高中化學(xué) 晶體的常識(shí) 分子晶體與原子晶體（基礎(chǔ)）知識(shí)講解學(xué)案 新人教版選修3.doc

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晶體的常識(shí) 分子晶體與原子晶體 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1、初步了解晶體的知識(shí)，知道晶體與非晶體的本質(zhì)差異，學(xué)會(huì)識(shí)別晶體與非晶體的結(jié)構(gòu)示意圖； 2、知道晶胞的概念，了解晶胞與晶體的關(guān)系，學(xué)會(huì)通過(guò)分析晶胞得出晶體的組成； 3、了解分子晶體和原子晶體的特征，能以典型的物質(zhì)為例描述分子晶體和原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系； 4、知道分子晶體與原子晶體的結(jié)構(gòu)粒子、粒子間作用力的區(qū)別。 【要點(diǎn)梳理】 要點(diǎn)一、晶體與非晶體【高清課堂：分子晶體與原子晶體#晶體與非晶體】 1、概念： ①晶體：質(zhì)點(diǎn)（分子、離子、原子）在空間有規(guī)則地排列成的、具有整齊外型、以多面體出現(xiàn)的固體物質(zhì)。晶體具有的規(guī)則的幾何外形源于組成晶體的微粒按一定規(guī)律周期性的重復(fù)排列。 ②非晶體：非晶態(tài)物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒(méi)有周期性特點(diǎn)，而是雜亂無(wú)章地排列，如：玻璃、松香、明膠等。非晶體不具有晶體物質(zhì)的共性，某些非晶態(tài)物質(zhì)具有優(yōu)良的性質(zhì) 要點(diǎn)詮釋：晶體與非晶體的區(qū)分： 晶體是由原子或分子在空間按一定規(guī)律周期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。周期性是晶體結(jié)構(gòu)最基本的特征。許多固體的粉末用肉眼是看不見(jiàn)晶體的，但我們可以借助于顯微鏡觀察，這也證明固體粉末仍是晶體，只不過(guò)晶粒太小了。 晶體的熔點(diǎn)較固定，而非晶體則沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學(xué)方法是對(duì)固體，進(jìn)行X—射線衍射實(shí)驗(yàn)，X射線透過(guò)晶體時(shí)發(fā)生衍射現(xiàn)象。 特別注意：一種物質(zhì)是否晶體，是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，而非由外觀判斷。 2、分類： 　 3、晶體與非晶體的本質(zhì)差異： 　 自范性 微觀結(jié)構(gòu) 晶體 有（能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形） 原子在三維空間里呈周期性有序排列 非晶體 沒(méi)有（不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形） 原子排列相對(duì)無(wú)序 說(shuō)明： ①自范性：晶體能自發(fā)性地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。所謂自范性即“自發(fā)”進(jìn)行，但這里要注意，“自發(fā)”過(guò)程的實(shí)現(xiàn)仍需一定的條件。例如：水能自發(fā)地從高處流向低處，但若不打開攔截水流的閘門，水庫(kù)里的水不能下瀉； ②晶體自范性的條件之一：生長(zhǎng)速率適當(dāng)； ③晶體自范性的本質(zhì):是晶體中粒子微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列的宏觀表象。 4、晶體形成的途徑： ①熔融態(tài)物質(zhì)凝固，例：熔融態(tài)的二氧化硅，快速冷卻得到瑪瑙，而緩慢冷卻得到水晶。 ②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)； ③溶質(zhì)從溶液中析出。 5、晶體的特性： ①有規(guī)則的幾何外形； ②有固定的熔沸點(diǎn)； ③各向異性（強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等）； 　說(shuō)明：因研究角度不同而產(chǎn)生差異，即為各向異性。 　例如：藍(lán)晶石（Al2O3SiO2）在不同方向上的硬度不同； 　　　　石墨在與層垂直的方向上的導(dǎo)電率是層平行的方向上的導(dǎo)電率1/104。 ④自發(fā)的形成多面體外形； ⑤有特定的對(duì)稱性； ⑥使X射線產(chǎn)生衍射。 要點(diǎn)二、晶胞【高清課堂：分子晶體與原子晶體#晶胞】 1、定義：晶體中重復(fù)出現(xiàn)的最基本的結(jié)構(gòu)單元。 晶體可看作是數(shù)量巨大的晶胞“無(wú)隙并置”而成，所謂“無(wú)隙”是指相鄰晶胞之間沒(méi)有任何間隙，所謂“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 說(shuō)明：劃分晶胞要遵循2個(gè)原則：一是盡可能反應(yīng)晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，二是盡可能小。 2、三種典型的立方晶體結(jié)構(gòu)： 　　　　　　　 說(shuō)明：晶胞的頂角原子是8個(gè)晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4個(gè)晶胞共用的，晶胞面上的原子是2個(gè)晶胞共用的。 3、晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算： 位于晶胞頂點(diǎn)的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有1/8； 位于晶胞棱邊的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有1/4； 位于晶胞面心的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有1/2； 位于晶胞中心的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有1。 要點(diǎn)三、晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算： 在一個(gè)晶胞結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的多個(gè)原子，這些原子并不是只為這個(gè)晶胞所獨(dú)立占有，而是為多個(gè)晶胞所共有，那么，在一個(gè)晶胞結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的每個(gè)原子，這個(gè)晶體能分?jǐn)偟蕉嗌俦壤?，這就是分?jǐn)偡?。分?jǐn)偡ǖ母灸康氖撬愠鲆粋€(gè)晶胞單獨(dú)占有的各類原子的個(gè)數(shù)。 分?jǐn)偡ǖ母驹瓌t是：晶胞任意位置上的一個(gè)原子如果是被x個(gè)晶胞所共有，那么，每個(gè)晶胞對(duì)這個(gè)原子分得的份額就是1/x。在立體晶胞中，原子可以位于它的頂點(diǎn)，也可以位于它的棱上，還可以在它的面上（不含棱），當(dāng)然，它的體內(nèi)也可以有原子。每個(gè)頂點(diǎn)被8個(gè)晶胞共有，所以晶胞對(duì)自己頂點(diǎn)上的每個(gè)原子只占1/8份額；每條棱被4個(gè)晶胞共有，所以晶胞對(duì)自己棱上的每個(gè)原子只占1/4份額；每個(gè)面被2個(gè)晶胞共有，所以晶胞對(duì)自己面上（不含棱）的每個(gè)原子只占1/2份額；晶胞體內(nèi)的原子不與其他晶胞分享，完全屬于該晶胞。 ①每個(gè)晶胞涉及A原子數(shù)目m個(gè)，每個(gè)A原子為n個(gè)晶胞共有，則每個(gè)晶胞占有A原子：m1/n。 ②計(jì)算方法 位置 頂點(diǎn) 棱邊 面心 體心 貢獻(xiàn) 1/8 1/4 1/2 1 要點(diǎn)四、判斷晶體類型的依據(jù)： (1)看構(gòu)成晶體的微粒種類及微粒間的相互作用 對(duì)于分子晶體,構(gòu)成晶體的微粒是分子，微粒間的相互作用是分子間作用力； 對(duì)于原子晶體，構(gòu)成晶體的微粒是原子，微粒間的相互作用是共價(jià)鍵。 (2)看物質(zhì)的物理性質(zhì)(如：熔、沸點(diǎn)或硬度等) 一般情況下，不同類晶體熔點(diǎn)高低順序是：原子晶體>分子晶體。原子晶體比分子晶體的熔沸點(diǎn)高得多。 (3)依據(jù)物質(zhì)的分類判斷 金屬氧化物（如K2O、Na2O2等）、強(qiáng)堿（如NaCl、KOH等）和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。大多數(shù)非金屬單質(zhì)（除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外）、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物（除SiO2外）、酸、絕大多數(shù)有機(jī)物（除有機(jī)鹽外）是分子晶體。常見(jiàn)的原子晶體單質(zhì)有金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼等；常見(jiàn)的原子晶體化合物有碳化硅、二氧化硅等。金屬單質(zhì)（除汞外）與合金都是金屬晶體。 要點(diǎn)五、晶體熔、沸點(diǎn)比較規(guī)律： （1）不同晶體類型的物質(zhì)：原子晶體>分子晶體； （2）同一晶體類型的物質(zhì)，需比較晶體內(nèi)部粒子間的作用力，作用力越大，熔沸點(diǎn)越高。 原子晶體：要比較共價(jià)鍵的強(qiáng)弱，一般地說(shuō)，原子半徑越小，形成共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，其晶體熔沸點(diǎn)越高，如熔點(diǎn)：金剛石>碳化硅>晶體硅。 分子晶體：分子組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔沸點(diǎn)越高， 　　　如熔沸點(diǎn)：O2>N2、HI>HBr>HCl。 　　　組成結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)，分子的極性越大，其熔沸點(diǎn)就越高， 如熔沸點(diǎn)：CO>N2。 由上述可知，同類晶體熔沸點(diǎn)比較思路為：原子晶體→共價(jià)鍵鍵能→鍵長(zhǎng)→原子半徑、分子晶體→分子間作用力→相對(duì)分子質(zhì)量。 要點(diǎn)六、分子晶體【高清課堂：分子晶體與原子晶體#分子晶體】 1、定義： 含分子的晶體稱為分子晶體，也就是說(shuō)，分子間以分子間作用力相結(jié)合的晶體叫做分子晶體。 例：干冰晶體中只含有CO2分子，碘晶體中只含有I2分子。 2、構(gòu)成微粒：分子。 3、微粒間的作用力：分子間作用力——范德華力和氫鍵 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)就越高。但是有些氫化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)的遞變不完全符合此規(guī)律。例如： H2O的沸點(diǎn)就出現(xiàn)反常。因?yàn)镠2O分子之間的主要作用力是氫鍵（當(dāng)然也存在范德華力）。 氫鍵形成的過(guò)程： ①氫鍵形成的條件：半徑小，吸引電子能力強(qiáng)的原子（N、O、F）與H原子； ②氫鍵的定義：半徑小、吸引電子能力強(qiáng)的原子與H原子之間的靜電吸引作用。氫鍵可看作是一種比較強(qiáng)的分子間作用力； ③氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響：氫鍵使物質(zhì)的熔沸點(diǎn)升高。如H2O、HF、NH3的沸點(diǎn)出現(xiàn)反?，F(xiàn)象。 4、較典型的分子晶體： ①所有非金屬氫化物，如水、硫化氫、氨、氯化氫、甲烷等； ②部分非金屬單質(zhì)，如鹵素X2、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、碳60(C60)等； ③部分非金屬氧化物，如CO2、P4O6、P4O10、SO2等； ④幾乎所有的酸； ⑤絕大多數(shù)有機(jī)物的晶體。 5、分子晶體的物理特性： 熔沸點(diǎn)較低、易升華、硬度小。一般都是絕緣體，固態(tài)和熔融狀態(tài)都不導(dǎo)電。 6、分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： ①對(duì)于大多數(shù)分子晶體結(jié)構(gòu)，如果分子間作用力只是范德華力。以一個(gè)分子為中心，其周圍通?？梢杂袔讉€(gè)緊鄰的分子。如O2、C60，把這一特征叫做分子緊密堆積。 　　　　　　 實(shí)例：干冰的晶體結(jié)構(gòu)晶胞模型。 干冰晶體中CO2分子之間只存在分子間作用力不存在氫鍵，因此干冰中CO2分子緊密堆積。每個(gè)CO2分子周圍，最近且等距離的CO2分子數(shù)目有12個(gè)。 一個(gè)CO2分子處于三個(gè)相互垂直的面的中心，在每個(gè)面上，處于四個(gè)對(duì)角線上各有一個(gè)CO2分子，所以每個(gè)CO2分子周圍最近且等距離的CO2分子數(shù)目是12個(gè)。 ②分子間除范德華力外還有其他作用力（如氫鍵），如果分子間存在著氫鍵，分子就不會(huì)采取緊密堆積的方式。 實(shí)例：冰的晶體結(jié)構(gòu)。 在冰的晶體中，每個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰的水分子，形成正四面體。氫鍵不是化學(xué)鍵，比共價(jià)鍵弱得多卻跟共價(jià)鍵一樣具有方向性，而氫鍵的存在迫使四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰水分子的相互吸引，這一排列使冰晶體中空間利用率不高，皆有相當(dāng)大的空隙，使得冰的密度減小。 說(shuō)明：分子的密度取決于晶體的體積，取決于緊密堆積程度，分子晶體的緊密堆積由兩個(gè)因素決定：范德華力和分子間氫鍵。 要點(diǎn)七、原子晶體：【高清課堂：分子晶體與原子晶體#原子晶體】 1、定義：相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。 2、構(gòu)成微粒：原子。 3、微粒間的作用力：共價(jià)鍵。 4、原子晶體的物理性質(zhì)： 熔、沸點(diǎn)很高，硬度很大；難溶于一般的溶劑；不導(dǎo)電。 5、常見(jiàn)的原子晶體： ①某些非金屬單質(zhì)，如硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)等； ②某些非金屬化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)等； ③某些氧化物，如氧化鋁(Al2O3)等。 小結(jié)： ①原子晶體可以為單質(zhì)，也可是化合物； ②原子晶體中微粒間的作用力為較強(qiáng)的共價(jià)鍵； ③由于原子晶體中，原子間用較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，因而熔、沸點(diǎn)很高、硬度很大，并難溶于溶劑； ④原子晶體中，原子按一定規(guī)律在空間排列（見(jiàn)課本金剛石晶體結(jié)構(gòu)示意圖）； ⑤原子晶體熔點(diǎn)的比較，其實(shí)質(zhì)為鍵能的比較，可視為成鍵的兩原子核間距離的比較，即鍵長(zhǎng)的比較； ⑥原子晶體中不存在單個(gè)分子，原子晶體的化學(xué)式不代表其分子式。 6、典型的原子晶體——金剛石 ①金剛石中每個(gè)C原子以sp3雜化，每個(gè)碳原子被相鄰的4個(gè)碳原子包圍，以σ鍵跟4個(gè)碳原子相連，形成四面體。這些四面體向空間發(fā)展，構(gòu)成一個(gè)堅(jiān)實(shí)的、彼此聯(lián)結(jié)的空間網(wǎng)狀晶體。每個(gè) C-C鍵長(zhǎng)相等，鍵角均為10928′ ②晶體中最小環(huán)由6個(gè)C組成且不共平面。1個(gè)環(huán)中平均含有61/12=1/2個(gè)C原子，含C-C鍵數(shù)為61/6=1； 注意：石墨雖和金剛石都是由碳原子形成的單質(zhì),但石墨是一種混合型晶體。層內(nèi)存在共價(jià)鍵,層間以分子間作用力結(jié)合,兼具有原子晶體、分子晶體的特征。層內(nèi)，每個(gè)碳原子與其他3個(gè)碳原子形成C-C鍵，構(gòu)成正六邊形，鍵角為120，形成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此，石墨的熔點(diǎn)很高；但在層與層之間以分子間作用力結(jié)合，容易滑動(dòng)，因此石墨的硬度很小。 要點(diǎn)詮釋：各類晶體主要特征 分子晶體 原子晶體 構(gòu)成晶體微粒 分子 原子 形成晶體的作用力 分子間作用力 共價(jià)鍵 物理性質(zhì) 熔沸點(diǎn) 較低 很高 硬度 較小 較大 導(dǎo)電性 固態(tài)和熔融狀態(tài)都不導(dǎo)電 不導(dǎo)電 溶解性 相似相溶 難溶于常見(jiàn)溶劑 典型實(shí)例 P4、干冰、硫 金剛石、二氧化硅 【典型例題】 類型一：晶體與非晶體的區(qū)分 例題1 晶體與非晶體的嚴(yán)格判別可采用 (　) A、有否自范性　　B、有否各向同性　　C、有否固定熔點(diǎn) 　　D、有否周期性結(jié)構(gòu) 【思路點(diǎn)撥】本題考查晶體與非晶體的區(qū)別，注意對(duì)基本概念的理解。 【答案】D 【解析】晶體與非晶體最本質(zhì)的區(qū)別是組成物質(zhì)的粒子在微觀空間是否有序排列。 【總結(jié)升華】晶體粒子在微觀空間里的排列與結(jié)構(gòu)的有序性，使晶體表現(xiàn)出許多與非晶體不同的性質(zhì)。如熔點(diǎn)、強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等。 舉一反三： 【變式1】下列物質(zhì)有固定熔、沸點(diǎn)的是　 （　 ） A、CuSO4溶液　　　 B、石蠟　　　　 C、玻璃　　　　 D、白磷 【答案】D 【解析】BC是非晶體，A是混合物。 類型二：判斷晶體類型的依據(jù) 例題2 下列晶體由原子直接構(gòu)成，且屬于分子晶體的是(　 ) A、固態(tài)氫　　　B、固態(tài)氖　 　　C、磷　 　　　D、三氧化硫 【思路點(diǎn)撥】考查分子晶體的判斷方法。 【答案】B 【解析】四種物質(zhì)都是分子晶體，構(gòu)成分子晶體的微粒是分子，其中氖稱為單原子分子。 【總結(jié)升華】判斷晶體類型的方法有很多，可根據(jù)物質(zhì)的分類判斷，可根據(jù)構(gòu)成晶體的微粒判斷等，另外要記憶常見(jiàn)物質(zhì)的晶體類型。 舉一反三： 【變式1】下列晶體中屬于原子晶體的是(　 ) A.、氖　 　　B、食鹽　 　　C、干冰　 　　D、金剛石 【答案】D 類型三：晶胞與晶體的關(guān)系 例題3 某物質(zhì)的晶體中含A、B、C三種元素，其排列方式如圖所示(其中前后兩面心上的B原子未能畫出)，晶體中A、B、C的原子個(gè)數(shù)之比依次為(　) A、1:3:1　 　B、2:3:1　　　C、2:2:1　 　　D、1:3:3 【思路點(diǎn)撥】 解答這類習(xí)題，通常采用分?jǐn)偡ā? 【答案】A 【解析】A原子是8個(gè)1/8，B原子是6個(gè)1/2，C原子是1. 【總結(jié)升華】晶體結(jié)構(gòu)、晶胞對(duì)質(zhì)點(diǎn)的占有率類習(xí)題，最常見(jiàn)的題型就是已知晶胞的結(jié)構(gòu)而求晶體的化學(xué)式。解答這類習(xí)題首先要明確一個(gè)概念：由晶胞構(gòu)成的晶體，其化學(xué)式不一定是表示一個(gè)分子中含有多少個(gè)原子，而是表示每個(gè)晶胞中平均含有各類原子的個(gè)數(shù)，即各類原子的最簡(jiǎn)個(gè)數(shù)比。 舉一反三： 【變式1】如右圖，石墨晶體結(jié)構(gòu)的每一層里平均每個(gè)最小的正六邊形占有碳原子數(shù)目為（　 ） A、2　 B、3 C、4 D、6 【答案】A 【解析】每個(gè)C原子被3個(gè)正六邊形所共用，所以每個(gè)正六邊形占有6個(gè)1/3的C原子。 類型四：晶體熔、沸點(diǎn)的比較規(guī)律 例題4 已知BBr3的熔點(diǎn)是－46℃，KBr的熔點(diǎn)是734℃，試估計(jì)它們各屬于哪一類晶體。 【思路點(diǎn)撥】不同晶體類型的熔沸點(diǎn)取決因素不同，熔沸點(diǎn)的高低有一定差異。 【答案】BBr3是分子晶體，KBr是離子晶體。 【解析】BBr3是由非金屬元素組成的，屬于共價(jià)化合物，由于BBr3的熔點(diǎn)為－46℃，熔點(diǎn)很低，所以BBr3在固態(tài)時(shí)是以分子間作用力形成的晶體。KBr是由活潑金屬和活潑非金屬元素組成的化合物，熔點(diǎn)相對(duì)較高，所以KBr屬于離子晶體。 【總結(jié)升華】本節(jié)所學(xué)兩種晶體：分子晶體和原子晶體，熔沸點(diǎn)高低差異很大。分子晶體熔沸點(diǎn)高低取決于分子間作用力，絕大多數(shù)分子晶體中的分子間作用力只是范德華力，少數(shù)分子晶體中還存在氫鍵。分子間作用力較小，分子晶體熔沸點(diǎn)較低。而原子晶體中微粒間的作用力是較強(qiáng)的共價(jià)鍵，因此熔沸點(diǎn)很高；成鍵原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，原子晶體的熔沸點(diǎn)越高。 舉一反三： 【變式1】碳化硅的一種晶體（SiC）具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。下列三種晶體：① 金剛石 ②晶體硅 ③ 碳化硅中，它們的熔點(diǎn)由高到低的順序是 A、① ③ ②　　　B、② ③ ① 　　C、③ ① ②　 　D、② ① ③　 【答案】A 【解析】在原子晶體中，原子半徑越小、鍵長(zhǎng)越短、鍵能越大，熔、沸點(diǎn)越高。題目中所給的信息是有關(guān)SiC的結(jié)構(gòu)知識(shí)，比較碳原子和硅原子的半徑，應(yīng)得出Si－Si鍵的鍵長(zhǎng)比Si－C鍵的鍵長(zhǎng)長(zhǎng)，Si－C鍵比C－C鍵的鍵長(zhǎng)長(zhǎng)，所以鍵能由高到低的順序應(yīng)該是：C－C鍵>C－Si鍵>Si－Si鍵，由此可推出熔點(diǎn)由高到低的順序是：① ③ ②