高中化學原子晶體教案
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．以金剛石為例，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______________。為什麼？
5．常見的原子晶體有____________________________等。
6．判斷晶體型別的依據
（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為晶胞。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．奈米材料
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，一個顆粒包含著無數個原子和分子，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奈米級大小，這時的材料則被稱之為奈米材料，一個奈米級顆粒所含的分子數則大為減少。奇怪的是，奈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。
奈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。這就使奈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。
奈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，而奈米顆粒本身就是一個分子，奈米材料在結構上與分子晶體有相似的地方，但並不相同。
奈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。為什麼與傳統材料相比，奈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
型別
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
典型例項 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等均為化學式。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，晶體型別也相同的是（ ）
（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型別這一關鍵進行對比。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為分子晶體，而SiO2中矽與氧以共價鍵結合形成網狀的原子晶體。
[答案]B
[例2]碳化矽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晶體矽 ③碳化矽中，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同為IVA族元素，它們的相似性表現在金剛石是原子晶體，矽晶體，碳化矽也是原子晶體。從碳到矽原子半徑逐漸增大，形成共價鍵的鍵能逐漸減弱。可推斷碳化矽應在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矽、晶體矽。
[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型別。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為分子晶體，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，氣體時為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，為非晶體，是無定形物質。
[答案]C
[例4]單質硼有無定形和晶體兩種，參考下表資料
金剛石 晶體矽 晶體硼
熔點 >3823 1683 2573
沸點 5100 2628 2823
硬度 10 7.0 9.5
①晶體硼的晶體型別屬於____________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鍵的鍵角為____________。
[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均為原予晶體，B與C相鄰與Si處於對角線處，亦為原於晶體。
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中的三角形面為正三角形，所以鍵角為60°
[例5]1999年美國《科學》雜誌報道：在40GPa高壓下，用鐳射器加熱到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干冰的性質、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，認為是考查干冰的性質，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。聯想到二氧化矽晶體結構，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:若同為原子晶體，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）晶體矽 （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）晶體矽 （C）溴 （D）二氧化矽
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檢視，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線4個氮原子、每個氮原子連線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．晶體可以分為分子晶體、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，因為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:●為陽離子，○為陰離子。以M代表陽離子，N代表陰離子，化學式為MN2的晶體結構為（ ）
（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，其中矽，氧原子個數比為____________
12．SiO44-離子結構用周 表示，在二聚矽酸根離子Si2O76-中只有矽氧鍵，它的結構應是__________
13．氮化矽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矽與純氮在1 300℃反應獲得。
(1)氮化矽晶體屬於__________晶體。
(2)已知氮化矽的晶體結構中，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。請寫出氮化矽的化學式__________
(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矽。反應的化學方程式為__________________________________________________
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單質的摩爾質量為_______，單質是_______晶體。
（2）自然界中存在一種含Y的天然礦物名稱是：電子式為_______，屬於_______晶體。
（3）z單質的晶體型別屬於_______，Z的氫化物和最高價氧化物的濃溶液反應的化學方程式為____________________________。
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)晶體的化學式分別為：A_______B_______C_______
(2)晶體的型別分別為：A_______B_______C_______
(3)晶體中粒子間的作用分別為：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。