《原子晶体与分子晶体第二课时》教案3

《原子晶体与分子晶体》教案教学目标知识与技能：1、了解原子晶体的概念，掌握原子晶体的熔、沸点，硬度等物理性质。2、掌握金刚石、晶体硅、二氧化硅等典型晶体的晶胞。3、理解并掌握原子晶体内原子间作用力的类型。过程与方法：从结构理解原子晶体的性质，明确原子晶体的物理性质及化学变化特点和空间结构。情感、态度与价值观：学会知识的运用，培养学以致用的能力教学重点晶体类型与性质之间的关系教学难点原子晶体的结构特点教学过程【问题引入】C、Si都是第ⅣA主族元素，它们的氧化物CO2和SiO2都是酸性氧化物，在化学性质上有着不少相似之处。大家来看一下这一张表：二氧化碳二氧化硅熔点(℃)－56.2－78.5沸点(℃)17232230那为什么两者的熔、沸点相差这么大？二氧化硅又符不符合分子晶体的特征呢？【板书】二、原子晶体1、定义：相邻原子间以共价键相结合形成的空间网状结构的晶体。2、特点：不存在间个分子，化学式只表示其原子个数比。基本粒子是原子，并以共价键结合向空间发展形成空间网状结构。【师】原子晶体为什么呈空间网状结构呢？【生】因原子晶体中原子间相互作用是共价键，由于共价键不同于金属键，又不同于离子键；它既有饱和性，又有方向性。因而在共价型晶体中，在微粒间相互位置上，就既不可能像金属晶体那样，主要按等径圆球尽可能堆积的规律，尽量以高配位数配置；又不能像离子晶体那样，主要根据正、负离子的半径大小和数量的不同比不同取其可能的堆积方式，以一定的配位数相互配置。共价键的饱和性和方向性在晶体结构中表现出十分明显的决定作用。首先在种类型晶体中，微粒(原子)的配位数由具有饱和性的键的数量决定。其次，原子之间的联结(键合)，都必须采取一定的方向。这样，就从根本上决定了晶体结构的空间构型。可见原子晶体的结构特征是键的饱和性和方向性，它决定了其配位数比一般金属晶体和离子晶体都要小。【板书】3、原子晶体的物理性质很高和熔、沸点，很大的硬度，不导电，难溶于一般溶剂。【师】原子晶体中，各个原子都和数个其他原子以共价键相结合，使整个晶体形成了一个牢固的整体。由于原子晶体内键的饱和性和方向性，决定了这类晶体不具有象金属那样的延性、展性和良好的导电性；又由于共价键的结合能力比离子键的结合能力强，故一般来说，其熔点、沸点较高，硬度较大。【学与问】1、怎样从原子结构的角度理解金属石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？答案：从碳到锗，核电荷数增大，电子层数增多，原子半径增大，C—C键、Si—Si键和Ge—Ge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，因此共价键的稳定性是C—C键>Si—Si键>Ge—Ge键。所以，金刚石、晶体硅和晶体锗的熔点和硬度依次下降。2、“含有共价键的晶体叫做原子晶体。”这种说法对吗？为什么？答案：不对。如：HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共价键，而它们都是分子晶体；又如：金刚石、晶体硅、SiC、SiO2中也都有共价键，它们却都是原子晶体。只有相邻原子间以共价键结合形成空间网状结构的晶体才是原子晶体。【板书】4、常见原子晶体少数非金属单质(如金刚石、单晶硅、晶体硼、晶体锗等)；少数非金属化合物(碳化硅SiC、二氧化硅SiO2、氮化硼BN等)。【板书】5、常见原子晶体模型⑴金刚石【师】金刚石是世上已知最硬的物质，且熔点很高，人很名贵的宝石。人们把天然金刚石当作宝石珍藏已有三千余年历史。经过琢磨的金刚石称钻石，透光度高，纯净的钢厂无色透明，含杂质则呈蓝、黄、棕、绿、黑等色。至今世界上最大的金刚石是“非洲之星”，发现于1906年，质量为3025克拉。金刚石是最典型的原子晶体。宏观世界是由碳原子以共价单键结合而成的，其中，每一个碳原子都和三个与其相邻的碳原子形成典型的正四面体共价键基团CC4，所有的CC4在空间连续分布，每一个碳原子的配位数均为4(如图所示)；若从图中取出一个立方单位，即为金刚石的晶胞(如图所示)。在金刚石晶胞中，顶点和面心上各有一个碳原子，另每个顶点上的碳原子和经过该顶点的三个面面心的碳原子所构成的正四面体的中心也含有一个碳原子，即每个金刚石晶胞中平均拥有4个碳原子。问：⑴金刚石晶体中，碳原子的杂化方式为什么？碳碳键的夹角为多少？⑵晶体中，最小碳环中的碳原子数为多少？共用同一碳原子数的碳环数为多少？⑶晶体中，碳原子数与碳碳共价键数之比为多少？答：⑴sp3、109º28′；⑵6、12；⑶1∶2。【师】如将金刚石中的碳原子全部换成硅原子，那就是晶体硅；如将其中一半的碳原子换成硅原子，那就是金刚砂(SiC)。同样都是原子晶体。【练习一】试比较金刚石、碳化硅和晶体硅的熔点高低。答案：金刚石>晶体硅>晶体硅解释：因从金刚石到晶体硅再到碳化硅，其的化学键分别是C—C、C—Si和Si—Si，键长依次增长，键能依次降低，故熔点逐渐降低。【过渡】如果在晶体硅中的任两个硅原子之间都加上一个氧原子，那就是另一种典型的原子晶体——SiO2。【板书】⑵二氧化硅【师】在二氧化硅晶体中，硅原子和氧原子经共价键结合，每一个硅原子周围有四个氧原子，每个氧原子周围有有个硅原子(如右图)，它们的配位数分别为4和2。问：⑴二氧化硅中硅原子和氧原子的个数比为多少？⑵二氧化硅晶体中Si—O键的键角为多少？⑶二氧化硅晶体中硅原子与Si—O键数之比为多少？⑷二氧化硅晶体中最小环上的原子数为多少？⑸共用同一硅原子、共用同一氧原子的最小环各为多少个？答：⑴1∶2；⑵∠SiOSi=104.5º、∠OSiO=109º28′；⑶1∶4；⑷12；⑸12、6【师】同金刚石的晶胞一样，二氧化硅的晶胞也是立方体。8个顶点和6个面的面心都是O原子，在每个顶点和过该顶点的三个面的面心所形成的正四面体的体心另有一个O原子；在每个正四面体中，中心的O原子与四个处于顶点的O原子之间各有一个Si原子。【总结】本节课的们学习了原子晶体，它是原子间以共价键相结合而形成的空间结构。上节课我们学习了分子晶体，现将这两种晶体的区别比较如下：晶体类型原子晶体分子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熔、沸点很高较低硬度很大较小溶解性不溶于任何溶剂部分溶于水导电性不导电，个别为半导体不导电，部分溶于水导电【随堂练习】1、在amol金刚石中含C—C键数为（）A．4a×6.02×1023B．a×6.02×1023C．2a×6.02×1023D．8a×6.02×102、有关晶体的叙述正确的是（）A．在SiO2晶体中，由Si、O原子构成的最小单元环中共有8个原子B．在12g金刚石中，含C—C共价键键数为4NAC．干冰晶体熔化只需克服分子间作用力D．分子晶体无论在固态或熔化状态下均不导电3、单质硼有晶体和无定形两种，参考下列数据回答：金刚石晶体硅晶体硼熔点/K>382316832573沸点/K510026282823硬度/moh107.09.5⑴晶体硼的晶体类型属于晶体。⑵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，其中含二十个正三角形，和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。试推算：这个基本结构单元由个硼原子组成，键角是度，共含个B—B键。4、科学家在40Gpa高压下，用激光器加热到1800K，成功合成出一氧化碳原子晶体。下列有关这种二氧化碳原子晶体的叙述正确的是()A．晶体中每摩碳原子与4mol氧原子形成共价键B．容易液化，可用做致冷材料C．硬度很大，可做耐磨材料D．具有很高的熔沸点，还具有很大的硬度5、据报道：用激光可将置于铁室中的石墨靶上的碳原子“炸松”，再用一个射频电火花喷射出氮气，可使碳、氮原子结合成碳氮化合物的薄膜，该碳氮化合物的硬度比金刚石更坚硬，则下列分析正确的是()A．该碳氮化合物呈片层结构B．该碳氮化合物呈立体结构C．该碳氮化合物中C—N键长比金刚石的C—C键长长D．相邻主族非金属元素形成的化合物的硬度比单质小6、有关晶体的下列说法中，正确的是()A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定B．原子晶体中共价键越强，熔点越高C．冰熔化时，水分子中共价键发生断裂D．原子晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他类型的化学键【作业】《学习与评价》P37课时13【板书】二、原子晶体1、定义：相邻原子间以共价键相结合形成的空间网状结构的