2018-2019年高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第3节原子晶体与分子晶体教名师制作优质学案鲁科版选修3

第3节原子晶体与分子晶体[课标要求]1．知道分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间的作用力的区别。

2．了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。

1.原子晶体是指相邻原子间以共价键结合形成的具有空间立体网状结构的晶体。

2．常见的原子晶体有金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅。

3．原子晶体具有熔点高、硬度大，不溶于溶剂的特性。

4．对于结构相似的原子晶体，其原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。

5．分子晶体是指分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。

6．常见的分子晶体有非金属单质(除Si)、非金属氧化物(除SiO2)、酸、多数有机物。

7．分子晶体具有硬度小，熔点、沸点低的特性。

8．由组成和结构相似的分子组成的不含氢键的分子晶体，随着相对分子质量的增大，范德华力增强，晶体的熔点升高。

原子晶体1．概念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。

2．结构3．结构特点(1)由于共价键的饱和性和方向性，使每个中心原子周围排列的原子数目是固定的。

(2)由于所有原子间均以共价键相结合，所以晶体中不存在单个分子。

4．典型的原子晶体(1)金刚石在晶体中，碳原子以sp 3杂化轨道与周围_4_个碳原子以共价键相结合，C —C 键间的夹角为109.5°。

(2)二氧化硅⎭⎪⎬⎪⎫每个硅原子周围结合 4 个氧原子每个氧原子周围结合 2 个硅原子硅、氧原子个数比为1∶2。

5．原子晶体的物理性质根据下表中有关数据分析，并填写表下面的空白。

(1)键能：C —C ＞C —Si ＞Si —Si ；熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅；硬度：金刚石＞碳化硅＞晶体硅(用“＞”或“＜”填空)。

(2)规律：原子晶体具有很高的熔点，很大的硬度；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。

[特别提醒](1)1个C 原子形成4个C —C 键，每个C —C 键被两个C 原子共用，故每个C 原子占用C —C 键数目为4×12＝2，即1 mol 金刚石含有2 mol C —C 键。

(2)金刚石晶体中最小环上有6个碳原子，SiO 2晶体中最小环上有12个原子(6个O 原子和6个Si 原子)。

1．根据金刚石的结构特点，你能分析其硬度大的原因是什么吗？提示：在金刚石晶体内部，每个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合，形成一种致密的三维结构，破坏这种三维结构中的C —C 共价键需要很高的能量，所以金刚石的硬度很大。

2．从金刚石的结构出发，分析晶体硅、碳化硅的结构是怎样的？提示：(1)晶体硅的结构跟金刚石相近，即把金刚石中的碳原子换成硅原子即可得晶体硅的结构。

(2)碳化硅晶体的结构类似于金刚石晶体的结构，碳原子和硅原子的位置是交替的，在整个晶体中硅与碳的原子个数比为1∶1。

(1)原子晶体的构成微粒是原子，只存在共价键，不存在其他作用力。

(2)原子晶体的化学式表示其比例组成，晶体中不存在分子。

(3)常见的原子晶体有：金刚石、晶体硅、晶体硼、二氧化硅、碳化硅。

(4)原子晶体一般具有熔点高、硬度大、不溶于溶剂等特点。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)原子晶体中一定存在极性键，可能存在范德华力。

( )(2)CO2、SiO2均属于原子晶体。

( )(3)硬度很大、熔点很高的晶体可能是原子晶体。

( )(4)SiC熔化时断裂非极性共价键。

( )(5)原子晶体一定不是电解质。

( )答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√2．下列晶体中属于原子晶体的是( )A．干冰B．食盐C．胆矾D．晶体硼解析：选D 常见的原子晶体中属于非金属单质的有金刚石、晶体硅、晶体硼等，属于非金属化合物的有二氧化硅、碳化硅、氮化硅等。

分子晶体1．分子晶体的结构2．分子晶体与物质类型的关系3．典型的分子晶体4．分子晶体的物理性质(1)分子晶体由于以比较弱的分子间作用力相结合，因此一般熔点较低，硬度较小。

(2)对组成和结构相似，晶体中又不含氢键的分子晶体来说，随着相对分子质量的增大，范德华力增大，熔、沸点升高。

[特别提醒](1)共价键具有方向性和饱和性，原子晶体不服从紧密堆积原理。

(2)分子间只存在范德华力的分子晶体服从紧密堆积排列原理；分子间存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性、饱和性，故不服从紧密堆积排列原理。

1．下列各组晶体都属于化合物组成的分子晶体是( )A．H2O、O3、CCl4B．CCl4、(NH4)2S、H2O2C．SO2、SiO2、CS2D．P2O5、CO2、H3PO4解析：选D A项，O3为单质；B项，(NH4)2S为离子晶体；C项，SiO2为原子晶体。

2．下列有关分子晶体的说法中正确的是( )A．分子内均存在共价键B．分子间一定存在范德华力C．分子间一定存在氢键D．其结构一定不能由原子直接构成解析：选B 稀有气体元素组成的晶体中，不存在由多个原子组成的分子，而是原子间通过范德华力结合成晶体，所以不存在任何化学键，且分子为单原子分子，故A 、D 项错误。

分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于含有与电负性较强的N 、O 、F 原子结合的氢原子的分子间或者分子内，所以B 项正确，C 项错误。

石墨晶体1．石墨晶体的结构(1)石墨晶体是层状结构，在每一层内，碳原子排列成六边形，一个个六边形排列成平面的网状结构，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。

(2)在同一层内，相邻的碳原子以共价键相结合，每一个碳原子的一个未成对电子形成大π键。

(3)层与层之间以范德华力相结合。

2．石墨的晶体类型和性质(1)类型：石墨晶体中既有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性，是一种混合键型晶体。

(2)性质：熔点高，质软，具有导电性。

1．石墨晶体中碳原子杂化轨道的类型及同层原子间的主要作用力分别是( ) A ．sp 1，范德华力 B ．sp 2，范德华力 C ．sp 2，共价键 D ．sp 3，共价键答案：C2.石墨的片层结构如图所示，试回答：(1)片层中平均每个正六边形含有________个碳原子。

(2)在片层结构中，碳原子数、C —C 键、六元环数之比为________。

(3)n g 碳原子可构成________个正六边形。

解析：在石墨的片层结构中，以一个六元环为研究对象，由于每个碳原子被3个六元环共用，即组成每个六元环需碳原子数为6×13＝2；另外每个碳碳键被2个六元环共用，即属于每个六元环的碳碳键数为6×12＝3。

n g 碳原子可构成正六边形的个数为：n g12 g·mol －1×N A mol －1×12＝nN A 24。

答案：(1)2 (2)2∶3∶1 (3)nN A24晶体类型的比较和判断1．四种晶体类型的比较2．判断晶体类型的常用方法(1)根据晶体的概念判断(依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断)由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；由分子通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体；由原子通过共价键形成的晶体属于原子晶体；由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。

(2)根据物质的类别判断按照物质所属的类别也可进行判断。

一般来说，金属氧化物(Na2O、MgO、Na2O2等)、强碱和绝大多数盐类属于离子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2等外)、酸和大多数有机物(除有机盐外)属于分子晶体；金属单质属于金属晶体；常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有SiC、SiO2等。

(3)根据晶体的特征性质判断根据不同晶体的特征性质(如熔点、沸点、溶解性、导电性、硬度和机械性能等)的不同和相应规律来判断。

如熔、沸点较低且不导电的单质和化合物一般形成分子晶体；熔、沸点较高且在水溶液中或熔融状态下导电的化合物一般为离子晶体；熔、沸点很高，硬度很大，不导电，不溶于一般溶剂的物质一般为原子晶体；金属单质(在熔融状态和固态时均能导电)形成金属晶体。

1．下列有关晶体的叙述错误的是( )A．离子晶体中，一定存在离子键B．原子晶体中，只存在共价键C．金属晶体的熔、沸点均很高D．稀有气体的原子能形成分子晶体解析：选C 离子晶体中一定有离子键，可能有共价键，A项正确；原子晶体中只存在共价键，一定没有离子键，B项正确；常见晶体类型中，金属晶体的熔、沸点相差较大，有的熔、沸点很高，如钨，有的较低如汞，C项错误；稀有气体分子为单原子分子，以范德华力结合形成分子晶体，D项正确。

2．下列各物质的晶体中，晶体类型相同的是( )A．O2和SiO2B．NaI和I2C．CO2和H2O D．CCl4和NaCl解析：选C A项，O2属于分子晶体，SiO2属于原子晶体；B项，NaI属于离子晶体，I2属于分子晶体；C项，CO2和H2O均属于分子晶体；D项， CCl4属于分子晶体，NaCl属于离子晶体。

3．下列物质所属晶体类型分类正确的是( )解析：选D A选项中石墨为混合键型晶体，B选项中生石灰为离子晶体，C选项中氯化铯为离子晶体。

晶体熔、沸点高低的比较1．不同晶体类型的熔、沸点高低规律一般为：原子晶体>离子晶体>分子晶体。

金属晶体的熔、沸点有的很高(如钨)，有的很低(如汞)。

2．同种晶体类型的熔、沸点高低规律(1)原子晶体原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。

例如，金刚石>石英>晶体硅。

(2)离子晶体离子所带电荷越多，离子半径越小，则晶格能越大，熔、沸点越高。

例如，MgO>NaCl>CsCl。

(3)金属晶体金属原子的价电子数越多，半径越小，金属键越强，熔、沸点越高。

例如，Al>Mg>Na。

(4)分子晶体分子间作用力越强，熔、沸点越高。

①组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越强，熔、沸点越高。

例如，I2>Br2>Cl2>F2。

②组成和结构不相似的物质，分子的极性越大，熔、沸点越高。

例如，CO>N2。

③同分异构体之间：a．一般是支链越多，熔、沸点越低。

例如，正戊烷>异戊烷>新戊烷。

b．结构越对称，沸点越低。

例如，邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯。

④若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。

例如，HF>HBr>HCl。

1．下列物质的熔点高低顺序，正确的是( )A．金刚石＞晶体硅＞碳化硅B．K＞Na＞LiC．NaF＜NaCl＜NaBrD．CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4解析：选D A项，键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，故熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅；B项，金属键：Li＞Na＞K，故熔点：Li＞Na＞K；C项，晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr，故熔点：NaF＞NaCl＞NaBr；D项，相对分子质量：CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4，故熔点：CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4。