高中化學選修3.原子晶體

1、二原子晶體（共價晶體）二原子晶體（共價晶體）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和沸點高熔點和沸點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的溶劑且難溶于一些常見的溶劑分子晶體、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 晶體類型晶體類型分子晶體分子晶體原子晶體原子晶體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)粒子間的作用力粒子間的作用力性性質(zhì)質(zhì)硬度硬度溶、沸點溶、沸點導(dǎo)電導(dǎo)電溶解性溶解性構(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鍵共價鍵結(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

2、導(dǎo)電相似相溶相似相溶難溶于常見溶劑難溶于常見溶劑3 3、常見的原子晶體、常見的原子晶體【總結(jié)】非金屬單質(zhì)是原子晶體還是分子晶體的【總結(jié)】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)點間的作用是共價鍵；原子晶體的粒子是原子，質(zhì)點間的作用是共價鍵；分子晶體的粒子是分子，質(zhì)點間的作用是范德華力。分子晶體的粒子是分子，質(zhì)點間的作用是范德華力。（2）記憶常見的、典型的原子晶體。）記憶常見的、典型的原子晶體。（3）依據(jù)晶體的熔點判斷：原子晶體熔、沸點高，）依據(jù)晶體的熔點判斷：原子晶體熔、沸點高

3、，常在常在1000以上；分子晶體熔、沸點低，常在數(shù)百以上；分子晶體熔、沸點低，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)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)硬度和機械性能判斷：原子晶體硬度大，）依據(jù)硬度和機械性能判斷：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熔沸點低？而破壞熔沸點低？而破壞CO2分子卻比分子卻比SiO2更更難？難？因為CO2

4、是分子晶體，SiO2是原子晶體，所以熔化時CO2是破壞范德華力而SiO2是破壞化學鍵。所以SiO2熔沸點高。破壞CO2分子與SiO2時，都是破壞共價鍵，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、碳化硅和鍺的熔點和硬度依次下降？熔點和硬度依次下降？因為結(jié)構(gòu)相似的原子晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體熔點越高，所以熔點和硬度有如下關(guān)系：金剛石碳化硅鍺。10928 共價鍵 思考：在金剛石晶體中，每個碳與周圍多少個思考：在金剛石晶體中，每個碳與周圍多少個碳原子成鍵？形成怎樣的空間結(jié)構(gòu)？最小碳環(huán)由碳原子成鍵？

5、形成怎樣的空間結(jié)構(gòu)？最小碳環(huán)由多少個碳原子組成？它們是否在同一平面內(nèi)？多少個碳原子組成？它們是否在同一平面內(nèi)？ 在金剛石晶體中，碳原子個數(shù)與在金剛石晶體中，碳原子個數(shù)與C-C鍵數(shù)鍵數(shù)之比為多少？每個碳原子被幾個六元環(huán)共有？之比為多少？每個碳原子被幾個六元環(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？金剛石中每個金剛石中每個C C原子以原子以spsp3 3雜化，分別與雜化，分別與4 4個個相鄰的相鄰的C C 原子形成原子形成4 4個個鍵，故鍵角為鍵，故鍵角為1091092828，每個，每個C C原子的配位數(shù)為原子的配位數(shù)為4 4；每個每個C C原子均可與相鄰的原子均可與相鄰的4 4個

6、個C C構(gòu)成實心的構(gòu)成實心的正正四面體四面體，向空間無限延伸得到立體網(wǎng)狀的金剛，向空間無限延伸得到立體網(wǎng)狀的金剛石晶體，在一個小正四面體中平均含有石晶體，在一個小正四面體中平均含有1+41+41/4 =1/4 =2 2個碳原子；個碳原子；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個環(huán)中平個環(huán)中平均含有均含有6 61/12=1/12=1/21/2個個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個個, ,內(nèi)含內(nèi)含4 4個個小正四面體，含有小正四面體，含有C-CC-C鍵數(shù)為鍵數(shù)為1616。1

7、0928SiO共價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個個O O原子成鍵，每個原子成鍵，每個O O原子與原子與2 2個個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個個SiSi原子和原子和6 6個個O O原子，含有原子，含有1212個個Si-OSi-O鍵；鍵；每個每個SiSi原子被原子被1212個十二元環(huán)共有，每個個十二元環(huán)共有，每個O O原原子被子被6 6個十二元環(huán)共有，每個個十二元環(huán)共有，每個Si-OSi-O鍵被鍵被6 6個個十二元環(huán)共有；每個十二元環(huán)所擁有的十二元環(huán)共有；每個十二元

8、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 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原子晶體的化學式是否可以代表其分子式？原子晶體的化學式是否可以代表其分子式？不能。因為原子晶體是一個三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無小不能。因為原子晶體是一個三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無小分子存在分子存在。思考思考4以金剛石為例，說明原子晶

9、體的微觀結(jié)構(gòu)與分以金剛石為例，說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，沒有）組成微粒不同，原子晶體中只存在原子，沒有分子。分子。（2）相互作用不同，原子晶體中存在的是共價鍵）相互作用不同，原子晶體中存在的是共價鍵。石石墨墨晶晶體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)知識拓展石墨知識拓展石墨（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，個，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）

10、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）石墨的熔沸點為什么很高？）石墨的熔沸點為什么很高？石墨的熔點為什么高于金剛石？石墨的熔點為什么高于金剛石？（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，所以石墨很軟。容易滑動，所以石墨很軟。它們都有很強的它們都有很強的C-CC-C共價鍵。在石墨共價鍵。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的共價鍵（大之間存在很強的共價鍵（大鍵）鍵）， C-CC-C鍵長比金剛石的短

11、，鍵的強度大，鍵長比金剛石的短，鍵的強度大，故其熔點金剛石高。故其熔點金剛石高。石墨為混合鍵型晶體。石墨為混合鍵型晶體。 熔點熔點（） 沸點沸點（）石墨石墨3652365248274827金剛石金剛石 3550355048274827例例1.氮化硅（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

12、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，它們的熔點從高到低的順序是們的熔點從高到低的順序是（）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，形成共價鍵的鍵體。從碳到硅原子半徑逐漸增大，形成共價鍵的鍵能逐漸減弱。可推斷碳化硅應(yīng)在能逐漸減弱。可推斷碳化硅應(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，熔點決定于它們的鍵長原子晶體，空間結(jié)

13、構(gòu)相似，熔點決定于它們的鍵長與鍵能，故熔點從高到低分別是金剛石、碳化硅、與鍵能，故熔點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)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)、單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù) 金剛石金剛石晶體硅晶體硅晶體硼晶體硼熔點熔點382316832573沸點沸點510026282823硬度硬度107.09.5（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個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點，每個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點，每個頂點上各有個頂點上各有1個個B原子。通過視察圖形及推算，此晶原子。通過視察圖形及推算，此晶體結(jié)構(gòu)單元由體結(jié)構(gòu)單元由_個硼原子構(gòu)成。其中個硼原子構(gòu)成。其中BB鍵的鍵鍵的鍵角為角為_。分析：分析：晶體硼的熔、沸點和硬度都介于晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si均為原子晶體，B與C相鄰與Si處于對角線處，則晶體硼也為原子晶體。晶體硼每個三角形的頂點被5個三角形所共有，所以，此頂點完全屬于一個三角形的只占到1/5，每個三角形中有3個這樣的點，且晶體B中有20個這樣的三角形，因此，晶體B中這樣的頂點（B原子）有3/520=12個。又因晶