高中化学 教学素材：晶体结构与性质教案(2)

晶体结构与性质教案(二) （四）原子晶体 1、定义：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。 （1）构成原子晶体的粒子是原子； （2）原子晶体的粒子间以较强的共价键相结合； （3）原子晶体熔化破坏的是共价键。 2、常见的原子晶体 （1）某些非金属单质：金刚石（C）、晶体硅（Si）、晶体硼（B）、晶体锗（Ge）等。 （2）某些非金属化合物：碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体等。 （3）某些氧化物：二氧化硅（SiO２）晶体。 3、原子晶体的物理特性 在原子晶体中，由于原子间以较强的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构，所以原子晶体具有： （1）熔点和沸点高； （2）硬度大； （3）一般不导电； （4）且难溶于一些常见的溶剂。 【思考4】为何CO2熔沸点低？而破坏CO2分子却比SiO2更难？ ??? 因为CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，所以熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。所以SiO2熔沸点高。破坏CO2分子与SiO2时，都是破坏共价键，而C—O键能>Si-O键能，所以CO2分子更稳定。 【思考5】怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅和锗的熔点和硬度依次下降？ 因为结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高，所以熔点和硬度有如下关系：金刚石＞碳化硅＞锗。 4、原子晶体的结构 （1）金刚石晶体 ①金刚石中每个C原子以sp3杂化，分别与4个相邻的C 原子形成4个σ键，故键角为109°28′，每个C原子的配位数为4； ②每个C原子均可与相邻的4个C构成实心的正四面体，向空间无限延伸得到立体网状的金刚石晶体，在一个小正四面体中平均含有1+4×1/4 =2个碳原子； ③在金刚石中最小的环是六元环，1个环中平均含有6×1/12=1/2个C原子，含C-C键数为6×1/6=1； ④金刚石的晶胞中含有C原子为8个，内含4个小正四面体，含有C-C键数为16。 （2）二氧化硅晶体 ①二氧化硅中Si原子均以sp3杂化，分别与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键； ②晶体中的最小环为十二元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；每个Si原子被12个十二元环共有，每个O原子被6个十二元环共有，每个Si-O键被6个十二元环共有；每个十二元环所拥有的Si原子数为6×1/6=1，拥有的O原子数为6×1/6=1，拥有的Si-O键数为12×1/6=2，则Si原子数与O原子数之比为1：2。 【思考6】原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？ 不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。 【思考7】以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？ （1）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子。 （2）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键。 5、原子晶体熔、沸点比较规律 对于原子晶体，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越大。 【比较归纳】原子晶体与分子晶体的比较 ? ? ? 分子晶体 ? 原子晶体 ? 构成微粒 ? 分子 ? 原子 ? 晶体内相互作用力 ? 分子间作用力（含极性、氢键） ? 共价键 ? 硬度、熔沸点 ? 低 ? 高 ? 熔、沸点变化规律 ? （1）对于组成结构相似的物质，相对分子质量（2）极性分子非极性分子（3）氢键作用 ? 键长、键能 ? 化学式能否表示分子结构 ? 能 ? 不能 ? 【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法 （1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。 （2）记忆常见的、典型的原子晶体。 （3）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点高，常在1000℃以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百度以下至很低的温度。 （4）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体 ... ...