高中化學(xué)選修 原子晶體

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1、會(huì)計(jì)學(xué)1高中化學(xué)選修高中化學(xué)選修 原子晶體原子晶體第1頁/共23頁第2頁/共23頁第3頁/共23頁晶體類型晶體類型分子晶體分子晶體原子晶體原子晶體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)粒子間的作用力粒子間的作用力性性質(zhì)質(zhì)硬度硬度溶、沸點(diǎn)溶、沸點(diǎn)導(dǎo)電導(dǎo)電溶解性溶解性構(gòu)成晶體粒子構(gòu)成晶體粒子分子分子原子原子分子間作用力分子間作用力共價(jià)鍵共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)、性質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)較小較小較大較大較低較低很高很高固態(tài)和熔融狀固態(tài)和熔融狀態(tài)都不導(dǎo)電態(tài)都不導(dǎo)電不導(dǎo)不導(dǎo)電電相似相溶相似相溶難溶于常見溶劑難溶于常見溶劑第4頁/共23頁第5頁/共23頁【總結(jié)】非金屬單質(zhì)是原子晶體還是分子晶體的【總結(jié)】非金屬單質(zhì)是原子晶體還是分子晶體的判斷方法判斷方法（1）

2、依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用判斷）依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用判斷：原子晶體的粒子是原子，質(zhì)點(diǎn)間的作用是共價(jià)鍵：原子晶體的粒子是原子，質(zhì)點(diǎn)間的作用是共價(jià)鍵；分子晶體的粒子是分子，質(zhì)點(diǎn)間的作用是范德華；分子晶體的粒子是分子，質(zhì)點(diǎn)間的作用是范德華力。力。（2）記憶常見的、典型的原子晶體。）記憶常見的、典型的原子晶體。（3）依據(jù)晶體的熔點(diǎn)判斷：原子晶體熔、沸點(diǎn)）依據(jù)晶體的熔點(diǎn)判斷：原子晶體熔、沸點(diǎn)高，常在高，常在1000以上；分子晶體熔、沸點(diǎn)低，常在以上；分子晶體熔、沸點(diǎn)低，常在數(shù)百度以下至很低的溫度。數(shù)百度以下至很低的溫度。（4）依據(jù)導(dǎo)電性判斷：分子晶體為非導(dǎo)體，但）依據(jù)導(dǎo)電性判斷：分子晶

3、體為非導(dǎo)體，但部分分子晶體溶于水后能導(dǎo)電；原子晶體多數(shù)為非部分分子晶體溶于水后能導(dǎo)電；原子晶體多數(shù)為非導(dǎo)體，但晶體硅、晶體鍺是半導(dǎo)體。導(dǎo)體，但晶體硅、晶體鍺是半導(dǎo)體。（5）依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷：原子晶體硬度）依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷：原子晶體硬度大，分子晶體硬度小且較脆。大，分子晶體硬度小且較脆。 第6頁/共23頁思考思考:1為何為何CO2熔沸點(diǎn)低？而破壞熔沸點(diǎn)低？而破壞CO2分子卻比分子卻比SiO2更更難？難？因?yàn)镃O2是分子晶體，SiO2是原子晶體，所以熔化時(shí)CO2是破壞范德華力而SiO2是破壞化學(xué)鍵。所以SiO2熔沸點(diǎn)高。破壞CO2分子與SiO2時(shí)，都是破壞共價(jià)鍵，而CO鍵能Si-O鍵能

4、，所以CO2分子更穩(wěn)定。思考思考2怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石、碳化硅和鍺怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石、碳化硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度依次下降？的熔點(diǎn)和硬度依次下降？因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)相似的原子晶體，原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，晶體熔點(diǎn)越高，所以熔點(diǎn)和硬度有如下關(guān)系：金剛石碳化硅鍺。第7頁/共23頁10928 共價(jià)鍵第8頁/共23頁 思考：在金剛石晶體中，每個(gè)碳與周圍多少個(gè)思考：在金剛石晶體中，每個(gè)碳與周圍多少個(gè)碳原子成鍵？形成怎樣的空間結(jié)構(gòu)？最小碳環(huán)由碳原子成鍵？形成怎樣的空間結(jié)構(gòu)？最小碳環(huán)由多少個(gè)碳原子組成？它們是否在同一平面內(nèi)？多少個(gè)碳原子組成？它們是否在同一平面內(nèi)？ 在金剛石晶體中，碳原子個(gè)數(shù)與在

5、金剛石晶體中，碳原子個(gè)數(shù)與C-C鍵數(shù)鍵數(shù)之比為多少？每個(gè)碳原子被幾個(gè)六元環(huán)共有？之比為多少？每個(gè)碳原子被幾個(gè)六元環(huán)共有？12g金剛石金剛石C-C鍵數(shù)為多少鍵數(shù)為多少NA？第9頁/共23頁第10頁/共23頁金剛石中每個(gè)金剛石中每個(gè)C C原子以原子以spsp3 3雜化，分別與雜化，分別與4 4個(gè)個(gè)相鄰的相鄰的C C 原子形成原子形成4 4個(gè)個(gè)鍵，故鍵角為鍵，故鍵角為1091092828，每個(gè)，每個(gè)C C原子的配位數(shù)為原子的配位數(shù)為4 4；每個(gè)每個(gè)C C原子均可與相鄰的原子均可與相鄰的4 4個(gè)個(gè)C C構(gòu)成實(shí)心的構(gòu)成實(shí)心的正四面體正四面體，向空間無限延伸得到立體網(wǎng)狀的金，向空間無限延伸得到立體網(wǎng)狀的金

6、剛石晶體，在一個(gè)小正四面體中平均含有剛石晶體，在一個(gè)小正四面體中平均含有1+41+41/4 =1/4 =2 2個(gè)碳原子；個(gè)碳原子；在金剛石中最小的環(huán)是在金剛石中最小的環(huán)是六元環(huán)六元環(huán)，1 1個(gè)環(huán)中個(gè)環(huán)中平均含有平均含有6 61/12=1/12=1/21/2個(gè)個(gè)C C原子，含原子，含C-CC-C鍵數(shù)為鍵數(shù)為6 61/6=1/6=1 1；金剛石的晶胞中含有金剛石的晶胞中含有C C原子為原子為8 8個(gè)個(gè), ,內(nèi)含內(nèi)含4 4個(gè)個(gè)小正四面體，含有小正四面體，含有C-CC-C鍵數(shù)為鍵數(shù)為1616。第11頁/共23頁10928SiO共價(jià)鍵第12頁/共23頁二氧化硅中二氧化硅中SiSi原子均以原子均以spsp

7、3 3雜化，分別雜化，分別與與4 4個(gè)個(gè)O O原子成鍵，每個(gè)原子成鍵，每個(gè)O O原子與原子與2 2個(gè)個(gè)SiSi原子原子成鍵；成鍵；晶體中的最小環(huán)為晶體中的最小環(huán)為十二元環(huán)十二元環(huán)，其中有，其中有6 6個(gè)個(gè)SiSi原子和原子和6 6個(gè)個(gè)O O原子，含有原子，含有1212個(gè)個(gè)Si-OSi-O鍵；鍵；每個(gè)每個(gè)SiSi原子被原子被1212個(gè)十二元環(huán)共有，每個(gè)個(gè)十二元環(huán)共有，每個(gè)O O原原子被子被6 6個(gè)十二元環(huán)共有，每個(gè)個(gè)十二元環(huán)共有，每個(gè)Si-OSi-O鍵被鍵被6 6個(gè)個(gè)十二元環(huán)共有；每個(gè)十二元環(huán)所擁有的十二元環(huán)共有；每個(gè)十二元環(huán)所擁有的SiSi原子數(shù)為原子數(shù)為6 61/12=1/12=1/21/2

8、，擁有的，擁有的O O原子數(shù)為原子數(shù)為6 61/6=1/6=1 1，擁有的，擁有的Si-OSi-O鍵數(shù)為鍵數(shù)為12121/6=1/6=2 2，則則SiSi原子數(shù)與原子數(shù)與O O原子數(shù)之比為原子數(shù)之比為1 1：2 2。晶體中。晶體中SiSi原子數(shù)與原子數(shù)與Si-OSi-O鍵之比為鍵之比為1 1：4 4。第13頁/共23頁思考思考3原子晶體的化學(xué)式是否可以代表其分子式？原子晶體的化學(xué)式是否可以代表其分子式？ 不能。因?yàn)樵泳w是一個(gè)三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無不能。因?yàn)樵泳w是一個(gè)三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無小分子存在小分子存在。思考思考4以金剛石為例，說明原子晶體的微觀結(jié)構(gòu)與分以金剛石為例，說明原子晶體的微觀結(jié)構(gòu)

9、與分子晶體有哪些不同？子晶體有哪些不同？（1）組成微粒不同，原子晶體中只存在原子，沒有）組成微粒不同，原子晶體中只存在原子，沒有分子。分子。（2）相互作用不同，原子晶體中存在的是共價(jià)鍵）相互作用不同，原子晶體中存在的是共價(jià)鍵。第14頁/共23頁知識(shí)拓展石墨知識(shí)拓展石墨第15頁/共23頁（1）石墨中）石墨中C原子以原子以sp2雜化；雜化；（2）石墨晶體中最小環(huán)為六元環(huán)，含有）石墨晶體中最小環(huán)為六元環(huán)，含有C 2個(gè)，個(gè)，C-C鍵為鍵為 3；（3）石墨分層，層間為范德華力，硬度小）石墨分層，層間為范德華力，硬度小，可導(dǎo)電；，可導(dǎo)電；（4）石墨中）石墨中r（C-C）比金剛石中）比金剛石中r（C-C）短

10、。）短。第16頁/共23頁第17頁/共23頁石墨為層狀結(jié)構(gòu)，各層之間是范德華力結(jié)合，石墨為層狀結(jié)構(gòu)，各層之間是范德華力結(jié)合，容易滑動(dòng)，所以石墨很軟。容易滑動(dòng)，所以石墨很軟。它們都有很強(qiáng)的它們都有很強(qiáng)的C-CC-C共價(jià)鍵。在石共價(jià)鍵。在石墨中各層均為平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳墨中各層均為平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子之間存在很強(qiáng)的共價(jià)鍵（大原子之間存在很強(qiáng)的共價(jià)鍵（大鍵）鍵）， C-CC-C鍵長(zhǎng)比金剛石的短鍵長(zhǎng)比金剛石的短，鍵的強(qiáng)度大，鍵的強(qiáng)度大，故其熔點(diǎn)金剛石故其熔點(diǎn)金剛石高。高。石墨為混合鍵型晶體。石墨為混合鍵型晶體。 熔點(diǎn)熔點(diǎn)（） 沸點(diǎn)沸點(diǎn)（）石墨石墨3652365248274827金剛石金剛石 355035

11、5048274827第18頁/共23頁例例1. 氮化硅（氮化硅（Si3N4）是一種新型的耐高溫耐）是一種新型的耐高溫耐磨材料，在工業(yè)上有廣泛用途，它屬于磨材料，在工業(yè)上有廣泛用途，它屬于A.原子晶體原子晶體 B. 分子晶體分子晶體 C. 金屬晶體金屬晶體 D. 離子晶體離子晶體答案：答案：A 典型例題典型例題第19頁/共23頁例例2 碳化硅（碳化硅（SiC）的一種晶體具有類似金剛石）的一種晶體具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中的結(jié)構(gòu)，其中C原子和原子和Si原子的位置是交替的。在原子的位置是交替的。在下列三種晶體下列三種晶體金剛石金剛石 晶體硅晶體硅 碳化硅中，它碳化硅中，它們的熔點(diǎn)從高到低的順序是們的

12、熔點(diǎn)從高到低的順序是 （ ）A. B. C. D.分析：分析：C與與Si同為同為IVA族元素，它們的相似性表現(xiàn)族元素，它們的相似性表現(xiàn)在金剛石是原子晶體，晶體硅，碳化硅也是原子晶在金剛石是原子晶體，晶體硅，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(jià)鍵的鍵體。從碳到硅原子半徑逐漸增大，形成共價(jià)鍵的鍵能逐漸減弱?？赏茢嗵蓟钁?yīng)在能逐漸減弱。可推斷碳化硅應(yīng)在Si與與C之間。三種之間。三種原子晶體，空間結(jié)構(gòu)相似，熔點(diǎn)決定于它們的鍵長(zhǎng)原子晶體，空間結(jié)構(gòu)相似，熔點(diǎn)決定于它們的鍵長(zhǎng)與鍵能，故熔點(diǎn)從高到低分別是金剛石、碳化硅、與鍵能，故熔點(diǎn)從高到低分別是金剛石、碳化硅、晶體硅。晶體硅。答案：答案：

13、A第20頁/共23頁例例3 3、單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)、單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù) 金剛石金剛石晶體硅晶體硅晶體硼晶體硼熔點(diǎn)熔點(diǎn)382316832573沸點(diǎn)沸點(diǎn)510026282823硬度硬度107.09.5（1）晶體硼的晶體類型屬于）晶體硼的晶體類型屬于_晶體，晶體， 理由是理由是_。（2）已知晶體硼結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面）已知晶體硼結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有體，其中有20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點(diǎn)，個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點(diǎn)，每個(gè)頂點(diǎn)上各有每個(gè)頂點(diǎn)上各有1個(gè)個(gè)B原子。通過視察圖形及推算，此原子。通過視察圖形及推算，此晶體結(jié)構(gòu)單元由晶體結(jié)構(gòu)單元由_個(gè)硼原子構(gòu)成。其中個(gè)硼原子構(gòu)成。其中BB鍵的鍵的鍵角為鍵角為_。第21頁/共23頁分析：分析：晶體硼的熔、沸點(diǎn)和硬度都介于晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si均為原子晶體，B與C相鄰與Si處于對(duì)角線處，則晶體硼也為原子晶體。晶體硼每個(gè)三角形的頂點(diǎn)被5個(gè)三角形所共有，所以，此頂點(diǎn)完全屬于一個(gè)三角形的只占到1/5，每個(gè)三角形中有3個(gè)這樣的點(diǎn)，且晶體B中有20個(gè)這樣的三角形，因此，晶體B中這樣的頂點(diǎn)（B原子）有3/520=12個(gè)。又因晶體硼中的三角形面為正三角形，所以鍵角為60。答案：答案：原子，晶體硼具有很高的熔沸點(diǎn)和很大的硬度；12，60第22頁/共23頁