2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第3節(jié) 第1課時 原子晶體學(xué)案 魯科版選修3.docx
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第1課時 原子晶體 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 知道原子晶體的概念，熟知常見的原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，能從原子結(jié)構(gòu)的特點，分析理解其物理特性。 一 常見的原子晶體的結(jié)構(gòu) 1．金剛石的晶體結(jié)構(gòu)模型如右圖所示。 回答下列問題： (1)在晶體中每個碳原子以4個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子相結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)，這些正四面體向空間發(fā)展，構(gòu)成彼此聯(lián)結(jié)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 (2)晶體中相鄰碳碳鍵的夾角為109.5，碳原子采取了sp3雜化。 (3)最小環(huán)上有6個碳原子。 (4)晶體中C原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2。 (5)晶體中C—C鍵長很短，鍵能很大，故金剛石的硬度很大，熔點很高。 2．二氧化硅是由硅原子和氧原子組成的空間立體網(wǎng)狀的原子晶體。其結(jié)構(gòu)示意圖如下： 觀察分析二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)示意圖，回答下列問題： (1)在二氧化硅晶體中，每個Si原子周圍結(jié)合4個O原子，同時每個O原子與2個Si原子結(jié)合。 (2)在二氧化硅晶體中，位于四面體中心的原子是硅原子，位于四面體四個頂點上的原子是氧原子。 (3)二氧化硅晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)是12。 (4)1mol二氧化硅晶體中含有4molSi—O鍵。 [歸納總結(jié)] 1．構(gòu)成原子晶體的基本微粒是原子。晶體中不存在單個分子，原子晶體的化學(xué)式僅僅表示物質(zhì)中的原子個數(shù)關(guān)系，不是分子式。 2．形成原子晶體的作用力是共價鍵。在原子晶體中只存在共價鍵(極性鍵或非極性鍵)，沒有分子間作用力和其他相互作用。 3．常見的原子晶體：①常見的非金屬單質(zhì)，如金剛石(C)、硼(B)、晶體硅(Si)等。②某些非金屬化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。 [活學(xué)活用] 1．下列有關(guān)原子晶體的敘述中，正確的是( ) A．原子晶體中只存在非極性共價鍵 B．在SiO2晶體中，1個硅原子和2個氧原子形成2個共價鍵 C．石英晶體是直接由硅原子和氧原子通過共價鍵所形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體 D．原子晶體的熔點一定比金屬晶體的高 答案 C 解析 原子晶體單質(zhì)中含有非極性鍵，原子晶體化合物中存在極性共價鍵；在二氧化硅晶體中，1個硅原子與4個氧原子形成4個Si—O鍵；金屬晶體的熔點差別很大，有些金屬晶體(如W)熔點可能高于某些原子晶體的熔點。 2. 金剛砂(SiC)與金剛石具有相似的晶體結(jié)構(gòu)(如圖所示)，在金剛砂的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，碳原子、硅原子交替以共價單鍵相結(jié)合。 試回答： (1)金剛砂屬于________晶體。 (2)在金剛砂的結(jié)構(gòu)中，一個硅原子周圍結(jié)合________個碳原子。 (3)金剛砂的結(jié)構(gòu)中含有共價鍵形成的原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有________個硅原子。 答案 (1)原子 (2)4 (3)3 解析 由于金剛砂的晶體構(gòu)型是空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子、硅原子交替以共價鍵相結(jié)合，故金剛砂是原子晶體；硅和碳電子層結(jié)構(gòu)相似，成鍵方式相同，硅原子周圍有4個碳原子；組成的六元環(huán)中，有3個碳原子、3個硅原子。 二 原子晶體的性質(zhì)與共價鍵的關(guān)系 1．硅是一種重要的非金屬單質(zhì)，硅及其化合物的用途非常廣泛。根據(jù)所學(xué)知識回答硅及其化合物的相關(guān)問題。 (1)基態(tài)硅原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2。 (2)晶體硅的微觀結(jié)構(gòu)與金剛石相似，晶體硅中Si—Si鍵之間的夾角大小約為109.5。 (3)二氧化硅晶體的熔點比干冰高很多的原因是要使二氧化硅晶體熔化需要克服較強(qiáng)的共價鍵，而干冰熔化克服的是微弱的分子間作用力。 2．晶體硅(Si)和金剛砂(SiC)都是與金剛石相似的原子晶體。其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)比較如下表所示： 晶體 鍵能/kJmol－1 鍵長/pm 熔點/℃ 摩氏硬度 金剛石 (C—C)347 154 3350 10 金剛砂 (C—Si)301 184 2600 9 晶體硅 (Si—Si)226 234 1415 7 請根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，分析其熔點、硬度的大小與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。 答案 鍵長越短，鍵能越大，熔點越高，硬度越大；反之，鍵長越長，鍵能越小，熔點越低，硬度越小。 [歸納總結(jié)] 1．由于原子晶體中原子間以較強(qiáng)的共價鍵相結(jié)合，故原子晶體：(1)熔、沸點很高，(2)硬度大，(3)一般不導(dǎo)電，(4)難溶于溶劑。 2．原子晶體中共價鍵鍵能越大，熔、沸點越高，硬度越大。而鍵能又與鍵長有關(guān)，鍵長可由成鍵原子半徑的相對大小得出。一般來說，成鍵原子的半徑之和越大，鍵長越長，鍵能越小。 [活學(xué)活用] 3．根據(jù)下列性質(zhì)判斷，屬于原子晶體的物質(zhì)是( ) A．熔點2700℃，導(dǎo)電性好，延展性強(qiáng) B．無色晶體，熔點3550℃，不導(dǎo)電，質(zhì)硬，難溶于水和有機(jī)溶劑 C．無色晶體，能溶于水，質(zhì)硬而脆，熔點為800℃，熔化時能導(dǎo)電 D．熔點－56.6℃，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時不導(dǎo)電 答案 B 解析 本題考查的是各類晶體的物理性質(zhì)特征。A項中延展性好，不是原子晶體的特征，因為原子晶體中原子與原子之間以共價鍵結(jié)合，而共價鍵有一定的方向性，使原子晶體質(zhì)硬而脆，A項不正確；B項符合原子晶體的特征；C項符合離子晶體的特征；D項不符合原子晶體的特征。所以應(yīng)該選擇B項。 4．氮化碳晶體是新發(fā)現(xiàn)的高硬度材料，該晶體類型應(yīng)該是______晶體。試根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)推測氮化碳晶體與金剛石相比較，硬度更大的應(yīng)該是__________晶體，熔點較低的是__________晶體。 答案 原子 氮化碳 金剛石 解析 根據(jù)氮化碳為高硬度材料且是由非金屬元素組成，因此該晶體應(yīng)為原子晶體。又因為C—C鍵鍵長大于C—N鍵鍵長，故C—N鍵的鍵能大于C—C鍵，硬度更大的是氮化碳，熔點較低的是金剛石。 理解感悟 此題涉及晶體類型與晶體性質(zhì)的關(guān)系，同時還涉及化學(xué)鍵鍵能與鍵長及鍵長與原子半徑的關(guān)系，只要將這些知識融會貫通，此類問題就可迎刃而解。 當(dāng)堂檢測 1．有關(guān)原子晶體的敘述，錯誤的是( ) A．原子晶體中，原子不遵循緊密堆積原理 B．原子晶體中不存在獨立的分子 C．原子晶體的熔點和硬度較高 D．原子晶體熔化時不破壞化學(xué)鍵 答案 D 2．固體熔化時，必須破壞非極性共價鍵的是( ) A．冰 B．晶體硅 C．氯化鈉 D．二氧化硅 答案 B 解析 冰在融化時克服的是分子間作用力，晶體硅克服的是非極性共價鍵，氯化鈉克服的是離子鍵，二氧化硅克服的是極性共價鍵。選項B符合題意。 3．下列物質(zhì)中屬于原子晶體的化合物是( ) A．水晶 B．晶體硅 C．金剛石 D．干冰 答案 A 解析 金剛石、晶體硅為原子晶體的單質(zhì)，干冰不是原子晶體。 4．氮化硼很難熔化，加熱至3000℃方可汽化。下列對氮化硼的敘述，不正確的是( ) A．氮化硼中含有共價鍵 B．氮化硼是原子晶體 C．氮化硼是離子晶體 D．化學(xué)式為BN 答案 C 解析 根據(jù)氮化硼的元素組成，可判斷它不可能為離子晶體；根據(jù)氮化硼的性質(zhì)，可判斷其是原子晶體，含有共價鍵。 5．下列物質(zhì)的熔、沸點順序判斷不正確的是( ) A．Li>Na>K>Rb B．F2下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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