分子晶体与原子晶体导学案

学习时间 2011 — 2012学年上学期 周
【课标要求】 知识与技能要求：
1.掌握原子晶体的概念，能够区分原子晶体和分子晶体。
2.了解金刚石等典型原子晶体的结构特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系
【复习】1、什么是分子晶体？试举例说明。 2、分子晶体通常具有什么样的物理性质？
【观察与思考】分析下表数据，判断金刚石是否属于分子晶体
项目/物质干冰金刚石
熔点很低3550℃
沸点很低4827℃
【阅读与思考】阅读教材P68倒数第一自然段以前内容，明确金刚石的晶型与结构，并完成
1．原子晶体：____________________________。2．构成粒子：______； 3．粒子间的作用：_______；
金刚石晶体C-C键长C-C键能键角熔点硬度

原子晶体的物理性质：熔、沸点_______，硬度________；____________一般的溶剂；_____导电
【合作探究】：
（1）在金刚石晶体中,每个C与多少个C成键？形成怎样的空间结构？最小碳环由多少个C原子构成？它们是否在同一平面内？
（2）12克金刚C—C键数为多少NA？
（3）在金刚石晶体中，C原子个数与C—C键数之比为多少？
【回顾】根据所学二氧化碳与二氧化硅知识，填写下表：
物质/项目状态(室温)熔点℃
CO2-56.2
SiO21723
【阅读】教材P68倒数第一自然段及图3-15，结合必修一 P74（科学视野）思考：
1.CO2与SiO2的晶体结构是否相同？2.SiO2的化学式是否可以代表其分子式，为什么？3.为什么SiO2的熔沸点很高、硬度很大？
【阅读】教材P69第一自然段，明确常见的原子晶体：________________________________
【学与问】教材P69
1．怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？

2．“具有共价键的晶体叫做原子晶体。”这种说法对吗？为什么？

【阅读】P69-71 (通过表3-3 明确判断原子晶体熔点高低的方法)
【典例解悟】1、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
2、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：
①金刚石 ②晶体硅 ③碳化硅中，它们的熔点由高到低的顺序是（ ）
A、①③②　 B、②③① C、③①②　 D、②①③
3.晶体硅(Si)和金刚砂(SiC)都是与金刚石相似的原子晶体，请根据下表中数据，分析其熔点、硬度的大小与其结构之间的关系。
晶体键能/kJ?mol－1键长/pm熔点/℃摩氏硬度
金刚石(C—C)348154390010
金刚砂(C—Si)30118427009.5
晶体硅(Si—Si)22623414106.5
【本堂小结】1.原子晶体：
2.构成粒子：______________；3.粒子间的作用______________，
4.原子晶体的物理性质
(1)熔、沸点__________，硬度___________ (2) ______________一般的溶剂。
(3)______________导电。 原子晶体具备以上物理性质的原因____________________
原子晶体的化学式是否可以代表其分子式______________ 原因____________________。
5.常见的原子晶体有____________________________等。
判断晶体类型的依据
（1）看构成晶体的微粒种类及微粒间的相互作用。
对分子晶体,构成晶体的微粒是______________，微粒间的相互作用是_____ ______；
对于原子晶体，构成晶体的微粒是__ _____，微粒间的相互作用是___________键。
（2）看物质的物理性质(如：熔、沸点或硬度)。
一般情况下，不同类晶体熔点高低顺序是原子晶体比分子晶体的熔、沸点高得多
【对点练习】1.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
2.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
3.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。
　　4.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。
5.（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（ ）
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
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
6、下列物质中，属于原子晶体的化合物是（ ）
A.水晶 B.晶体硅 C.金刚石 D.干冰
7.有关原子晶体的叙述中错误的是（ ）
A.原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则 B.原子晶体的熔点和硬度都较高
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
8.碳化硅（SiC）的一种晶体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。在下列三种晶体①金刚石 ②晶体硅 ③碳化硅中它们的熔点，从高到低的顺序是（ ）
A.①③② B.②③① C.③①② D.②①③
9.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）。
【课后作业】
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
2．在40 GPa高压下，用激光器加热到1 800 K时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是(　　)
A．原子晶体干冰易汽化，可用作制冷剂 B．原子晶体干冰有很高的熔点和沸点
C．原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料 D．1 mol原子晶体干冰中含2 mol C—O键
3.有关晶体的叙述中正确的是(　　)
A．在SiO2晶体中，由Si、O构成的最小单元环中共有8个电子
B．在12 g金刚石中，含C—C共价键键数为4NA
C．干冰晶体熔化只需克服分子间作用力
D．金属晶体是由金属原子直接构成的
4．分子晶体中一定有共价键吗？分子晶体熔化时破坏共价键吗？

5．二氧化硅和二氧化碳的熔、沸点为何相差很大？

5.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300℃反应获得。
(1)氮化硅属于________晶体(填晶体类型)。
(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子、Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构。请写出氮化硅的化学式：______。
(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为____________________。
6.二氧化硅晶体是立体的网状结构。其晶体的晶胞结构模型如下图所示。请认真观察该晶体模型后回答以下问题：

(1)二氧化硅晶体中最小环为________元环。
(2)每个硅原子为________个最小环共有。
(3)每个最小环平均拥有________个硅原子、________个氧原子。
7.

(1)上图为干冰的晶胞结构，观察图形，确定在干冰中每个CO2分子周围有　　　个与之紧邻且等距离的CO2分子。
在干冰中撒入镁粉，用红热的铁棒引燃后，再盖上另一块干冰，出现的现象为　　　　　　　　　　　　　，反应的化学方程式是____________________________
________________________________________________________________________。
(1)下列三种晶体①CO2，②CS2，③SiO2的熔点由高到低的顺序是________>______>________(用序号填空)，其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
8．下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一种的某一部分。

(1)其中代表金刚石的是(填编号字母，下同)　　　　，其中每个碳原子与______个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于________晶体。
(2)其中代表石墨的是__________，其中每个正六边形占有碳原子数平均为______个。
(3)其中代表NaCl的是________，每个Na＋周围与它最接近且距离相等的Na＋有________个。
(4)代表CsCl的是________，它属于________晶体，每个Cs＋与______个Cl－紧邻。
(5)代表干冰的是________，它属于________晶体，每个CO2分子与______个CO2分子紧邻。

疑点反馈：（通过本课学习、作业后你还有哪些没有搞懂的知识，请记录下来）
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《选修三第三章第二节　分子晶体与原子晶体》导学案（第2课时）
【阅读与思考】1．相邻原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。
2．原子；3．共价键；
【回顾】
状态(室温)
气态
固态
【阅读】1.SiO2和C02的晶体结构不同。在SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。
【学与问】1．提示　从碳到锗，核电荷数增大，电子层数增多，原子半径依次增大，C—C键、Si—Si键、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，因此键的稳定性是C—C键>Si—Si键>Ge—Ge键，所以金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。
2．提示　不对。如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共价键，而它们都是分子晶体；如金刚石、晶体Si、SiC、SiO2中都有共价键，它们都是原子晶体；只有相邻原子间以共价键相结合形成空间网状结构的晶体才是原子晶体。
【典例解悟】1、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
2、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①③②。
答案：A
3.解析　在原子晶体里，所有原子都以共价键相互结合，整块晶体是一个三维的共价键网状结构。所以，影响原子晶体的熔点、硬度的主要因素就是共价键的键能大小，键能越大，原子晶体的熔点、硬度越高，而共价键的键能又与键长相关，一般来说，键长越短，键能越大，键长越长，键能越小。
答案　键长越短，键能越大，熔点越高，硬度越大；反之，键长越长，键能越小，熔点越低，硬度越小。

原子晶体物理性质的差异主要是由共价键键能的不同造成的，键能越大，熔、沸点越高，硬度越大。而键能又与键长有关，键长可由成键原子半径的相对大小得出。一般来说，成键原子的半径之和越大，键长越长，键能越小。
【对点练习】
参考答案：1、 BC 2、B 3、B、D 4、A 5、C 6、A 7、D 8、A
9. （1）原子 （2）12 60°
【课后作业】
1.答案　B
2．答案　B
3.有答案　C
4．答案　不一定，如稀有气体晶体中只有分子间作用力而无化学键。分子晶体熔化时只破坏分子间作用力，不破坏共价键。
5．答案　SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，熔化时破坏的分别是为共价键和分子间作用力，故SiO2熔、沸点高，而CO2熔、沸点低。
5.答案　(1)原子　(2)Si3N4
(3)3SiCl4＋2N2＋6H2=====高温Si3N4＋12HCl
6.答案　(1)12　(2)12　(3)12　1
7.答案　(1)12　镁粉在干冰中继续燃烧，发出耀眼的白光，并有黑色物质生成　2Mg＋CO2=====点燃2MgO＋C
(2)③　②　①　SiO2是原子晶体，CO2、CS2是分子晶体，所以SiO2熔点最高；CO2和CS2组成和结构相似，且CS2的相对分子质量大于CO2的相对分子质量，所以CS2的熔点高于CO2
8．答案　(1)D　4　原子　(2)E　2　(3)A　12

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