高中化学第3章晶体结构与性质第2节分子晶体与原子晶体学案新人教版选修3.docVIP

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第二节分子晶体与原子晶体

激趣入题·情境呈现

你已经知道,冰容易融化,干冰容易气化,碘晶体容易升华。那么,你知道这些晶体为什么具有上述的特殊性质吗？它们的结构是怎样的呢？

科学研究揭示,30亿年前,在地壳下200km左右的地幔中处在高温、高压岩浆中的碳元素,逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时,金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却,形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质：熔点高(3350℃),不导电,硬度极高。这些性质显然是由金刚石的结构决定的。那么,金刚石具有怎样的结构呢？

水晶是一种古老的宝石,晶体完好时呈六棱柱钻头形。在水晶中,原子是怎样排列的呢？

新知预习·自主探究

一、分子晶体

1．特点：

(1)构成微粒及微粒间的作用力。

(2)微粒堆积方式。

①若分子间作用力只有__范德华力__,则分子晶体有__分子密堆积__特征,即每个分子周围有__12__个紧邻的分子。

②分子间还含有其他作用力,如__氢键__,则每个分子周围紧邻的分子要少于12个。如冰中每个水分子周围只有__4__个紧邻的水分子。

2．分子晶体与物质的类别：

物质种类

实例

所有非金属__氢化物__

H2O、NH3、CH4等

部分__非金属单质__

卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等

部分__非金属氧化物__

CO2、P4O10、SO2、SO3等

几乎所有的__酸__

HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等

绝大多数__有机物__

苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等

3.两种典型的分子晶体的组成和结构：

(1)干冰。

①每个晶胞中有__4__个CO2分子,__12__个原子。

②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为__12__个。

(2)冰。

①水分子之间的作用力有__范德华力__,但主要是__氢键__。

②由于__氢键__的方向性,使四面体中心的每个水分子与四面体顶点的__4__个相邻的水分子相互吸引。

二、原子晶体

1．结构特点：

(1)构成微粒及作用力。

(2)空间构型：整块晶体是一个三维的共价键__网状__结构,不存在__单个__的小分子,是一个“巨分子”,又称__共价__晶体。

(3)常见的原子晶体：

①常见的非金属单质,如金刚石(C),硼(B)、__晶体硅__(Si)等；

②某些非金属化合物,如__碳化硅__(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。

2．典型原子晶体的结构：

(1)金刚石晶体的结构特点：

①在晶体中每个碳原子以4个__共价单键__对称地与相邻的4个碳原子相结合,形成__正四面体__结构。

②晶体中碳碳键之间的夹角为__109°28′__,碳原子采取了__sp3__杂化。

③最小环上有__6__个碳原子。

(2)SiO2的结构特点：把金刚石晶体中的__碳__原子换为__硅__原子,每两个硅原子之间增加一个__氧__原子,即形成SiO2的晶体结构。

预习自测·初试牛刀

1．思考辨析：

(1)分子晶体中一定存在共价键。(×)

(2)干冰升华的过程中破坏了共价键。(×)

(3)二氧化硅和干冰虽然是同一主族的氧化物,但属于不同的晶体类型。(√)

(4)分子晶体的熔、沸点比较低,原子晶体的熔、沸点比较高。(√)

(5)含有共价键的晶体都是原子晶体。(×)

(6)SiO2是二氧化硅的分子式。(×)

2．下列晶体由原子直接构成,且属于分子晶体的是(B)

A．二氧化硅 B．固态氖

C．白磷 D．三氧化硫

解析：二氧化硅是由硅、氧原子构成的原子晶体,A错；固态氖由原子构成的分子晶体,B正确；白磷是由P4分子构成的分子晶体,C错；三氧化硫是由SO3分子构成的分子晶体,D错。

3．当SO3晶体熔化时,下列各项中发生变化的是(D)

A．化学键 B．硫与氧的原子个数之比

C．分子构型 D．分子间作用力

解析：当SO3晶体熔化时,分子间作用力被破坏,故选D项。

4．分子晶体具有某些特征的本质原因是(C)

A．组成晶体的基本微粒是分子

B．熔融时不导电

C．基本构成微粒间以分子间作用力相结合

D．熔点一般比较低

解析：分子晶体相对于其他晶体来说,熔、沸点较低,硬度较小,本质原因是其基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键相对于化学键来说比较弱。

5．氮化铝(AlN)是一种熔点很高、硬度大、不导电、难溶于水和其他溶剂的晶体,将下列各组物质加热熔化或气化,所克服微粒间作用力与AlN相同的是(A)

A．水晶、金刚石 B．食盐、硫酸钾

C．碘、硫 D．硅、干冰

解析：根据AlN熔点高、硬度大、不导电、难溶于水和其他溶剂可知AlN晶体是原子晶体,熔化时共价键被破坏,A、B、C、D四个选项中属于原子晶体的有水晶(SiO2)、金刚石、晶体硅,