2018-2019版化学新导学笔记人教选修三讲义：第三章 第二节 原子晶体与分子晶体 第2课时

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第2课时原子晶体［学习目标定位]1。知道原子晶体的概念，能够从原子晶体的结构特点理解其物理特性。2.学会晶体熔、沸点比较的方法。一、原子晶体的概念、结构及其性质1。概念及组成(1）概念：相邻原子间以共价键相结合形成的具有空间立体网状结构的晶体，称为原子晶体。（2）构成微粒：原子晶体中的微粒是原子，原子与原子之间的作用力是共价键。2.两种典型原子晶体的结构(1)金刚石的晶体结构模型如图所示.回答下列问题：①在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构,这些正四面体向空间发展,构成彼此联结的立体网状结构。②晶体中相邻碳碳键的夹角为109°28′，碳原子采取了sp3杂化.③最小环上有6个碳原子,晶体中C原子与C—C键个数之比为1∶2。④晶体中C-C键键长很短,键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。(2）二氧化硅晶体结构模型如图所示。回答下列问题:①每个硅原子都采取sp3杂化,以4个共价单键与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，向空间扩展,构成空间网状结构。②晶体中最小的环为6个硅原子、6个氧原子组成的12元环，硅、氧原子个数比为1∶2。3。特性由于原子晶体中原子间以较强的共价键相结合，故原子晶体：①熔、沸点很高，②硬度大，③一般不导电，④难溶于溶剂。4。常见的原子晶体：常见的非金属单质，如金刚石（C）、硼(B)、晶体硅（Si)等；某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼（BN)、二氧化硅(SiO2)等。原子晶体的结构特点（1）构成原子晶体的微粒是原子,其相互作用力是共价键。(2)原子晶体中不存在单个分子，化学式仅仅表示的是物质中的原子个数比关系，不是分子式。例1下列物质的晶体直接由原子构成的一组是(）①CO2②SiO2③晶体Si④白磷⑤氨基乙酸⑥固态HeA。①②③④⑤⑥B。②③④⑥C.②③⑥D。①②⑤⑥【考点】原子晶体【题点】原子晶体的一般性质及判断答案C解析CO2、白磷、氨基乙酸、固态He是分子晶体，其晶体由分子构成，稀有气体He由单原子分子构成;SiO2、晶体Si属于原子晶体，其晶体直接由原子构成。例2关于SiO2晶体的叙述中，正确的是()A。通常状况下，60gSiO2晶体中含有的分子数为NA（NA表示阿伏加德罗常数）B。60gSiO2晶体中，含有2NA个Si-O键C。晶体中与同一硅原子相连的4个氧原子处于同一四面体的4个顶点D。SiO2晶体中含有1个硅原子和2个氧原子【考点】原子晶体【题点】原子晶体的结构特点及微粒间的作用答案C解析60gSiO2晶体即1molSiO2，晶体中含有Si—O键数目为4NA(每个硅原子、氧原子分别含有4个、2个未成对电子,各拿出一个单电子形成Si—O共价键）,含4NA个Si—O键;SiO2晶体中含有无数的硅原子和氧原子,只是硅、氧原子个数比为1∶2；在SiO2晶体中，每个硅原子和与其相邻且最近的4个氧原子形成正四面体结构，硅原子处于该正四面体的中心，而4个氧原子处于该正四面体的4个顶点上.二、原子晶体和分子晶体比较1。填写下表晶体类型原子晶体分子晶体概念相邻原子间以共价键相结合而形成的空间立体网状结构的晶体分子间以分子间作用力相结合的晶体组成微粒原子分子微粒间作用力共价键分子间作用力物理性质熔、沸点高，硬度大，不溶于常见的溶剂,不导电,个别为半导体熔、沸点较低，硬度较小，部分溶于水，不导电，部分溶于水导电熔化时破坏的作用力破坏共价键一定破坏范德华力，有时还破坏氢键,如冰融化实例金刚石、二氧化硅等冰、干冰等2。怎样从原子结构的角度理解金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降?答案从碳到硅，核电荷数增大，电子层数增多，原子半径增大，C—C键、C—Si键、Si—Si键的键长依次增大，键长越短，共价键越牢固，而熔化时破坏的是共价键，而键的稳定性是C—C键〉C-Si键>Si—Si键，所以,金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降。晶体熔、沸点和硬度的比较方法(1）先判断晶体类型.主要依据构成晶体的微粒及其微粒间的作用力。对于不同类型的晶体，一般来说，原子晶体的熔、沸点高于分子晶体，原子晶体的硬度大于分子晶体。（2)对于同一类型的晶体①原子晶体的熔点高低、硬度大小取决于共价键的强弱，原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越强,熔点越高。②分子晶体的熔、沸点高低取决于分子间作用力，分子间作用力与相对分子质量有关，同时还要考虑分子极性及是否存在氢键。例3下表是某些原子晶体的熔点和硬度。原子晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/℃390030002700171014101211硬度109.59.57.06。56。0分析表中的数据，判断下列叙述正确的是（）A。构成原子晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高B.构成原子晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高C。构成原子晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大D.构成原子晶体的原子的相对分子质量越大,晶体的硬度越大【考点】原子晶体【题点】原子晶体的熔、沸点的比较答案B解析原子晶体的熔点和硬度与构成原子晶体的原子间的共价键键能有关,而原子间的共价键键能与原子半径的大小有关。例4下列晶体性质的比较中不正确的是（）A.熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅B.沸点：NH3〉PH3C。硬度:白磷>冰>二氧化硅D.熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4【考点】原子晶体【题点】分子晶体与原子晶体熔、沸点的比较答案C故键能：C-C>C—Si>Si-Si。键能越大，原子晶体的熔点越高,A项正确；因为NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点大于PH3的沸点，B项正确；二氧化硅是原子晶体,硬度大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误;四卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大,熔点越高，D项正确.1.下列物质中,属于原子晶体的化合物是（）A。无色水晶 B。晶体硅C.金刚石 D.干冰【考点】原子晶体【题点】原子晶体的一般性质及判断答案A解析A项，无色水晶是原子晶体，属于化合物;B项，晶体硅是单质;C项,金刚石是单质;D项,干冰是分子晶体。2。固体熔化时，必须破坏非极性共价键的是(）A.冰 B。晶体硅C。溴 D。二氧化硅【考点】原子晶体【题点】原子晶体的结构特点及微粒间的作用答案B解析冰在融化时克服的是分子间作用力；晶体硅克服的是非极性共价键;溴克服的是分子间作用力；二氧化硅克服的是极性共价键。选项B符合题意。3。下列有关物质的熔点高低顺序不正确的是(）A。HF＞HCl，HCl＜HBr B。CF4＜CCl4＜CBr4C.I2＞SiO2 D。H2O＞H2S，SO2＜SeO2【考点】原子晶体【题点】分子晶体与原子晶体熔、沸点的比较答案C解析HCl、HBr、CF4、CCl4、CBr4、SO2、SeO2均为组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，熔点越高。HF、H2O分子间均存在氢键，所以熔点出现“反常”现象。4。最近科学家成功制成了一种新型的碳氧化物,该化合物晶体与SiO2的晶体的结构相似，该化合物晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，形成一种无限伸展的空间网状结构，下列对该晶体的叙述错误的是（）A。该晶体是原子晶体B.该晶体中碳原子和氧原子的个数比为1∶2C.该晶体中碳原子数与C—O键数之比为1∶2D.该晶体中最小的环由12个原子构成【考点】原子晶体【题点】原子晶体结构与性质的综合答案C解析该化合物晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合,形成一种无限伸展的空间网状结构，则该化合物晶体中不存在分子，属于原子晶体，A项正确；晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合，所以碳、氧原子个数比为1∶2，B项正确；该晶体中每个碳原子形成4个C—O共价键，所以C原子与C—O键数目之比为1∶4，C项错误；该晶体中最小的环由6个碳原子和6个氧原子构成,D项正确.5.现有两组物质的熔点数据如表所示：A组B组金刚石：3550℃HF:－83℃晶体硅:1410℃HCl:－115℃晶体硼：2300℃HBr：－89℃二氧化硅:1710℃HI:－51℃根据表中数据回答下列问题。（1）A组属于________晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是____________。（2)B组中HF熔点反常是由于__________。（3)B组晶体不可能具有的性质是__________（填序号）。①硬度小②水溶液能导电③固体能导电④液体状态能导电【考点】原子晶体【题点】分子晶体与原子晶体综合答案（1）原子共价键（2）HF分子间能形成氢键，熔化时需要消耗的能量更多（3)③④解析A组熔点很高，应是原子晶体，原子晶体熔化时破坏的是共价键；B组是分子晶体,且结构相似，一般是相对分子质量越大,熔点越高；HF的相对分子质量最小但熔点比HCl高，出现反常的原因是HF分子间存在氢键，HF熔化时除了破坏范德华力，还要破坏氢键，所需能量更高，因而熔点更高。分子晶体在固态和熔化状态都不导电.[对点训练］题组一原子晶体及结构特点1.下列有关原子晶体的叙述错误的是（）A。原子晶体中，只存在共价键B。原子晶体具有空间网状结构C.原子晶体中不存在独立的分子D.原子晶体熔化时不破坏共价键【考点】原子晶体【题点】原子晶体的结构特点及微粒间的作用答案D解析A项,原子晶体中原子之间通过共价键相连；B项，原子晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构；C项，原子晶体是由原子以共价键相结合形成的，不存在独立的分子；D项，原子晶体是原子通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键。2。下列晶体中,化学键种类相同，晶体类型也相同的是（）A。SO2与SiO2 B.CO2与H2OC。金刚石与HCl D。CCl4与SiC【考点】原子晶体【题点】原子晶体的结构特点及微粒间的作用答案B解析题中所给八种物质属于分子晶体的是SO2、CO2、H2O、HCl、CCl4，属于原子晶体的是SiO2、金刚石、SiC，只有B项符合题意。3.金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的原子晶体。在立方体中,若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置（）A。12，大立方体的12条棱的中点B。8，大立方体的8个顶角C.6,大立方体的6个面的中心D。14，大立方体的8个顶角和6个面的中心【考点】原子晶体【题点】原子晶体的结构特点及微粒间的作用力答案A解析与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。如图所示：4.下列说法正确的是(）A。124g白磷中含有P—P键的个数为4NAB。12g石墨中含有C—C键的个数为2NAC.12g金刚石中含有C—C键的个数为2NAD.60gSiO2中含有Si—O键的个数为2NA【考点】原子晶体【题点】原子晶体的结构特点及微粒间的作用答案C解析由白磷的分子结构可知，124g白磷即1molP4中的P—P键的个数为6NA;12g石墨的物质的量n（C）＝1mol,由石墨的晶体结构为平面正六边形可知，晶体中n(C）∶n（C—C)＝2∶3，故12g石墨中含有C—C键的个数为1.5NA；由SiO2的晶体结构可知，60gSiO2即1molSiO2中含有Si—O键的个数为4NA。5。某原子晶体A，其空间结构中的一部分如图所示.A与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A键中插入一个B原子，则C的化学式为()A.AB B.A5B4C.AB2 D。A2B5【考点】原子晶体【题点】原子晶体的结构特点及微粒间的作用答案C解析由于处于中心的A原子实际结合的B原子为eq\f（1,2)×4＝2个,故C的化学式为AB2，其空间结构如图。题组二原子晶体性质及判断6.下列事实能说明刚玉（Al2O3）是一种原子晶体的是（）①Al2O3是两性氧化物②硬度很大③它的熔点为2045℃④几乎不溶于水⑤自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石A.①②③B.②③④C.④⑤D。②⑤【考点】原子晶体【题点】原子晶体的一般性质及判断答案B解析①指的是Al2O3的分类,⑤指的是刚玉的种类，这两项都无法说明Al2O3是一种原子晶体。7。晶体AB型共价化合物，若原子最外层电子数之和为8,常是具有半导体性质的原子晶体.已知金刚石不导电而导热,锆石(ZrO2)不导电、不导热，却硬似钻石.近期用制耐热器的碳化硅也制成假钻石,则识别它们的可靠方法是()A.不导电的为锆石B。能在玻璃上刻画出痕迹的为金刚石C。很硬不导电而导热的是金刚石和碳化硅D。既可导电又可导热的是碳化硅【考点】原子晶体【题点】原子晶体的一般性质及判断答案C8。氮氧化铝(AlON)属于原子晶体，是一种高强度透明材料，下列叙述错误的是（)A。AlON和SiO2所含化学键的类型相同B.电解熔融AlON可得到AlC.AlON中N元素的化合价为－1D。AlON和SiO2的晶体类型相同【考点】原子晶体【题点】原子晶体的一般性质及判断答案B解析AlON和SiO2均属于原子晶体，均只含有共价键，A、D项正确；AlON属于原子晶体，熔融时不导电，B项错误；AlON中O为－2价，Al为＋3价，所以N元素的化合价为－1，C项正确。题组三原子晶体与分子晶体的综合9.下列有关晶体的叙述中，错误的是(）A。分子晶体熔化时化学键不被破坏B.白磷晶体中，结构粒子之间通过共价键结合C.石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体D。构成分子晶体的结构粒子中可能存在共价键【考点】原子晶体【题点】原子晶体的结构特点及微粒间的作用答案B解析分子晶体是通过分子间作用力将分子结合在一起的，所以熔化时，分子内部的化学键未发生变化，破坏的只是分子间作用力,A正确；白磷晶体是分子晶体，在P4内部存在共价键,而结构粒子（P4）之间是通过分子间作用力结合的，B错误；石英晶体是原子晶体，C正确;稀有气体在固态时也属于分子晶体，而稀有气体是单原子分子，在分子内部不存在共价键，在干冰晶体中，CO2分子内存在共价键，D正确。10.下列排序不正确的是()A.硬度由大到小:金刚石〉碳化硅〉晶体硅B.熔点由高到低：SiC〉Si>SiO2〉GeC。沸点由高到低：HF>HBr〉HClD.硬度由大到小:白磷〉冰〉二氧化硅【考点】原子晶体【题点】分子晶体与原子晶体熔、沸点的比较答案D11。根据下表中给出的有关数据,判断下列说法中错误的是（)AlCl3SiCl4晶体硼金刚石晶体硅熔点/℃190－60230035501410沸点/℃18357255048272355A。SiCl4是分子晶体B.晶体硼是原子晶体C.AlCl3是分子晶体，加热能升华D。金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键弱【考点】原子晶体【题点】分子晶体与原子晶体综合答案D解析SiCl4、AlCl3的熔、沸点低，都是分子晶体，AlCl3的沸点低于其熔点，即在未熔化的温度下它就能气化，故AlCl3加热能升华，A、C项正确；晶体硼的熔、沸点高，所以晶体硼是原子晶体，B项正确;碳原子的半径比硅原子的半径小，金刚石中的C—C键长比晶体硅中的Si-Si键长短，金刚石中的C—C键能比晶体硅中的Si—Si键能大，金刚石中的C-C键比晶体硅中的Si-Si键强，D项错误。12.氮化碳结构如图，其中β-氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法不正确的是()A。氮化碳属于原子晶体B.氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价C。氮化碳的化学式为C3N4D。每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连【考点】原子晶体【题点】原子晶体结构与性质的综合答案B解析根据β—氮化碳硬度超过金刚石晶体判断，氮化碳属于原子晶体，A项正确；氮的非金属性大于碳的非金属性，氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价，B项错误；氮化碳的化学式为C3N4，每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连，C、D项正确。［综合强化］13.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据：金刚石晶体硅晶体硼熔点/K＞382316832573沸点/K510026282823硬度107。09.5(1)晶体硼的晶体类型属于________晶体,理由是______________________________________________________________________________________________________.(2）已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图)，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点,每个顶点上各有1个B原子。通过观察图形及推算，此晶体结构单元由________个B原子组成，键角为________。【考点】原子晶体【题点】原子晶体结构与性质的综合答案（1)原子晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原子晶体，B与C相邻且与Si处于对角线位置，也应为原子晶体（2）1260°解析晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原子晶体，B与C相邻且与Si处于对角线位置,也应为原子晶体。每个三角形的顶点被5个三角形所共有，所以，此顶点完全属于一个三角形的只占到eq\f（1，5），每个三角形中有3个这样的点，且晶体B中有20个这样的三角形，因此,晶体B中这样的顶点(B原子)有eq\f(3，5)×20＝12个.又因晶体B中的三角形为正三角形，所以键角为60°.14。有E、Q、T、X、Z五种前四周期元素，原子序数E<Q<T<X〈Z.E、Q、T三种元素的基态原子具有相同的能层和能级，且I1（E）〈I1(T）〈I1(Q)，其中基态Q原子的2p轨道处于半充满状态，且QTeq\o\al(＋，2）与ET2互为等电子体。X为周期表前四周期中电负性最小的元素，Z的原子序数为28.请回答下列问题(答题时如需表示具体元素，请用相应的元素符号）:(1）写出QTeq\o\al(＋，2）的电子式________，基态Z原子的核外电子排布式为____________。（2）Q的简单氢化物极易溶于T的简单氢化物，其主要原因有_______________等两种.（3）化合物甲由T、X两元素组成，其晶胞如下图，则甲的化学式为__________。(4）化合物乙的晶胞如下图，乙由E、Q两元素组成，硬度超过金刚石.①乙的晶体类型为________,其硬度超过金刚石的原因是______________________。②乙的晶体中E、Q两种元素原子的杂化方式均为__________________。【考点】原子晶体【题点】原子晶体结构与性质的综合答案（1）1s22s22p63s23p63d84s2（2)这两种氢化物均为极性分子、相互之间能形成氢键（3）KO2（4)①原子晶体C—N键的键长小于C—C键，键能大于C—C键②sp3解析由题意知，E、Q、T、X、Z五种元素分别为C、N、O、K、Ni。（1）CO2、NOeq\o\al（＋，2)为等电子体，电子式相似，故NOeq\o\al(＋,2)的电子式为，基态Ni原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。（2)Q的简单氢化物NH3极易溶于T的简单氢化物H2O，其主要原因有这两种氢化物均为极性分子、分子之间能形成氢键。（3)由化合物甲的晶胞可知,甲的化学式为KO2。(4)①由化合物乙的晶胞可知，乙的化学式为C3N4，属于原子晶体，其硬度超过金刚石的原因是C—N键的键长小于C—C键，键能大于C—C键.②C3N4晶体中C、N两种元素原子的杂化方式均为sp3杂化。15。(1)金刚砂（SiC）的硬度为9.5，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂晶体类型为________；在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为________；若晶胞的边长为apm，则金刚砂的密