2021年高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第3节原子晶体与分子晶体学案鲁科版选修3

《2021年高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第3节原子晶体与分子晶体学案鲁科版选修3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021年高中化学第3章物质的聚集状态与物质性质第3节原子晶体与分子晶体学案鲁科版选修3（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1 第 3 节原子晶体与分子晶体第 3 节原子晶体与分子晶体 1(2021 年学科教研组精选汇编)了解原子晶体、分子晶体的结构与性质。 2能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体和石墨晶体的结构与性质。(重点) 原 子 晶 体 基础初探 教材整理 1原子晶体 1(2021 年学科教研组精选汇编)概念 相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为原子晶体。 2特点 原子晶体的熔点很高，硬度很大。对结构相似的原子晶体来说，原子半径越小，键长越 短，键能越大，晶体的熔点就越高。 原子晶体中的原子服从紧密堆积排列吗？说明理由。 【提示】不服从。 由于共价键具有方向性和饱和性， 原子晶体中每个原

2、子周围排列的 原子的数目是有限的，故原子的排列不服从紧密堆积方式。 教材整理 2几种原子晶体的结构 1(2021 年学科教研组精选汇编)金刚石的结构 金刚石的晶体结构 在晶体中， 碳原子以 sp3杂化轨道与周围 4 个碳原子以共价键相结合， CC 键间的夹角 为 109.5。因为中心原子周围排列的原子的数目是有限的，所以这种比较松散的排列与金 属晶体和离子晶体中的紧密堆积排列有很大的不同。 2SiO2晶体的结构 2 二氧化硅的晶体结构 水晶是由 Si 和 O 构成的空间立体网状的二氧化硅晶体， 一个硅原子与 4 个氧原子形成 4 个共价键， 每个氧原子与 2 个硅原子形成 2 个共价键， 从而

3、形成以硅氧四面体为骨架的结构， 且只存在 SiO 键。二氧化硅晶体中硅原子和氧原子个数比为 12，不存在单个分子，可 以把整个晶体看成巨型分子。 3SiC 晶体的结构 SiC 晶体的结构类似于金刚石晶体结构，其中 C 原子和 Si 原子的位置是交替的，所以 在整个晶体中 Si 原子与 C 原子个数比为 11。 (1)金刚石的晶胞构型为正四面体。() (2)二氧化硅的分子式是 SiO2。() (3)SiC 熔化时断裂非极性共价键。() (4)原子晶体一定不是电解质。() 合作探究 原子晶体的物理性质 探究背景 金刚石、碳化硅、晶体硅这三种晶体的晶胞结构和键参数的差异决定了其性质不同。 探究问题

4、1(2021 年学科教研组精选汇编)三种晶体都属于原子晶体。 金刚石晶体的每个晶胞含有 8 个碳原子。 2. 键能(kJmol 1) 347301226 熔点()2 6001 4153 350 3 硬度7109 则：(1)键能：CCCSiSiSi(填序号)。 (2)熔点：金刚石，碳化硅，晶体硅(填序号)。 (3)硬度：金刚石碳化硅晶体硅(填“”或“”) 3规律：原子晶体具有很高的熔点，很大的硬度；对结构相似的原子晶体来说，原子 半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。 核心突破 1(2021 年学科教研组精选汇编)金刚石和二氧化硅结构特点 金刚 石 (1)每个碳与相邻 4 个碳以共价键

5、结合，形成正四面体结 构 (2)键角均为 109.5 (3)最小碳环由 6 个 C 组成且六个原子不在同一平面内 (4)每个 C 参与 4 条 CC 键的形成， C 原子数与 CC 键个 数之比为 12 (5)每个晶胞含 8 个 C SiO2 (1)每个 Si 与 4 个 O 以共价键结合，形成正四面体结构 (2)每个正四面体占有 1 个 Si， 4 个 “ O” ，n(Si)n(O) 1 2 12 (3)最小环上有 12 个原子，即 6 个 O，6 个 Si 2.原子晶体的特点 (1)原子晶体的构成微粒是原子，只存在共价键，不存在其他作用力。 (2)原子晶体的化学式表示其比例组成，晶体中不存

6、在分子。 (3)原子晶体为空间立体网状结构，可把整个原子晶体看成一个巨型分子。 (4)原子晶体一般具有熔点高、硬度大、不溶于溶剂，一般不导电等特点。 题组冲关 1(2021 年学科教研组精选汇编)关于金刚石的下列说法中，错误的是() A晶体中不存在独立的分子 B碳原子间以共价键相结合 C是硬度最大的物质之一 D化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应 【解析】金刚石在高温下与 O2反应生成 CO2。 【答案】D 2下面关于 SiO2晶体网状结构的叙述正确的是() 4 A存在四面体结构单元，O 处于中心，Si 处于 4 个顶点 B最小的环上，有 3 个 Si 原子和 3 个 O 原子 C最

7、小的环上，Si 和 O 原子数之比为 12 D最小的环上，有 6 个 Si 原子和 6 个 O 原子 【解析】SiO2晶体中的正四面体单元中，Si 处于中心，O 处于 4 个顶点；在 SiO2晶 体中的最小环上有 12 个原子，其中有 6 个硅原子和 6 个氧原子。 【答案】D 3在x mol 石英晶体中，含有 SiO 键的数目是() Ax mol B2x molC3x molD4x mol 【解析】SiO2的结构类似于金刚石的空间网状结构，但每个 Si 键合 4 个 O，每个 O 键合 2 个 Si。x mol 石英(SiO2)晶体有x mol Si，由于每个 Si 键合 4 个 O，就形成

8、 4 个 SiO 键，所以形成的 SiO 键的物质的量为 4x mol。 【答案】D 4通常人们把拆开 1 mol 某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可 以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(H)，化学反应的 H等于反应中 断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。 【导学号：66240029】 化学键SiOSiClHHHClSiSiSiC 键能/ kJmol1 460360436431226301 请回答下列问题： (1)比较下列两组物质的熔点高低(填“”或“”)。 SiC_Si；SiCl4_SiO2。 (2)如图立方体中心的“”表示硅晶体中的一个

9、原子，请在立方体的顶点用“”表 示出与之紧邻的硅原子。 (3)工业上高纯硅可通过下列反应制取： SiCl4(g)2H2(g)Si(s)4HCl(g)= 高温 该反应的反应热 H_ kJmol1。 【解析】(1)SiC 和晶体 Si 皆为原子晶体，由于碳化硅晶体中的 SiC 键的键能大于 5 硅晶体中 SiSi 键的键能，故 SiC 的熔点比 Si 高；SiCl4为分子晶体，SiO2为原子晶体， 故 SiCl4的熔点比 SiO2低。(2)晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅原子都被相邻的 4 个硅 原子包围，这 4 个硅原子位于四面体的四个顶点上，被包围的硅原子处于正四面体的中心。 (3)根据题目所

10、给反应，需要断裂的旧化学键键能之和为：4360 kJmol12436 kJmol12 312 kJmol1，形成的新化学键键能之和为：4431 kJmol12226 kJmol12 176 kJmol1，所以 H136 kJmol1。 【答案】(1)(2)如图 1 或图 2(3)136 图 1图 2 【规律方法】原子晶体熔、沸点高低的判断方法 原子晶体熔、 沸点高低主要看原子半径。 因为原子晶体中原子间以较强的共价键相结合， 原子半径越大，键长越长，共价键越不稳定，对应物质的熔、沸点越低。 分 子 晶 体 基础初探 教材整理 1分子晶体 1(2021 年学科教研组精选汇编)定义 分子间通过分子

11、间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。 非金属单质、 非金属的氢化物 等无机物以及多数有机化合物形成的晶体大都属于分子晶体。 2性质 (1)分子晶体在熔化时，破坏的只是分子间作用力，所以只需要外界提供较少的能量。 因此，分子晶体的熔点通常较低，硬度也较小，有较强的挥发性。 (2)对组成和结构相似，晶体中又不含氢键的物质来说，随着相对分子质量的增大，分 子间作用力增强，熔、沸点升高。 (3)一般来说，分子间作用力无方向性，也使得分子在堆积时，会尽可能利用空间并采 取紧密堆积方式， 但是， 分子的形状、 分子的极性以及分子间是否存在具有方向性的氢键等， 都会影响分子的堆积方式和结构型式。 3碘晶体

12、碘晶体的晶胞是一个长方体， 碘分子除了占据长方体的每个顶点外， 在每个面上还有一 个碘分子。 4干冰 6 干冰晶胞呈立方体型， 其中二氧化碳分子因分子之间的相互作用， 在晶胞中呈现有规律 的排列。 5冰晶体 冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。 由于氢键具有一定的方向性， 中央的水分子与 周围四个水分子结合， 边缘的四个水分子也按照同样的规律再与其他水分子结合， 每个氧原 子周围都有四个氢原子。这种排列类似于蜂巢结构，比较松散。因此水由液态变成固态时， 密度变小。 (1)二氧化硅和干冰虽然是同一主族的氧化物，但属于不同的晶体类型。() (2)分子晶体的熔、沸点比较低，原子晶体的熔、沸点比较高。

13、() (3)水是一种非常稳定的化合物，这是由于水中存在氢键。() (4)由极性键形成的分子可能是非极性分子。() (5)分子晶体中一定存在分子间作用力，不一定有共价键。() 【答案】(1)(2)(3)(4)(5) 教材整理 2石墨晶体 石墨晶体具有层状结构，每个碳原子采用 sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键相 结合， 形成无限的六边形平面网状结构， 每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化 的 2p 轨道，并含有一个未成对电子，因此能够形成遍及整个平面的大 键。大 键具有 金属键的性质。石墨晶体中既有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性。所以称为 混合键型晶体。 1(2021

14、年学科教研组精选汇编)石墨晶体为什么具有导电性？ 【提示】石墨晶体中每个 C 原子未参与杂化的轨道中含有 1 个未成对电子， 能形成遍 及整个平面的大 键，由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨沿平行的层 能导电。 2稀有气体由单原子构成，它属于原子晶体吗？ 【提示】不是，它属于分子晶体。 合作探究 探究问题 1(2021 年学科教研组精选汇编)干冰、冰结构性质探究 干冰冰 7 晶胞结构 构成微粒分子分子 微粒间作用力范德华力范德华力、氢键 熔、沸点很低低 硬度很小小 导电性 固态、液态都不导电，溶于水生成弱电解 质 H2CO3后导电 固态不导电、液态时导电能力 很弱 堆积方式紧密堆

15、积非紧密堆积 应用人工降雨、制冷剂解暑、制冷剂 2.石墨结构中碳原子数和 CC 键及性质的探究 (1)平均每个正六边形占有的 C 原子数和 CC 键数各是多少？ (2)石墨晶体不属于原子晶体，但石墨的熔点为什么高于金刚石？ 【提示】(1)石墨层状结构中每个 C 原子为三个正六边形共有， 即对每个六边形贡献1 3 个 C 原子，所以每个正六边形占有 C 原子数目为 62 个。每个 CC 键为 2 个正六边形 1 3 所共用，所以平均每个正六边形拥有 3 个 CC 键。 (2)石墨晶体为层状结构，同层内碳原子以共价键结合成平面网状结构，CC 键的键长 比金刚石中 CC 键的键长短，键能大，所以石墨

16、的熔、沸点高。 核心突破 1(2021 年学科教研组精选汇编)分子晶体熔、沸点高低规律 分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子间的作用力。 分子间作用力越大， 物质熔化和汽 化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实 际上就是比较分子间作用力(包括范德华力和氢键)的大小。 (1)组成和结构相似的物质， 相对分子质量越大， 范德华力越大， 熔、 沸点越高。 如 ： O2 N2，HIHBrHCl。 (2)相对分子质量相等或相近时，极性分子的范德华力大，熔、沸点高，如：CON2。 (3)分子间含有氢键的物质， 熔、 沸点较高。 如 ： H2OH2TeH2SeH2S， HFHCl， NH3PH3。 (4)在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔、沸点越低。如沸点：正戊烷 异戊烷新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“邻位间位对位” 的顺序。 8 2四种晶体类型的比较 类型 项目 离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体 构成晶体的微粒阴、阳离子原子分子 金属阳离子和自 由电