学年人教版选修3 第三章 第二节 分子晶体与原子晶体 第2课时 学案Word格式.docx

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1.判断正误，正确的打“√”；

错误的打“×

”。

（1）原子晶体内的共价键的键能越大，熔、沸点越高。

（　　）

（2）CO2和SiO2中中心原子的杂化方式相同。

（3）原子晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他类型的化学键。

（4）几乎所有的酸都属于分子晶体。

（5）互为同素异形体的单质的晶体类型一定相同。

答案　

（1）√　

（2）×

　（3）×

　（4）√　（5）×

2.金刚石是典型的原子晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是（　　）

A.晶体中不存在独立的“分子”

B.碳原子间以共价键相结合

C.是自然界中硬度最大的物质

D.化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应

解析　在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间立体网状结构，不存在具有有限固定组成的分子。

由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能高，所以金刚石的硬度很高，因此A、B、C选项是正确的；

但是由于金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项的说法是错误的。

答案　D

3.下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是（　　）

A.存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角

B.最小的环上，有3个Si原子和3个O原子

C.最小的环上，Si原子和O原子个数之比为1∶2

D.最小的环上，有6个Si原子和6个O原子

解析　二氧化硅是原子晶体，为空间网状结构，存在四面体结构，硅原子处于中心，氧原子处于4个顶角，A不正确；

晶体硅的结构与金刚石相似（金刚石中最小碳环为6个碳原子），而SiO2晶体只是在两个Si原子间插入1个O原子，即最小环含6个Si原子和6个O原子，故B、C不正确，D正确。

提升一　原子晶体与分子晶体的比较

【例1】　氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是（　　）

A.C60和金刚石B.晶体硅和水晶

C.冰和干冰D.碘和金刚砂

解析　氮化硼是由两种非金属元素形成的化合物，根据该化合物的性质可知其为原子晶体，微粒间作用力为共价键。

C60和金刚石熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，A项错误；

冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力，C项错误；

碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，D项错误。

答案　B

【名师点拨】

1.原子晶体与分子晶体的组成、结构和性质的比较

原子晶体

分子晶体

构成晶体的粒子

原子

分子

微粒间的作用力

共价键（极性键和非极性键）

分子间作用力（氢键、范德华力）

物质的性质

熔、沸点

很高

较低

硬度

很大

较小

导电性

一般固态或融熔状态下均不导电，有的是半导体

固态和熔融状态下都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电

导热性

不良

溶解性

不溶于任何溶剂

一般服从“相似相溶”

决定熔、沸点高低因素

共价键的强弱

分子间作用力（包括氢键）的强弱

典型物质

部分非金属单质：

金刚石、晶体硅、晶体硼等；

部分非金属化合物：

SiC、BN、AlN、Si3N4、C3H4等；

某些氧化物：

SiO2等

大部分非金属单质：

O2、I2、S8、P4、C60、稀有气体等；

所有非金属氢化物：

水、氨、甲烷等；

大部分非金属氧化物：

SO2、SO3等；

几乎所有的酸：

H2SO4、H3PO4等；

绝大多数有机物：

苯、乙酸、葡萄糖等

2.原子晶体与分子晶体的结构特征

（1）原子晶体的结构特征

在原子晶体中，各原子均以共价键结合，因为共价键有方向性和饱和性，所以中心原子周围的原子数目是有限的，原子不采取密堆积方式。

（2）分子晶体的结构特征

①分子间不存在氢键的分子晶体，由于范德华力没有方向性和饱和性，所以分子尽可能采取密堆积方式。

②分子间存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性和饱和性，所以分子不能采取密堆积方式。

3.原子晶体与分子晶体熔、沸点高低的比较

（1）晶体类型不同：

原子晶体＞分子晶体

理由：

原子晶体的熔、沸点与共价键有关，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关。

共价键的作用力远大于分子间作用力。

（2）晶体类型相同

①原子晶体

一般来说，对结构相似的原子晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。

例如：

金刚石＞二氧化硅＞碳化硅＞晶体硅。

②分子晶体

a.若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。

如HF＞HI；

NH3＞PH3；

H2O＞H2Te。

b.组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。

如I2＞Br2＞Cl2＞F2；

SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。

c.组成和结构不相似的物质（相对分子质量接近），分子的极性越大，范德华力越大，熔、沸点越高。

如CO＞N2。

d.同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。

如正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。

【深度思考】

1.讨论总结判断分子晶体和原子晶体的方法？

提示　判断分子晶体和原子晶体的方法

（1）依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断

组成原子晶体的微粒是原子，微粒间的相互作用是共价键；

组成分子晶体的微粒是分子，微粒间的相互作用是分子间作用力。

（2）依据物质的分类判断

常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；

大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外）、气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、酸、绝大多数有机物（除有机盐外）都是分子晶体。

（3）依据晶体的熔点判断

原子晶体的熔点更高，常在1000℃至几千摄氏度；

分子晶体的熔点低，常在数百摄氏度以下甚至更低温度。

（4）依据导电性判断

原子晶体一般为非导体；

分子晶体为非导体，分子晶体中的电解质（主要是酸和非金属氢化物）溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子也能导电。

（5）依据硬度和机械性能判断

原子晶体硬度大；

分子晶体硬度小且较脆。

2.讨论总结判断晶体中微粒间作用力类型的方法？

判断晶体中微粒间作用力类型的办法

提示　首先判断晶体类型，然后分析不同类型的晶体微粒间的作用力。

分子晶体的构成微粒为分子，微粒间的作用力为分子间作用力（可能含有氢键）；

原子晶体的构成微粒为原子，微粒间的作用力为共价键。

【变式训练】

1.在常温、常压下呈气态的化合物，降温使其固化得到的晶体属于（　　）

A.分子晶体B.原子晶体

C.离子晶体D.何种晶体无法判断

解析　常温、常压下呈气态，该化合物必然是由分子而不可能是由原子或离子构成的，其固态时的晶体类型为分子晶体。

答案　A

2.下列物质直接由原子构成的一组是（　　）

①CO2　②SiO2　③晶体Si　④白磷　⑤乙醇　⑥Fe　⑦Na2O　⑧固态He

A.①②③④⑤⑧B.②③④⑥⑧

C.②③⑧D.①②⑤⑦⑧

解析　原子晶体都由原子直接构成，如②③；

离子化合物由阴、阳离子构成，如⑦；

分子晶体由分子构成，如①④⑤⑧，但⑧也可称由原子构成；

金属晶体由金属阳离子和自由电子构成。

如⑥。

答案　C

3.有下列物质：

①水晶　②冰醋酸　③氧化钙　④白磷　⑤晶体氩　⑥氢氧化钠　⑦铝　⑧金刚石

⑨过氧化钠　⑩碳化钙　⑪碳化硅　⑫干冰　⑬过氧化氢。

根据要求填空：

（1）属于原子晶体的化合物是________。

（2）直接由原子构成的晶体是________。

（3）直接由原子构成的分子晶体是________。

（4）由极性分子构成的晶体是________，属于分子晶体的单质是________。

解析　属于原子晶体的是金刚石、碳化硅和水晶；

属于分子晶体的有晶体氩（无化学键）、白磷（非极性分子）、干冰（由极性键构成的非极性分子）、过氧化氢和冰醋酸（由极性键和非极性键构成的极性分子）。

答案　

（1）①⑪　

（2）①⑤⑧⑪　（3）⑤　（4）②⑬　④⑤

提升二　典型的原子晶体

【例2】　碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。

请回答下列问题：

（1）碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为________，每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有________个；

设晶胞边长为acm，密度为bg·

cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________（用含a、b的式子表示）。

（2）立方氮化硼晶胞中有________个硼原子，________个氮原子，硼原子的杂化类型为________，若晶胞的边长为acm，则立方氮化硼的密度表达式为________g·

cm－3（设NA为阿伏加德罗常数的值）。

解析　

（1）SiC晶体中，每个Si原子与4个C原子形成4个σ键，故Si采取sp3杂化，每个Si原子距最近的C原子有4个。

SiC晶胞中，碳原子数为6×

＋8×

＝4个，硅原子位于晶胞内，SiC晶胞中硅原子数为4个，1个晶胞的质量为

g，体积为a3cm3，因此晶体密度：

bg·

cm－3＝

，

故NA＝

mol－1。

（2）立方氮化硼晶胞中，含有N原子数为6×

＝4个，B原子位于晶胞内，立方氮化硼晶胞中含硼原子4个。

每个硼原子与4个氮原子形成4个σ键，故硼原子采取sp3杂化，每个立方氮化硼晶胞的质量为

g，体积为a3cm3，故密度为

g·

cm－3。

答案　

（1）sp3　4　

mol－1

（2）4　4　sp3　

　金刚石（晶体硅）、碳化硅、二氧化硅的晶胞

1.金刚石（晶体硅）

金刚石（晶体硅）晶胞的每个顶点和面心均有1个C（Si）原子，晶胞内部有4个C（Si）原子，每个金刚石（晶体硅）晶胞中含有8个C（Si）原子。

2.碳化硅晶胞

（1）碳、硅原子都采取sp3杂化，C—Si键角为109°

（2）每个硅（碳）原子与周围紧邻的4个碳（硅）原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。

（3）最小碳环由6个原子组成且不在同一平面内，其中包括3个C原子和3个Si原子。

（4）每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子。

3.二氧化硅晶胞

SiO2晶体结构相当于在晶体硅结构中每2个Si原子中间插入一个O原子，参照金刚石晶胞模型，在SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶点，有6个Si原子位于立方晶胞的面心，还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体，均匀排列于晶胞内。

每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子。

1.在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个碳原子连接几个六元环，六元环中最多有几个C原子在同一平面？

提示　由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条C—C键，其中任意两条边（共价键）可以构成2个六元环。

根据组合知识可知四条边（共价键）任选其中两条有6组，而每组（2条边）形成2个六元环，因此每个C原子连接12个六元环。

六元环中C原子采取sp3杂化，在六元环中最多有4个C原子位于同一平面。

也可以这样分析：

每个碳碳单键为3个六元环共用，每个碳原子与其他原子形成4个碳碳单键，所以每个碳原子连接12个六元环。

在六元环中，最少3个原子定一个平面，而6个原子不可能都共平面，则最多4个原子共平面（如图

中画“○”的4个碳原子）。

2.金刚石晶胞中含有8个碳原子。

若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，找出r与a的关系；

列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率？

提示　已知碳原子的半径为r，晶胞的边长为a，则晶胞的体对角线l＝

a，而在体对角线上相当于5个球紧密堆积，则l＝8r。

由

a＝8r得a＝

r。

所以，空间利用率为

＝

×

100%＝

100%。

也可以截取晶胞的

即如图所示的小立方体来分析：

体对角线l′＝4r，即

a＝4r，r＝

a。

4.关于SiO2晶体的叙述正确的是（　　）

A.60gSiO2晶体中含有NA个分子（NA表示阿伏加德罗常数的数值）

B.60gSiO2晶体中，含有2NA个Si—O键

C.SiO2晶体中与同一Si原子相连的4个O原子处于同一四面体的4个顶点

D.SiO2晶体中，1个Si原子和2个O原子形成2个共价键

解析　SiO2晶体为原子晶体，晶体中不存在单个分子，A不正确；

1molSiO2晶体含有Si—O键4mol，B不正确；

SiO2晶体中，与每个Si原子相连的4个O构成正四面体结构，O原子位于顶点，Si原子位于正四面体的中心，C正确；

SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，D不正确。

5.最近科学家在实验室里成功地将CO2在高压下转化为类似SiO2的原子晶体。

下列关于该CO2晶体的叙述中，不正确的是（　　）

A.该晶体中C、O原子个数比为1∶2

B.该晶体中C—O—C的键角为180°

C.该晶体的熔、沸点高，硬度大

D.该晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构

解析　若为原子晶体，则不再是直线形分子，而是转化为与石英（SiO2）相似的空间立体网状结构。

6.用NA表示阿伏加德罗常数的值。

下列说法中正确的是（　　）

A.124g白磷中含有P—P键的个数为4NA

B.12g石墨中含有C—C键的个数为2NA

C.28g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA

D.60gSiO2中含有Si—O键的个数为2NA

解析　由白磷的分子结构

可知，124g白磷即1molP4中的P—P键的个数为6NA；

石墨中碳原子形成平面六元环，每个C形成3个C—C键，每个键为2个C共有，故12g石墨中含有C—C键的个数为1.5NA；

晶体硅中每个Si原子形成4个Si—Si键而每个Si—Si键为2个Si原子共有，故1mol晶体硅中含有2NA个Si—Si键；

由SiO2的晶体结构可知，每个Si原子形成4个Si—O键，60gSiO2即1molSiO2中含有Si—O键的个数为4NA。

7.回答下列问题：

（1）CO2由固态变为气态所需克服的微粒间作用力是________。

（2）熔点：

金刚石________晶体硅；

沸点：

CH4________SiH4。

（填“＞”或“＜”）

（3）下列有关元素锗及其化合物的叙述中正确的是________（填序号）。

A.锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳

B.四氯化锗与四氯化碳分子都是四面体构型

C.常温下，二氧化锗与二氧化碳都是非极性的气体化合物

D.锗和碳都存在具有原子晶体结构的单质

（4）冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞（其晶胞结构如图所示，其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心，实心球所示原子位于立方体内）类似。

每个冰晶胞平均占有________个水分子。

冰晶胞与金刚石晶胞中微粒排列方式相同的原因是________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

（5）二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入1个氧原子，二氧化硅的空间网状结构中，硅、氧原子形成的最小环上氧原子数目是________个。

（6）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体（如右上图所示），其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有1个B原子。

通过观察图形及推算，此晶体结构单元由________个硼原子构成，其中B—B键的键角为________，共含有________个B—B键。

解析　（3）锗与碳同主族，其中锗位于第四周期，故锗的第一电离能、电负性均小于碳；

GeCl4与CCl4的结构相似，因中心原子价电子全部成键且价层电子对数为4，故为正四面体；

常温下，GeO2为固体；

晶体锗、金刚石均为原子晶体。

（6）20个正三角形，共60个硼原子，每个硼原子为5个正三角形共有，故硼原子个数为60×

＝12。

B—B键的个数为20×

3×

＝30。

答案　

（1）分子间作用力（范德华力）

（2）＞　＜　（3）BD

（4）8　碳原子与氧原子都为sp3杂化，且氢键和共价键都具有方向性和饱和性（每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键）

（5）6　（6）12　60°

　30

课时作业

基础题组

1.下列晶体中，最小的平面或立体环不是由6个原子构成的是（　　）

A.金刚石B.石墨

C.水晶D.晶体硅

解析　金刚石、石墨中的最小碳环及晶体硅中最小硅环都是由6个原子构成的，水晶（主要成分为SiO2）中的最小环上有6个硅原子、6个氧原子，共12个原子。

2.在等物质的量的下列物质中，所含共价键的数目不相同的是（　　）

A.金刚石和晶体硅B.乙醇和乙醚

C.丙烯和环丙烷D.二氧化碳和二氧化硅

解析　1mol金刚石和晶体硅中都含有2mol共价键；

1molCO2（O===C===O）和SiO2中都含有4mol共价键（C—O、Si—O）；

1molCH3—CH===CH2和环丙烷（互为同分异构体）中都含有9mol共价键；

乙醇（CH3CH2OH）和乙醚（CH3CH2—O—CH2CH3）不是同分异构体，分子中所含共价键数目不同。

3.氮氧化铝（AlON）属原子晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是（　　）

A.AlON和石英的化学键类型相同

B.AlON和石英晶体类型相同

C.AlON和Al2O3的化学键类型不同

D.AlON和Al2O3晶体类型相同

解析　AlON与石英（SiO2）均为原子晶体，所含化学键均为共价键；

Al2O3是离子晶体，晶体中含有离子键。

4.金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。

其结构如图所示，下列判断正确的是（　　）

A.金刚石中C—C键的键角均为109°

28′，所以金刚石和CH4的晶体类型相同

B.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关

C.金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为1∶2

D.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却

解析　选项A，金刚石是原子晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同。

选项B，金刚石熔化过程中C—C键断裂，因C—C键的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高。

选项C，金刚石中每个C都参与了4个C—C键的形成，而每个C对每条键的贡献只有一半，故碳原子个数与C—C键键数之比为（4×

）∶4＝1∶2。

选项D，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化。

5.下列说法中，正确的是（　　）

A.冰融化时，分子中H—O键发生断裂

B.原子晶体中共价键越强，其熔点越高

C.分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点越高

D.分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定

解析　分子晶体熔化时要克服的是分子间作用力，分子内的共价键不断裂，A项错；

原子晶体中原子间由共价键相结合，熔点的高低取决于共价键的强度（键能和键长），B项正确；

分子内的共价键的强弱决定共价分子的稳定性，分子间作用力的大小决定分子晶体熔、沸点的高低，C、D两项不正确。

6.氮化碳的硬度比金刚石大，其结构如图所示。

下列有关氮化碳的说法不正确的是（　　）

A.氮化碳属于原子晶体

B.氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价

C.氮化碳的化学式为C3N4

D.每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连

解析　A项，根据氮化碳的硬度比金刚石晶体大判断，氮化碳属于原子晶体；

B项，氮的非金属性弱于碳的非金属性，氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价；

C项，晶体结构模型中虚线部分（正方形）是晶体的最小结构单元，该正方体形顶点的原子被4个正方形共用，边上的原子被2个正方形共用，则其含有的碳原子数为4×

＋4×

＝3，氮原子数为4，故氮化碳的化学式为C3N4；

D项，碳形成4个共价键，每个碳原子与4个氮原子相连；

氮形成3个共价键，每个氮原子与3个碳原子相连。

7.下列说法正确的是（　　）

A.SO2与CO2的分子立体构型均为直线形

B.H2O和NH3中的中心原子杂化方式相同

C.SiO2中的键长大于CO2中的键长，所以SiO2的熔点比CO2高

D.凡是具有规则外形的固体都是晶体

解析　SO2中S的价层电子对数＝2＋

（6－2×

2）＝3，该分子为V形结构；

CO2中C的价层电子对数＝2＋

（4－2×

2）＝2，该分子为直线形结构，故A错误。

水分子中O的价层电子对数＝2＋

1）＝4，氧原子采取sp3杂化；

NH3中N的价层电子对数＝3＋

（5－3×

1）＝4，氮原子采取sp3杂化，故B正确。

CO2是分子晶体，其熔化只需要克服范德华力（分子间作用力）；

SiO2是原子晶体，其熔化要破坏Si—O共价键，共价键的强度远远大于范德华力，所以SiO2的熔点比CO2高，故C错误。

晶体具有以下特点：

有规则的几何外形，有固定的熔点，有各向异性，只有同时具备这三个条件的才是晶体，故D错误。

8.下列说法正确的是（　　）

A.原子晶体中只存在非极性共价键

B.干冰升华时，分子内共价键会发生断裂

C.稀有气体形成的晶体属于分子晶体

D.金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物

解析　金刚石和晶体硅等原子晶体中只存在非极性共价键，而SiO2晶体也是原子晶体，SiO2晶体中存在极性共价键，A项错误；

干冰升华时，