高中化學(xué)選修3.原子晶體

1、二原子晶體（共價(jià)晶體）二原子晶體（共價(jià)晶體）觀察觀察思考思考2 2、原子晶體的物理特性、原子晶體的物理特性熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高硬度大硬度大一般不導(dǎo)電一般不導(dǎo)電且難溶于一些常見(jiàn)的溶劑且難溶于一些常見(jiàn)的溶劑分子晶體、原子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的比較分子晶體、原子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的比較 構(gòu)成晶體粒子構(gòu)成晶體粒子分子分子原子原子分子間作用力分子間作用力共價(jià)鍵共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)、性質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)較小較小較大較大較低較低很高很高固態(tài)和熔融狀固態(tài)和熔融狀態(tài)都不導(dǎo)電態(tài)都不導(dǎo)電不導(dǎo)電不導(dǎo)電相似相溶相似相溶難溶于常見(jiàn)溶劑難溶于常見(jiàn)溶劑3 3、常見(jiàn)的原子晶體、常見(jiàn)的原子晶體【總結(jié)】非金屬單質(zhì)是原子晶體還是分子晶體的【總結(jié)】

2、非金屬單質(zhì)是原子晶體還是分子晶體的判斷方法判斷方法（1）依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用判斷：）依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用判斷：原子晶體的粒子是原子，質(zhì)點(diǎn)間的作用是共價(jià)鍵；原子晶體的粒子是原子，質(zhì)點(diǎn)間的作用是共價(jià)鍵；分子晶體的粒子是分子，質(zhì)點(diǎn)間的作用是范德華力。分子晶體的粒子是分子，質(zhì)點(diǎn)間的作用是范德華力。（2）記憶常見(jiàn)的、典型的原子晶體。）記憶常見(jiàn)的、典型的原子晶體。（3）依據(jù)晶體的熔點(diǎn)判斷：原子晶體熔、沸點(diǎn)高，）依據(jù)晶體的熔點(diǎn)判斷：原子晶體熔、沸點(diǎn)高，常在常在1000以上；分子晶體熔、沸點(diǎn)低，常在數(shù)百以上；分子晶體熔、沸點(diǎn)低，常在數(shù)百度以下至很低的溫度。度以下至很低的溫度。（4）依據(jù)

3、導(dǎo)電性判斷：分子晶體為非導(dǎo)體，但部）依據(jù)導(dǎo)電性判斷：分子晶體為非導(dǎo)體，但部分分子晶體溶于水后能導(dǎo)電；原子晶體多數(shù)為非導(dǎo)分分子晶體溶于水后能導(dǎo)電；原子晶體多數(shù)為非導(dǎo)體，但晶體硅、晶體鍺是半導(dǎo)體。體，但晶體硅、晶體鍺是半導(dǎo)體。（5）依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷：原子晶體硬度大，）依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷：原子晶體硬度大，分子晶體硬度小且較脆。分子晶體硬度小且較脆。思考思考:1為何為何CO2熔沸點(diǎn)低？而破壞熔沸點(diǎn)低？而破壞CO2分子卻比分子卻比SiO2更更難？難？因?yàn)镃O2是分子晶體，SiO2是原子晶體，所以熔化時(shí)CO2是破壞范德華力而SiO2是破壞化學(xué)鍵。所以SiO2熔沸點(diǎn)高。破壞CO2分子與SiO2時(shí)，

4、都是破壞共價(jià)鍵，而CO鍵能Si-O鍵能，所以CO2分子更穩(wěn)定。思考思考2怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石、碳化硅和鍺的怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石、碳化硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度依次下降？熔點(diǎn)和硬度依次下降？因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)相似的原子晶體，原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，晶體熔點(diǎn)越高，所以熔點(diǎn)和硬度有如下關(guān)系：金剛石碳化硅鍺。10928 共價(jià)鍵 思考：在金剛石晶體中，每個(gè)碳與周圍多少個(gè)思考：在金剛石晶體中，每個(gè)碳與周圍多少個(gè)碳原子成鍵？形成怎樣的空間結(jié)構(gòu)？最小碳環(huán)由碳原子成鍵？形成怎樣的空間結(jié)構(gòu)？最小碳環(huán)由多少個(gè)碳原子組成？它們是否在同一平面內(nèi)？多少個(gè)碳原子組成？它們是否在同一平面內(nèi)？ 在金剛石晶體中，碳原子個(gè)

5、數(shù)與在金剛石晶體中，碳原子個(gè)數(shù)與C-C鍵數(shù)鍵數(shù)之比為多少？每個(gè)碳原子被幾個(gè)六元環(huán)共有？之比為多少？每個(gè)碳原子被幾個(gè)六元環(huán)共有？12g金剛石金剛石C-C鍵數(shù)為多少鍵數(shù)為多少NA？金剛石中每個(gè)金剛石中每個(gè)C C原子以原子以spsp3 3雜化，分別與雜化，分別與4 4個(gè)個(gè)相鄰的相鄰的C C 原子形成原子形成4 4個(gè)個(gè)鍵，故鍵角為鍵，故鍵角為1091092828，每個(gè)，每個(gè)C C原子的配位數(shù)為原子的配位數(shù)為4 4；每個(gè)每個(gè)C C原子均可與相鄰的原子均可與相鄰的4 4個(gè)個(gè)C C構(gòu)成實(shí)心的構(gòu)成實(shí)心的正正四面體四面體，向空間無(wú)限延伸得到立體網(wǎng)狀的金剛，向空間無(wú)限延伸得到立體網(wǎng)狀的金剛石晶體，在一個(gè)小正四面體

6、中平均含有石晶體，在一個(gè)小正四面體中平均含有1+41+41/4 =1/4 =2 2個(gè)碳原子；個(gè)碳原子；在金剛石中最小的環(huán)是在金剛石中最小的環(huán)是六元環(huán)六元環(huán)，1 1個(gè)環(huán)中平個(gè)環(huán)中平均含有均含有6 61/12=1/12=1/21/2個(gè)個(gè)C C原子，含原子，含C-CC-C鍵數(shù)為鍵數(shù)為6 61/6=1/6=1 1；金剛石的晶胞中含有金剛石的晶胞中含有C C原子為原子為8 8個(gè)個(gè), ,內(nèi)含內(nèi)含4 4個(gè)個(gè)小正四面體，含有小正四面體，含有C-CC-C鍵數(shù)為鍵數(shù)為1616。10928SiO共價(jià)鍵二氧化硅中二氧化硅中SiSi原子均以原子均以spsp3 3雜化，分別雜化，分別與與4 4個(gè)個(gè)O O原子成鍵，每個(gè)原子

7、成鍵，每個(gè)O O原子與原子與2 2個(gè)個(gè)SiSi原子原子成鍵；成鍵；晶體中的最小環(huán)為晶體中的最小環(huán)為十二元環(huán)十二元環(huán)，其中有，其中有6 6個(gè)個(gè)SiSi原子和原子和6 6個(gè)個(gè)O O原子，含有原子，含有1212個(gè)個(gè)Si-OSi-O鍵；鍵；每個(gè)每個(gè)SiSi原子被原子被1212個(gè)十二元環(huán)共有，每個(gè)個(gè)十二元環(huán)共有，每個(gè)O O原原子被子被6 6個(gè)十二元環(huán)共有，每個(gè)個(gè)十二元環(huán)共有，每個(gè)Si-OSi-O鍵被鍵被6 6個(gè)個(gè)十二元環(huán)共有；每個(gè)十二元環(huán)所擁有的十二元環(huán)共有；每個(gè)十二元環(huán)所擁有的SiSi原子數(shù)為原子數(shù)為6 61/12=1/12=1/21/2，擁有的，擁有的O O原子數(shù)為原子數(shù)為6 61/6=1/6=1

8、1，擁有的，擁有的Si-OSi-O鍵數(shù)為鍵數(shù)為12121/6=1/6=2 2，則則SiSi原子數(shù)與原子數(shù)與O O原子數(shù)之比為原子數(shù)之比為1 1：2 2。晶體中。晶體中SiSi原子數(shù)與原子數(shù)與Si-OSi-O鍵之比為鍵之比為1 1：4 4。思考思考3原子晶體的化學(xué)式是否可以代表其分子式？原子晶體的化學(xué)式是否可以代表其分子式？不能。因?yàn)樵泳w是一個(gè)三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無(wú)小不能。因?yàn)樵泳w是一個(gè)三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無(wú)小分子存在分子存在。思考思考4以金剛石為例，說(shuō)明原子晶體的微觀結(jié)構(gòu)與分以金剛石為例，說(shuō)明原子晶體的微觀結(jié)構(gòu)與分子晶體有哪些不同？子晶體有哪些不同？（1）組成微粒不同，原子晶體中只存在原子，沒(méi)

9、有）組成微粒不同，原子晶體中只存在原子，沒(méi)有分子。分子。（2）相互作用不同，原子晶體中存在的是共價(jià)鍵）相互作用不同，原子晶體中存在的是共價(jià)鍵。石石墨墨晶晶體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)知識(shí)拓展石墨知識(shí)拓展石墨（1）石墨中）石墨中C原子以原子以sp2雜化；雜化；（2）石墨晶體中最小環(huán)為六元環(huán)，含有）石墨晶體中最小環(huán)為六元環(huán)，含有C2個(gè)，個(gè)，C-C鍵為鍵為3；（3）石墨分層，層間為范德華力，硬度小，）石墨分層，層間為范德華力，硬度小，可導(dǎo)電；可導(dǎo)電；（4）石墨中）石墨中r（C-C）比金剛石中）比金剛石中r（C-C）短。短。思考：（1 1）石墨為什么很軟？）石墨為什么很軟？（2 2）石墨的熔沸點(diǎn)為什么很高？）石墨的熔

10、沸點(diǎn)為什么很高？石墨的熔點(diǎn)為什么高于金剛石？石墨的熔點(diǎn)為什么高于金剛石？（3 3）石墨屬于哪類晶體？）石墨屬于哪類晶體？石墨為層狀結(jié)構(gòu)，各層之間是范德華力結(jié)合，石墨為層狀結(jié)構(gòu)，各層之間是范德華力結(jié)合，容易滑動(dòng)，所以石墨很軟。容易滑動(dòng)，所以石墨很軟。它們都有很強(qiáng)的它們都有很強(qiáng)的C-CC-C共價(jià)鍵。在石墨共價(jià)鍵。在石墨中各層均為平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子中各層均為平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子之間存在很強(qiáng)的共價(jià)鍵（大之間存在很強(qiáng)的共價(jià)鍵（大鍵）鍵）， C-CC-C鍵長(zhǎng)比金剛石的短，鍵的強(qiáng)度大，鍵長(zhǎng)比金剛石的短，鍵的強(qiáng)度大，故其熔點(diǎn)金剛石高。故其熔點(diǎn)金剛石高。石墨為混合鍵型晶體。石墨為混合鍵型晶體。例例1.氮化硅（

11、氮化硅（Si3N4）是一種新型的耐高溫耐）是一種新型的耐高溫耐磨材料，在工業(yè)上有廣泛用途，它屬于磨材料，在工業(yè)上有廣泛用途，它屬于 原子晶體原子晶體B.分子晶體分子晶體C.金屬晶體金屬晶體D.離子晶體離子晶體答案：答案：A典型例題典型例題例例2碳化硅（碳化硅（SiC）的一種晶體具有類似金剛石）的一種晶體具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中的結(jié)構(gòu)，其中C原子和原子和Si原子的位置是交替的。在原子的位置是交替的。在下列三種晶體下列三種晶體金剛石金剛石晶體硅晶體硅碳化硅中，它碳化硅中，它們的熔點(diǎn)從高到低的順序是們的熔點(diǎn)從高到低的順序是（）A.B.C.D.分析：分析：C與與Si同為同為IVA族元素，它們的相似性

12、表現(xiàn)族元素，它們的相似性表現(xiàn)在金剛石是原子晶體，晶體硅，碳化硅也是原子晶在金剛石是原子晶體，晶體硅，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)在能逐漸減弱?？赏茢嗵蓟钁?yīng)在Si與與C之間。三種之間。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)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、與鍵能，故熔點(diǎn)從高到低分別是金剛石、碳化硅、晶體硅。晶體硅。答案：答案：A例例3 3、單質(zhì)硼有無(wú)定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)、單質(zhì)硼有無(wú)定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)（1）晶體硼的晶體類型屬于）晶體硼的晶體類型屬于_晶體，晶體， 理由是理由是_。（2）已知晶體硼結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面）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)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點(diǎn)，每個(gè)頂點(diǎn)上各有個(gè)頂點(diǎn)上各有1個(gè)個(gè)B原子。通過(guò)視察圖形及推算，此晶原子。通過(guò)視察圖形及推算，此晶體結(jié)構(gòu)單元由體結(jié)構(gòu)單元由_個(gè)硼原子構(gòu)成。其中個(gè)硼原子構(gòu)成。其中BB鍵的鍵鍵的鍵角為角為_(kāi)。分析：分析：晶體硼的熔、沸點(diǎn)和硬度都介于晶體Si和金剛石之間