2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第3節(jié) 第1課時(shí) 原子晶體學(xué)案 魯科版選修3.docx
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第1課時(shí) 原子晶體 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 知道原子晶體的概念，熟知常見的原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，能從原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，分析理解其物理特性。 一 常見的原子晶體的結(jié)構(gòu) 1．金剛石的晶體結(jié)構(gòu)模型如右圖所示。 回答下列問(wèn)題： (1)在晶體中每個(gè)碳原子以4個(gè)共價(jià)單鍵對(duì)稱地與相鄰的4個(gè)碳原子相結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)，這些正四面體向空間發(fā)展，構(gòu)成彼此聯(lián)結(jié)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 (2)晶體中相鄰碳碳鍵的夾角為109.5，碳原子采取了sp3雜化。 (3)最小環(huán)上有6個(gè)碳原子。 (4)晶體中C原子個(gè)數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2。 (5)晶體中C—C鍵長(zhǎng)很短，鍵能很大，故金剛石的硬度很大，熔點(diǎn)很高。 2．二氧化硅是由硅原子和氧原子組成的空間立體網(wǎng)狀的原子晶體。其結(jié)構(gòu)示意圖如下： 觀察分析二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)示意圖，回答下列問(wèn)題： (1)在二氧化硅晶體中，每個(gè)Si原子周圍結(jié)合4個(gè)O原子，同時(shí)每個(gè)O原子與2個(gè)Si原子結(jié)合。 (2)在二氧化硅晶體中，位于四面體中心的原子是硅原子，位于四面體四個(gè)頂點(diǎn)上的原子是氧原子。 (3)二氧化硅晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)是12。 (4)1mol二氧化硅晶體中含有4molSi—O鍵。 [歸納總結(jié)] 1．構(gòu)成原子晶體的基本微粒是原子。晶體中不存在單個(gè)分子，原子晶體的化學(xué)式僅僅表示物質(zhì)中的原子個(gè)數(shù)關(guān)系，不是分子式。 2．形成原子晶體的作用力是共價(jià)鍵。在原子晶體中只存在共價(jià)鍵(極性鍵或非極性鍵)，沒(méi)有分子間作用力和其他相互作用。 3．常見的原子晶體：①常見的非金屬單質(zhì)，如金剛石(C)、硼(B)、晶體硅(Si)等。②某些非金屬化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。 [活學(xué)活用] 1．下列有關(guān)原子晶體的敘述中，正確的是( ) A．原子晶體中只存在非極性共價(jià)鍵 B．在SiO2晶體中，1個(gè)硅原子和2個(gè)氧原子形成2個(gè)共價(jià)鍵 C．石英晶體是直接由硅原子和氧原子通過(guò)共價(jià)鍵所形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體 D．原子晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的高 答案 C 解析 原子晶體單質(zhì)中含有非極性鍵，原子晶體化合物中存在極性共價(jià)鍵；在二氧化硅晶體中，1個(gè)硅原子與4個(gè)氧原子形成4個(gè)Si—O鍵；金屬晶體的熔點(diǎn)差別很大，有些金屬晶體(如W)熔點(diǎn)可能高于某些原子晶體的熔點(diǎn)。 2. 金剛砂(SiC)與金剛石具有相似的晶體結(jié)構(gòu)(如圖所示)，在金剛砂的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，碳原子、硅原子交替以共價(jià)單鍵相結(jié)合。 試回答： (1)金剛砂屬于________晶體。 (2)在金剛砂的結(jié)構(gòu)中，一個(gè)硅原子周圍結(jié)合________個(gè)碳原子。 (3)金剛砂的結(jié)構(gòu)中含有共價(jià)鍵形成的原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有________個(gè)硅原子。 答案 (1)原子 (2)4 (3)3 解析 由于金剛砂的晶體構(gòu)型是空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子、硅原子交替以共價(jià)鍵相結(jié)合，故金剛砂是原子晶體；硅和碳電子層結(jié)構(gòu)相似，成鍵方式相同，硅原子周圍有4個(gè)碳原子；組成的六元環(huán)中，有3個(gè)碳原子、3個(gè)硅原子。 二 原子晶體的性質(zhì)與共價(jià)鍵的關(guān)系 1．硅是一種重要的非金屬單質(zhì)，硅及其化合物的用途非常廣泛。根據(jù)所學(xué)知識(shí)回答硅及其化合物的相關(guān)問(wèn)題。 (1)基態(tài)硅原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2。 (2)晶體硅的微觀結(jié)構(gòu)與金剛石相似，晶體硅中Si—Si鍵之間的夾角大小約為109.5。 (3)二氧化硅晶體的熔點(diǎn)比干冰高很多的原因是要使二氧化硅晶體熔化需要克服較強(qiáng)的共價(jià)鍵，而干冰熔化克服的是微弱的分子間作用力。 2．晶體硅(Si)和金剛砂(SiC)都是與金剛石相似的原子晶體。其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)比較如下表所示： 晶體 鍵能/kJmol－1 鍵長(zhǎng)/pm 熔點(diǎn)/℃ 摩氏硬度 金剛石 (C—C)347 154 3350 10 金剛砂 (C—Si)301 184 2600 9 晶體硅 (Si—Si)226 234 1415 7 請(qǐng)根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，分析其熔點(diǎn)、硬度的大小與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。 答案 鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，熔點(diǎn)越高，硬度越大；反之，鍵長(zhǎng)越長(zhǎng)，鍵能越小，熔點(diǎn)越低，硬度越小。 [歸納總結(jié)] 1．由于原子晶體中原子間以較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，故原子晶體：(1)熔、沸點(diǎn)很高，(2)硬度大，(3)一般不導(dǎo)電，(4)難溶于溶劑。 2．原子晶體中共價(jià)鍵鍵能越大，熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。而鍵能又與鍵長(zhǎng)有關(guān)，鍵長(zhǎng)可由成鍵原子半徑的相對(duì)大小得出。一般來(lái)說(shuō)，成鍵原子的半徑之和越大，鍵長(zhǎng)越長(zhǎng)，鍵能越小。 [活學(xué)活用] 3．根據(jù)下列性質(zhì)判斷，屬于原子晶體的物質(zhì)是( ) A．熔點(diǎn)2700℃，導(dǎo)電性好，延展性強(qiáng) B．無(wú)色晶體，熔點(diǎn)3550℃，不導(dǎo)電，質(zhì)硬，難溶于水和有機(jī)溶劑 C．無(wú)色晶體，能溶于水，質(zhì)硬而脆，熔點(diǎn)為800℃，熔化時(shí)能導(dǎo)電 D．熔點(diǎn)－56.6℃，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時(shí)不導(dǎo)電 答案 B 解析 本題考查的是各類晶體的物理性質(zhì)特征。A項(xiàng)中延展性好，不是原子晶體的特征，因?yàn)樵泳w中原子與原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合，而共價(jià)鍵有一定的方向性，使原子晶體質(zhì)硬而脆，A項(xiàng)不正確；B項(xiàng)符合原子晶體的特征；C項(xiàng)符合離子晶體的特征；D項(xiàng)不符合原子晶體的特征。所以應(yīng)該選擇B項(xiàng)。 4．氮化碳晶體是新發(fā)現(xiàn)的高硬度材料，該晶體類型應(yīng)該是______晶體。試根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)氮化碳晶體與金剛石相比較，硬度更大的應(yīng)該是__________晶體，熔點(diǎn)較低的是__________晶體。 答案 原子 氮化碳 金剛石 解析 根據(jù)氮化碳為高硬度材料且是由非金屬元素組成，因此該晶體應(yīng)為原子晶體。又因?yàn)镃—C鍵鍵長(zhǎng)大于C—N鍵鍵長(zhǎng)，故C—N鍵的鍵能大于C—C鍵，硬度更大的是氮化碳，熔點(diǎn)較低的是金剛石。 理解感悟 此題涉及晶體類型與晶體性質(zhì)的關(guān)系，同時(shí)還涉及化學(xué)鍵鍵能與鍵長(zhǎng)及鍵長(zhǎng)與原子半徑的關(guān)系，只要將這些知識(shí)融會(huì)貫通，此類問(wèn)題就可迎刃而解。 當(dāng)堂檢測(cè) 1．有關(guān)原子晶體的敘述，錯(cuò)誤的是( ) A．原子晶體中，原子不遵循緊密堆積原理 B．原子晶體中不存在獨(dú)立的分子 C．原子晶體的熔點(diǎn)和硬度較高 D．原子晶體熔化時(shí)不破壞化學(xué)鍵 答案 D 2．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．氯化鈉 D．二氧化硅 答案 B 解析 冰在融化時(shí)克服的是分子間作用力，晶體硅克服的是非極性共價(jià)鍵，氯化鈉克服的是離子鍵，二氧化硅克服的是極性共價(jià)鍵。選項(xiàng)B符合題意。 3．下列物質(zhì)中屬于原子晶體的化合物是( ) A．水晶 B．晶體硅 C．金剛石 D．干冰 答案 A 解析 金剛石、晶體硅為原子晶體的單質(zhì)，干冰不是原子晶體。 4．氮化硼很難熔化，加熱至3000℃方可汽化。下列對(duì)氮化硼的敘述，不正確的是( ) A．氮化硼中含有共價(jià)鍵 B．氮化硼是原子晶體 C．氮化硼是離子晶體 D．化學(xué)式為BN 答案 C 解析 根據(jù)氮化硼的元素組成，可判斷它不可能為離子晶體；根據(jù)氮化硼的性質(zhì)，可判斷其是原子晶體，含有共價(jià)鍵。 5．下列物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)順序判斷不正確的是( ) A．Li>Na>K>Rb B．F2下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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