高中化学选修3.原子晶体

1、二原子晶体（共价晶体）二原子晶体（共价晶体）观察观察思考思考2 2、原子晶体的物理特性、原子晶体的物理特性熔点和沸点高熔点和沸点高硬度大硬度大一般不导电一般不导电且难溶于一些常见的溶剂且难溶于一些常见的溶剂分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较 构成晶体粒子构成晶体粒子分子分子原子原子分子间作用力分子间作用力共价键共价键结构、性质结构、性质较小较小较大较大较低较低很高很高固态和熔融状固态和熔融状态都不导电态都不导电不导电不导电相似相溶相似相溶难溶于常见溶剂难溶于常见溶剂3 3、常见的原子晶体、常见的原子晶体【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的【总结】

2、非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法判断方法（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。（2）记忆常见的、典型的原子晶体。）记忆常见的、典型的原子晶体。（3）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点高，）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点高，常在常在1000以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百度以下至很低的温度。度以下至很低的温度。（4）依据

3、导电性判断：分子晶体为非导体，但部）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。体，但晶体硅、晶体锗是半导体。（5）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。分子晶体硬度小且较脆。思考思考:1为何为何CO2熔沸点低？而破坏熔沸点低？而破坏CO2分子却比分子却比SiO2更更难？难？因为CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，所以熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。所以SiO2熔沸点高。破坏CO2分子与SiO2时，

4、都是破坏共价键，而CO键能Si-O键能，所以CO2分子更稳定。思考思考2怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅和锗的怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅和锗的熔点和硬度依次下降？熔点和硬度依次下降？因为结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高，所以熔点和硬度有如下关系：金刚石碳化硅锗。10928 共价键 思考：在金刚石晶体中，每个碳与周围多少个思考：在金刚石晶体中，每个碳与周围多少个碳原子成键？形成怎样的空间结构？最小碳环由碳原子成键？形成怎样的空间结构？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？ 在金刚石晶体中，碳原子个

5、数与在金刚石晶体中，碳原子个数与C-C键数键数之比为多少？每个碳原子被几个六元环共有？之比为多少？每个碳原子被几个六元环共有？12g金刚石金刚石C-C键数为多少键数为多少NA？金刚石中每个金刚石中每个C C原子以原子以spsp3 3杂化，分别与杂化，分别与4 4个个相邻的相邻的C C 原子形成原子形成4 4个个键，故键角为键，故键角为1091092828，每个，每个C C原子的配位数为原子的配位数为4 4；每个每个C C原子均可与相邻的原子均可与相邻的4 4个个C C构成实心的构成实心的正正四面体四面体，向空间无限延伸得到立体网状的金刚，向空间无限延伸得到立体网状的金刚石晶体，在一个小正四面体

6、中平均含有石晶体，在一个小正四面体中平均含有1+41+41/4 =1/4 =2 2个碳原子；个碳原子；在金刚石中最小的环是在金刚石中最小的环是六元环六元环，1 1个环中平个环中平均含有均含有6 61/12=1/12=1/21/2个个C C原子，含原子，含C-CC-C键数为键数为6 61/6=1/6=1 1；金刚石的晶胞中含有金刚石的晶胞中含有C C原子为原子为8 8个个, ,内含内含4 4个个小正四面体，含有小正四面体，含有C-CC-C键数为键数为1616。10928SiO共价键二氧化硅中二氧化硅中SiSi原子均以原子均以spsp3 3杂化，分别杂化，分别与与4 4个个O O原子成键，每个原子

7、成键，每个O O原子与原子与2 2个个SiSi原子原子成键；成键；晶体中的最小环为晶体中的最小环为十二元环十二元环，其中有，其中有6 6个个SiSi原子和原子和6 6个个O O原子，含有原子，含有1212个个Si-OSi-O键；键；每个每个SiSi原子被原子被1212个十二元环共有，每个个十二元环共有，每个O O原原子被子被6 6个十二元环共有，每个个十二元环共有，每个Si-OSi-O键被键被6 6个个十二元环共有；每个十二元环所拥有的十二元环共有；每个十二元环所拥有的SiSi原子数为原子数为6 61/12=1/12=1/21/2，拥有的，拥有的O O原子数为原子数为6 61/6=1/6=1

8、1，拥有的，拥有的Si-OSi-O键数为键数为12121/6=1/6=2 2，则则SiSi原子数与原子数与O O原子数之比为原子数之比为1 1：2 2。晶体中。晶体中SiSi原子数与原子数与Si-OSi-O键之比为键之比为1 1：4 4。思考思考3原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构，无小不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在分子存在。思考思考4以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？子晶体有哪些不同？（1）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没

9、有）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子。分子。（2）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键。石石墨墨晶晶体体结结构构知识拓展石墨知识拓展石墨（1）石墨中）石墨中C原子以原子以sp2杂化；杂化；（2）石墨晶体中最小环为六元环，含有）石墨晶体中最小环为六元环，含有C2个，个，C-C键为键为3；（3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电；可导电；（4）石墨中）石墨中r（C-C）比金刚石中）比金刚石中r（C-C）短。短。思考：（1 1）石墨为什么很软？）石墨为什么很软？（2 2）石墨的熔沸点为什么很高？）石墨的熔

10、沸点为什么很高？石墨的熔点为什么高于金刚石？石墨的熔点为什么高于金刚石？（3 3）石墨属于哪类晶体？）石墨属于哪类晶体？石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。容易滑动，所以石墨很软。它们都有很强的它们都有很强的C-CC-C共价键。在石墨共价键。在石墨中各层均为平面网状结构，碳原子中各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大之间存在很强的共价键（大键）键）， C-CC-C键长比金刚石的短，键的强度大，键长比金刚石的短，键的强度大，故其熔点金刚石高。故其熔点金刚石高。石墨为混合键型晶体。石墨为混合键型晶体。例例1.氮化硅（

11、氮化硅（Si3N4）是一种新型的耐高温耐）是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于磨材料，在工业上有广泛用途，它属于 原子晶体原子晶体B.分子晶体分子晶体C.金属晶体金属晶体D.离子晶体离子晶体答案：答案：A典型例题典型例题例例2碳化硅（碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中的结构，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。在下列三种晶体下列三种晶体金刚石金刚石晶体硅晶体硅碳化硅中，它碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是们的熔点从高到低的顺序是（）A.B.C.D.分析：分析：C与与Si同为同为IVA族元素，它们的相似性

12、表现族元素，它们的相似性表现在金刚石是原子晶体，晶体硅，碳化硅也是原子晶在金刚石是原子晶体，晶体硅，碳化硅也是原子晶体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱。可推断碳化硅应在能逐渐减弱。可推断碳化硅应在Si与与C之间。三种之间。三种原子晶体，空间结构相似，熔点决定于它们的键长原子晶体，空间结构相似，熔点决定于它们的键长与键能，故熔点从高到低分别是金刚石、碳化硅、与键能，故熔点从高到低分别是金刚石、碳化硅、晶体硅。晶体硅。答案：答案：A例例3 3、单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据、单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据（1）晶体硼的晶体类型属于）晶体硼的晶体类型属于_晶体，晶体， 理由是理由是_。（2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有个顶点上各有1个个B原子。通过视察图形及推算，此晶原子。通过视察图形及推算，此晶体结构单元由体结构单元由_个硼原子构成。其中个硼原子构成。其中BB键的键键的键角为角为_。分析：分析：晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间