《原子晶體與分子晶體第二課時》教案3

《原子晶體與分子晶體》教案教學目標知識與技能：1、了解原子晶體的概念，掌握原子晶體的熔、沸點，硬度等物理性質(zhì)。2、掌握金剛石、晶體硅、二氧化硅等典型晶體的晶胞。3、理解并掌握原子晶體內(nèi)原子間作用力的類型。過程與方法：從結(jié)構(gòu)理解原子晶體的性質(zhì)，明確原子晶體的物理性質(zhì)及化學變化特點和空間結(jié)構(gòu)。情感、態(tài)度與價值觀：學會知識的運用，培養(yǎng)學以致用的能力教學重點晶體類型與性質(zhì)之間的關(guān)系教學難點原子晶體的結(jié)構(gòu)特點教學過程【問題引入】C、Si都是第ⅣA主族元素，它們的氧化物CO2和SiO2都是酸性氧化物，在化學性質(zhì)上有著不少相似之處。大家來看一下這一張表：二氧化碳二氧化硅熔點(℃)－56.2－78.5沸點(℃)17232230那為什么兩者的熔、沸點相差這么大？二氧化硅又符不符合分子晶體的特征呢？【板書】二、原子晶體1、定義：相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。2、特點：不存在間個分子，化學式只表示其原子個數(shù)比。基本粒子是原子，并以共價鍵結(jié)合向空間發(fā)展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?！編煛吭泳w為什么呈空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)呢？【生】因原子晶體中原子間相互作用是共價鍵，由于共價鍵不同于金屬鍵，又不同于離子鍵；它既有飽和性，又有方向性。因而在共價型晶體中，在微粒間相互位置上，就既不可能像金屬晶體那樣，主要按等徑圓球盡可能堆積的規(guī)律，盡量以高配位數(shù)配置；又不能像離子晶體那樣，主要根據(jù)正、負離子的半徑大小和數(shù)量的不同比不同取其可能的堆積方式，以一定的配位數(shù)相互配置。共價鍵的飽和性和方向性在晶體結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出十分明顯的決定作用。首先在種類型晶體中，微粒(原子)的配位數(shù)由具有飽和性的鍵的數(shù)量決定。其次，原子之間的聯(lián)結(jié)(鍵合)，都必須采取一定的方向。這樣，就從根本上決定了晶體結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)型。可見原子晶體的結(jié)構(gòu)特征是鍵的飽和性和方向性，它決定了其配位數(shù)比一般金屬晶體和離子晶體都要小?！景鍟?、原子晶體的物理性質(zhì)很高和熔、沸點，很大的硬度，不導電，難溶于一般溶劑?！編煛吭泳w中，各個原子都和數(shù)個其他原子以共價鍵相結(jié)合，使整個晶體形成了一個牢固的整體。由于原子晶體內(nèi)鍵的飽和性和方向性，決定了這類晶體不具有象金屬那樣的延性、展性和良好的導電性；又由于共價鍵的結(jié)合能力比離子鍵的結(jié)合能力強，故一般來說，其熔點、沸點較高，硬度較大?！緦W與問】1、怎樣從原子結(jié)構(gòu)的角度理解金屬石、硅和鍺的熔點和硬度依次下降？答案：從碳到鍺，核電荷數(shù)增大，電子層數(shù)增多，原子半徑增大，C—C鍵、Si—Si鍵和Ge—Ge鍵的鍵長依次增大。鍵長越短，共價鍵越牢固，而熔化時破壞的是共價鍵，因此共價鍵的穩(wěn)定性是C—C鍵>Si—Si鍵>Ge—Ge鍵。所以，金剛石、晶體硅和晶體鍺的熔點和硬度依次下降。2、“含有共價鍵的晶體叫做原子晶體?！边@種說法對嗎？為什么？答案：不對。如：HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共價鍵，而它們都是分子晶體；又如：金剛石、晶體硅、SiC、SiO2中也都有共價鍵，它們卻都是原子晶體。只有相鄰原子間以共價鍵結(jié)合形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體才是原子晶體。【板書】4、常見原子晶體少數(shù)非金屬單質(zhì)(如金剛石、單晶硅、晶體硼、晶體鍺等)；少數(shù)非金屬化合物(碳化硅SiC、二氧化硅SiO2、氮化硼B(yǎng)N等)。【板書】5、常見原子晶體模型⑴金剛石【師】金剛石是世上已知最硬的物質(zhì)，且熔點很高，人很名貴的寶石。人們把天然金剛石當作寶石珍藏已有三千余年歷史。經(jīng)過琢磨的金剛石稱鉆石，透光度高，純凈的鋼廠無色透明，含雜質(zhì)則呈藍、黃、棕、綠、黑等色。至今世界上最大的金剛石是“非洲之星”，發(fā)現(xiàn)于1906年，質(zhì)量為3025克拉。金剛石是最典型的原子晶體。宏觀世界是由碳原子以共價單鍵結(jié)合而成的，其中，每一個碳原子都和三個與其相鄰的碳原子形成典型的正四面體共價鍵基團CC4，所有的CC4在空間連續(xù)分布，每一個碳原子的配位數(shù)均為4(如圖所示)；若從圖中取出一個立方單位，即為金剛石的晶胞(如圖所示)。在金剛石晶胞中，頂點和面心上各有一個碳原子，另每個頂點上的碳原子和經(jīng)過該頂點的三個面面心的碳原子所構(gòu)成的正四面體的中心也含有一個碳原子，即每個金剛石晶胞中平均擁有4個碳原子。問：⑴金剛石晶體中，碳原子的雜化方式為什么？碳碳鍵的夾角為多少？⑵晶體中，最小碳環(huán)中的碳原子數(shù)為多少？共用同一碳原子數(shù)的碳環(huán)數(shù)為多少？⑶晶體中，碳原子數(shù)與碳碳共價鍵數(shù)之比為多少？答：⑴sp3、109o28′；⑵6、12；⑶1∶2?！編煛咳鐚⒔饎偸械奶荚尤繐Q成硅原子，那就是晶體硅；如將其中一半的碳原子換成硅原子，那就是金剛砂(SiC)。同樣都是原子晶體。【練習一】試比較金剛石、碳化硅和晶體硅的熔點高低。答案：金剛石>晶體硅>晶體硅解釋：因從金剛石到晶體硅再到碳化硅，其的化學鍵分別是C—C、C—Si和Si—Si，鍵長依次增長，鍵能依次降低，故熔點逐漸降低?！具^渡】如果在晶體硅中的任兩個硅原子之間都加上一個氧原子，那就是另一種典型的原子晶體——SiO2?！景鍟竣贫趸琛編煛吭诙趸杈w中，硅原子和氧原子經(jīng)共價鍵結(jié)合，每一個硅原子周圍有四個氧原子，每個氧原子周圍有有個硅原子(如右圖)，它們的配位數(shù)分別為4和2。問：⑴二氧化硅中硅原子和氧原子的個數(shù)比為多少？⑵二氧化硅晶體中Si—O鍵的鍵角為多少？⑶二氧化硅晶體中硅原子與Si—O鍵數(shù)之比為多少？⑷二氧化硅晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)為多少？⑸共用同一硅原子、共用同一氧原子的最小環(huán)各為多少個？答：⑴1∶2；⑵∠SiOSi=104.5o、∠OSiO=109o28′；⑶1∶4；⑷12；⑸12、6【師】同金剛石的晶胞一樣，二氧化硅的晶胞也是立方體。8個頂點和6個面的面心都是O原子，在每個頂點和過該頂點的三個面的面心所形成的正四面體的體心另有一個O原子；在每個正四面體中，中心的O原子與四個處于頂點的O原子之間各有一個Si原子?！究偨Y(jié)】本節(jié)課的們學習了原子晶體，它是原子間以共價鍵相結(jié)合而形成的空間結(jié)構(gòu)。上節(jié)課我們學習了分子晶體，現(xiàn)將這兩種晶體的區(qū)別比較如下：晶體類型原子晶體分子晶體組成微粒原子分子微粒間作用力共價鍵分子間作用力熔、沸點很高較低硬度很大較小溶解性不溶于任何溶劑部分溶于水導電性不導電，個別為半導體不導電，部分溶于水導電【隨堂練習】1、在amol金剛石中含C—C鍵數(shù)為（）A．4a×6.02×1023B．a(chǎn)×6.02×1023C．2a×6.02×1023D．8a×6.02×102、有關(guān)晶體的敘述正確的是（）A．在SiO2晶體中，由Si、O原子構(gòu)成的最小單元環(huán)中共有8個原子B．在12g金剛石中，含C—C共價鍵鍵數(shù)為4NAC．干冰晶體熔化只需克服分子間作用力D．分子晶體無論在固態(tài)或熔化狀態(tài)下均不導電3、單質(zhì)硼有晶體和無定形兩種，參考下列數(shù)據(jù)回答：金剛石晶體硅晶體硼熔點/K>382316832573沸點/K510026282823硬度/moh107.09.5⑴晶體硼的晶體類型屬于晶體。⑵已知晶體硼的基本結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體，其中含二十個正三角形，和一定數(shù)目的頂角，每個頂角上各有一個硼原子。試推算：這個基本結(jié)構(gòu)單元由個硼原子組成，鍵角是度，共含個B—B鍵。4、科學家在40Gpa高壓下，用激光器加熱到1800K，成功合成出一氧化碳原子晶體。下列有關(guān)這種二氧化碳原子晶體的敘述正確的是()A．晶體中每摩碳原子與4mol氧原子形成共價鍵B．容易液化，可用做致冷材料C．硬度很大，可做耐磨材料D．具有很高的熔沸點，還具有很大的硬度5、據(jù)報道：用激光可將置于鐵室中的石墨靶上的碳原子“炸松”，再用一個射頻電火花噴射出氮氣，可使碳、氮原子結(jié)合成碳氮化合物的薄膜，該碳氮化合物的硬度比金剛石更堅硬，則下列分析正確的是()A．該碳氮化合物呈片層結(jié)構(gòu)B．該碳氮化合物呈立體結(jié)構(gòu)C．該碳氮化合物中C—N鍵長比金剛石的C—C鍵長長D．相鄰主族非金屬元素形成的化合物的硬度比單質(zhì)小6、有關(guān)晶體的下列說法中，正確的是()A．晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定B．原子晶體中共價鍵越強，熔點越高C．冰熔化時，水分子中共價鍵發(fā)生斷裂D．原子晶體中只存在極性共價鍵，不可能存在其他類型的化學鍵【作業(yè)】《學習與評價》P37課時13【板書】二、原子晶體1、定義：相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的