高中化學(xué)原子晶體教案
第一節(jié) 離子晶體、分子晶體和原子晶體（三）
一、學(xué)習(xí)目標(biāo)
1．掌握原子晶體的概念，能夠區(qū)分原子晶體、離子晶體和分子晶體。
2．掌握金剛石等典型原子晶體的結(jié)構(gòu)特征，理解原子晶體中“相鄰原子間通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合而成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”的特征。
3．以金剛石為例，了解原子晶體的物理性質(zhì)（熔、沸點(diǎn)，導(dǎo)電性和溶解性）。
4．能夠根據(jù)金剛石、石墨的晶體結(jié)構(gòu)特征，分析比較兩種物質(zhì)的性質(zhì)特征。由此培養(yǎng)根據(jù)晶體的微觀結(jié)構(gòu)解釋晶體的物理性質(zhì)的觀念。
5．學(xué)會(huì)比較離子晶體、分子晶體、原子晶體三類(lèi)晶體的性質(zhì)特征和結(jié)構(gòu)特征。
二、學(xué)習(xí)過(guò)程
[復(fù)習(xí)提問(wèn)]
（一）基本知識(shí)點(diǎn)（學(xué)生自學(xué)完成）
1．原子晶體：相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。
2．構(gòu)成粒子：______________；
3.粒子間的作用______________；
4．原子晶體的物理性質(zhì)
熔、沸點(diǎn)__________，硬度___________；______________一般的溶劑；_____導(dǎo)電。
原子晶體具備以上物理性質(zhì)的原因____________________________
原子晶體的化學(xué)式是否可以代表其分子式______________。為什么？
5．常見(jiàn)的原子晶體有____________________________等。
6．判斷晶體類(lèi)型的依據(jù)
�。�1）看構(gòu)成晶體的微粒種類(lèi)及微粒間的相互作用。
對(duì)分子晶體,構(gòu)成晶體的微粒是______________，微粒間的相互作用是___________；
對(duì)于離子晶體，構(gòu)成晶體的是微粒是______________，微粒間的相互作__________鍵。
對(duì)于原子晶體，構(gòu)成晶體的微粒是_______，微粒間的相互作用是___________鍵。
（2）看物質(zhì)的物理性質(zhì)(如：熔、沸點(diǎn)或硬度)。
一般情況下，不同類(lèi)晶體熔點(diǎn)高低順序是 ________晶體>_______晶體>_______晶體。原子晶體、離子晶體比分子晶體的熔、沸點(diǎn)高得多
（二）重點(diǎn)點(diǎn)撥
1．晶體
晶體是指具有規(guī)則幾何外形的固體。其結(jié)構(gòu)特征是其內(nèi)的原子或分子在主維空間的排布具有特定的`周期性，即隔一定距離重復(fù)出現(xiàn)。重復(fù)的單位可以是單個(gè)原子或分子，也可以是多個(gè)分子或原子團(tuán)。重復(fù)的單位必須具備3個(gè)條件，化學(xué)組成相同，空間結(jié)構(gòu)(包括化學(xué)鍵)相同，化學(xué)環(huán)境和空間環(huán)境相同。
2．晶胞的概念
在晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的基本的重復(fù)單位稱(chēng)為晶胞。晶胞在三維空間無(wú)限地重復(fù)就產(chǎn)生了宏觀的晶體�？梢哉f(shuō)，晶體的性質(zhì)是由晶胞的大小，形狀和質(zhì)點(diǎn)的種類(lèi)(分子、原子或離子)以及它們之間的作用力所決定的。
3．納米材料
我們平時(shí)所見(jiàn)到的材料，絕大多數(shù)是固體物質(zhì)，它的顆粒一般在微米級(jí)，一個(gè)顆粒包含著無(wú)數(shù)個(gè)原子和分子，這時(shí)候，材料所顯示的是大量分子所顯示的宏觀性質(zhì)。當(dāng)人們用特殊的方法把顆粒加工到納米級(jí)大小，這時(shí)的材料則被稱(chēng)之為納米材料，一個(gè)納米級(jí)顆粒所含的分子數(shù)則大為減少。奇怪的是，納米材料具有奇特的光、電、熱、力和化學(xué)特性，和微米級(jí)材料的性質(zhì)迥然不同。
納米材料的粒子是超細(xì)微的，粒子數(shù)多、表面積大，而且處于粒子界面上的原子比例甚高，一般可達(dá)總數(shù)的一半左右。這就使納米材料具有不尋常的表面效應(yīng)，界面效應(yīng)等。因此而呈現(xiàn)出一系列獨(dú)特的性質(zhì)。
納米顆粒和晶胞是兩個(gè)完全不同的概念：晶胞是晶體中最小的重復(fù)單元，這種重復(fù)單元向空間延伸，構(gòu)成晶體，而納米顆粒本身就是一個(gè)分子，納米材料在結(jié)構(gòu)上與分子晶體有相似的地方，但并不相同。
納米材料并不是新的物質(zhì)，只不過(guò)是將傳統(tǒng)材料的顆粒進(jìn)一步超細(xì)微化，這樣對(duì)物質(zhì)的物理性質(zhì)的改變十分巨大，使之具備了一些傳統(tǒng)材料所無(wú)法具備的性質(zhì)。為什么與傳統(tǒng)材料相比，納米材料的性質(zhì)改變?nèi)绱司薮螅茖W(xué)界目前還無(wú)法做出最終解釋。
4．各類(lèi)晶體主要特征
類(lèi)型
比較
離子晶體
原子晶體
分子晶體
構(gòu)成晶體微粒 陰、陽(yáng)離子 原子 分子
形成晶體作用力 離子鍵 共價(jià)鍵 范德華力
物理性質(zhì)
熔沸點(diǎn) 較高 很高 低
硬度 硬而脆 大 小
導(dǎo)電性 不良（熔融或水溶液中導(dǎo)電） 絕緣、半導(dǎo)體 不良
傳熱性 不良 不良 不良
延展性 不良 不良 不良
溶解性 易溶于極性溶劑，難溶于有機(jī)溶劑 不溶于任何溶劑 極性分子易溶于極性溶劑；非極性分子易溶于非極性溶劑中
典型實(shí)例 NaOH、NaCl 金剛石 P4、干冰、硫
在離子晶體、原子晶體均不存在分子，因此NaCl、SiO2等均為化學(xué)式。只有分子晶體中才存在分子。
�。ㄈ┲v練（先練后講）
[例1]下列的晶體中，化學(xué)鍵種類(lèi)相同，晶體類(lèi)型也相同的是（ ）
�。ˋ）SO2與SiO2 B.C02與H2O （C）NaCl與HCl （D）CCl4與KCl
[解析]抓住晶體粒子的化學(xué)鍵去判斷晶體類(lèi)型這一關(guān)鍵進(jìn)行對(duì)比。如SO2與SiO2都是共價(jià)化合物，但是，晶體內(nèi)的作用力是分子間作用力，SO2為分子晶體，而SiO2中硅與氧以共價(jià)鍵結(jié)合形成網(wǎng)狀的原子晶體。
[答案]B
[例2]碳化硅SiC的一種晶體具有類(lèi)似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列三種晶體①金剛石 ②晶體硅 ③碳化硅中，它們的熔點(diǎn)從高到低的順序是（ ）
（A）①③② （B）②③① （C）③①② （D）②①③
[解析]C與Si同為IVA族元素，它們的相似性表現(xiàn)在金剛石是原子晶體，硅晶體，碳化硅也是原子晶體。從碳到硅原子半徑逐漸增大，形成共價(jià)鍵的鍵能逐漸減弱�？赏茢嗵蓟钁�(yīng)在Si與C之間。三種原子晶體，空間結(jié)構(gòu)相似，熔點(diǎn)決定于它們的鍵長(zhǎng)與鍵能，故熔點(diǎn)從高到低分別是金剛石碳化硅、晶體硅。
[答案]A
[例3]下列晶體分類(lèi)中正確的一組是（ ）
離子晶體 原子晶體 分子晶體
A NaOH Ar SO2
B H2SO4 石墨 S
C CH3COONa 水晶
D Ba(OH)2 金剛石 玻璃
[解析]從晶體中結(jié)構(gòu)粒子的性質(zhì)去判斷晶體的類(lèi)型。NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是通過(guò)離子鍵相互結(jié)合的離子晶體，純H2S04，無(wú)H+，系分子晶體。Ar是氣體，分子間以范德華力相互結(jié)合為分子晶體，石墨是過(guò)渡型或混合型晶體，水晶Si02與金剛石是典型原子晶體。硫的化學(xué)式以1個(gè)S表示，實(shí)際上是S8，氣體時(shí)為S2，是以范德華力結(jié)合的分子晶體。
玻璃無(wú)一定的熔點(diǎn)，加熱時(shí)逐漸軟化，為非晶體，是無(wú)定形物質(zhì)。
[答案]C
[例4]單質(zhì)硼有無(wú)定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)
金剛石 晶體硅 晶體硼
熔點(diǎn) >3823 1683 2573
沸點(diǎn) 5100 2628 2823
硬度 10 7.0 9.5
�、倬w硼的晶體類(lèi)型屬于____________晶體，理由是________________________。
已知晶體硼結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點(diǎn)，每個(gè)項(xiàng)點(diǎn)上各有1個(gè)B原子。通過(guò)視察圖形及推算，此晶體體結(jié)構(gòu)單元由
____________________個(gè)硼原子構(gòu)成。其中B—B鍵的鍵角為_(kāi)___________。
[解析]①原子，理由：晶體的熔、沸點(diǎn)和硬度都介于晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si均為原予晶體，B與C相鄰與Si處于對(duì)角線處，亦為原于晶體。
�、诿總�(gè)三角形的頂點(diǎn)被5個(gè)三角形所共有，所以，此頂點(diǎn)完全屬于一個(gè)三角形的只占到1/5，每個(gè)三角形中有3個(gè)這樣的點(diǎn)，且晶體B中有20個(gè)這樣的角形，因此，晶體B中這樣的頂點(diǎn)(B原子)有3/5×20=12個(gè)。
又因晶體B中的三角形面為正三角形，所以鍵角為60°
[例5]1999年美國(guó)《科學(xué)》雜志報(bào)道：在40GPa高壓下，用激光器加熱到1800K，人們成功制得了原子晶體干冰，下列推斷中不正確的是（ ）。
（A）原子晶體干冰有很高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)，有很大的硬度
�。˙）原子晶體干冰易氣化，可用作制冷材料
（C）原子晶體干冰的硬度大，可用作耐磨材料
�。―）每摩爾原子晶體干冰中含4molC—O鍵
[解析]解答前，應(yīng)先弄清命題者是要考查干冰的性質(zhì)、還是要考查原子晶體的性質(zhì)。有的同學(xué)沒(méi)有分析清楚這一點(diǎn)，認(rèn)為是考查干冰的性質(zhì)，因而造成錯(cuò)解。
通過(guò)“原子晶體干冰”來(lái)考測(cè)解題者對(duì)“原子晶體性質(zhì)”的理解程度。原子晶體硬度大、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高，所以A和C兩種說(shuō)法正確。聯(lián)想到二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)，可得出D說(shuō)法也是正確的。答案應(yīng)選B。
（四）總結(jié)
1．相鄰原子間通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合而成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體屬于離子晶體。
2．構(gòu)成原子晶體的微粒是原子。原子間以較強(qiáng)共價(jià)鍵相結(jié)合，而且形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。鍵能大。原子晶體的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高。
3．同種晶體:若同為原子晶體，成鍵的原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，晶體熔點(diǎn)越高：如金剛石>SiC>Si。
第三課時(shí)（原子晶體）針對(duì)性訓(xùn)練
1．下列晶體中不屬于原子晶體的是（ ）
�。ˋ）干冰 （B）金剛砂 （C）金剛石 （D）水晶
2．在金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，含有共價(jià)鍵形成的碳原子環(huán)，其中最小的環(huán)上，碳原子數(shù)是（ ）
�。ˋ）2個(gè) （B）3個(gè) （C）4個(gè) （D）6個(gè)
3．下列各物質(zhì)中，按熔點(diǎn)由低到高排列正確的是（ ）
�。ˋ）O2、I2、Hg （B）CO2、KCl、SiO2
�。–）Na、K、Rb （D）SiC、NaCl、SO2
4．下列各晶體申琪中任御一個(gè)原子都被相鄰的4個(gè)原子所包圍；似共價(jià)鍵潞戒正四面體結(jié)構(gòu)，并向空間伸展虞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的是（ ）
�。ˋ）甲烷 （B）石墨 （C）晶體硅 （D）水晶
5．在x mol石英晶體中，含有Si-O鍵數(shù)是（ ）
（A）x mol （B）2x mol （C）3 x mol （D）4x mol
6．固體熔化時(shí)，必須破壞非極性共價(jià)鍵的是（ ）
（A）冰 （B）晶體硅 （C）溴 （D）二氧化硅
7．石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)；每一個(gè)碳原于都跟其他3個(gè)碳原子相結(jié)合，如圖是其晶體結(jié)構(gòu)的俯視圖，則圖中7個(gè)六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是( )
（A）10個(gè) （B）18個(gè) （C）24個(gè) （D）14個(gè)
8．石英玻璃是將純石英在1600℃高溫下熔化，冷卻后形成的玻璃體。關(guān)于石英玻璃的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的敘述中正確的是（ ）
�。ˋ）石英玻璃屬于原子晶體
（B）石英玻璃耐高溫且能抵抗一切酸的腐蝕
（C）石英玻璃的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于液體
（D）石英玻璃能經(jīng)受高溫劇變且能抗堿的腐蝕
9．已知C3N4晶體具有比金剛石還大的硬度，且構(gòu)成該晶體的微粒間只以單鍵結(jié)合。下列關(guān)于C3N4晶體的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ）
（A）該晶體屬于原子晶體，其化學(xué)鍵比金剛石中的碳碳鍵更牢固
（B）該晶體中每個(gè)碳原子連接4個(gè)氮原子、每個(gè)氮原子連接3個(gè)碳原子
（C）該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結(jié)構(gòu)
（D）該晶體與金剛石相似，都是原子間以非極性鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)
10．晶體可以分為分子晶體、離子晶體、原子晶體等，在以下①②兩個(gè)題目中，分別對(duì)不同晶體的組成、微粒間的作用力以及晶體的幾何構(gòu)型等進(jìn)行了描述，請(qǐng)根據(jù)各題的提問(wèn)做出選擇：
�。�1）下列關(guān)于只含非金屬元素的化合物的說(shuō)法正確的是（ ）
�。ˋ）一定是共價(jià)化合物，且只能構(gòu)成分子晶體；
�。˙）其晶體不可能是離子晶體，因?yàn)槲⒘ｉg的作用力只有分子間作用力；
（C）其晶體不可能是原子晶體，原子晶體只有非金屬單質(zhì)，沒(méi)有化合物；
�。―）可能是離子化合物。
�。�2）有下列離子晶體空間結(jié)構(gòu)示意圖:●為陽(yáng)離子，○為陰離子。以M代表陽(yáng)離子，N代表陰離子，化學(xué)式為MN2的晶體結(jié)構(gòu)為（ ）
�。ˋ） （B） （C） （D）
11．石英晶體的平面示意圖如圖所示，實(shí)際上是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中硅，氧原子個(gè)數(shù)比為_(kāi)___________
12．SiO44-離子結(jié)構(gòu)用周 表示，在二聚硅酸根離子Si2O76-中只有硅氧鍵，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)是__________
13．氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1 300℃反應(yīng)獲得。
(1)氮化硅晶體屬于__________晶體。
(2)已知氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中，原子間以單鍵相連，且N原子和N原子，Si原子和S原子不直接相連，同時(shí)每個(gè)原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。請(qǐng)寫(xiě)出氮化硅的化學(xué)式__________
(3)現(xiàn)用SiCl4和凡在H，氣氛保護(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅。反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________________________________________
14．短周期元素K、Y、Z在周期表中位置關(guān)系如圖：
X
Y
Z
（1）x元素的單質(zhì)分子式是_______，若x核內(nèi)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)相等，x單質(zhì)的摩爾質(zhì)量為_(kāi)______，單質(zhì)是_______晶體。
�。�2）自然界中存在一種含Y的天然礦物名稱(chēng)是：電子式為_(kāi)______，屬于_______晶體。
�。�3）z單質(zhì)的晶體類(lèi)型屬于_______，Z的氫化物和最高價(jià)氧化物的濃溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)___________________________。
15．有A、B、C三種晶體，分別由C、H、Na、Cl四種元素中的一種或幾種形成，對(duì)這三種晶體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下圖所示
(1)晶體的化學(xué)式分別為：A_______B_______C_______
(2)晶體的類(lèi)型分別為：A_______B_______C_______
(3)晶體中粒子間的作用分別為：A _______ B_______ C_______
第三課時(shí)（原子晶體）針對(duì)練習(xí)答案
1.A 2.D 3.B 4.C 5.D 6.B 7.D 8C 9D 10.（1）D；（2）B。
11．1∶2。
12．
13．(1)原子。(2)S3N4。
(3)3SiCl4+2N2+6H=Si3N4+12HCl
14．（1）He；4gmol-1；分于。(2)螢石。(3)分子晶體 H2S+H2S04(濃)=S↓+ SO2↑+2H2O
15．(1)A NaCl；B C；C HCl。
(2)A 離子晶體 B 原于晶體 C 分子晶體
(3)A 離子鍵 B共價(jià)鍵 C 分子間作用力。
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