化学：3.3《原子晶体与分子晶体》学案（鲁科版选修4）

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www.第3节 原子晶体与分子晶体
【学习目标】
【知识与技能】
1. 理解范德华力、键的实质
2. 了解范德华力与氢键关系
3. 了解范德华力、氢键与化学键的关系
4. 运用所学知识解释物质熔沸点变化的原因
5. 会运用所学知识判断晶体类型
6. 会区分范德华力、化学键与氢键
7. 知道分子晶体和原子晶体的特点
8. 了解常见的分子晶体和原子晶体
【过程与方法】
通过对分子晶体和原子晶体结构特点的学习，培养学生的抽象思维、发散思维和立体感
【情感态度与价值观】
1. 树立事物是相互联系的观点
2. 培养辨证唯物主义观点
3. 培养学生从宏观到微观，从现象到本质的科学认识事物的方法
第1课时
【自主预习提纲】
一、原子晶体
1.定义：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
(1)熔、沸点__________，硬度___________
(2) ______________一般的溶剂。
(3)______________导电。
(4)原子晶体具备以上物理性质的原因_____________________
(5)原子晶体的化学式是否可以代表其分子式________________________
原因____________________________。
5.常见的原子晶体有____________________________等。
二、分子晶体
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________________________________________________
三、混合晶体
石墨不同于金刚石,这的碳原子不像金刚石的碳原子那样呈sp3杂化.而是呈sp2杂化,形成平面六元并环结构,因此石墨晶体是层状结构的,层内的碳原子的核间距为142pm层间距离为335pm，说明层间没有化学键相连，是靠范德华力维系的；石墨的二维结构内，每一个碳原子的配位数为3，有一个末参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。石墨晶体中，既有共价键，又有金属键，还有范德华力，不能简单地归属于其中任何一种晶体，是一种混合晶体。
【例题1】碳化硅的一种晶体（SiC）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。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．① ③ ② B．② ③ ① C．③ ① ② D．② ① ③
　【例题2】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
【当堂达标训练】
1．下列晶体中由原子直接构成的单质有（ ）
A．硫 B．氦气 C．金刚石 D．金属镁
2．石墨晶体中，层与层之间的结合力是: （ ）
A．金属键 B.共价键 C．分子间力 D.离子键
3．在60gSiO2晶体中，含有Si—O键的物质的量为 （ ）
A．1mol B．2mol C．3mol D．4mol
4．金刚石和石墨两种晶体中，每个最小的碳环里所包含的碳原子数 （ ）
A．前者多 B．后者多 C．相等 D．无法确定
5．SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其做出如下推断：①SiCl4晶体是分子晶体；②常温常压SiCl4不是气体；③SiCl4分子是由极性键构成的非极性分子；④SiCl4熔点高于CCl4。其中正确的是（ ）
A．只有① B．只有①② C．只有②③ D．①②③④
6．水的沸点是100℃，硫化氢的分子结构跟水相似，但它的沸点却很低，是 —60.7°C，引起这种差异的主要原因是 （ ）
A．范德华力 B．共价键 C．氢键 D．相对分子质量
7．在石墨晶体里，每一层由无数个正六边形构成，同一层内每个碳原子与相邻的三个碳原子以C-C键结合，则石墨晶体中碳原子数与C-C键数之比为 （ ）
A．1：1 B．2：1 C．2：3 D．3：2
8．在金刚石的网状结构中,含有由共价键形成的碳原子环,其中最小的环上有 (填数字)个碳原子,每个碳原子上的任意两个C—C键的夹角都是 (填角度).
9．(1)二氧化硅晶体中，每个硅原子周围有________个氧原子，每个氧原子周围有________个硅原子，硅氧原子个数比为________。
(2)石墨晶体结构如图所示，每一层由无数个正六边形构成。
平均每个正六边形所占有的碳原子数目为________、
平均每个正六边形所占有的共价键数目为________。
第2课时
一、四种晶体类型的比较
晶体种类 离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体
组成微粒
微粒间的作用力
作用力强弱
熔沸点
硬度
导电性 固体
熔融
溶液
实例
二.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。
三．晶体熔、沸点比较规律：
1. 不同类晶体：一般情况下，原子晶体>离子晶体>分子晶体
2. 同种类型晶体：构成晶体质点间的作用大，则熔沸点高，反之则小。
四种晶体熔、沸点对比规律
①离子晶体：结构相似且化学式中各离子个数比相同的离子晶体中，离子半径小(或阴、阳离子半径之和越小的)，键能越强的熔、沸点就越高。如NaCl、 NaBr、Nal;NaCl、KCl、RbCl等的熔、沸点依次降低。离子所带电荷大的熔点较高。如：MgO熔点高于 NaCl
②分子晶体：在组成结构均相似的分子晶体中，式量大的分子间作用力就大熔点也高。如：F2、Cl2、 Br2、I2和HCl、HBr、HI等均随式量增大。熔、沸点升高。但结构相似的分子晶体，有氢键存在熔、沸点较高。
③原子晶体：在原子晶体中，只要成键原子半径小，键能大的，熔点就高。如金刚石、金刚砂(碳化硅)、晶体硅的熔、沸点逐渐降低。
④金属晶体：在元素周期表中，主族数越大，金属原子半径越小，其熔、沸点也就越高。如ⅢA的Al， ⅡA的Mg，IA的Na，熔、沸点就依次降低。而在同一主族中，金属原子半径越小的，其熔沸点越高。
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
3. 常温常压下状态
①熔点：固态物质>液态物质
②沸点：液态物质>气态物质
【例题1】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
【例题2】已知BBr3的熔点是－46℃，KBr的熔点是734℃，试估计它们各属于哪一类晶体。
【例题3】 [例2]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_______
【当堂训练达标】
1．1999年美国《科学》杂志报道：在40GPa的高压下，用激光加热到1800K，人们成功制得了原子晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是 （ ）
A．该原子晶体中含有极性键 B．该原子晶体易气化，可用作制冷材料
C．该原子晶体有很高的熔点、沸点 D．该原子晶体硬度大，可用作耐磨材料
2．下列说法中，正确的是（ ）
A．冰溶化时，分子中H—O键发生断裂
B．原子晶体中，共价键的键长越短，通常熔点就越高
C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子的熔沸点就越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，则分子越稳定
3．分析下列各物质的物理性质，判断其固态不属于分子晶体的是 （ ）
A．碳化铝，黄色晶体，熔点2200℃，熔融态不导电
B．溴化铝，无色晶体，熔点98℃，熔融态不导电
C．五氧化钒，无色晶体，熔点19.5℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中
D．溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电
4．下列叙述中正确的是： （ ）
A．原子晶体中，共价键的键能越大，熔沸点越高
B．分子晶体中，分子间的作用力越大，该分子越稳定
C．分子晶体中，共价键的键能越大，熔沸点越高
D．某晶体溶于水后，可电离出自由移动的离子，该晶体一定是离子晶体
5．固体熔化时必须破坏非极性共价键的是 （ ）
Ａ．冰 Ｂ．晶体硅 Ｃ．溴单质 Ｄ．二氧化硅
6．下列物质的熔点均按由高到低的排列，其原因是由于键能由大到小排列的是
A．铝、钠、干冰 B．金刚石、碳化硅、晶体硅
C．碘化氢、溴化氢、氯化氢 D．二氧化硅、二氧化碳、一氧化碳
7．下面有关晶体的叙述中，不正确的是（ ）
A．金刚石空间网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小环上有6个碳原子
B．氯化钠晶体中，每个Na+周围距离相等的Cl-共有6个
C．氯化铯晶体中，每个CS+周围紧邻8个Cl-
D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻10个CO2分子
8．氯化钠属于 晶体，二氧化硅属于 晶体，NaCl和SiO2并不代表它们的 式，只能表示组成晶体的各种微粒的 。
9．a、b、c、d、e、f、g为七种由短周期元素构成的微粒，它们都有10个电子，其结构特点如下：
微粒代码 a b c
原子核数 单核 单核 双核
带电荷数（单位电荷） 0 1+ 1-
d e f g
多核 单核 多核 多核
0 2+ 1+ 0
其中b的离子半径大于e的离子半径；d是由极性键构成的四原子极性分子；c与f可形成两个共价型d、g分子。试写出：
（1）a微粒的核外电子排布式
（2）b与e相应元素的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱比较为 > （用化学式表示）
（3）g微粒所构成的晶体类型属
（4）d分子的空间构型为
10．A、B、C、D都是短周期元素，原子半径D>C>A>B。其中A、B处于同一周期，A、C处于同一主族。C原子核内的质子数等于A、B原子核内质子数之和，C原子最外层电子数是D原子最外层电子数的4倍。试回答：
（1）这四种元素分别是：A ，B ，C ，D 。
（2）这四种元素单质的熔点由高到低的顺序是 。
（3）写出A、B、D组成的化合物与B、C组成的化合物相互反应的化学方程式 。
第3节 原子晶体与分子晶体自我检测
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( )
1. 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( )
2. A.　晶体中C、O原子个数比为1∶2
3. B.　该晶体的熔点、沸点高、硬度大
4. 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
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3节 原子晶体与分子晶体自我检测参考答案
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。
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