原子晶體

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高三 來(lái)源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

教案3:1-1-3原子晶體
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.判斷晶體類型的依據(jù)
(1)看構(gòu)成晶體的微粒種類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,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(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,科學(xué)界目前還無(wú)法做出最終解釋。
4.各類晶體主要特征
類型
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。

(三)講練(先練后講)
[例1]下列的晶體中,化學(xué)鍵種類相同,晶體類型也相同的是( )
(A)SO2與SiO2 B.C02與H2O (C)NaCl與HCl (D)CCl4與Cl
[解析]抓住晶體粒子的化學(xué)鍵去判斷晶體類型這一關(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]下列晶體分類中正確的一組是( )
離子晶體原子晶體分子晶體
ANaOHArSO2
BH2SO4 石墨S
CCH3COONa 水晶

DBa(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)>382316832573
沸點(diǎn)510026282823
硬度107.09.5

①晶體硼的晶體類型屬于____________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。
②每個(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1800,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
(B)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
(D)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”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( )
(A)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( )
(A)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( )
(A)O2、I2、Hg (B)CO2、Cl、SiO2
(C)Na、、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( )
(A)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( )
(A)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( )
(A)一定是共價(jià)化合物,且只能構(gòu)成分子晶體;
(B)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;
(D)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。以代表陽(yáng)離子,N代表陰離子,化學(xué)式為N2的晶體結(jié)構(gòu)為( )
(A) (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、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的天然礦物名稱是:電子式為_(kāi)______,屬于_______晶體。
(3)z單質(zhì)的晶體類型屬于_______,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;4g•mol-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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