《原子晶体与分子晶体》教案1

原子晶体与离子晶体原子晶体与离子晶体 教案教案 第一课时第一课时 精彩图文导入精彩图文导入 二氧化碳和二氧化硅中碳和硅都是 4价 都是共价化合物 下面是二者物理性质的 比较 二氧化硅二氧化碳 晶体干冰 水晶主要成分二氧化硅干冰主要成分是二氧化碳 硬度大硬度小 熔沸点很高熔沸点很低 光导纤维 数据传输人造云雾 同样都是正四价化合物 都是由共价键组成 二者的差别怎么这样大呢 物质的性质 是由物质的结构决定的 分析比较CO2和SiO2的结构 才能够解决上述难题 带着这个问 题 我们开始本节知识的学习 走进原子晶体和分子晶体的世界 高手支招之一 细品教材高手支招之一 细品教材 一 原子晶体 1 原子晶体定义 相邻原子之间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体称为原子 晶体 高手笔记 高手笔记 原子晶体的基本微粒 原子 形成原子晶体的作用力 共价键 在原子晶体中只存在共价键 没有分子间作用力 和其他相互作用 2 常见的原子晶体 金刚石 晶体硅 晶体硼 二氧化硅 碳化硅等 高手笔记 高手笔记 记忆原子晶体时 分为单质和化合物两类来记 非金属单质 金刚石 晶体硅 晶体硼 共价化合物 二氧化硅 碳化硅 3 原子晶体的物理性质 原子晶体中的原子以较强共价键相连接 因此在晶体中 原子不遵循紧密堆积原则 原子晶体一般熔点都很高 硬度都很大 这是由于原子晶体熔化时必须破坏其中的共价键 而共价键的键能相对较大 破坏它们需要很多的能量 另外原子晶体还具有难溶于水 固 态时不导电等性质 高手笔记 高手笔记 结构决定性质 原子晶体是由中性原子构成的 原子间通过共价键紧密地连接在 一起 共价键的饱和性和方向性决定了原子晶体中每个原子的配位数是一定的 原子的相 对位置也是确定的 彼此连接形成稳定的空间立体网状结构 4 常见的几种原子晶体的结构 金刚石 在金刚石晶体里 每个碳原子都被相邻的4个碳原子包围 以共价键跟4个碳原子结合 形成正四面体 被包围的碳原子处 于正四面体的中心 这些正四面体结构向空间发展 构成一个 坚实的 彼此联结的空间网状晶体 如右图 金刚石晶体中所 有C C键长相等 键角相等 均为109028 晶体中最小碳环由6个C组成且六者不在同一平 面内 晶体中每个C参与了4条C C键的形成 而在每条键中的贡献只有一半 故C原子个数 与C C键数之比为1 4 1 2 1 2 高手笔记 高手笔记 金刚石晶体中每个碳原子以 SP3杂化和它紧邻的的四个碳原子以共价键相互 结合 晶体硅的晶体结构跟金刚石相近 即把金刚石中的碳原子换成硅原子 例例1 在a mol金刚石中含C C键数为 A 4a 6 02 1023 B a 6 02 1023 C 2a 6 02 1023 D 8a 6 02 1023 解析 在金刚石晶体中 每一个碳原子与4个碳原子构成4个共价键 但属于这个碳原 子的化学键只有一半 因此 每个碳原子可形成4 2个C C共价键 即a molC原子可 2 1 形成a 2 6 02 1023个共价键 答案 C 2 水晶 水晶是由硅原子和氧原子组成的空间立体网状的原子晶体 在SiO2晶体中 每个Si原子周围结合4个O原子 Si原子位于四面体的中心 氧原子分别位于4个顶点 同时 每个O原子与2个Si原子相结合 也就是说 每个氧原子被2个硅氧四面体所共用 在每个 四面体中占有一个Si原子 2个O原子 所以SiO2晶体是由Si原子和O原子按1 2的比例组合 成的立体网状的晶体 并不存在单个的SiO2分子 原子晶体中的微粒是原子 因此原子晶 体中不存在单个分子 所以原子晶体的化学式如SiO2代表硅元素原子和氧气元素原子个数 比为1 2 并不代表分子 高手笔记 高手笔记 SiO2晶体结构相当于将金刚石中的 C 原子全都改换为 Si 原子 同时在每两个 Si 原子中心联线的中间增添一个 O 原子 在晶体中只存在 Si O 键 不存在 Si Si 键和 O O 键 例例2 关于SiO2晶体的叙述正确的是 A 通常状况下 60克SiO2晶体中含有的分子数为NA NA表示阿伏加德罗常数的数值 B 60克SiO2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 2个氧原子 解析 60克SiO2晶体即1molSiO2 晶体中含有Si O键数目为 4mol 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 答案 C 5 原子晶体的熔点高低与其内部的结构密切相关 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 晶体的熔点就高 高手笔记 高手笔记 原子晶体共价键的强弱的比较 一般地说 原子半径越小 形成共价键的键长越短 键能越大 其熔 沸点越高 如 金刚石 碳化硅 晶体硅 例例3 碳化硅 SiC 的一种具有类似金刚石的结构 其中碳原子和硅原子的位置是交替 出现的 即每个Si原子处于四个C原子构成的四面体的内部 每个C原子也处于四个Si原子 构成的四面体的内部 下列三种晶体 金刚石 晶体硅 碳化硅中 它们的熔点由高到低的顺序是 A B C D 解析 在结构相似的原子晶体中 原子半径越小 键长越短 键能越大 熔 沸点越 高 题目中所给的信息是有关SiC结构的知识 通过信息加工并比较碳原子和硅原子的半径 应得出Si Si键的键长比Si C键的键长长 Si C键比C C键的键长长的结论 所以键能由高到 低的顺序应该是C C键 C Si键 Si Si键 由此可推出熔点由高到低的顺序是 答案 A 二 分子晶体 1 分子晶体定义 分子间通过分子间作用力构成的的晶体称为分子晶体 1 构成分子晶体的粒子是分子 粒子间的相互作用是分子间作用力 2 原子首先通过共价键结合成分子 分子作为基本构成微粒 通过分子间作用力结合成分 子晶体 高手笔记 高手笔记 1 分子间作用力的特征 广泛存在于分子间 只有分子充分接近时才有 分子间作用力 分子间作用力远小于化学键 化学键存在于离子 原子之间 键能大小 为 120 800kJ mol 1 分子间作用力存在于分子间 通常每摩尔为几到几十千焦 2 分子晶体的类别 多数非金属单质 除了金刚石 晶体硅 晶体硼 石墨等 多数 非金属氧化物 如干冰 CO 冰等 非金属气态氢化物 如NH3 CH4等 稀有气体 许多 有机物等 高手笔记 高手笔记 形成分子晶体的物质类别多数是共价化合物和非金属单质 分子晶体并不一定 存在共价键 如稀有气体元素单质形成的晶体中只有范德华力 例例4 下列物质呈固态时 一定属于分子晶体的是 A 非金属单质 B 非金属氧化物 C 含氧酸 D 金属氧化物 解析 对于这类要考虑一般规律与特例 非金属单质中金刚石 晶体硅 硼均为原子晶 体 非金属氧化物中的二氧化硅为原子晶体 活泼金属氧化物为离子晶体 只有含氧酸为 分子晶体 答案 3 常见的分子晶体的晶体结构 1 碘晶体的晶胞是长方体 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 2 干冰 干冰晶体是一种立方面心结构 每8个CO2分子构成 立方体 且在六个面的中心又各占据1个CO2分子 每个CO2分子 周围 离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个 同层4个 上层 4个 下层4个 高手笔记 高手笔记 在分子晶体中 因分子之间的相互作用通常不具有方向性 因此分子晶体中的 分子在堆积排列时会尽可能利用空间而采取紧密堆积的方式 这与金属晶体和离子晶体的 紧密堆积是相似的 3 冰 冰晶体主要是水分子依靠氢键形成的 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结合 边缘的四个水分子也按同样的规律再与其他的水分子结合 这样每个水分子中的每个氧原子周围都有四个氢原子 氧原子与其中的两个氢原子通过共 价键结合 而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合在一起 可以看出 由于氢 键的方向性和饱和性使水分子不能采取紧密堆积 这种排列中 分子的间距比较大 有很 多空隙 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 高手笔记 高手笔记 氢键 具有方向性和饱和性 本质上与共价键的方向性和饱和性不同 方向性 X H Y 三个原子在同一方向上 原因是这样的方向成键两原子电子云之间 的排斥力最小 形成的氢键最强 体系更稳定 饱和性 每一个 X H 只能与一个 Y 原子形成氢键 原因是 H 的原子半径很小 再有 一个原子接近时 会受到 X Y 原子电子云的排斥 冰晶体中存在氢键和范德华力 氢键的作用要强于范德华力 因此冰晶体主要依靠 氢键形成 例例5 水的沸点是100 硫化氢的分子结构跟水相似 但它的沸点却很低 是 60 7 C 引起这种差异的主要原因是 A 范德华力 B 共价键 C 氢键 D 相对分子质量 解析 水分子之间存在氢键 氢键是一种较强的分子间作用力 氢键的存在使水的沸 点比硫化氢的高 答案 C 4 分子晶体的物理性质 1 由于分子间作用力很弱 分子晶体气化或熔融时 克服分子间的作用力 不破坏化 学健 所以分子晶体一般具有较低的熔点和沸点 较小的硬度 有较强的挥发性 2 由于分子晶体的构成微粒是分子 所以分子晶体在固态或熔融状态时都不导电 3 不同分子晶体在溶解度上差别很大 并且同一分子晶体在不同的溶剂中溶解度也有 很大的差别 如碘易溶于CCl4等有机溶剂 不易溶解于水 分子晶体在溶剂中溶解情况一 般符合 相似相溶 的经验性规律 非极性溶质一般能溶于非极性溶剂 极性溶质一般能溶 于极性溶剂 三 混合键型晶体 石墨 1 石墨的晶体具有层状结构 在每一层中每个碳原子用Sp2杂化轨道与临近的三个碳原 子以共价键结合 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 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 因此石墨的大 键具有金属键的性质 这就是石墨沿层 的平行方向导电性强的原因 这些网络状的平面结构再以范德华力结合成层状结构 这样 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 因此石墨又称为混合键 型晶体 2 石墨晶体独特的性质 石墨晶体的熔沸点很高 如熔点高达3850 高于金刚石的熔点 石墨质软 能导电 高手笔记 高手笔记 石墨晶体熔点很高 但不属于原子晶体 石墨晶体是层状结构 是原子晶体与 分子晶体之间的一种过渡型晶体 又具有金属晶体某些性质 所以石墨晶体被称为混合键 型晶体 高手支招之二 基础整理高手支招之二 基础整理 在本节中 学习微粒间通过共价键和分子间力两种本质不同的相互作用构成的晶体的 结构类型和性质特点 本节以微粒 微粒间相互作用 晶体模型为主线 先分别研究了原 子晶体和分子晶体 然后再从综合问题研究出发 探讨了混合键型晶体的结构和性质特点 高手支招之三 综合探究高手支招之三 综合探究 1 碳和硅位于元素周期表的同一主族 最外层电子数相同 化学性质也具有一定的相 似性 如单质都可以和氧气发生反应 分别生成氧化物CO2和SiO2 CO2和SiO2都属于酸性 氧化物 可以与碱及碱性氧化物反应生成盐 但是 CO2和SiO2的物理性质却存在很大差 异 可能的原因是什么 可能会认为的原因是 二者的组成和结构相似 相对分子质量越大 熔沸点越高 这 样分析得出的结论与事实有一定的一致性 即SiO2的硬度和熔沸点高于干冰 但并不能解 释CO2和SiO2性质差异为什么如此之大 在分析问题时 千万不能只注重表面 要从本质上做深入的分析 其实CO2和SiO2只是组成相似 在结构上存在很大差别 CO2的晶体干冰是分子晶体 影响其硬度和熔沸点的是存在于分子之间的范德华力 SiO2是原子晶体 影响其硬度和熔沸点的是原子之间的共价键 共价键的键能要比分子间作用力大得多 因此才导致SiO2和CO2在硬度和熔沸点上的 巨大差异 固态CO2 即干冰 是分子晶体 CO2分子之间存在分子间作用力 这种分子间作用力很 弱 这种作用只有几到几十焦每摩尔 很容易破坏它使晶体变成液体或气体 故干冰的熔 点 沸点很低 硬度很小 SiO2是原子晶体 晶体中不存在SiO2分子 而是每一个硅原子 和四个氧原子形成四个共价键 每一个氧原子被两个硅原子共用 由于SiO2晶体是由硅原 子和氧原子按1 2的比例通过共价键结合形成的立体网状结构的晶体 共价键的键能很大 破坏这些共价键需要很高的能量 所以SiO2晶体的熔沸点和硬度很高 两种物质在性质上 的巨大差异根本原因在于它们在结构上的不同 2 金刚石和石墨都是碳元素的单质 但是二者在某些物理性质上却表现出较大的差异 金刚石是天然矿物中最硬的 而石墨却比较软 金刚石不导电 而石墨却能导电 请解释 其原因 金刚石与石墨表现出了性质上的差异 这主要还是两者在结构上不同 物质硬度大小与晶体中所存在作用强弱相关 作用强 不易发生形变 硬度就大 作 用弱 容易发生形变 硬度就小 在金刚石中 每个碳原子与相邻的四个碳原子以共价键 结合 形成正四面体结构 C C共价键是一种很强的作用 不容易发生形变 因此硬度很 大 碳原子所有价电子都参与成键 晶体中没有自由电子 所以不能导电 石墨晶体中 每个碳原子以三个 键与另外三个碳原子结合 在同一平面内形成无数 并置的正六边形的环 平面与平面之间存在范德华力 它是一种很弱的作用 很容易发生 形变 因此石墨比较软 在每个碳原子上 都还有一个价电子未参与成键 该电子所在的 2P轨道与碳原子形成的平面垂直 电子可以在同一平面内自由移动 相当于金属中的自由 电子 所以石墨可以导电 高手笔记 高手笔记 物质能否导电取决于相关物质内部是否存在自由移动的电荷 电解质溶液或者熔融的电解质导电是因为具备可以自由移动的阴 阳离子 金属导电 是因为金属中存在自由电子 所以 我们在考虑金刚石和石墨导电性的差异时 就要从物 质的内部结构分析 确定有无可以自由移动的电荷 高手支招之四 典题例析高手支招之四 典题例析 例1 下列有关分子晶体熔点的高低叙述中 正确的是 A Cl2 I2 B SiCl4 CCl4 C NH3CH3 CH2 2CH3 解析 A B选项属于无氢键存在的分子结构相似的情况 相对分子质量大的熔 沸点 高 C选项属于有氢键存在差别的分子结构相似的情况 存在氢键的熔 沸点高 D选项属 于相对分子质量相同 但分子结构不同的情况 支链多的熔 沸点高 答案 B 例2 2005上海高考 下列说法错误的是 A 原子晶体中只存在非极性共价键 B 分子晶体的状态变化 只需克服分子间作用力 C 金属晶体通常具有导电 导热和良好的延展性 D 离子晶体在溶化状态下能导电 解析 本题是有关晶体结构和性质的考查 对离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属 晶体这四种晶体应从构成微粒 作用方式 常规性质 实例等多方面全面掌握 A项中如 果是不同种元素的原子构成的原子晶体 就会存在极性键 故A错 B项中分子晶体各微粒 间的作用力只有分子间作用力 故B正确 C项中导电 导热 延展性是金属晶体的通性 故C正确 D项中离子晶体在受热溶化时因离解出了自由移动的离子而能导电 故D正确 答案 A 例3 下列物质的熔沸点高低顺序中 正确的是 A 金刚石 晶体硅 二氧化硅 碳化硅 B CI4 CBr4 CCl4 CH4 C MgO H2O O2 N2 D 金刚石 生铁 纯铁 钠 解析 对于A选项 同属于原子晶体 熔沸点高低 主要看共价键的强弱 显然对键 能而言 晶体硅离子晶体 分子晶体 MgO H2O O2 N2 又H2O O2 N2 正确 D选项 生铁为铁合金 熔点要 低于纯铁 错误 答案 BC 例4 氮化铝 AlN 常用做砂轮及高温炉衬材料 熔化状态下不导电 可知它属于 A 离子晶体 B 原子晶体 C 分子晶体 D 无法判断 解析 熔化状态下不导电的化合物必定是共价化合物 排除是离子化合物的可能 又 因为具有耐高温的性能 所以必定是原子晶体 答案 B 例5 下列化学式既能表示物质的组成 又能表示物质分子式的是 A NH4NO3 B SiO2 C C6H5OH D Fe 解析 在四种类型的晶体中 除分子晶体中含有单独存在的分子外 其余晶体中都不存 在单个的分子 化学式仅仅代表物质中原子的最简组成 而不能表示其真正的分子 A为离子晶体B为原子晶体D为金属晶体 只有C为分子晶体 答案 C 高手支招之五 思考发现高手支招之五 思考发现 1 归纳整理四种类型晶体的结构和性质填表 晶体种类金属晶体离子晶体原子晶体分子晶体 构成微粒金属离子 自由电子 阴 阳离子原子分子结 构 微粒间的作用力金属键离子键共价键分子间作用力 熔沸点有高有低较高很高较低 硬度差距较大较大很大较小 固态导电不导电不导电不导电 熔融导电导电不导电不导电 性 质 导 电 性溶液导电可能导电 2 如何比较分子晶体和原子晶体熔沸点的高低 1 一般地 原子晶体的熔沸点远远高于分子晶体的熔沸点 2 原子晶体熔沸点的高低与共价键的强弱有关 一般来说 原子半径越小 形成的共 价键的键长越短 键能越大 晶体的熔沸点越高 如熔点 金刚石 碳化硅 晶体硅 分子晶体的熔沸点高低与分子间的作用力有关 组成和结构相似的物质 相对分子质 量越大 熔沸点越高 如熔沸点O2 N2 HI HBr HCl 如果分子间存在氢键 则其沸点要 高于组成和结构相似的没有氢键的分子晶体 如沸点 H2O H2S HF HCl NH3 PH3 组 成和结构不相似的物质 分子的极性越大 其熔沸点就越高 如熔沸点 CO N2 高手支招之六 体验成功高手支招之六 体验成功 基础强化 基础强化 1 下列晶体熔化时 只需克服分子间作用力的是 A 硫 B 二氧化硅晶体 C 干冰 D 氧化镁 解析 本题考查的是 能否正确区分离子晶体 分子晶体 原子晶体 区分构 成上述 晶体的结构粒子 粒子间的相互作用 符合题意的应是分子晶体硫 干冰 一般来说 分子晶体熔化时 要克服分子间作用力 不需破坏分子内部的共价键 原 子晶体熔化时 要克服共价键 离子晶体熔化时 要克服离子键 答案 A C 2 下列叙述正确的是 A 离子晶体中一定含有活泼金属元素的离子 B 离子晶体都是化合物 C 固态不导电 水溶液能导电 这一性质能说明某晶体一定是离子晶体 D 离子晶体一般具有较高的熔点 解析 某些离子晶体可能只含有非金属元素的原子 如NH4Cl CH3COONH4等 因 此选项A不正确 离子晶体和某些分子晶体 如冰醋酸 都具有固态不导电 水溶液能导电的 性质 因此这一性质不能说明某晶体一定是离子晶体 选项C不正确 一般来说 固态不导电 溶于水或熔融状态均能导电这一性质能较充分说明某晶体是 离子晶体 因为熔融状态下分子晶体不导电 答案 B D 3 关于晶体的下列说法正确的是 A 在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 B 在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 C 原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 D 分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 解析 晶体中有阳离子不一定就有阴离子 如 金属晶体中有金属阳离子和自由电子 就没有阴离子 因此选项B不正确 金属晶体的熔点差 别较大 如金属钨的熔点高达 3410 20 就比原子晶体SiO2晶体熔点 1723 高 而有的金属晶体熔点又很低 常温 下为液态 如 金属 汞 其熔点比某些分子晶体 如碘常温下为固态 低 因此选项C D 不正确 在晶体中只要有阴离子就 一定有阳离子 如离子晶体 答案 A 4 2006全国高考理综 下列叙述正确的是 A 同一主族的元素 原子半径越大 其单质的熔点一定越高 B 同一周期元素的原子 半径越小越容易失去电子 C 同一主族的元素的氢化物 相对分子质量越大 它的沸点一定越高 D 稀有气体元素的原子序数越大 其单质的沸点一定越高 解析 同一主族的金属元素 原子半径越大 其单质的熔点越低 故A错 同一周期 元素的原子 半径越小越难失去电子 B也错 同一主族的元素的氢化物 有些氢化物的 沸点反常 如HF H2O NH3 C亦错 稀有气体分子属于分子晶体 原子序数越大 相对 分子质量越大 分子间作用力越大 其单质的沸点一定越高所以D正确 答案 D 5 2006上海高考 根据相关化学原理 下列判断正确的是 A 若X是原子晶体 Y是分子晶体 则熔点 X A2 C 若R2 和M 的电子层结构相同 则原子序数 R M D 若弱酸HA的酸性强于弱酸HB 则同浓度钠盐溶液的碱性 NaAY 所以A错 根据氧化剂氧 化性强于氧化产物的氧化性 故B错 R的原子序数 2 M的原子序数 1 所以原子序数 R M不正确 C错 根据 越弱越水解 NaA的水解程度小于NaB的水解程度 故D正确 答案 D 6 下列过程中 共价键被破坏的是 A 碘升华 B 溴蒸汽被活性碳吸附 C 蔗糖溶于水 D SO2溶于水 解析 碘升华 溴蒸气被活性炭吸附和蔗糖溶于水破坏的是范德华力 SO2溶于水 与水反应生成H2SO3 共价键被破坏 形成新的共价键 答案 D 7 2005天津高考 下列说法正确的是 A H与D 16O与18O互为同位素 H216O D218O互为同素异形体 甲醇 乙二醇和丙 三醇互为同系物 B 在SiO2晶体中 1个原子和2个O原子形成2个共价键Si C HI的相对分子质量大于HF 所以HI的沸点高于HF D 由IA族和 A族元素形成的原子个数比为1 1 电子总数为38的化合物 是含有 共价键的离子型化合物 解析 同素异形体是指单质 同系物要求结构相似 A错 SiO2晶体中1个原子和4Si 个O原子形成4个共价键 B错 HI的相对分子质量虽然大于HF 但HF分子间存在氢键 C 错 答案 D 8 2005江苏高考 氮化铝 具有耐高温 耐冲击 导热性能好等优良性质 被AlN 广泛应用于电子工业 推测陶瓷工业等领域 在一定条件下 氮化铝可通过如下反应合成 下列叙述正确的是 232 323Al ONCAlNCO 高温 A 氮化铝的合成反应中 N2是还原剂 Al2O3是氧化剂 B 上述反应中每生产2molAlN N2得到3电子mol C 氮化铝中氮元素的化合价为 3价 D 氮化铝晶体属于分子晶体 解析 本题主要考查氧化还原反应知识和晶体结构知识 侧重考查审题能力和分析问 题 解决问题的能力 由反应方程式看出 反应中N元素由零价降为 3价 和元素价态未 变 而C元素由零价升高为 2价 因此反应中N2应为氧化剂 Al2O3既不是氧化剂也不是 还原剂 碳应为还原剂 A错 B项中生成2molAlN N2应得6mol电子 B错 根据题设条 件 AlN有耐高温 抗冲击 导热性好等优良性质 可知AlN不属于分子晶体 D错 答案 C 9 分子晶体具有的本质特征是 A 组成晶体的基本构成微粒是分子 B 熔融时不导电 C 晶体内微粒间以分子间作用力相结合 这种作用很弱 D 熔点一般比原子晶体低 解析 分子晶体相对于其他晶体来说 熔 沸点较低 硬度较小 导致这些性质特征 的本质原因是基本构成微粒间的相互作用 范德华力及氢键相对于化学键来说是极其微 弱的 答案 C 10 下列有关晶体的叙述中 错误的是 A 离子晶体在熔化时 离子键被破坏 而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一定存在共价键 解析 离子晶体是通过离子键将阴 阳离子结合在一起的 所以熔化时 离子键遭破 坏 而分子晶体是通过范德华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 破坏的只是范德华力 则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 之间是通过范德华力结合的 则B错误 石英晶体是原子晶体 则C正确 稀有气体在固态时也属于分子晶体 而稀有气全是单原子分子 在分子内部不存在共价键 则D错误 答案 BD 11 熔化时 必须破坏非极性共价键的是 A 冰 B 金刚石 C 铁 D 二氧化硅 解析 熔化时必须破坏共价键的肯定是原子晶体 非极性共价键只存在于非金属单质 中 尽管二氧化硅也是原子晶体 但Si O共价键是极性键 答案 B 12 干冰熔点很低是由于 A CO2是非极性分子 B C O键的键能很小 C CO2化学性质不活泼 D CO2分子间的作用力较弱 解析 干冰属于分子晶体 决定干冰熔 沸点高低的是分子间的作用力 与分子内的 成键情况无关 与分子的化学性质更无关 分子的极性也只能通过影响分子间作用力间接 影响分子晶体的熔 沸点 答案 D 综合应用综合应用 13 石墨晶体具有一些独特的性质 质地较软 但熔点很高 还具有导电性 这主要是 因为石墨具有一种独特的结构 石墨晶体是 A 原子晶体 B 金属晶体 C 分子晶体 D 前三种晶体混合型 解析 石墨是层状结构 层内原子之间靠共价键结合 共价键是一种强作用力而不容 易断裂 故石墨的熔点很高 层与层间靠范德华力结合 范德华力是一种弱作用力而容易 断裂 故石墨的质地较软 每一层的所有原子各提供一个电子和一个空轨道形成一个平面 大 键 构成大 键的这些电子在外加电场的作用下可以在层内做定向运动 这些特殊的 结构决定了石墨具有原子晶体 分子晶体和金属晶体的特性 所以石墨是混合型晶体 答案 D 14 根据下表给几种物质的熔沸点数据 判断下列有关说法中错误的是 NaClMgCl2AlCl3SiCl4单质B 熔点 810710180682300 沸点 14651418160572500 A SiCl4是分子晶体 B 单质B可能是原子晶体 C AlCl3加热能升华 D NaCl的键的强度比MgCl2小 解析 由表中所给熔沸点数据 可知SiCl4最低 应为分子晶体 单质B的熔沸点最高 因此为原子晶体 AlCl3的沸点低于熔点 故可升华 NaCl的熔点高于MgCl2的熔点 表明 Na Cl键断裂较Mg Cl难 所以NaCl的键强度比MgCl2大 答案 D 15 下列说法中 正确的是 A 构成分子晶体的微粒一定含有共价键 B 在结构相似的情况下 原子晶体中的共价键越强 晶体的熔 沸点越高 C 分子晶体中共价键的键能越大 该分子晶体的熔 沸点一定也越高 D 分子晶体中只存在分子间作用力而不存在任何化学键 所以其熔 沸点一般较低 解析 构成分子晶体的微粒不一定含有共价键 如稀有气体元素形成的晶体 在结构 相似的情况下 原子晶体中的共价键越强 晶体的熔 沸点越高 分子晶体熔 沸点的高 低决定于分子间作用力的大小 与共价键键能的大小无关 分子晶体中基本构成微粒间的 相互作用是分子间的作用力 多数分子中存在化学键 但化学健不影响分子晶体的熔 沸 点 答案 B 16 固体乙醇晶体中不存在的作用力是 A 极性键 B 非极性键 C 离子键 D 氢键 解析 固体乙醇晶体是乙醇分子间作用力结合的 在乙醇分子里有C C之间的非极性 键 C H C O O H之间的极性键 在分子之间还有O和H原子产生的氢键 没有离 子键 答案 C 18 在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时 与键能无关的变化规 律是 A HF HCl HBr HI的热稳性依次减弱 B 金刚石的硬度大于硅 其熔 沸点也高于硅 C NaF NaCl NaBr NaI的熔点依次降低 D F2 Cl2 Br2 I2的熔 沸点逐渐升高 解析 HF HCl HBr HI热稳定性依次减弱是因为它们的共价键键能逐渐减小的原 因 与键能有关 A不选 金刚石硬度大于硅 熔 沸点高于硅是因C C键键能大于Si Si键键能 B不选 NaF NaCl NaBr NaI熔点依次降低是它们的离子键键能随离子半径 增大逐渐减小的原因 C也不选 F2 Cl2 Br2 I2为分子晶体 熔 沸点高低由分子间作 用力决定 与键能无关 答案 D 19 单质硼有无定形和晶体两种 参考下列数据 回答下列问题 金刚石晶体硅晶体硼 熔点 K 382316832573 沸点 K 510026282823 硬度 moh 107 09 5 1 晶体硼的晶体类型属于 晶体 2 已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子构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 每个顶点各有一个硼原子 通过观察图形及推算 可知此结 构单元是由 个硼原子构成 其中B B键间的键角是 填度数 硅晶体示意图 解析 比较给出的金刚石 晶体硅及晶体硼的熔沸点的数据 可得出晶体硼为原子晶 体 硼原子形成了正三角形 所以B B键间的角度为60 由题给信息和图示可看出 要 构成二十面体 在图示的另一面的中间部分 还应该有三个硼原子 即晶体硼的结构单元 中有十二个硼原子 答案 1 原子 2 12 60 创新拓展创新拓展 20 1999年美国 科学 杂志报道 在40GPa的高压下 用激光加热到1800K 人们成 功制得了原子晶体CO2 下列对该物质的推断一定不正确的是 A 该原子晶体中含有极性键 B 该原子晶体易气化 可用作制冷材料 C 该原子晶体有很高的熔点 沸点 D 该原子晶体硬度大 可用作耐磨材料 解析 由原子晶体的结构和性质可知 原子晶体CO2是由碳原子的氧原子以极性键 C O键构成的 原子晶体有很高的熔点 沸点 原子晶体硬度大 可用作耐磨材料 可推 知该原子晶体亦然 该原子晶体沸点很高 不易气化 不能用作制冷材料 选项C实际上 说的是分子晶体CO2的性质 答案 B 21 下图所示的金刚石的一个基本重复结构单元 其中结构单 元的立方体边长为a cm 求金刚石的密度 解析 首先确定一个基本单元中绝对占有的C原子数为8 6 4 8 然后确 8 1 2 1 定1mol金刚石中含有基本单元的个数为 最后计算密度为 8 1002 6 23 m V M 答案 g cm 3 g cm 3 m V M 8 23 1002 6 3 12 a 3 22 1059 1 a 22 1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家 C60分子是形如足球 状的多面体 如右图所示 该结构的建立基于以下理论 1 C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键 2 C60分子只含有五边形和六边形 3 多面体的顶点数 面数和棱边数的关系 遵循欧拉定理 顶点数 面数 棱边数 2 据上所述 可推知C60分子有12个五边形和20个六边形 C60分子所含的双键数为30 请回答下列问题 1 固体C60与金刚石相比较 熔点较高者应是 理由是 2 试估计C60跟F2在一定条件下 能否发生反应生成C60F60 填 可能 或 不可能 并简述其理由 3 通过计算 确定C60分子所含单键数为 4 C70分子也已制得 它的分子结构模型可以与C60同样考虑而推知 通过计算确定C70 分子中五边形和六边形的数目 C70分子中所含五边形数为 六边形数为 解析 这是一道信息题 又是一道综合题 考查学生的自学能力 观察能力 空间想 像能力和思维能力 首先 要仔细阅读题目 从中筛选出以下有效信息并推出新的结论 题目中多次提到C60是分子 因此它的固态只能成为分子晶体 分子间仅有范德华力 是很弱的 而金刚石则是原子晶体 其固态是原子以共价键相连的一个巨大分子 因此要 C60的结构 破坏这个晶体就要破坏共价键 需要外给较大的能量 题目中已经给出 C60分子中有30个双键 而每个碳原子都跟其他3个碳原子相连 共 有60 3 90个化学键 90 30 60 所以单键应该是60个 2 1 既然分子中有30个双键 而烯键加溴是所熟知的反应 F2还比Br2更为活泼 因此可以 加60个氟 也是可以推理肯定的 观察C60模型和考虑欧拉定理即可求得C70中所存在的五边形和六边形数 答案 1 金刚石 金刚石是原子晶体 而固体C60不是 所以前者熔点较高 2 可能 因为C60分子中含30个双键 它与极活泼的F2发生加成应 可能生成C60F60 3 60 4 设C70分子中五边形数为x 六边形数为y 依据题意可得方程组 703 65 2 703 70 2 1 2 1 2 1 棱边数 欧拉定理 yx yx 解得 五边形数x 12 六边形数y 25 教材习题解析与答案教材习题解析与答案 1 D 2 AB 3 B 4 4个 甲烷晶体中分子间作用力是范德华力 相对分子质量很小 分子间作用力小 故熔沸点低 常温常压下呈气态 5 1 分子晶体中各质点靠分子间作用力结合 分子间作用力较小 所以熔沸点较低 硬度小 易挥发 原子晶体是以共价键结合成空间网状结构 不存在单个分子 要使其熔 化必须消耗大量能量来破坏化学键 故原子晶体熔沸点高 硬度大 不挥发 2 二氧化硅为原子晶体 熔沸点高 硬度大 不挥发 干冰为分子晶体 熔沸点低 硬度小 易挥发 6 1 非极性分子 2 分子晶体 7 1 12 30 2 C60 分子晶体 熔沸点较低 C60是分子晶体 分子间作用力为范德华力 作用力 小 故熔点低 面心晶胞 3 同素异形体 金刚石 金刚石是原子晶体 原子间的共价键的键能较大 相应的 金刚石的熔点较高 点击点击STS 莫瓦桑与人造金刚石莫瓦桑与人造金刚石 晶莹透明 硬度第一的金刚石 特别惹人喜爱 经工匠琢磨成钻石 更是世间奇珍异宝 人类虽然在五千年前就从自然界获取了金刚石 但一直不知道它是 由什么元素构成的 直 到1704年 英国科学家牛顿才证明了金刚石具有可燃性 以后又经法国科学家拉瓦锡 1792 年 英国科学家腾南脱 1797 年 用实验证明了金刚石和石墨是碳的同素异形体 这才弄 清楚金刚石是由纯净的碳组成的 1799年 法国化学家摩尔沃把一颗金刚石转变为石墨 这激发了 人们的逆向思维 能不能把石墨转化成金刚石呢 自此以后 人们对于怎样把石 墨转化为金刚石 表现了极大的兴趣 谁能获得这致人巨富的 点石成金 之术呢 莫瓦桑利用自己发明的高温电炉制取了碳化硅和碳化钙 这促使他向极富诱惑力的 点石成金 术跃跃一试 他先试验制取氟碳化合物 再除去氟制取金刚 石 没有成功 后 来他设想利用他的高温电炉 把铁化成铁水 再把碳投入熔融的铁水中 然后把渗有碳的 熔融铁倒人冷水中 借助铁的急剧冷却收缩时所产生的压 力 迫使内中的碳原子能有序地 排列成正四面体的大晶体 最后用稀酸溶去铁 就可拿到金刚石晶体 这个设想在当时看 来 既科学又美妙 促使他和他的助手一次 又一次的按这个构想方案做试验 1893年2月6 日 他终于看到了他梦寐以求的 希望之星 当他和助手用酸溶去铁后 在石墨残留物中 竟有一颗 0 7mm的晶体闪闪发光 经检测这颗晶体真是金刚石 人们像赞誉世界上前5名 钻石一样 也把这颗金刚石誉为 摄政王 人造金刚石成功了 欣喜若狂的莫瓦桑一再向报界宣传他的重大科研成果 这使本 来因研制氟和高温电炉而著名的莫瓦桑 更加名噪一时 1906年评选诺贝尔化学奖时 极富盛名的莫瓦桑成了候选人 而另一个候选人便是以 发现元素同期律 并排布元素周期表 预言与指导发现新元素的俄 罗斯科学家门捷列夫 当时瑞典科学院化学分部投票表决时 10名委员中有5名投莫瓦桑的票 4票赞成门捷列夫 l票弃权 结果草瓦桑以一票的优势而获奖 虽然 莫氏确有重大科研成果 但是 相对 于做出时代里程碑式贡献的门捷列夫来说 一为个别的 一为全局性的 一为重大成果 一为恩格斯所赞誉的 完成了科学上的一个勋业 这个勋业可以和勒维烈计算尚未知道的行 星海王星的轨道的勋业相媲美 当年的诺贝尔化学奖颁发给门捷列夫 应是历史的必然 可是却给予了名噪欧洲的莫瓦桑 1907年门捷列夫和莫瓦桑都相继逝世了 可是门捷列夫 却失掉了再被评选的可能 这不能不说诺贝尔颁奖历史上的一大遗憾 成功的科学实验的第一特征是可重现性 然而 莫瓦桑 成功 的人造金刚石试验 却只做了一次 他本人再也没做第二次 却 浸沉在 成功 的盛名之中 实事求是地说 在那个时代 人造金刚石只能是 希望之星 从基础理论方面来说 对于现今高中化学 课本上所阐明的金刚石的正四面体晶体结构 和石墨的层状结构 是19l0 l920年间由于发展了X射线衍射技术后才有所认识的 使石墨 转变为金刚石 不单纯是用外力缩短石墨层与层之间的距离 使六角形碳环转变为正四面 体晶格 实际上还包含许多复杂因素 化学家首要考虑的是热力学问题 借助热力学可判 断石 墨 金刚石转变过程中的方向和限度 可知在常温298K 要实现石墨转化为金刚石 需13000大气压以上 如果升高温度 如在1200K 要实现转化 需40000大气压以上 于 是可知莫瓦桑的试验 虽然提供了高温 而用铁水急剧冷却收缩所获得的压力 顶多只有 几千个大气压 怎么可能实现转化呢 热力学只能判断反应进行的可能性 要使可能性变为现实性 化学家还需考虑动力学 问题 如在室温和40万个大气压下 石墨的转化速度缓慢到难以察觉 因此速度也是一个 问题 而增压是降低反应速度的 高温自然是提高反应速度的 综合起来看 由热力学来看 高温不利于金刚石的热力学稳定性 要使金刚石在高温 下仍具有热力学稳定性 必须相应地高压 而从动力学来看 力求高温 才有利于反应速度 高压反而减速 因此 寻求适宜的转化条件 应是兼顾二者 使高温与高压匹配 此外还 需特定的溶剂 使石墨晶格中的碳原子先溶解 然后在 变更外界条件下 再使碳原子从溶 剂中析出结晶形成正四面体晶格 已经知道硫化亚铁 铁以及一些过渡金属可做溶剂 从实验条件方面来说 必须提供能够产生高压的装置和耐高温 耐高压的设备 1946 年 诺贝尔奖颁给美国科学家布里奇曼教授 原因是他发明了达到极高压力的装置 以及 在高压物理领域内所作出的一些重要发现 至此 人造金刚石才具备了可能性 1955年 美国科学家霍尔等在1650 和95000个大气压下 合成了金刚石 并在类似 的条件下重复多次亦获成功 产品经各种物理的 化学的 检测 确证为金刚石 这是人类 历史上第一次合成人造金刚石成功 然而 这已是莫瓦桑宣称 成功 的62年以后 莫氏逝 世近半个世纪以后的事了 第二课时第二课时 自学目标自学目标 1 了解原子晶体的特征 能描述金刚石 二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系 2 知道分子晶体与原子晶体 离子晶体 金属晶体的结构微粒 微粒间作用力的区别 3 举例说明分子间作用力对物质的状态等方面的影响 自学助手自学助手 晶体 种类 离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体 组成微粒 微粒间的作用 力 作用力强弱 熔沸点 硬度 固体 熔融 导 电 性 溶液 思维点拨思维点拨 例题1 已知BBr3的熔点是 46 KBr的熔点是734 试估计它们各属于哪一类 晶体 解答 BBr3是由非金属元素组成的 属于共价化合物 由于BBr3的熔点为 46 熔点很低 所以BBr3在固态时是以分子间作用力而形成的晶体 KBr是由活泼金属和活泼 非金属元素组成的化合物 熔点相对较高 所以KBr属于离子晶体 答案 BBr3是分子晶体 KBr是离子晶体 例题2 碳化硅的一种晶体 SiC 具有类似金刚石的结构 其中碳原子和硅原子的位 置是交替的 下列三种晶体 金刚石 晶体硅 碳化硅中 它们的熔点由高到低的 顺序是 A B C D 分析分析 在原子晶体中 原子半径越小 键长越短 键能越大 熔 沸点越高 题目中 所给的信息是有关SiC的结构知识 通过加工信息 并比较碳原子和硅原子的半径 应得出 Si Si键的键长比Si C键的键长长 Si C键比C C键的键长长 所以键能由高到低的顺 序应该是 C C键 C Si键 Si Si键 由此可推出熔点由高到低的顺序是 答案 A 自我检测自我检测 1 下列晶体中由原子直接构成的单质有 A 硫 B 氦气 C 金刚石 D 金属镁 2 石墨晶体中 层与层之间的结合力是 A 金属键 B 共价键 C 分子间力 D 离子键 3 1999年美国 科学 杂志报道 在40GPa的高压下 用激光加热到1800K 人们成功制 得了原子晶体CO2 下列对该物质的推断一定不正确的是 A 该原子晶体中含有极性键 B 该原子晶体易气化 可用作制冷材料 C 该原子晶体有很高的熔点 沸点 D 该原子晶体硬度大 可用作耐磨材料 4 在60gSiO2晶体中 含有Si O键的物质的量为 A 1mol B 2mol C 3mol D 4mol 5 金刚石和石墨两种晶体中 每个最小的碳环里所包含的碳原子数 A 前者多 B 后者多 C 相等 D 无法确定 6 下列说法中 正确的是 A 冰溶化时 分子中H O键发生断裂 B 原子晶体中 共价键的键长越短 通常熔点就越高 C 分子晶体中 共价键键能越大 该分子的熔沸点就越高 D 分子晶体中 分子间作用力越大 则分子越稳定 7 SiCl4的分子结构与CCl4类似 对其做出如下推断 SiCl4晶体是分子晶体 常温压 SiCl