B_______C_______
（3）晶体中粒子间的作用分别为：A _______ B_______ C_______
针对练习答案
1．A 2．D 3．B 4．C 5．D 6．B 7．D 8．C 9．D 10．（1）D；（2）B。
11．1∶2。
12．
13．(1)原子。(2)S3N4。 (3)3SiCl4+2N2+6H=Si3N4+12HCl
14．（1）He；4g·mol-1；分于。(2)萤石。(3)分子晶体 H2S+H2S04(浓)=S↓+ SO2↑+2H2O
15．(1)A NaCl；B C；C HCl。
(2)A 离子晶体 B 原于晶体 C 分子晶体
(3)A 离子键 B共价键 C 分子间作用力。
作业：略
3.2分子晶体与原子晶体
1．下列固体是原子晶体的是( )
A．I2 B．玛瑙
C．C60 D．SiC
【答案】 D
2．下列原子晶体硬度最小的是( )
A．晶体硅 B．石英
C．氮化硼 D．金刚石
【答案】 A
3．下列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．铵根离子不能单独存在
C．常温下氨是气态物质
D．常温下氨极易溶于水
【解析】 分子晶体的一大特点就是熔沸点很低，而氨常温下是气态正好说明了这一点，同时也只有形成分子晶体的物质常温下才可能呈气态。
【答案】 C
4．(2010·大纲全国高考Ⅰ) 下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是
( )
A．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶点
B．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子
C．最小的环上，Si和O原子数之比为1∶2
D．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子
【解析】 二氧化硅是原子晶体，为空间网状结构，存在硅氧四面体结构，硅处于中心，氧处于4个顶点，所以A项错误；在SiO2晶体中，每6个Si和6个O形成一个12元环(最小环)，所以D对，B、C都错误。
【答案】 D
5．下列说法不正确的是( )
A．共价键有方向性
B．氢键有方向性
C．在冰的晶体中，每个水分子周围只有六个紧邻的水分子
D．冰晶体中水分子的空间利用率比液态水分子的空间利用率低
【解析】 在冰晶体中，每个水分子可形成四个氢键与四个水分子紧邻。
【答案】 C
6．根据下表中给出的有关数据，判断下列说法中错误的是( )
AlCl3
SiCl4
晶体硼
金刚石
晶体硅
熔点/℃
190
－68
2 300
3 550
1 410
沸点/℃
183
57
2 550
4 827
2 355
A.SiCl4是分子晶体
B．晶体硼是原子晶体
C．AlCl3是分子晶体，加热能升华
D．金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键弱
【解析】 SiCl4、AlCl3的熔、沸点低，都是分子晶体，AlCl3的沸点低于其熔点，即在未熔化的温度下它就能汽化，故AlCl3加热能升华，A、C正确；单质B的熔、沸点高，所以晶体硼是原子晶体，B正确；C原子的半径比Si原子的半径小，金刚石中的C—C键长比晶体硅中的Si—Si键长短，金刚石中的C—C键能比晶体硅中的Si—Si键能大，金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键强。
【答案】 D
7．在下列三种晶体：①金刚石，②晶体硅，③碳化硅，它们的熔点从高到低的顺序是( )
A．①③② B．②③①
C．③①② D．②①③
【解析】 由于碳的原子半径小于硅的原子半径，因此，共价键键长：C—C键
碳化硅>晶体硅。
【答案】 A
8．(2013·西安市一中高二质检)已知C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，且原子间均以单键结合，下列关于C3N4晶体的说法正确的是( )
A．C3N4晶体是分子晶体
B．C3N4晶体中，C—N键的键长比金刚石中的C—C键的键长要长
C．C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子又连接3个C原子
D．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合
【解析】 分子晶体的硬度小，原子晶体的硬度大，C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，故C3N4不可能是分子晶体，又因为C3N4晶体中原子间均以单键结合，则C3N4是原子晶体，A、D不正确；C、N元素都位于第二周期，N在C的右边，在同一周期中，从左到右，元素的原子半径逐渐减小，故C3N4晶体中，C—N键的键长比金刚石中C—C键的键长要短，B不正确；C原子最外电子层有4个电子，可形成4个单键达到8电子稳定结构，N原子最外电子层有5个电子，可形成3个单键达到8电子稳定结构，故C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子连接3个C原子，C正确。
【答案】 C
9．下列各组物质属于分子晶体的是( )
A．SO2，SiO2，P2O5 B．PCl3，CO2，H2SO4
C．SiC，H2O，NH3 D．HF，CO2，Si
【解析】 SiO2，SiC，Si均为原子晶体。
【答案】 B
10．有关晶体的下列说法中正确的是( )
A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
B．原子晶体中共价键越强，熔点越高
C．冰融化时水分子中共价键发生断裂
D．稀有气体形成的晶体属于原子晶体
【解析】 晶体中分子间作用力大小只与物质熔、沸点有关，与分子稳定性无关，A错；原子晶体熔化时，破坏共价键，晶体中共价键越强，熔点越高，B对；冰融化时破坏分子间作用力和氢键，不破坏共价键，C错；稀有气体是单原子分子，形成的晶体为分子晶体。
【答案】 B
11．(2011·四川高考)下列推论正确的是( )
A．SiH4的沸点高于CH4，可推测PH3的沸点高于NH3
B．NH为正四面体结构，可推测PH也为正四面体结构
C．CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体
D．C2H6是碳链为直线形的非极性分子，可推测C3H8也是碳链为直线形的非极性分子
【解析】 由于氨分子之间存在氢键，故其沸点比磷化氢的高；CO2是分子晶体，SiO2为原子晶体；丙烷的碳链不是直线形，而是锯齿形。
【答案】 B
12．(2010·浙江高考)有X、Y、Z、W、M五种短周期元素，其中X、Y、Z、W同周期，Z、M同主族；X＋与M2－具有相同的电子层结构；离子半径：Z2－>W－；Y的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料。
下列说法中，正确的是( )
A．X、M两种元素只能形成X2M型化合物
B．由于W、Z、M元素的氢化物相对分子质量依次减小，所以其沸点依次降低
C．元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体
D．元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂
【解析】 本题的突破口在Y上，短周期元素形成的单质中，熔点高、硬度大的半导体材料是硅，由此可推知X、Z、W、M分别是Na、S、Cl和O元素。A项钠元素和氧元素可形成Na2O和Na2O2两种化合物，不正确；B项因H2O分子间存在氢键，其相对分子质量最小，沸点却最高，不正确；C项，硅单质是原子晶体，硫单质和氯气是分子晶体，不正确；D项，氯气和臭氧都可以用作水处理中的消毒剂，正确。
【答案】 D
13．(1)如图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。试说明每个CO2分子周围有________个与之紧邻且等距的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。
(2)在40 GPa高压下，用激光器加热到1800 K时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是________。
A．原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂
B．原子晶体干冰有很高的熔点和沸点
C．原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料
D．原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应
E．每摩尔原子晶体干冰中含有4 mol C—O键
【解析】 (1)题给出CO2分子晶体的一部分。取任一顶角的CO2分子，则与之距离最近且等距的是共用该顶角的三个面面心上的CO2分子，共3个；而该顶角被8个同样晶胞共用，而面心上的分子被2个晶胞共用，这样符合题意的CO2分子有：3×8/2＝12个；在此结构中，8个CO2分子处于顶角，为8个同样结构共用，6个CO2分子处于面心，为2个同样结构共用。所以，该结构单元平均占有的CO2分子数为：8×＋6×＝4(个)；(2)该题应从SiO2的结构和性质来判断。
【答案】 (1)12 4 (2)BDE
14．冰晶体中每个水分子与另外________个水分子通过________形成四面体，冰晶体中水分子不是分子密堆积的原因是________，冰融化时因破坏了________，使水分子之间的距离________，密度________。
【答案】 4 氢键 氢键有方向性 氢键 变小 变大
15．金刚石和金刚砂(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、硅原子交替以单键相结合。试回答：
(1)金刚砂属于________晶体。金刚砂熔点比金刚石熔点________。
(2)在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合________个碳原子，键角是________。
(3)金刚砂的结构中含有由共价键形成的原子环，其中最小的环上有________个硅原子。
【解析】 根据题意可知金刚砂属于原子晶体，由于Si—C键的键长大于C—C键的键长，故Si—C键的键能小，金刚砂的熔点比金刚石的熔点低。硅原子与碳原子交替以共价单键相结合，且Si、C原子都形成四个单键，故一个碳原子周围结合4个硅原子，同时一个硅原子周围结合4个碳原子。由于硅原子周围的四个碳原子在空间呈正四面体形排列，故键角为109°28′。类比金刚石中最小的原子环中有6个碳，则在金刚砂中，最小的环上应有3个硅原子和3个碳原子。
【答案】 (1)原子 低 (2)4 109°28′ (3)3
16．C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。
(1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是________________________________________。
SiC和晶体Si的熔沸点高低顺序是________。
(2)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成上述π键，而Si、O原子间不能形成上述π键：_____________________________，
SiO2属于________晶体，CO2属于________晶体，所以熔点CO2________SiO2(填“＜”“＝”或“＞”)。
(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅、CO2四种晶体的组成微粒分别是
____________________________________________，
熔化时克服的微粒间的作用力是____________________________。
【解析】 (1)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3，因为Si—C的键长小于Si—Si，所以熔沸点碳化硅＞晶体硅。
(2)SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，所以熔点SiO2＞CO2。
(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体，组成微粒为原子，熔化时破坏共价键；CO2为分子晶体，由分子构成，CO2分子间以分子间作用力结合。
【答案】 (1)sp3 共价键 SiC＞Si
(2)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p-p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键 原子 分子 ＜
(3)原子、原子、原子、分子 共价键、共价键、共价键、分子间作用力
课件33张PPT。第二节 分子晶体与原子晶体1.分子晶体：由______构成，相邻分子的相互作用靠________________相互吸引。
2．分子晶体特点：____熔点、____升华。
3．构成分子晶体的作用力包括___________和______。分子晶体分子 分子间作用力 低 易 范德华力 氢键 4．分子晶体的结构特点
(1)____个紧邻的分子密堆积，如O2和C60。
(2)冰的晶体：构成晶体的作用力是______，每个水分子周围只有______个紧邻的水分子，呈___________形。
特点：______密度最大。
(3)干冰：CO2的晶体。分子间存在__________，性质特点是__________________，工业上用作________。12 氢键 正四面体 4 4 ℃ 范德华力 熔点低、易升华 制冷剂 1.原子晶体：原子都以________相结合，是三维的共价键______结构。
2．金刚石结构：________________网状结构，C—C—C夹角为_____________，____杂化。
特点：①____________________；②________(填“溶于”或“不溶于”)一般的溶剂；③不能导电。原子晶体共价键网状正四面体空间 109°28′ sp3 硬度最大、熔点高 不溶于 3．SiO2原子晶体：制________、玻璃、宝石、____________、硅光电池、芯片和______________等。水泥 单晶硅 光导纤维
【慎思】 常见的原子晶体有哪几类？
【答案】(1)某些非金属单质，如硼、硅、锗、金刚石。
(2)某些非金属化合物，如碳化硅、氮化硼。
(3)某些氧化物，如水晶。原子晶体与分子晶体比较【例1】有下列物质：①水晶，②冰醋酸，③氧化钙，④白磷，⑤晶体氩，⑥氢氧化铝，⑦铝，⑧金刚石，⑨过氧化钠，⑩碳化钙，?碳化硅，?干冰，?过氧化氢。根据要求填空。
(1)属于原子晶体的化合物是________。
(2)直接由原子构成的分子晶体是________。
(3)由极性分子构成的晶体是________，属于分子晶体的单质是________。
(4)在一定条件下，能导电且不发生化学变化的是________，受热熔化后化学键不发生变化的是________，受热熔化需克服共价键的是________。解析 本题考查的是原子晶体、分子晶体的辨别及晶体内作用力类型的分析。属于原子晶体的有：金刚石、碳化硅和水晶；属于分子晶体的有：氩(无化学键)、白磷(非极性分子)、干冰(由极性键构成的非极性分子)、过氧化氢和冰醋酸(由极性键和非极性键构成的极性分子)；金属导电过程不发生化学变化；晶体熔化时，分子晶体只需克服分子间作用力，不破坏化学键，而原子晶体、离子晶体、金属晶体熔化需破坏化学键。
答案 (1)①? (2)⑤ (3)②? ④⑤ (4)⑦ ②④⑤?? ①⑧?解答该类题目的关键是熟练掌握常见物质的晶体类型，分子晶体的构成微粒必为分子(稀有气体为单原子分子)，原子晶体是由原子通过共价键直接形成的，其构成微粒为原子。
【体验1】下列属于分子晶体的性质的是( )。
A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
B．熔点10.31 ℃，液体不导电，水溶液能导电
C．熔点97.81 ℃，质软，能导电，密度是0.97 g·cm－3
D．熔点63.65 ℃，熔化时能导电，水溶液也能导电
【答案】B
【解析】分子晶体的特点是熔、沸点低、硬度小、熔融状态不导电，其水溶液有些可以导电。A项中熔点太高，C项中能导电的说法不正确，D项中熔化时能导电的说法也错误。1．对于不同类型的晶体来说，熔沸点的高低顺序为：原子晶体＞分子晶体。
2．对于同属于分子晶体的不同晶体
(1)分子间作用力越大，物质的熔沸点越高；非金属氢化物分子间含有氢键的分子晶体，熔沸点比同族元素的氢化物反常的高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。不同晶体熔沸点高低的比较(2)组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔沸点越高。如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。
(3)组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔沸点越高。如CO＞H2，CH3OH＞CH3CH3。
(4)同分异构体的支链越多，熔沸点越低。如：
CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞
(5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子的增加，熔沸点升高。如：C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。
3．对于同属于原子晶体的不同晶体
(1)晶体的熔沸点高低取决于共价键的键长和键能。键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高。 (2)若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小。一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。原子半径越小，则化学键的键长越短，化学键就越强，键就越牢固，破坏化学键需要的能量就越大，故晶体的熔点就越高。如比较金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点高低。
原子半径：C＜Si，则键长：C—C＜C—Si＜Si—Si，故键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。【例2】碳化硅(SiC)是一种晶体，具有类似于金刚石的结构，其中C原子和Si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解析 本题考查的是不同原子晶体熔沸点高低的比较。C与Si同为ⅣA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。可推断碳化硅的熔点应在Si与C之间。三种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、晶体硅。故正确答案为A。
答案 A比较晶体的熔沸点高低，首先弄清晶体属于哪种类型，然后根据不同晶体的规律进行判断。分子晶体的熔沸点由分子间作用力大小决定，同时注意含氢键物质的反常；原子晶体则比较共价键的强弱。【体验2】
(1)图为干冰的晶胞结构，观察图形，确定在干冰中每个CO2分子周围有________个与之紧邻且等距离的CO2分子。在干冰中撒入镁粉，用红热的铁棒引燃后，再盖上另一块干冰，有黑色物质生成，反应的化学方程式是__________________________________ ________________________________。
(2)下列三种晶体①CO2、②CS2、③SiO2的熔点由高到低的顺序是______＞______＞______(填序号)，其原因是______________________________。【探究原理】
(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断：构成原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；构成分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是分子间作用力。实验探究七 非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法(2)依据晶体的熔、沸点判断：原子晶体的熔、沸点高，常在1 000 ℃以上；分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度以下甚至更低的温度。
(3)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；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。
(4)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。
注意 原子晶体的微观结构与分子晶体的区别主要体现在：①构成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子；②相互作用不同，原子晶体中原子间的相互作用是共价键，而分子晶体中分子间的相互作用是分子间作用力。【问题探究】
现有几种物质的熔点数据如下表所示：根据上表回答下列问题：
(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间作用力是________。
(2)B组晶体的共同物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于________________________ _________________________________________________________________________________________________________。思路点拨 A组由于熔点都很高，所以为原子晶体，原子晶体熔化时破坏的是共价键；B组均为金属晶体，故具有金属的物理通性；C组都是分子晶体，且结构相似，相对分子质量越大，熔点越高，HF相对分子质量最小，熔点却比HCl高，分子晶体中熔点的反常可以联想到氢键，HF熔化时，除了破坏分子间作用力外还要破坏氢键，所需能量更多，导致熔点高。
【答案】(1)原子 共价键 (2)①②③④ (3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多3.2 分子晶体与原子晶体 （第1课时）
学习目标
1.了解分子晶体的概念及结构特点
2.理解晶体类型与性质之间的关系
3.了解氢键对物质物理性质的影响
学习重难点
1、 分子晶体的结构特点
2、 氢键对冰晶体结构和性质的影响
学习过程
【回顾】什么是范德华力和氢键？存在于什么微粒构间？由该微粒能否构成的晶体？其（物理）性质如何？
【阅读与思考】教材P65-66 ，完成：
一、 分子晶体
1．定义：________________________________
2．构成微粒________________________________
3．粒子间的作用力：________________________________
4．分子晶体的物理特性（物理性质_____________________________
5．属于分子晶体的物质有哪些？
6．大多数分子晶体的结构特征
⑴如果分子间作用力只是_________
分子密堆积，即以一个分子为中心，其周围通常可以有 ____ 个紧邻的分子。
⑵分子间还有其他作用力，如氢键
水分子之间的主要作用力是 ___ ，在冰的晶体中每个水分子周围只有___ 个紧邻的水分子。
【思考导学】干冰的晶体结构式怎样的？冰晶体的结构式怎样的？冰晶体的结构对其密度有什么影响？
7. 典型的分子晶体
干冰的结构模型 冰的结构模型
（1）干冰
① 每个CO2分子周围离该分子最近且距离相等的CO2分子有____ 个。
② 每个晶胞中有_____个CO2分子 ， ____个原子。
（2）冰
① 水分子之间的作用力有范德华力，但主要作用力是__________。
② 由于_______的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶点的4个相邻的水分子相互吸引。
【思考讨论】①所有的分子晶体中都存在化学键？
②冰融化与干冰升华克服的作用力完全相同吗？
【资料卡片】P67
【科学视野】P67
【思考讨论】①分子晶体的熔、沸点有什么特点？
②分子晶体熔、沸点高低的判断方法
【课堂练习】
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
2.下列有关分子晶体熔点的高低叙述中，正确的是（ ）。
A、Cl2>I2 B、SiCl4>CCl 4 C 、NH3CH3(CH2)2CH3
3. SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其作出如下推测不正确的是( )
A．SiCl4晶体是分子晶体 B．常温、常压下SiCl4是气体
C．SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子 D．SiCl4熔点高于CCl4
4.下列物质在变化过程中，只需克服分子间作用 力的是 ( )
A.食盐 溶解 B.铁的熔化 C. 干冰升华 D.氯化铵的“升华”
5.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
【课后作业】
1.当S03晶体熔化或气化时，下述各项中发生变化的是 ( )
A.分子内化学键 B.分子间距离 C.分子构型 D.分子间 作用力
2.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
3.下列有关共价化合物的 说法：①具有较低的熔、沸点 ②不是电解质 ③固态时是分子晶体 ④都是由分子构成 ⑤液态时不导电，其中一定正确的是
A.①③④ B.②⑤ C.①②③④⑤ D.⑤
4.下列分子晶体：①HCl ②HBr ③HI ④CO ⑤N2 ⑥H2熔沸点由高到低的顺序是 ( )
A.①②③④⑤⑥ B.③②①⑤④⑥ C.③②①④⑤⑥ D，⑥⑤④③②①
5.下列性质适合于分子晶体的是 ( )
A.熔点1 070℃ ，易溶于水，水溶液导电 B.熔点 10.31 ℃ ，液态不导电、水溶液能导电
C.能溶于CS2、熔点 112.8 ℃ ，沸点 444.6℃
D.熔点 97.81℃ ，质软、导电、密度 0.97 g ／cm3
6.下列叙述不正确的是( )
A．由分子构成的物质其熔点一般较低 B．分子晶体在熔化时，共价键没有被破坏
C．分子晶体中一定存在共价键 D．分子晶体中分子间作用力越大，其化学性质越稳定
7.干冰汽化时，下列所述内容发生变化的是( )
A．分子内共价键 B．分子间作用力 C．分子间的距离 D．分子内共价键的键长
3.2 分子晶体与原子晶体 （第2课时）
1.掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体和分子晶体。
2.了解金刚石等典型原子晶体的结构特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系
学习重难点 原子晶体的结构特征
学习过程
【复习】1、什么是分子晶体？试举例说明。 2、分子晶体通常具有什么样的物理性质？
【观察与思考】分析下表数据，判断金刚石是否属于分子晶体
项目/物质
干冰
金刚石
熔点
很低
3550℃
沸点
很低
4827℃
【阅读与思考】阅读教材P68倒数第一自然段以前内容，明确金刚石的晶型与结构，并完成：
二、原子晶体
1．原子晶体：____________________________。2．构成粒子：______； 3．粒子间的作用力：_______；4.空间构型：__________________________
4.原子晶体的物理性质：熔点_______，硬度________；___________一般的溶剂；_____导电
【合作探究】：
（1）在金刚石晶体中,每个C与多少个C成键？形成怎样的空间结构？最小碳环由多少个C原子构成？它们是否在同一平面内？
（2）晶体中C-C-C夹角为多少？碳原子采取了什么杂化？
（3） 12克 金刚石中C—C键数为多少NA？
（4）在金刚石晶体中，C原子个数与C—C键数之比为多少？
5.典型的原子晶体
金刚石的晶体结构模型 二氧化硅的晶体结构模型
（1）金刚石
① 在晶体中每个碳原子以_____________对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成___________结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体________结构。
② 晶体中C—C—C夹角为________，碳原子采取了_____杂化。
③ 最小环上有____个碳原子。
④ 晶体中C原子个数与C—C键数之比为_______________。故1mol金刚石中有____个C—C键。
（2）晶体硅
以硅原子代替金刚石中的碳原子，便可得到晶体硅的结构。
（3）二氧化硅（SiO2）
若在晶体硅结构中的每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，便可得到以硅氧四面体为骨架的二氧化硅的结构（如图）。
① 在晶体中每个硅原子和____个氧原子形成____个共价键；每个氧原子与____个硅原子相结合。故SiO2按______的比例构成立体网状结构。
② 最小环上有_____个原子。
③ 1mol SiO2晶体中含_______个Si—O键。
【回顾】根据所学二氧化碳与二氧化硅知识，填写下表：
物质/项目
状态(室温)
熔点℃
CO2
-56.2
SiO2
1723
【阅读】教材P68倒数第一自然段及图3-15，结合必修一 P74（科学视野）思考：
1.CO2与SiO2的晶体结构是否相同？2.SiO2的化学式是否可以代表其分子式，为什么？3.为什么SiO2的熔沸点很高、硬度很大？
【阅读】教材P69第一自然段，明确常见的原子晶体：------________________________________
【思考讨论】原子晶体中有分子？直接由原子构成的晶体一定是原子晶体？
【学与问】教材P69
1．怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？
2．“具有共价键的晶体叫做原子晶体。”这种说法对吗？为什么？
【阅读】P69-71 通过表3-3 明确判断原子晶体熔点高低的方法：
________________________________
【典例解悟】例1、关于SiO2晶体的叙述正确的是（ ）
A、通常状况下，60克SiO2晶体中含有的分子数为NA（NA表示阿伏加德罗常数的数值）
B、60克SiO2晶体中，含有2NA个Si－O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克 SiO2晶体即1molSiO2，晶体中含有Si－O键数目为 4mol（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Si－O共价键），含4NA个Si－O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
例2、碳化硅（SiC）的一种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出现的，即每个Si原子处于四个C原子构成的四面体的内部，每个C原子也处于四个Si原子构成的四面体的内部。下列三种晶体：
①金刚石 ②晶体硅 ③碳化硅中，它们的熔点由高到低的顺序是（ ）
A、①③② B、②③① C、③①② D、②①③
解析：在结构相似的原子晶体中，原子半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高。题目中所给的信息是有关SiC结构的知识，通过信息加工并比较碳原子和硅原子的半径，应得出Si-Si键的键长比Si-C键的键长长，Si-C键比C-C键的键长长的结论，所以键能由高到低的顺序应该是C-C键>C-Si键>Si-Si键，由此可推出熔点由高到低的顺序是①③②。答案：A
【小结】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。
分子晶体：构成晶体的微粒是______________，微粒间的相互作用是_____ ____
原子晶体：构成晶体的微粒是__ _____微粒间的相互作用是___________键。
（2）依据晶体的熔、沸点判断
原子晶体：熔、沸点____ 常在1000℃以上；分子晶体熔、沸点___ 常在几百度以下甚至温度更低。
（3）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能导电，如HCl；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗为半导体。
（4）依据硬度和机械性能判断
原子晶体硬度__，分子晶体硬度__且较脆
【课堂练习】
1.下列物质的熔沸点高低顺序中，正确的是（ ）
A、金刚石>晶体硅>二氧化硅>碳化硅 B、CI4>CBr4>CCl4>CH4
C、MgO>H2O>O2>N2 D、金刚石>生铁>纯铁>钠
2.氮化铝（AlN）常用做砂轮及高温炉衬材料，熔化状态下不导电，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
3.下列物质中，属于原子晶体的化合物是（ ）
A.水晶 B.晶体硅 C.金刚石 D.干冰
4.有关原子晶体的叙述中错误的是（ ）
A.原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则 B.原子晶体的熔点和硬度都较高
C.原子晶体中不存在独立的分子 D.原子晶体熔化时不破坏共价键
5.下列式子中真实表示分子组成的是（ ）
A.H2SO4 B. SiC C. SiO2 D. C
【课后作业】
1.氮化硼(BN)是一种新型结构材料，具有超硬、耐磨、耐高温等优良特性，下列各组物质熔化时，所克服的微粒间作用与氮化硼熔化时克服的微粒间作用都相同的是( )
A．硝酸钠和金刚石 B．晶体硅和水晶 C．冰和干冰 D．苯和萘
2．在40 GPa高压下，用激光器加热到1 800 K时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是( )
A．原子晶体干冰易汽化，可用作制冷剂 B．原子晶体干冰有很高的熔点和沸点
C．原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材D．1 mol原子晶体干冰中含2 mol C—O键
3.有关晶体的叙述中正确的是( )
A．在SiO2晶体中，由Si、O构成的最小单元环中共有8个电子
B．在 12 g 金刚石中，含C—C共价键键数为4NA
C．干冰晶体熔化只需克服分子间作用力
D．金属晶体是由金属原子直接构成的
4..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1 300℃ 反应获得。
(1)氮化硅属于________晶体(填晶体类型)。
(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。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，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为____________________。
5.
(1)上图为干冰的晶胞结构，观察图形，确定在干冰中每个CO2分子周围有 个与之紧邻且等距离的CO2分子。
在干冰中撒入镁粉，用红热的铁棒引燃后，再盖上另一块干冰，出现的现象为 ，反应的化学方程式是____________________________
(1) 下列三种晶体①CO2，②CS2，③SiO2的熔点由高到低的顺序是________>______>________(用序号填空)，其 原因是____________________
6．下列物质的晶体中，不存在分子的是( )
A．二氧化硅 B．二氧化硫 C．二氧化碳 D．二硫化碳
答案 A
疑点反馈：（通过本课学习、作业后你还有哪些没有搞懂的知识，请记录下来）
