離子晶體、分子晶體和原子晶體(三)

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1．掌握相鄰原子間通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合而成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體屬于原子晶體。

2．以金剛石為例，了解原子晶體的物理性質(zhì)（熔、沸點(diǎn)，導(dǎo)電性和溶解性）

二、學(xué)習(xí)過(guò)程

[復(fù)習(xí)提問(wèn)]

（一）基本知識(shí)點(diǎn)（學(xué)生自學(xué)完成）

    1.原子晶體：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)成粒子：______________；。

    3.粒子間的作用______________，

    4.原子晶體的物理性質(zhì)

    (1)熔、沸點(diǎn)__________，硬度___________

    (2) ______________一般的溶劑。

    (3)______________導(dǎo)電。

    原子晶體具備以上物理性質(zhì)的原因____________________________

    原子晶體的化學(xué)式是否可以代表其分子式______________

    原因____________________________。

    5.常見(jiàn)的原子晶體有____________________________等。

    6.判斷晶體類(lèi)型的依據(jù)

  (1)看構(gòu)成晶體的微粒種類(lèi)及微粒間的相互作用。

對(duì)分子晶體,構(gòu)成晶體的微粒是______________，微粒間的相互作用是___________；

對(duì)于離子晶體，構(gòu)成晶體的是微粒是______________，微粒間的相互作__________鍵。

對(duì)于原子晶體，構(gòu)成晶體的微粒是_______，微粒間的相互作用是___________鍵。

  (2)看物質(zhì)的物理性質(zhì)(如：熔、沸點(diǎn)或硬度)。

  一般情況下，不同類(lèi)晶體熔點(diǎn)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(diǎn)高得多

（二）重點(diǎn)點(diǎn)撥

   1.晶體

    晶體是指具有規(guī)則幾何外形的固體。其結(jié)構(gòu)特征是其內(nèi)的原子或分子在主維空間的排布具有特定的周期性，即隔一定距離重復(fù)出現(xiàn)。重復(fù)的單位可以是單個(gè)原子或分子，也可以是多個(gè)分子或原子團(tuán)。重復(fù)的單位必須具備3個(gè)條件，化學(xué)組成相同，空間結(jié)構(gòu)(包括化學(xué)鍵)相同，化學(xué)環(huán)境和空間環(huán)境相同。

  2.晶胞的概念 

  在晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的基本的重復(fù)單位稱(chēng)為晶胞。晶胞在三維空間無(wú)限地重復(fù)就產(chǎn)生了宏觀的晶體。可以說(shuō)，晶體的性質(zhì)是由晶胞的大小，形狀和質(zhì)點(diǎn)的種類(lèi)(分子、原子或離子)以及它們之間的作用力所決定的。

    3.納米材料

    我們平時(shí)所見(jiàn)到的材料，絕大多數(shù)是固體物質(zhì)，它的顆粒一般在微米級(jí)，一個(gè)顆粒包含著無(wú)數(shù)個(gè)原子和分子，這時(shí)候，材料所顯示的是大量分子所顯示的宏觀性質(zhì)。當(dāng)人們用特殊的方法把顆粒加工到納米級(jí)大小，這時(shí)的材料則被稱(chēng)之為納米材料，一個(gè)納米級(jí)顆粒所含的分子數(shù)則大為減少。奇怪的是，納米材料具有奇特的光、電、熱、力和化學(xué)特性，和微米級(jí)材料的性質(zhì)迥然不同。

    納米材料的粒子是超細(xì)微的，粒子數(shù)多、表面積大，而且處于粒子界面上的原子比例甚高，一般可達(dá)總數(shù)的一半左右。這就使納米材料具有不尋常的表面效應(yīng)，界面效應(yīng)等。因此而呈現(xiàn)出一系列獨(dú)特的性質(zhì)。

    納米顆粒和晶胞是兩個(gè)完全不同的概念：晶胞是晶體中最小的重復(fù)單元，這種重復(fù)單元向空間延伸，構(gòu)成晶體，而納米顆粒本身就是一個(gè)分子，納米材料在結(jié)構(gòu)上與分子晶體有相似的地方，但并不相同。

    納米材料并不是新的物質(zhì)，只不過(guò)是將傳統(tǒng)材料的顆粒進(jìn)一步超細(xì)微化，這樣對(duì)物質(zhì)的物理性質(zhì)的改變十分巨大，使之具備了一些傳統(tǒng)材料所無(wú)法具備的性質(zhì)。為什么與傳統(tǒng)材料相比，納米材料的性質(zhì)改變?nèi)绱司薮�，科學(xué)界目前還無(wú)法做出最終解釋。

（三）講練（先練后講）

    [例1]下列的晶體中，化學(xué)鍵種類(lèi)相同，晶體類(lèi)型也相同的是    (    )

    A.SO₂與Si0₂    B.C0₂與H₂0

    C.NaCl與HCl    D.CCl₄與KCl

    [解析]抓住晶體粒子的化學(xué)鍵去判斷晶體類(lèi)型這一關(guān)鍵進(jìn)行對(duì)比。如S0₂與Si0₂都是共價(jià)化合物，但是，晶體內(nèi)的作用力是分子間作用力，S0₂為分子晶體，而Si0₂中硅與氧以共價(jià)鍵結(jié)合形成網(wǎng)狀的原子晶體。

    [答案]B

    [例2]碳化硅SiC的一種晶體具有類(lèi)似金剛石的結(jié)構(gòu)，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晶體硅  ③碳化硅中，它們的熔點(diǎn)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(xiàn)在金剛石是原子晶體，硅晶體，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)鍵的鍵能逐漸減弱�？赏茢嗵蓟�硅應(yīng)在Si與C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)與鍵能，故熔點(diǎn)從高到低分別是金剛石碳化硅、晶體硅。

    [答案]A

    [例3]下列晶體分類(lèi)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(jié)構(gòu)粒子的性質(zhì)去判斷晶體的類(lèi)型。NaOH、CH₃COONa、Ba(OH)₂都是通過(guò)離子鍵相互結(jié)合的離子晶體，純H₂S0₄，無(wú)H⁺，系分子晶體。Ar是氣體，分子間以范德華力相互結(jié)合為分子晶體，石墨是過(guò)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(xué)式以1個(gè)S表示，實(shí)際上是S₈，氣體時(shí)為S₂，是以范德華力結(jié)合的分子晶體。

    玻璃無(wú)一定的熔點(diǎn)，加熱時(shí)逐漸軟化，為非晶體，是無(wú)定形物質(zhì)。

    [答案]C

    [例4]單質(zhì)硼有無(wú)定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)

 

金剛石

晶體硅

晶體硼

熔點(diǎn)

>3823

1683

2573

沸點(diǎn)

5100

2628

2823

硬度

10

7.0

9.5

 

 

    ①晶體硼的晶體類(lèi)型屬于____________晶體，理由是________________________。

   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20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點(diǎn)，每個(gè)項(xiàng)點(diǎn)上各有1個(gè)B原子。通過(guò)視察圖形及推算，此晶體體結(jié)構(gòu)單元由

____________________個(gè)硼原子構(gòu)成。其中B—B鍵的鍵角為_(kāi)___________。

    [解析]①原子，理由：晶體的熔、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均為原予晶體，B與C相鄰與Si處于對(duì)角線處，亦為原于晶體。

    ②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)這樣的角形，因此，晶體B中這樣的頂點(diǎn)(B原子)有3/5×20=12個(gè)。

    又因晶體B中的三角形面為正三角形，所以鍵角為60°

（四）總結(jié)

1．相鄰原子間通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合而成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體屬于離子晶體。

2．構(gòu)成原子晶體的微粒是原子。原子間以較強(qiáng)共價(jià)鍵相結(jié)合，而且形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。鍵能大。原子晶體的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高。

3．同種晶體:若同為原子晶體，成鍵的原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，晶體熔點(diǎn)越高：如金剛石>SiC>Si。                  

 

第3課時(shí)針對(duì)性訓(xùn)練（原子晶體）

一、選擇題

1.下列晶體中不屬于原子晶體的是    (    )

  A.干冰    B.金剛砂

  C.金剛石  D.水晶

2.在金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，含有共價(jià)鍵形成的碳原子

  環(huán)，其中最小的環(huán)上，碳原子數(shù)是    (    )

  A.2個(gè)    B.3個(gè)

  C.4個(gè)    D.6個(gè)

3，下列各物質(zhì)中，按熔點(diǎn)由低到高排列正確的是(   )

  A.0₂、I₂、Hg

  B.C0₂、KCl、Si0₂

  C.Na、K、Rb

  D.SiC、NaCl、S0₂

4.下列各晶體申琪中任御一個(gè)原子都被相鄰的4個(gè)原子所包圍；似共價(jià)鍵潞戒正四面體結(jié)構(gòu)，并向空間伸展虞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的是    (    )

  A.甲烷      B.石墨

  C.晶體硅    D.水晶

5.在x mol石英晶體中，含有Si-O鍵數(shù)是  (    )

  A.x mol    B.2x mo}

  C.3 x mol    D.4x mol

6.固體熔化時(shí)，必須破壞非極性共價(jià)鍵的是  (    )

  A.冰    B.晶體硅

  C.溴   D.二氧化硅

7.石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)；每一個(gè)碳原于都跟其他3個(gè)碳原子相結(jié)合，如圖是其晶體結(jié)構(gòu)的俯視圖，則圖中7個(gè)六元環(huán)完全占有的碳原子數(shù)是(    )

  A.10個(gè)    B.18個(gè)

  C.24個(gè)    D.14個(gè)

二、填空題

8.石英晶體的平面示意圖如圖所示，實(shí)際上是立體網(wǎng)

  狀結(jié)構(gòu)，其中硅，氧原子個(gè)數(shù)比為_(kāi)___________

9.SiO₄^4-離子結(jié)構(gòu)用周 表示，在二聚

  硅酸根離子Si₂O₇^6-中只有硅氧鍵，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)是__________

10.氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1 300℃反應(yīng)獲得。

  (1)氮化硅晶體屬于__________晶體。

  (2)已知氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)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(shí)每個(gè)原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。請(qǐng)寫(xiě)出氮化硅的化學(xué)式__________

  (3)現(xiàn)用SiCl4和凡在H，氣氛保護(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅。反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________________________________________

  11.短周期元素K、Y、Z在周期表中位置關(guān)系如圖：

 

 

X

 

Y

 

Z

 

 

 

(1)x元素的單質(zhì)分子式是_______，若x核內(nèi)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)相等，x單質(zhì)的摩爾質(zhì)量為_(kāi)______，單質(zhì)是_______晶體。 

(2)自然界中存在一種含Y的天然礦物名稱(chēng)是：電子式為_(kāi)______，屬于_______晶體。

    (4)z單質(zhì)的晶體類(lèi)型屬于_______，Z的氫化物和最高價(jià)氧化物的濃溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)___________________________

12.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(duì)這三種晶體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下圖所示

(1)晶體的化學(xué)式分別為：A_______ B_______   C_______

(2)晶體的類(lèi)型分別為：A_______ B_______C_______

(3)晶體中粒子間的作用分別為：A _______  B_______   C_______

 

 

第3課時(shí)練習(xí)答案

   一、選擇題

1.A  2.D  3.B  4.C  5.D  6.B  7.D

二、填空題

8.1∶2

9.

10.(1)原子  (2)S₃N₄

    (3)3SiCl₄+2N₂+6H ? Si3N4+12HCl

 11.

(1)He 4g·mol^-1  分于

(2)螢石

(3)分子晶體 H₂S+H₂S0₄(濃)=S↓+ S02↑+2H₂0

12.(1)A NaCl  B C  C HCl

(2)A 離子晶體  B 原于晶體  C 分子晶體

(3)A 離子鍵  B共價(jià)鍵  C 分子間作用力

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