高中化學原子晶體教案

　　第一節 離子晶體、分子晶體和原子晶體（三）

一、學習目標

1．掌握原子晶體的概念，能夠區分原子晶體、離子晶體和分子晶體。

2．掌握金剛石等典型原子晶體的結構特徵，理解原子晶體中“相鄰原子間透過共價鍵結合而成空間網狀結構”的特徵。

3．以金剛石爲例，瞭解原子晶體的物理性質（熔、沸點，導電性和溶解性）。

4．能夠根據金剛石、石墨的晶體結構特徵，分析比較兩種物質的性質特徵。由此培養根據晶體的微觀結構解釋晶體的物理性質的觀念。

5．學會比較離子晶體、分子晶體、原子晶體三類晶體的性質特徵和結構特徵。

二、學習過程

[複習提問]

（一）基本知識點（學生自學完成）

1．原子晶體：相鄰原子間以共價鍵相結合而形成的空間網狀結構的晶體。

2．構成粒子：______________；

3.粒子間的作用______________；

4．原子晶體的物理性質

熔、沸點__________，硬度___________；______________一般的溶劑；_____導電。

原子晶體具備以上物理性質的原因____________________________

原子晶體的化學式是否可以代表其分子式______________。爲什麼？

5．常見的原子晶體有____________________________等。

6．判斷晶體類型的依據

（1）看構成晶體的微粒種類及微粒間的相互作用。

對分子晶體,構成晶體的微粒是______________，微粒間的相互作用是___________；

對於離子晶體，構成晶體的是微粒是______________，微粒間的相互作__________鍵。

對於原子晶體，構成晶體的微粒是_______，微粒間的相互作用是___________鍵。

（2）看物質的物理性質(如：熔、沸點或硬度)。

一般情況下，不同類晶體熔點高低順序是 ________晶體>_______晶體>_______晶體。原子晶體、離子晶體比分子晶體的熔、沸點高得多

（二）重點點撥

1．晶體

晶體是指具有規則幾何外形的固體。其結構特徵是其內的原子或分子在主維空間的排布具有特定的週期性，即隔一定距離重複出現。重複的單位可以是單個原子或分子，也可以是多個分子或原子團。重複的單位必須具備3個條件，化學組成相同，空間結構(包括化學鍵)相同，化學環境和空間環境相同。

2．晶胞的概念

在晶體結構中具有代表性的基本的重複單位稱爲晶胞。晶胞在三維空間無限地重複就產生了宏觀的晶體。可以說，晶體的性質是由晶胞的大小，形狀和質點的種類(分子、原子或離子)以及它們之間的作用力所決定的。

3．納米材料

我們平時所見到的材料，絕大多數是固體物質，它的顆粒一般在微米級，一個顆粒包含着無數個原子和分子，這時候，材料所顯示的是大量分子所顯示的宏觀性質。當人們用特殊的方法把顆粒加工到納米級大小，這時的材料則被稱之爲納米材料，一個納米級顆粒所含的分子數則大爲減少。奇怪的是，納米材料具有奇特的光、電、熱、力和化學特性，和微米級材料的性質迥然不同。

納米材料的粒子是超細微的，粒子數多、表面積大，而且處於粒子介面上的原子比例甚高，一般可達總數的一半左右。這就使納米材料具有不尋常的表面效應，介面效應等。因此而呈現出一系列獨特的性質。

納米顆粒和晶胞是兩個完全不同的概念：晶胞是晶體中最小的重複單元，這種重複單元向空間延伸，構成晶體，而納米顆粒本身就是一個分子，納米材料在結構上與分子晶體有相似的地方，但並不相同。

納米材料並不是新的物質，只不過是將傳統材料的顆粒進一步超細微化，這樣對物質的物理性質的改變十分巨大，使之具備了一些傳統材料所無法具備的性質。爲什麼與傳統材料相比，納米材料的性質改變如此巨大，科學界目前還無法做出最終解釋。

4．各類晶體主要特徵

類型

比較

離子晶體

原子晶體

分子晶體

構成晶體微粒 陰、陽離子 原子 分子

形成晶體作用力 離子鍵 共價鍵 範德華力

物理性質

熔沸點 較高 很高 低

硬度 硬而脆 大 小

導電性 不良（熔融或水溶液中導電） 絕緣、半導體 不良

傳熱性 不良 不良 不良

延展性 不良 不良 不良

溶解性 易溶於極性溶劑，難溶於有機溶劑 不溶於任何溶劑 極性分子易溶於極性溶劑；非極性分子易溶於非極性溶劑中

典型實例 NaOH、NaCl 金剛石 P4、乾冰、硫

在離子晶體、原子晶體均不存在分子，因此NaCl、SiO2等均爲化學式。只有分子晶體中才存在分子。

　（三）講練（先練後講）

[例1]下列的晶體中，化學鍵種類相同，晶體類型也相同的是（ ）

（A）SO2與SiO2 B.C02與H2O （C）NaCl與HCl （D）CCl4與KCl

[解析]抓住晶體粒子的化學鍵去判斷晶體類型這一關鍵進行對比。如SO2與SiO2都是共價化合物，但是，晶體內的作用力是分子間作用力，SO2爲分子晶體，而SiO2中硅與氧以共價鍵結合形成網狀的原子晶體。

[答案]B

[例2]碳化硅SiC的一種晶體具有類似金剛石的結構，其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列三種晶體①金剛石 ②晶體硅 ③碳化硅中，它們的熔點從高到低的順序是（ ）

（A）①③② （B）②③① （C）③①② （D）②①③

[解析]C與Si同爲IVA族元素，它們的相似性表現在金剛石是原子晶體，硅晶體，碳化硅也是原子晶體。從碳到硅原子半徑逐漸增大，形成共價鍵的鍵能逐漸減弱。可推斷碳化硅應在Si與C之間。三種原子晶體，空間結構相似，熔點決定於它們的鍵長與鍵能，故熔點從高到低分別是金剛石碳化硅、晶體硅。

[答案]A

[例3]下列晶體分類中正確的一組是（ ）

離子晶體 原子晶體 分子晶體

A NaOH Ar SO2

B H2SO4 石墨 S

C CH3COONa 水晶

D Ba(OH)2 金剛石 玻璃

[解析]從晶體中結構粒子的性質去判斷晶體的類型。NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是透過離子鍵相互結合的離子晶體，純H2S04，無H+，系分子晶體。Ar是氣體，分子間以範德華力相互結合爲分子晶體，石墨是過渡型或混合型晶體，水晶Si02與金剛石是典型原子晶體。硫的化學式以1個S表示，實際上是S8，氣體時爲S2，是以範德華力結合的分子晶體。

玻璃無一定的熔點，加熱時逐漸軟化，爲非晶體，是無定形物質。

[答案]C

[例4]單質硼有無定形和晶體兩種，參考下表數據

金剛石 晶體硅 晶體硼

熔點 >3823 1683 2573

沸點 5100 2628 2823

硬度 10 7.0 9.5

①晶體硼的晶體類型屬於____________晶體，理由是________________________。

已知晶體硼結構單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個等邊三角形的面和一定數目的頂點，每個項點上各有1個B原子。透過視察圖形及推算，此晶體體結構單元由

____________________個硼原子構成。其中B—B鍵的鍵角爲____________。

[解析]①原子，理由：晶體的熔、沸點和硬度都介於晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si均爲原予晶體，B與C相鄰與Si處於對角線處，亦爲原於晶體。

②每個三角形的頂點被5個三角形所共有，所以，此頂點完全屬於一個三角形的只佔到1/5，每個三角形中有3個這樣的點，且晶體B中有20個這樣的角形，因此，晶體B中這樣的頂點(B原子)有3/5×20=12個。

又因晶體B中的三角形面爲正三角形，所以鍵角爲60°

[例5]1999年美國《科學》雜誌報道：在40GPa高壓下，用激光器加熱到1800K，人們成功製得了原子晶體乾冰，下列推斷中不正確的是（ ）。

（A）原子晶體乾冰有很高的熔點、沸點，有很大的硬度

（B）原子晶體乾冰易氣化，可用作製冷材料

（C）原子晶體乾冰的`硬度大，可用作耐磨材料

（D）每摩爾原子晶體乾冰中含4molC—O鍵

[解析]解答前，應先弄清命題者是要考查乾冰的性質、還是要考查原子晶體的性質。有的同學沒有分析清楚這一點，認爲是考查乾冰的性質，因而造成錯解。

透過“原子晶體乾冰”來考測解題者對“原子晶體性質”的理解程度。原子晶體硬度大、熔點和沸點高，所以A和C兩種說法正確。聯想到二氧化硅晶體結構，可得出D說法也是正確的。答案應選B。

（四）總結

1．相鄰原子間透過共價鍵結合而成空間網狀結構的晶體屬於離子晶體。

2．構成原子晶體的微粒是原子。原子間以較強共價鍵相結合，而且形成空間網狀結構。鍵能大。原子晶體的熔點和沸點高。

3．同種晶體:若同爲原子晶體，成鍵的原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體熔點越高：如金剛石>SiC>Si。

第三課時（原子晶體）針對性訓練

1．下列晶體中不屬於原子晶體的是（ ）

（A）乾冰 （B）金剛砂 （C）金剛石 （D）水晶

2．在金剛石的網狀結構中，含有共價鍵形成的碳原子環，其中最小的環上，碳原子數是（ ）

（A）2個 （B）3個 （C）4個 （D）6個

3．下列各物質中，按熔點由低到高排列正確的是（ ）

（A）O2、I2、Hg （B）CO2、KCl、SiO2

（C）Na、K、Rb （D）SiC、NaCl、SO2

4．下列各晶體申琪中任御一個原子都被相鄰的4個原子所包圍；似共價鍵潞戒正四面體結構，並向空間伸展虞網狀結構的是（ ）

（A）甲烷 （B）石墨 （C）晶體硅 （D）水晶

5．在x mol石英晶體中，含有Si-O鍵數是（ ）

（A）x mol （B）2x mol （C）3 x mol （D）4x mol

6．固體熔化時，必須破壞非極性共價鍵的是（ ）

（A）冰 （B）晶體硅 （C）溴 （D）二氧化硅

7．石墨晶體是層狀結構，在每一層內；每一個碳原於都跟其他3個碳原子相結合，如圖是其晶體結構的俯視圖，則圖中7個六元環完全佔有的碳原子數是( )

（A）10個 （B）18個 （C）24個 （D）14個

8．石英玻璃是將純石英在1600℃高溫下熔化，冷卻後形成的玻璃體。關於石英玻璃的結構和性質的敘述中正確的是（ ）

（A）石英玻璃屬於原子晶體

（B）石英玻璃耐高溫且能抵抗一切酸的腐蝕

（C）石英玻璃的結構類似於液體

（D）石英玻璃能經受高溫劇變且能抗鹼的腐蝕

9．已知C3N4晶體具有比金剛石還大的硬度，且構成該晶體的微粒間只以單鍵結合。下列關於C3N4晶體的說法錯誤的是（ ）

（A）該晶體屬於原子晶體，其化學鍵比金剛石中的碳碳鍵更牢固

（B）該晶體中每個碳原子連接4個氮原子、每個氮原子連接3個碳原子

（C）該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結構

（D）該晶體與金剛石相似，都是原子間以非極性鍵形成空間網狀結構

10．晶體可以分爲分子晶體、離子晶體、原子晶體等，在以下①②兩個題目中，分別對不同晶體的組成、微粒間的作用力以及晶體的幾何構型等進行了描述，請根據各題的提問做出選擇：

（1）下列關於只含非金屬元素的化合物的說法正確的是（ ）

（A）一定是共價化合物，且只能構成分子晶體；

（B）其晶體不可能是離子晶體，因爲微粒間的作用力只有分子間作用力；

（C）其晶體不可能是原子晶體，原子晶體只有非金屬單質，沒有化合物；

（D）可能是離子化合物。

（2）有下列離子晶體空間結構示意圖:●爲陽離子，○爲陰離子。以M代表陽離子，N代表陰離子，化學式爲MN2的晶體結構爲（ ）

（A） （B） （C） （D）

11．石英晶體的平面示意圖如圖所示，實際上是立體網狀結構，其中硅，氧原子個數比爲____________

12．SiO44-離子結構用周 表示，在二聚硅酸根離子Si2O76-中只有硅氧鍵，它的結構應是__________

13．氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高、化學性質穩定。工業上曾普遍採用高純硅與純氮在1 300℃反應獲得。

(1)氮化硅晶體屬於__________晶體。

(2)已知氮化硅的晶體結構中，原子間以單鍵相連，且N原子和N原子，Si原子和S原子不直接相連，同時每個原子都滿足8電子穩定結構。請寫出氮化硅的化學式__________

(3)現用SiCl4和凡在H，氣氛保護下，加強熱發生反應，可得較高純度的氮化硅。反應的化學方程式爲__________________________________________________

14．短週期元素K、Y、Z在週期表中位置關係如圖：

X

Y

Z

（1）x元素的單質分子式是_______，若x核內中子數和質子數相等，x單質的摩爾質量爲_______，單質是_______晶體。

（2）自然界中存在一種含Y的天然礦物名稱是：電子式爲_______，屬於_______晶體。

（3）z單質的晶體類型屬於_______，Z的氫化物和最高價氧化物的濃溶液反應的化學方程式爲____________________________。

15．有A、B、C三種晶體，分別由C、H、Na、Cl四種元素中的一種或幾種形成，對這三種晶體進行實驗，結果如下圖所示

(1)晶體的化學式分別爲：A_______B_______C_______

(2)晶體的類型分別爲：A_______B_______C_______

(3)晶體中粒子間的作用分別爲：A _______ B_______ C_______

第三課時（原子晶體）針對練習答案

1.A 2.D 3.B 4.C 5.D 6.B 7.D 8C 9D 10.（1）D；（2）B。

11．1∶2。

12．

13．(1)原子。(2)S3N4。

(3)3SiCl4+2N2+6H=Si3N4+12HCl

14．（1）He；4gmol-1；分於。(2)螢石。(3)分子晶體 H2S+H2S04(濃)=S↓+ SO2↑+2H2O

15．(1)A NaCl；B C；C HCl。

(2)A 離子晶體 B 原於晶體 C 分子晶體

(3)A 離子鍵 B共價鍵 C 分子間作用力。