人教版选修3 第三章 第二节 第2课时 原子晶体 学案.docx

第2课时原子晶体目标定位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、原子晶体的概念及其性质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10928，碳原子采取了sp3杂化。(3)最小环上有6个碳原子。(4)晶体中c原子个数与cc键数之比为12。(5)晶体中cc键键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。2通过以上分析，总结原子晶体的概念(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。(3)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。如二氧化硅的结构为每个硅原子都采取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，硅、氧原子个数比为12。晶体中最小的环为6个硅原子、6个氧原子组成的12元环。(4)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：熔、沸点很高，硬度大，一般不导电，难溶于溶剂。 原子晶体的特点(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。1关于sio2晶体的叙述中，正确的是()a通常状况下，60 g sio2晶体中含有的分子数为na(na表示阿伏加德罗常数)b60 g sio2晶体中，含有2na个sio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dsio2晶体中含有1个硅原子和2个氧原子答案c解析60 g sio2晶体即1 mol sio2，晶体中含有sio键数目为4 mol(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sio共价键)，含4na个sio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12；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。2金刚石与金刚砂(sic)具有相似的晶体结构，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答：(1)金刚砂属于_晶体。金刚砂的熔点比金刚石的熔点_。(2)金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合_个碳原子，其中键角是_。(3)金刚砂的结构中含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有_个硅原子。(4)碳、硅原子均采取_杂化。答案(1)原子低(2)410928(3)3(4)sp3解析由于金刚砂是网状结构，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合，故金刚砂是原子晶体；硅原子半径比碳原子大，故金刚砂熔点低；硅和碳电子层结构、成键方式相同，均采取sp3杂化，硅原子周围有4个碳原子，键角为10928；组成的六元环中，有3个碳原子、3个硅原子。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，如冰熔化实例金刚石、二氧化硅等冰、干冰等2.硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题。(1)基态硅原子的核外电子排布式为_。(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似，晶体硅中sisi键之间的夹角大小约为_。(3)下表列有三种物质(晶体)的熔点：物质sio2sicl4sif4熔点/1 71070.490.2简要解释熔点产生差异的原因：sio2和sicl4：_；sicl4和sif4：_。答案(1)1s22s22p63s23p2(2)10928(3)sio2是原子晶体，微粒间作用力为共价键。sicl4是分子晶体，微粒间作用力为范德华力，故sio2熔点高于sicl4sicl4和sif4均为分子晶体，微粒间作用力为范德华力，结构相似时相对分子质量越大，范德华力越大，故sicl4熔点高于sif4解析晶体硅以一个硅原子为中心，与另外4个硅原子形成正四面体结构，所以sisi键之间的夹角大小约为10928。晶体类型不同，其熔点具有很大的差别，一般原子晶体的熔点高，而分子晶体的熔点低。3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，cc键、csi键、sisi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cc键csi键sisi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。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。3下列物质的晶体直接由原子构成的一组是()co2sio2晶体si白磷氨基乙酸 固态hea bc d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。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：nh3ph3c硬度：白磷冰二氧化硅d熔点：sii4sibr4sicl4答案c解析a项中三种物质都是原子晶体，因原子半径r(c)r(si)，所以键长：cccsicsisisi。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氮化硼(bn)是一种新型结构材料，具有超硬、耐磨、耐高温等优良特性，下列各组物质熔化时，所克服的微粒间作用与氮化硼熔化时克服的微粒间作用都相同的是()a硝酸钠和金刚石 b晶体硅和水晶c冰和干冰 d苯和萘答案b解析因为bn为原子晶体，熔化时克服的微粒间的相互作用是共价键。a中硝酸钠为离子晶体；c、d中物质均为分子晶体，只有b中物质均为原子晶体。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()ahfhcl，hclhbrbcf4ccl4cbr4ci2sio2dh2oh2s，so2seo2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下列事实能说明刚玉(al2o3)是一种原子晶体的是()al2o3是两性氧化物硬度很大它的熔点为2 045 几乎不溶于水自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石a b c d答案b解析指的是al2o3的分类，指的是刚玉的种类，这两项都无法说明al2o3是一种原子晶体。5现有两组物质的熔点数据如表所示：a组b组金刚石：3 550 hf：83 晶体硅：1 410 hcl：115 晶体硼：2 300 hbr：89 二氧化硅：1 710 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)。硬度小水溶液能导电固体能导电液体状态能导电答案(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)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熔化时除了破坏分子间作用力，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。基础过关题组一原子晶体有关概念的理解及应用1有关晶体的下列说法中，正确的是()a分子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冰融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答案b2金刚石是典型的原子晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是()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是自然界中硬度最大的物质d化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应答案d解析在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间立体网状结构，不存在具有有限固定组成的分子。由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能高，所以金刚石的硬度很高，因此a、b、c项正确；但由于金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成co2，d项错误。3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一般不被破坏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。题组二原子晶体类型的判断4下列晶体中，化学键种类相同，晶体类型也相同的是()aso2与sio2 bco2与h2oc金刚石与hcl dccl4与sic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，属原子晶体的是sio2、金刚石、sic，只有b项符合题意。5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能在玻璃上刻画出痕迹的为金刚石b很硬不导电而导热的是金刚石和碳化硅c既可导电又可导热的是碳化硅d不导电的为锆石答案c6根据下列性质判断，属于原子晶体的物质是()a熔点2 700 ，导电性好，延展性强b无色晶体，熔点3 550 ，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂c无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ，熔化时能导电d熔点56.6 ，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电答案b解析本题考查的是各类晶体的物理性质特征。a项中延展性好，不是原子晶体的特征，因为原子晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使原子晶体质硬而脆，a项不正确；b项符合原子晶体的特征；c项符合离子晶体的特征；d项符合分子晶体的特征。7氮化碳结构如图，其中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答案b解析根据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。故答案为b项。题组三原子晶体的结构特点8.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()a12，大立方体的12条棱的中点b8，大立方体的8个顶角c6，大立方体的6个面的中心d14，大立方体的8个顶角和6个面的中心答案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：9下列说法正确的是()a124 g白磷中含有pp键的个数为4nab12 g石墨中含有cc键的个数为2nac12 g金刚石中含有cc键的个数为2nad60 g sio2中含有sio键的个数为2na答案c解析由白磷的分子结构可知，124 g白磷即1 mol p4中的pp键的个数为6na；12 g石墨的物质的量n(c)1 mol，由石墨的晶体结构为平面正六边形可知，晶体中n(c)n(cc)23，故12 g石墨中含有cc键的个数为1.5na；由sio2的晶体结构为可知，60 g sio2即1 mol sio2中含有sio键的个数为4na。10.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aa键中插入一个b原子，则c的化学式为()aab ba5b4cab2 da2b5答案c解析由于处于中心的a原子实际结合的b原子为42个，故c的化学式为ab2，其空间结构如图。能力提升11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/k3 8231 6832 573沸点/k5 1002 6282 823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_。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，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2012个。又因晶体b中的三角形面为正三角形，所以键角为60。12有e、q、t、x、z五种前四周期元素，原子序数eqtxz。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qt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qt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。乙的晶体类型为_，其硬度超过金刚石的原因是_。乙的晶体中e、q两种元素原子的杂化方式均为_。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)原子晶体cn键的键长小于cc键，键能大于cc键sp3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、no为等电子体，电子式相似，故no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)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cn键的键长小于cc键，键能大于cc键。c3n4晶体中c、n两种元素原子的杂化方式均为sp3杂化。13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